在单细胞分辨率下对整蛋白进行筛选并对抗原特异性CD4+ T细胞进行多模态描绘

为什么这对健康和癌症护理很重要

我们的免疫系统依赖协调对病毒和肿瘤发起攻击的辅助细胞，但科学家一直难以详细追踪这些细胞。该研究引入了一种强大的实验室方法，能够在血液中识别稀有的辅助T细胞，确切确定它们识别的靶点，并以单细胞方式读取其功能状态。这项工作可望改进疫苗设计，并支持针对COVID-19等感染及与人乳头瘤病毒（HPV）相关的癌症的新型细胞治疗。

寻找免疫指挥者

辅助T细胞，也称为CD4+ T细胞，像免疫乐队的指挥。它们在其他细胞向其展示病毒或癌症蛋白的短片段时做出反应，进而帮助产生抗体的B细胞、杀伤性T细胞及其他防御者完成工作。研究这些指挥者一直很困难，因为每个细胞识别的蛋白片段略有不同，而在血液中寻找它们的工具要么扰动它们的自然状态，要么一次只能检测少数靶点。作者旨在构建一种方法，能够搜索整个蛋白，直接从血液中捕获相关的辅助细胞，并在一次操作中读取它们的基因程序和独特的T细胞受体。

为辅助细胞构建蛋白库

研究团队设计了一个大型的人工蛋白复合物库，模拟免疫细胞向辅助T细胞展示的结构。每个复合物以固定形状携带来自病毒或癌蛋白的特定片段，并与人源展示分子相连。通过将各部分连接成单链，他们得以在人的细胞培养中批量生产数百种不同的复合物，而无需单独合成每一肽段。他们证明这些复合物仅与匹配的辅助T细胞结合，可跨多种常见的HLA基因类型工作，并能在极低频率下检测到血液中的稀有细胞。重要的是，与这些复合物的结合还预测了同一T细胞在活细胞呈递靶点时也会产生应答，而不仅限于人工实验。

追踪随时间变化的COVID-19辅助细胞

利用该平台，研究者在22例COVID-19患者的血样中扫描了SARS-CoV-2刺突蛋白的整个受体结合域及其他病毒区域。借助条码和单细胞测序，他们捕获了2,188个病毒特异性辅助T细胞，并对每个细胞识别到哪段病毒片段、由哪个HLA基因呈递、其T细胞受体的结构以及其表达了哪些基因都进行了确定。他们观察到丰富的细胞状态组合，包括类记忆、效应、调节和类耗竭细胞。随着时间推移，应答倾向于向效应记忆细胞转移，但这一模式与先前研究的杀伤性T细胞有所不同。团队创建了一个“免疫原性评分”，将对某一病毒片段有反应的受试者和T细胞克隆数量、这些克隆的扩增程度及其持续时间综合起来。刺突受体结合域片段得分较高与后期更强的抗体水平相关，表明这些辅助细胞可能支持更优质的抗体应答。

为癌症治疗挖掘HPV辅助细胞

研究人员随后将注意力转向癌症，重点研究HPV-16——这是导致宫颈癌及其他癌症的主要原因。他们构建了覆盖两种HPV蛋白E6和E7的分段库，使用不同长度的片段来探测围绕核心序列的“侧翼”区域如何影响辅助T细胞的识别。他们将该库应用于接受了治疗性HPV疫苗的癌前病变患者，从中识别出数十个HPV特异性辅助T细胞。基于这些结果，他们挑选出一组T细胞受体进行深入测试。一些受体在转入人体T细胞后表现出强而特异的应答，产生多种有益信号并能杀死承载HPV片段或全长E6蛋白的靶细胞，同时对相似的人体蛋白或广泛的其他HLA类型几乎没有反应。研究中名为H2的一个受体尤其突出，成为未来工程化T细胞疗法的有前景候选者。

这对未来疫苗和疗法意味着什么

对非专业读者而言，关键结论是作者构建了一种面向辅助T细胞的“免疫搜索引擎”。它可以横向扫描病毒或肿瘤的整蛋白，挑出识别特定片段的稀有细胞，并同时揭示这些细胞的行为以及它们如何被利用。在COVID-19中，这一方法将某些刺突片段与强烈的辅助细胞应答和更高的抗体水平联系起来，为改进疫苗提供线索。在HPV相关疾病中，它发现了既强大又看起来足够安全的辅助T细胞受体，可用于定点癌症免疫疗法。尽管仍需更多工作以将该方法推广至更多HLA基因类型和更大规模的患者群体，但该平台为绘制并最终调控免疫系统的辅助臂在多种疾病中的作用打开了一条可行路径。

引用: Zhang, R., Qi, J., McKasson, M. et al. Whole-protein screening and multi-modal profiling of antigen-specific CD4⁺ T cells at single-cell resolution. Nat Commun 17, 3979 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-72396-7

关键词: CD4 T细胞, 单细胞描绘, SARS-CoV-2 免疫, HPV 免疫疗法, T细胞受体