【摘要】：從臍帶血開始被用于骨髓重建到現(xiàn)在用于腫瘤免疫治療已經(jīng)有數(shù)十年的歷史。臍帶血是造血干細(xì)胞和免疫細(xì)胞十分豐富的來源,而且具有采集方便、無侵害性的優(yōu)點(diǎn)。由于臍帶血中的免疫細(xì)胞處于免于外界病原侵?jǐn)_的環(huán)境中,因此相對于外周血免疫細(xì)胞更加幼稚。這種特性降低了淋巴細(xì)胞的同種異體排異反應(yīng)潛能,在臍帶血移植時(shí)的移植物抗宿主病風(fēng)險(xiǎn)也更低。臍帶血中的免疫細(xì)胞也在抗病毒等微生物感染的過程中發(fā)揮著重要的作用。雖然臍帶血現(xiàn)在被廣泛用于重要的臨床應(yīng)用,但我們對其中的細(xì)胞組成和分子特征了解尚不完全。隨著技術(shù)的進(jìn)步和探索的加深,臍帶血細(xì)胞也表現(xiàn)出了令人驚奇的異質(zhì)性,而這些異質(zhì)性也顯著影響著臍帶血細(xì)胞的臨床應(yīng)用策略。單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)測序技術(shù)的出現(xiàn)為細(xì)致的探索臍帶血有核細(xì)胞的異質(zhì)性和推斷其功能提供了強(qiáng)有力的工具。本研究從兩個(gè)臍帶血樣本中篩選了有核細(xì)胞,通過10x Genomics'Chromium System單細(xì)胞平臺(tái)和BGISEQ-500測序儀對臍帶血有核細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序。同時(shí)還引入了兩份用相同平臺(tái)產(chǎn)生的包含11948個(gè)外周血單核細(xì)胞的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)作為臍帶血樣本的參照。在合并臍帶血單細(xì)胞數(shù)據(jù)和外周血單細(xì)胞數(shù)據(jù)后進(jìn)行了嚴(yán)格的多維度的質(zhì)量控制和過濾。接著運(yùn)用多種方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行了批次效應(yīng)矯正與評估,確定了最適合本研究的去批次效應(yīng)方法。然后運(yùn)用聚類和降維的方法對單細(xì)胞數(shù)據(jù)進(jìn)行了可視化及細(xì)胞類型的定義。最后對于臍帶血中的有核紅細(xì)胞、造血干細(xì)胞和細(xì)胞毒性細(xì)胞進(jìn)行了更加深入的探究。本研究首次報(bào)告了兩份臍帶血樣本中7852個(gè)(UCB1)和9785(UCB2)個(gè)有核細(xì)胞在單細(xì)胞水平上的轉(zhuǎn)錄組圖譜。臍帶血中平均每個(gè)有核細(xì)胞檢測到基因數(shù)分別為1270和1460,涵蓋了包括有核紅細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、造血干細(xì)胞在內(nèi)的12種主要細(xì)胞類型。時(shí)序分析推測了有核紅細(xì)胞成熟過程中的線性變化及雙極性特征,展示了有核紅細(xì)胞群體在臍帶血內(nèi)成熟過程中細(xì)胞形態(tài)的改變、表達(dá)譜的重編程以及潛在的轉(zhuǎn)錄組程序的激活差異。揭示了臍帶血可能是有核紅細(xì)胞發(fā)育成熟的重要場所。首次發(fā)現(xiàn)了存在于臍帶血中的新祖細(xì)胞亞群。這群祖細(xì)胞為CD34陰性但仍與CD34陽性祖細(xì)胞表達(dá)譜相似性非常高。其同時(shí)表達(dá)粒細(xì)胞-單核細(xì)胞祖細(xì)胞(GMP)、肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞的標(biāo)志基因。時(shí)序分析推斷此細(xì)胞可能為臍帶血中從GMP分化成為肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞中間時(shí)期的雙能性祖細(xì)胞,命名為uIBC(umbilical intermediate bi-potent cells)。單細(xì)胞數(shù)據(jù)揭示了臍帶血與外周血中細(xì)胞毒性免疫細(xì)胞包括NK細(xì)胞、NKT細(xì)胞和細(xì)胞毒性T細(xì)胞豐富的異質(zhì)性。通過顆粒酶K、顆粒酶B以及細(xì)胞譜系基因,重新定義出了臍帶血和外周血中的五個(gè)細(xì)胞毒性細(xì)胞亞群,其中發(fā)現(xiàn)了臍帶血中獨(dú)有GZMB陽性的NKT細(xì)胞亞群。GO分析揭示了GZMB陽性NKT細(xì)胞在臍帶血先天性免疫中發(fā)揮的重要作用。差異基因的整合分析與共表達(dá)分析,分別揭示了廣泛存在的與GZMB和GZMK細(xì)胞亞群內(nèi)的細(xì)胞毒性功能核心基因模塊。本研究提供了首個(gè)臍帶血有核細(xì)胞單細(xì)胞層面的表達(dá)圖譜,為傳統(tǒng)bulk RNA測序及單細(xì)胞測序提供了精細(xì)的轉(zhuǎn)錄組補(bǔ)充和參考。該數(shù)據(jù)還為后續(xù)的祖細(xì)胞、免疫細(xì)胞和有核紅細(xì)胞的功能性研究提供了豐富的數(shù)據(jù)資源。有核紅細(xì)胞與祖細(xì)胞的分析填補(bǔ)了造血系統(tǒng)發(fā)育的重要過程,為以后研究指引了新的方向。細(xì)胞毒性細(xì)胞亞群的研究為提高臍帶血細(xì)胞過繼治療腫瘤的效果和抵抗微生物感染提供了重要的線索。本研究提供的關(guān)鍵信息無疑將成為促進(jìn)臨床創(chuàng)新、開發(fā)更有療效和更具效益的臍帶血治療方案的最新動(dòng)力。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：R329.2;Q343

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本文編號：2709725