单核细胞来源的树突状细胞通过CD80/CD86共刺激信号增强CD8+ T细胞反应加剧短暂损伤诱导的脑损伤

《Cell Reports》：Monocyte-derived cells promote transient insult-induced brain injury by enhancing CD8+ T cell response

本研究针对短暂损伤（如放射性脑损伤和脑卒中）后脑内免疫调控机制不清的问题，揭示了单核细胞来源的树突状细胞（moDCs）作为关键抗原呈递细胞（APCs），通过CD28-CD80/CD86共刺激信号促进CD8+ T细胞克隆扩增和细胞毒性分化，从而加剧脑损伤。清除单核细胞或阻断CD80/CD86可减轻认知损伤，为相关神经系统疾病提供了新的治疗靶点。

　　

当大脑遭受放射性损伤或缺血性卒中这类“短暂性”但剧烈的打击后，其内部会引发一场复杂的免疫风暴。长期以来，科学家们知道适应性免疫，特别是CD8⁺ T细胞，会侵入受损的脑实质并加剧神经元的死亡。然而，一个关键谜团始终悬而未解：在相对“免疫特权”的大脑中，这些CD8⁺ T细胞是如何被精准“激活”，并获得强大杀伤能力的？传统的认知是，抗原呈递细胞（APCs）是启动T细胞应答的关键。但在脑损伤的复杂环境中，谁扮演了主要的“教官”角色？是常驻的微glia，还是从外周招募而来的免疫细胞？它们又是通过什么分子机制向CD8⁺ T细胞下达“攻击指令”的？解答这些问题，对于开发针对放射性脑损伤（Radiation-Induced Brain Injury, RIBI）和脑卒中等疾病的新型免疫干预策略至关重要。

由You Zuo（左佑）、Shaojian Li（李绍健）、Xiaoqiu Zhu（朱晓秋）等共同第一作者，Wei-Jye Lin（林伟杰）、Zhongshan Shi（石中山）和Yamei Tang（唐亚梅）作为共同通讯作者的研究团队，在《Cell Reports》上发表的研究，正是为了解开这个谜团。他们综合利用了单细胞RNA测序（scRNA-seq）、单细胞T细胞受体测序（scTCR-seq）、谱系追踪、免疫细胞剔除以及共刺激信号阻断等多种先进技术，对来自RIBI患者的脑病灶组织和配对的外周血单核细胞（PBMCs），以及RIBI和短暂性大脑中动脉闭塞（MCAO）小鼠模型进行了深入剖析。

研究的关键技术方法主要包括：对4例RIBI患者的脑病灶和配对PBMCs进行5‘端scRNA-seq和scTCR-seq分析，构建小鼠RIBI（X射线和γ射线）和MCAO模型，利用Cx3cr1^creER::Ai9小鼠进行体内谱系追踪以区分细胞来源，使用氯膦酸盐脂质体剔除外周单核细胞，以及应用抗CD80/CD86中和抗体进行体内阻断实验。

cDC2样细胞浸润RIBI患者和小鼠模型的脑病灶

通过对患者样本的单细胞图谱分析，研究人员发现脑病灶近端区域（R0）有大量的单核吞噬细胞（MPs）和T细胞浸润。他们特别关注了具有抗原呈递功能的细胞群体。重新聚类分析后，鉴定出三个cDC样细胞亚群，其中cDC2样_1细胞主要位于脑内，并且高表达MHCII（主要组织相容性复合体II类分子）相关基因、共刺激分子（如CD80/CD86）和MHC I类分子，表现出最强的专业APC特征。在RIBI小鼠模型中，流式细胞术也证实了脑内CD45^high CD11c⁺ MHCII⁺ CD172a⁺的cDC2样细胞显著增加。

脑病灶中的cDC2样细胞来源于单核细胞

这些具有APC特征的cDC2样细胞究竟从何而来？转录组分析显示，脑内的cDC2样_1细胞高表达单核细胞来源的DC（moDC）标志物（如CSF1R, CX3CR1, FCGR1A/CD64），并且与体外诱导的moDC特征高度相似。伪时序分析和RNA速率分析均表明，这些细胞起源于经典单核细胞，并逐渐向cDC2样细胞分化。为了在体内验证这一发现，研究人员使用了Cx3cr1^creER::Ai9小鼠进行谱系追踪。通过他莫昔芬诱导，可以标记组织驻留的髓系细胞（如微glia，tdTomato⁺），而后期浸润的外周单核细胞则为tdTomato^-。免疫荧光染色显示，在照射后的脑组织中，大多数MHCII⁺的细胞同时表达IBA1（标记髓系细胞）但不表达tdTomato，证实了它们的单核细胞来源。进一步，他们发现脑内浸润的单核细胞主要分化为表达CD209的moDCs，而非单核细胞来源的巨噬细胞（MoMacros），并且这些moDCs占了脑内单核来源细胞的一半以上。

单核细胞剔除减少脑内moDCs并改善辐射诱导的认知损伤

既然moDCs来源于外周单核细胞，那么清除单核细胞是否能够减轻脑损伤？研究人员使用氯膦酸盐脂质体剔除小鼠外周的单核细胞。结果显示，这确实导致了脑内IBA1⁺ MHCII⁺细胞和moDCs的显著减少。更重要的是，单核细胞剔除后，脑实质内浸润的CD8⁺ T细胞也明显减少，并且共聚焦成像显示moDCs与CD8⁺ T细胞在脑内存在共定位，提示它们可能发生相互作用。行为学测试表明，单核细胞剔除有效逆转了辐射引起的新物体识别（NOR）测试中的记忆缺陷，但在Y迷宫自发交替测试中改善不明显，提示对不同类型的记忆功能可能有选择性影响。

CD8⁺ T细胞在受照射脑内发生克隆扩增并获得细胞毒性能力

对患者脑内CD8⁺ T细胞的单细胞分析揭示了其活化和分化的精细路径。研究人员鉴定出9个CD8⁺ T细胞亚型，包括 na?ve/中央记忆型、效应记忆型（CD8⁺ Tem，特征为GZMK⁺）、组织驻留记忆型（CD8⁺ Trm）、细胞毒性T淋巴细胞（CD8⁺ CTLs，特征为GZMB⁺, GZMH⁺）等。值得注意的是，GZMK⁺ CD8⁺ Tem细胞是脑病灶中最主要的亚型，并且scTCR-seq分析显示，它们与终末分化的CD8⁺ CTLs共享最多的TCR克隆，表明GZMK⁺ CD8⁺ Tem细胞是CD8⁺ CTLs的前体细胞，CD8⁺ T细胞的激活和效应分化是在脑病灶局部完成的。

共刺激分子促进CD8⁺ T细胞反应并加剧辐射诱导的脑损伤

CD8⁺ T细胞的完全活化需要双重信号：抗原信号（第一信号）和共刺激信号（第二信号）。细胞通讯分析（CellPhoneDB）预测，GZMK⁺ CD8⁺ Tem细胞与cDC2样_1细胞之间存在强烈的CD28-CD80/CD86配体-受体相互作用。流式细胞术验证了在RIBI小鼠脑内，CD86分子在免疫细胞（CD45⁺）上表达升高，并且cDC2样细胞上的CD86表达水平显著高于MHCII⁺的微glia。为了评估CD80/CD86共刺激通路的功能重要性，研究人员在体内使用了抗CD80和抗CD86的中和抗体进行阻断。结果显示，阻断CD80/CD86信号后，脑内CD8⁺ T细胞数量减少，神经元损失减轻，辐射引起的坏死病灶体积缩小，并且小鼠在NOR和Y迷宫测试中的认知功能得到显著改善。

moDCs在脑缺血诱导的脑损伤进展中增强CD8⁺ T细胞反应

为了验证这一机制是否具有普适性，研究人员分析了公开的脑卒中（MCAO）模型scRNA-seq数据，并在自家建立的MCAO模型中进行了实验。结果与RIBI模型高度一致：卒中后脑内同样有cDC2样细胞浸润，其CD86表达上调，且表达水平高于MHCII⁺微glia。体内阻断CD80/CD86信号，同样能够减少脑梗死体积，降低CD8⁺ T细胞浸润，改善神经功能缺损评分并提高存活率。

综上所述，这项研究清晰地描绘了在短暂损伤诱导的脑损伤（如RIBI和卒中）中，一条由外周单核细胞浸润、分化为moDCs，进而通过CD80/CD86共刺激信号驱动CD8⁺ T细胞克隆扩增和毒性分化，最终导致神经元死亡和认知功能障碍的免疫病理轴。这项研究不仅深化了对中枢神经系统内免疫细胞相互作用的理解，更重要的是，它将moDCs及其提供的CD80/CD86共刺激信号确立为潜在的治疗靶点。研究者提出，临床上已应用的CTLA-4-Ig（如阿巴西普、贝拉西普）等共刺激阻断剂，或可为RIBI、脑卒中等相关神经系统疾病的治疗提供新的思路。当然，研究也存在一些局限性，例如尚未直接证实moDCs在脑内呈递的具体抗原，以及未能特异性靶向moDCs进行功能研究等，这些将是未来探索的方向。