人脑膜CD8+组织驻留记忆T细胞在神经退行性疾病中的克隆动态与免疫调控作用

《Nature Immunology》：Clonal CD8+ T?cells populate the leptomeninges and coordinate with immune cells in human degenerative brain diseases

本研究通过单细胞RNA测序与T细胞受体测序技术，解析了阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病患者脑膜免疫微环境。研究发现脑膜中存在大量克隆扩增的CD8+组织驻留记忆T细胞（TRM），其克隆扩张程度在阿尔茨海默病中降低，且与微胶质细胞来源的TGFB2水平正相关。该研究揭示了脑膜T细胞与中枢神经系统免疫的交互作用，为神经炎症调控提供了新视角。

　　

在探索神经退行性疾病的发病机制时，科学家们逐渐意识到免疫系统在中枢神经系统（Central Nervous System, CNS）中扮演着关键角色。尤其是脑膜（meninges）作为包围大脑和脊髓的三层膜状结构（硬脑膜、蛛网膜、软脑膜），不仅提供物理支撑，近年研究发现它还是重要的免疫界面。在小鼠模型中，脑膜免疫细胞能够监测CNS状态并影响神经炎症进程。然而，人类脑膜免疫细胞的具体组成及其在神经退行性疾病中的变化规律，长期以来缺乏系统研究。

为填补这一空白，研究人员对57例来自阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）、肌萎缩侧索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis, ALS）及帕金森病（Parkinson’s disease, PD）患者的脑膜和脑组织样本进行单细胞RNA测序（scRNA-seq）及T细胞受体测序（TCR-seq），共获得99,625个高质量免疫细胞数据。

研究发现，人脑膜中存在高度克隆扩增的CD8⁺组织驻留记忆T细胞（CD8⁺tissue-resident memory T cells, CD8⁺T_RM），但其最大克隆扩张水平在AD患者中低于非神经退行性疾病对照组。通过配对组织分析，研究人员发现脑组织和脑膜的TCR库具有显著相似性，但在AD中出现了组织特异性克隆。更值得注意的是，在AD患者中，CD8⁺T_RM细胞的克隆扩张程度与脑内微胶质细胞（microglia）产生的TGFB2水平呈正相关，提示脑膜与脑内免疫细胞在AD中存在协同作用。

本研究不仅揭示了人脑退化过程中脑膜免疫的关键动态变化，也为未来开发AD等神经炎症疾病的治疗策略提供了重要资源。该成果发表于《Nature Immunology》。

关键技术方法概述

研究团队利用哥伦比亚大学纽约脑库（New York Brain Bank, NYBB）提供的死后新鲜脑膜与脑组织样本，通过单细胞RNA测序联合T细胞受体测序技术，对免疫细胞进行转录组与克隆动态分析；采用流式细胞术验证脑膜T细胞表型；运用成像质谱流式技术（Imaging Mass Cytometry, IMC）进行空间多蛋白标记分析；利用CellChat软件推断细胞间通讯网络；并通过体外共培养实验验证自然杀伤细胞（Natural Killer cells, NK细胞）对CD8⁺T细胞的杀伤作用。

研究结果

定义脑膜免疫景观

通过单细胞转录组分析，研究团队在脑膜中鉴定出17个免疫细胞簇，包括脑膜巨噬细胞、边界相关巨噬细胞（border-associated macrophages, BAMs）、CD4与CD8 T细胞、黏膜相关恒定T细胞（mucosal-associated invariant T cells, MAIT细胞）、自然杀伤细胞（NK细胞）、单核细胞、中性粒细胞和B细胞。其中CD8 T细胞数量显著多于CD4 T细胞，提示脑膜T细胞多为组织定居而非血液污染。进一步分析显示，脑膜中存在两群主要CD8 T细胞：ZNF683^highCD8 T细胞（高表达组织驻留相关基因ZNF683、CXCR6）与GNLY^highCD8 T细胞（高表达循环相关基因S1PR5与细胞毒性分子GNLY）。

TCR测序揭示脑膜T细胞克隆谱系

TCR测序分析显示，克隆扩增的T细胞主要集中于CD8 T细胞群。ZNF683^high与GNLY^highCD8 T细胞的TCR重叠度低，提示二者发育轨迹独立。在AD患者中，ZNF683^highCD8 T细胞的克隆多样性升高，最大克隆占比下降，而GNLY^highCD8 T细胞的克隆扩张在多种神经退行性疾病中均增强。

脑膜免疫室的变化

研究还发现，在AD患者脑膜中，高度扩增的CD8 T细胞克隆表达更高水平的NKG2A（由KLRC1基因编码），且流式细胞术证实脑膜记忆性CD8⁺T细胞中20–50%为NKG2A⁺。通过混合效应模型（MASC）分析，研究人员进一步确认CD4 T细胞在所有神经退行性疾病中比例升高，而MAIT细胞仅在ALS中显著增加。

TCR靶标预测

通过比对已知抗原数据库，研究发现部分高度扩增的TCR与巨细胞病毒（cytomegalovirus, CMV）及甲型流感病毒特异性TCR具有同源性，提示病毒抗原可能驱动部分脑膜T细胞克隆扩增。

局部细胞间免疫动态

IMC空间分析显示，脑膜CD8⁺T细胞与CD163⁺巨噬细胞直接接触，部分巨噬细胞表达PD-L1，暗示其可能通过免疫检查点调控T细胞活性。CellChat分析预测NK细胞可通过MHC-I类分子与CD8 T细胞交互。体外实验证实，人NK细胞能以NKG2D依赖的方式杀伤活化CD8⁺T细胞。

脑膜与CNS炎症的关联

对比脑膜与脑内T细胞显示，两者TCR库高度重叠，但在AD中重叠度显著低于ALS。进一步发现AD患者脑内ZNF683^highCD8 T细胞比例升高，而GNLY^highCD8 T细胞减少。脑内微胶质细胞在AD患者中高表达TGFB2与IL-10等抗炎因子，且其表达水平与脑膜T_RM细胞克隆大小相关。

结论与讨论

本研究系统描绘了人脑膜在神经退行性疾病中的免疫细胞组成与T细胞克隆动态，提出脑膜是T细胞活化和克隆扩张的重要场所。研究发现AD患者脑膜CD8⁺T_RM细胞的克隆扩张受到抑制，且与脑内微胶质细胞的TGFB2表达相关，提示二者之间存在免疫调节回路。此外，NK细胞通过NKG2D介导的杀伤作用可能参与调控T细胞克隆规模。这些发现不仅深化了对神经免疫交互的理解，也为未来开发针对脑膜免疫的诊疗策略提供了理论基础。