单细胞与空间转录组揭示肝移植排斥中移植相关T细胞和髓系细胞的动态互作

《Frontiers in Immunology》：Single-cell and spatial transcriptomics reveal transplant-associated T cells and myeloid cells in human liver transplantation

本研究整合单细胞RNA测序（scRNA-seq）与空间转录组学（ST）技术，系统解析了人类肝移植不同阶段移植物组织的免疫微环境特征。研究发现了移植相关T细胞（taT）亚群（包括CD4+Teff_like和CD8+tTeff_like细胞）在排斥组显著富集，并揭示了CD4+Teff_like细胞通过MIF-(CD74+CD44)途径招募Monocyte_PPARG，进而经ICAM1-LFA1通路促进CD8+Tpex向tTeff_like分化的跨细胞互作机制。高分辨率ST显示这些免疫亚群主导排斥肝组织的门管区分布，为靶向免疫治疗策略提供了新见解。

　　

单细胞与空间转录组揭示人类肝移植中的移植相关T细胞和髓系细胞

引言

肝移植是终末期肝病的唯一有效治疗方法，但免疫排斥尤其是T细胞介导的排斥（TCMR）仍是移植物失功的主要原因。尽管免疫抑制剂可缓解排斥，仍有部分受者发生急性排斥。当前免疫抑制剂主要通过非特异性抑制T细胞活化发挥作用，可能破坏免疫稳态并引起副作用。除T细胞外，抗原呈递细胞（APCs）在移植物排斥中也起重要调控作用。因此，全面理解肝内免疫景观对开发更有效的靶向免疫疗法至关重要。近年来，单细胞RNA测序（scRNA-seq）和空间转录组学（ST）技术的发展为高分辨率解析疾病免疫应答提供了可能，但在肝移植领域的应用仍有限。多数现有研究集中于外周血或动物模型，对人类移植物组织肝内免疫微环境的直接表征不足，且多关注单一时间点，限制了对其动态变化的理解。本研究整合了人类肝移植前、中、后多个阶段的scRNA-seq数据，并应用高分辨率ST分析排斥移植物，旨在提供全面的时空免疫图谱，揭示与移植物排斥和耐受相关的免疫机制。

方法

scRNA-seq数据来自五个数据集，包括23名个体的肝组织样本：11例移植前样本（供肝）、8例术中样本（门静脉灌注后2小时）和13例移植后样本（7例排斥，6例非排斥）。ST样本来自2024年至2025年间三名急性排斥患者的肝组织，使用Visium HD平台分析。数据质控、整合和注释通过Seurat等工具完成，细胞分群、伪时间轨迹、转录因子分析和细胞间通讯分别采用Monocle3、SCENIC和CellChat进行。功能富集分析通过GSVA和GO完成。ST数据通过RCTD方法以scRNA-seq数据为参考进行细胞类型注释。多重免疫荧光（mpIF）用于组织水平验证。

结果

单细胞景观 of 人类肝移植物

研究构建了包含149,344个高质量单细胞的图谱，聚类为23个亚群，鉴定出T细胞、NK细胞、B细胞、肝细胞、髓系细胞、内皮细胞、成纤维细胞和浆细胞样树突状细胞（pDCs）八大主要细胞类型。T细胞、NK细胞和髓系细胞是主要免疫组分，且在不同组别中比例各异。

移植相关CD4⁺T细胞亚群的鉴定

共识别出13个CD4⁺T细胞簇，其中6个代表性转录状态被定义为移植相关CD4⁺T细胞（taCD4⁺T），包括前体耗竭T细胞（Tpex）、效应样T细胞（Teff_like）、细胞毒样T细胞（Tc_like）、辅助样T细胞（Th_like）、组织驻留记忆样T细胞（Trm_like）和初始样T细胞（Tn_like）。Teff_like亚群在排斥组显著富集，高表达CTLA4、PDCD1、TIGIT等效应和耗竭相关基因。

CD4⁺Teff_like细胞的增强分泌功能

Teff_like亚群在免疫相关通路中高度富集，如蛋白分泌，并高表达趋化因子CCL3、CCL4和CCL5。伪时间分析显示该亚群起源于Tpex，出现于早中期。关键转录因子（如EOMES、FOXO1、RUNX2、RFX3和IRF4）调控网络参与其功能状态，靶基因富集于单核细胞分化和淋巴细胞分化等过程。

排斥组中富含耗竭特征的CD8⁺T细胞

移植相关CD8⁺T细胞（taCD8⁺T）包括Tpex、过渡效应样T细胞（tTeff_like）、Tc_like、中央记忆样T细胞（Tcm_like）、Trm_like、应激样T细胞（Tstr_like）、耗竭样T细胞（Tex_like）、Tn_like和黏膜相关恒定样T细胞（MAIT_like）。Tpex和tTeff_like亚群在排斥组显著富集，分别与MYC/WNT通路和干扰素应答、mTORC1信号等激活通路相关。伪时间轨迹显示从Tpex向tTeff_like再向Tex_like的分化路径。

Monocyte_PPARG通过ICAM1-LFA1互作激活CD8⁺Tpex

髓系细胞分析显示，移植前和术中组以单核细胞和巨噬细胞为主，移植后组树突状细胞（DCs）比例升高。Monocyte_PPARG在排斥组富集，上调TGF-β和IL6-JAK-STAT3信号。细胞通讯分析表明，CD4⁺Teff_like通过MIF-(CD74+CD44)途径招募Monocyte_PPARG，后者经ICAM1-(ITGAL+ITGB2)（即LFA-1）互作与CD8⁺Tpex/tTeff_life亚群交流。

空间转录组提示taT亚群主导排斥

高分辨率ST显示，排斥肝组织中免疫细胞主要富集于门管区，taT亚群（尤其是CD4⁺Teff_like和CD8⁺tTeff_like）占主导。mpIF验证了CD4⁺PD1⁺T细胞和CD68⁺ICAM1⁺髓系细胞在门管区的共定位，支持局部互作。

讨论

本研究通过多阶段整合分析，揭示了taT亚群在肝移植排斥中的关键作用。CD4⁺Teff_like通过趋化因子招募免疫细胞，CD8⁺tTeff_like作为功能活跃的过渡状态，与髓系细胞形成跨谱系互作网络。空间分析明确了门管区作为免疫微环境枢纽的地位。研究局限性包括样本量有限和缺乏功能验证，但为开发靶向疗法提供了新视角。高分辨率ST技术的应用尤其适用于临床活检样本，有望推动肝移植免疫研究的精准化发展。