摘要：在我们的身体中，免疫系统宛如一支无形的“卫士”，时刻守护着健康的堡垒。然而，这支强大的“军队”如何在复杂的组织环境中迅速适应、精准定位并有效发挥作用，仍是科学界的核心难题之一。近年来，研究人员逐渐发现，组织驻留记忆CD8 T细胞（Tissue-resident

引言

在我们的身体中，免疫系统宛如一支无形的“卫士”，时刻守护着健康的堡垒。然而，这支强大的“军队”如何在复杂的组织环境中迅速适应、精准定位并有效发挥作用，仍是科学界的核心难题之一。近年来，研究人员逐渐发现，组织驻留记忆CD8 T细胞（Tissue-resident memory CD8 T cells，简称TRM细胞）作为免疫系统中的一支精锐力量，不仅能够长期驻留于非淋巴组织，还能通过持续的组织监测提供局部感染防护。尤其是在小肠这一屏障组织中，TRM细胞展示了令人惊叹的功能异质性。

1月22日Nature的研究报道“Tissue-resident memory CD8 T cell diversity is spatiotemporally imprinted”，研究聚焦于小肠TRM细胞的多样性，揭示了其分布和功能的关键影响因素。通过空间转录组学技术（spatial transcriptomics），研究人员细致描绘了TRM细胞在小肠中的空间分布与基因表达特征，发现了它们在小肠不同区域（如绒毛顶部和隐窝底部）的分化状态显著不同。这种空间异质性受到局部组织微环境的调控，例如特定细胞因子梯度和细胞间的独特相互作用。而通过对病毒感染小鼠模型的深入研究，进一步证明了这些微环境信号在调控TRM细胞命运选择中的重要作用。

这些发现不仅加深了我们对免疫细胞时空调控的理解，还为精确调控免疫反应提供了全新视角。这一研究将为治疗感染性疾病、自身免疫疾病乃至肿瘤免疫治疗开辟新的道路。

揭秘免疫卫士：组织驻留记忆CD8 T细胞（TRM细胞）

我们的免疫系统如同一支分工明确的“护卫队”，通过复杂的细胞网络和分子信号，构建起对抗病原体入侵的第一道防线。然而，病原体的攻击往往迅猛且具有区域性，这使得免疫细胞能否精准定位并及时响应成为成功防御的关键。CD8 T细胞（Cytotoxic T lymphocytes, CTLs）在这一过程中扮演了重要角色，其中一种特殊亚群——组织驻留记忆CD8 T细胞（Tissue-resident memory CD8 T cells，简称TRM细胞），尤为引人注目。

TRM细胞能够长期驻留在非淋巴组织，成为“常驻型”的免疫哨兵。当病原体再次袭击时，这些细胞能迅速激活并释放效应分子，直接杀伤感染细胞，或者通过分泌细胞因子（如IFN-γ）召集更多免疫细胞参与战斗。与传统的循环型记忆T细胞不同，TRM细胞具备组织特异性，这意味着它们主要活跃于驻留的局部环境中，而非全身循环。因此，研究TRM细胞的分布与功能不仅可以加深我们对免疫机制的理解，还为开发针对性强、低副作用的免疫疗法提供了新思路。

小肠作为人体重要的屏障组织，与外界环境直接接触，因此也是感染性病原体频繁入侵的“前线战场”。TRM细胞在小肠中发挥的作用尤为关键。

空间与时间的印记：TRM细胞多样性的来源

TRM细胞的两种状态：分化与未分化

组织驻留记忆CD8 T细胞（TRM细胞）的多样性是其有效发挥局部免疫防御功能的关键。研究揭示，小肠TRM细胞根据所处的组织位置，表现出显著的分化与未分化状态，并承担不同的免疫任务。在绒毛顶部，TRM细胞主要呈现高度分化的效应型状态，这类细胞能够快速分泌多种细胞因子（如IFN-γ）并发挥直接杀伤作用，防止病原体在肠腔上皮表面的扩散。与之形成鲜明对比的是，在隐窝底部，TRM细胞更倾向于未分化状态，表现出较低的活化水平，但保留了较强的增殖潜力。这种状态为应对突发感染提供了储备力量。

该研究进一步展示了这种分化状态的动态变化。通过单细胞RNA测序技术，研究人员发现绒毛顶部TRM细胞表达高水平的效应型基因（如Gzmb，编码颗粒酶B），而隐窝底部的TRM细胞则显示出高水平的基因增殖标记（如Mki67）。这种差异不仅反映了细胞状态的空间异质性，也揭示了组织微环境在维持TRM细胞多样性中的重要作用。

急性病毒感染后小鼠小肠内抗原特异性CD8 T细胞的空间和转录状态特（Credit:Nature）

建立小肠空间坐标系及IMAP的构建

左图展示了定义小肠（Small Intestine, SI）形态轴的坐标系统，明确了绒毛顶部（Villus Top）、隐窝区域（Crypt Regions）和肌层（Muscularis）的解剖学区域。右图以靠近上皮细胞的距离和与肌层的距离为基础，构建了“免疫细胞映射”（IMAP，Immune Mapping）。在IMAP中，绒毛顶部和隐窝区域包含了两种主要淋巴细胞：上皮内淋巴细胞（IEL, Intraepithelial Lymphocytes）和固有层淋巴细胞（LPL, Lamina Propria Lymphocytes）。

P14 T细胞的空间定位与动态变化

通过免疫荧光技术，在急性病毒感染后的不同时间点（如感染后6天、8天、30天、90天）对P14 T细胞的空间定位进行了动态分析。IMAP图中，标注了不同区域的细胞分布：绒毛顶部（蓝色）、隐窝（红色）和肌层（米色）。通过核密度估计（Kernel Density Estimation），展现了这些细胞在不同时间点的位置分布动态。

基于Xenium的空间转录组学数据结构

Xenium技术用于小肠组织的空间转录组分析：第一排：展示了感染后第8天小鼠小肠样本的整体视图，细胞按Leiden聚类结果进行颜色标记。第二排：放大绒毛区域，显示了H&E染色的形态结构。第三排：共聚焦免疫荧光图像显示了CD8α和WGA（小麦胚凝集素）的染色分布。第四排：Xenium的DAPI染色图像与细胞边界分割叠加显示，细胞被分配至特定Leiden聚类。第五排：进一步放大的同一绒毛区域显示了DAPI染色和细胞边界分割叠加，以及特定转录本（如Cd8a、Cd8b、Gzmb和P14特异性Xist）的空间分布。

多时间点空间转录组数据的处理和展示

对急性病毒感染后第6天（6 d.p.i.）、第8天（8 d.p.i.）、第30天（30 d.p.i.）和第90天（90 d.p.i.）的小鼠小肠样本进行Xenium数据分析：第一行：所有样本的最小畸变嵌入（MDE，Minimum Distortion Embedding）视图，细胞按细胞类型着色。第二行：细胞的原位空间定位。第三至第五行：放大区域显示：第三行：按细胞类型标记的空间分布；第四行：P14 T细胞聚类在空间中的分布（红色高亮）；第五行：按Leiden聚类标记的细胞分布。

细胞类型和感染时间的动态分析

分析了不同时间点（6、8、30、90 d.p.i.）中各种细胞类型（如树突状细胞DC、固有淋巴细胞ILC、黏膜相关不变T细胞MAIT、自然杀伤细胞NK等）的空间分布和动态变化。重点突出P14 T细胞在不同感染阶段的转录状态和空间定位变化。

组织微环境的调控作用

小肠中的TRM细胞命运选择受到复杂组织微环境的精确调控。其中，细胞因子的梯度分布被认为是关键影响因素之一。该研究特别强调了TGFβ（转化生长因子β）的重要性。TGFβ浓度在小肠上皮细胞附近较高，它通过与TRM细胞表面的受体结合，诱导其驻留于组织并维持未分化状态。这一机制在隐窝底部尤为明显，支持了未分化TRM细胞的维持和更新能力。

同时，CXCL9和CXCL10等趋化因子形成的浓度梯度则是驱动TRM细胞向绒毛顶部迁移并完成效应型分化的主要力量。研究表明，这些趋化因子主要由感染早期的上皮细胞和巨噬细胞分泌，能够通过结合CXCR3受体精准定位TRM细胞到病原体活跃区域。在病毒感染的小鼠模型中，研究发现CXCR3缺失的TRM细胞在绒毛顶部的分布显著减少，进一步验证了这一调控网络的关键性。

此外，微环境中的其他因素，如局部营养物质浓度和代谢条件，也可能间接影响TRM细胞的分化与活性。研究表明，葡萄糖限制或乳酸积累等代谢信号，会调节TRM细胞的能量利用和效应功能，进一步加深了TRM细胞多样性与微环境之间的动态关联。

理解免疫细胞在组织中的分布与功能一直是免疫学研究的重要目标，而空间转录组学（Spatial Transcriptomics）技术的出现，为这一领域带来了革命性突破。这项技术通过结合高分辨显微成像与分子测序手段，不仅可以在组织切片的空间背景中定位特定细胞，还能同时获取每个细胞的基因表达谱。这种全景式的视角为解析组织中细胞的空间分布及其功能特征提供了无与伦比的精确度。

在该研究中，研究人员利用空间转录组学技术，成功绘制了小肠TRM细胞的空间分布图。他们首先对小肠组织切片进行荧光标记，标注TRM细胞的特异性标记基因（如CD69和CD103），随后通过基因表达分析，将每个细胞的基因组信息映射到其在组织中的具体位置。这种方法使得研究人员能够清晰区分绒毛顶部和隐窝底部TRM细胞的分布，并揭示出两者之间显著的基因表达差异。

研究还利用空间转录组学技术将单细胞数据与组织背景相结合，从整体维度解读小肠TRM细胞的功能特性。例如，在隐窝区域，TRM细胞表达增殖相关基因（如Mki67），而在绒毛顶部，TRM细胞则主要激活效应型基因（如Gzmb），为理解其分化机制和功能分工提供了直观证据。

小肠的复杂结构使得解析TRM细胞的分布与功能成为一项具有挑战性的任务。研究特别强调了小肠TRM细胞在三种空间轴线上的动态分布，即隐窝-绒毛轴（crypt-villus axis）、纵向轴（proximal-distal axis）和上皮轴（epithelial axis）。

隐窝-绒毛轴：在隐窝底部，TRM细胞呈现低活化状态，并保留较高的增殖潜力。而在绒毛顶部，TRM细胞的分化状态更加成熟，效应功能显著增强。这种分布差异被认为是细胞因子梯度（如TGFβ）的直接结果。空间转录组学的结果清楚地展示了沿该轴线的基因表达变化，为理解局部微环境如何塑造TRM细胞功能提供了数据支持。

纵向轴：小肠的近端与远端在营养吸收和病原暴露上存在显著差异，这同样体现在TRM细胞的分布上。研究发现，靠近十二指肠的近端区域TRM细胞活性较高，而远端区域（如回肠）中的TRM细胞数量相对较少。研究人员利用空间转录组学技术发现，这种差异可能与局部微生物群落的组成和代谢产物（如短链脂肪酸）的分布密切相关。

上皮轴：小肠上皮层与固有层之间的免疫细胞分布同样显示出显著的层次性。研究显示，TRM细胞在上皮层内主要发挥监视和早期响应功能，而在固有层内则更多与其他免疫细胞进行交互以维持免疫稳态。空间转录组学技术在这一轴线上的应用，使得研究人员能够准确解析TRM细胞与周围细胞间的相互作用，进一步揭示了它们在局部免疫防御中的作用机制。

组织与细胞的“对话”：关键调控网络

组织驻留记忆CD8 T细胞（TRM细胞）在小肠中不仅独立行动，还通过复杂的细胞间“对话”与周围环境紧密协作。这种协作关系使得TRM细胞能够在局部发挥免疫监控和效应功能，同时维持组织内稳态。

成纤维细胞的支持作用：成纤维细胞是TRM细胞驻留的关键“伙伴”。研究发现，小肠固有层中的成纤维细胞通过分泌TGFβ（转化生长因子β）以及细胞外基质（如胶原蛋白），为TRM细胞提供稳定的驻留微环境。这种物理和化学支撑不仅帮助TRM细胞维持驻留状态，还调节其未分化特性，使其保有应对感染的潜能。

B细胞的协同防御：B细胞与TRM细胞的相互作用在局部免疫反应中起到重要作用。通过表达共刺激分子（如CD40L）以及分泌细胞因子（如IL-21），TRM细胞能够增强B细胞的抗体生成能力，为小肠内快速中和病原体提供支持。反之，B细胞也为TRM细胞提供信号分子（如IL-15），促进其在局部的存续。

上皮细胞的保护屏障：小肠上皮细胞不仅是物理屏障，更是TRM细胞的重要协作伙伴。研究表明，上皮细胞通过分泌CXCL9和CXCL10等趋化因子，引导TRM细胞迁移至感染热点区域。这种空间定位能力使得TRM细胞能够集中火力，对病原体进行高效清除。此外，上皮细胞的抗原呈递功能还能增强TRM细胞的激活效率，为免疫响应的启动提供关键支持。

TRM细胞在小肠中的定位和分化依赖于多种信号通路的调控。其中，TGFβ和CXCR3信号通路是两个核心环节。

TGFβ信号通路：维持驻留与未分化状态

TGFβ是一种多功能细胞因子，在TRM细胞驻留过程中扮演了至关重要的角色。研究指出，TGFβ通过SMAD信号通路下调TRM细胞中的Eomes（转录因子），从而抑制其迁移能力，同时促进CD103（整合素αE）的表达，增强其在组织中的附着能力。此外，TGFβ还与其他信号分子协同作用，维持隐窝底部TRM细胞的未分化特性，使其具备更强的增殖潜力。

CXCR3信号通路：驱动空间分布与效应

分化CXCR3受体是TRM细胞表面的一种关键趋化因子受体，其与CXCL9和CXCL10结合后，能够引导TRM细胞向绒毛顶部区域迁移。研究表明，感染期间，上皮细胞和巨噬细胞会分泌大量CXCL9和CXCL10，形成趋化因子梯度。TRM细胞通过感知这一梯度，迅速定位至感染部位并激活效应功能（如分泌颗粒酶B和穿孔素）。实验显示，CXCR3缺失的小鼠TRM细胞分布受限，无法有效抵达绒毛顶部，导致局部感染防御能力显著下降，进一步证明了这一通路的重要性。

精准调控免疫的可能性

TRM细胞研究的突破，为免疫调控和疾病治疗带来了全新的契机。这些驻留于局部组织的免疫细胞因其独特的功能特性，在感染性疾病、自身免疫疾病以及癌症的免疫治疗中具有巨大潜力。

感染性疾病中的应用

TRM细胞在快速响应病原体入侵中扮演了不可或缺的角色。研究表明，增强TRM细胞的数量或功能，可显著提高机体对局部感染的防御能力。在肠道病毒感染模型中，增加TRM细胞的CXCR3表达量能够加速其向感染部位的定位并启动效应功能，从而有效遏制病毒扩散。基于这一机制，未来可以设计针对TRM细胞的疫苗策略，通过激活局部免疫反应来提升保护效果。

自身免疫疾病中的调控

在某些自身免疫性疾病（如克罗恩病）中，TRM细胞数量的异常或功能紊乱可能是疾病发展的重要驱动因素。该研究揭示，小肠隐窝底部的未分化TRM细胞在维持肠道免疫稳态中发挥关键作用。当这些细胞的驻留能力或再生能力受损时，肠道组织更容易受到炎症因子的破坏。因此，针对TRM细胞的调控策略（如恢复TGFβ信号通路或促进TRM细胞更新）有望成为治疗自身免疫疾病的新方向。

癌症免疫治疗的创新

TRM细胞的组织特异性和强效应功能使其成为肿瘤免疫治疗的重要目标。特别是在肠道肿瘤中，激活TRM细胞可以通过局部释放IFN-γ和颗粒酶B，直接杀伤肿瘤细胞并招募更多免疫细胞参与清除。此外，通过增强CXCL9和CXCL10的分泌以提高TRM细胞的肿瘤浸润能力，也是一种值得探索的策略。未来，结合TRM细胞激活与现有免疫检查点抑制剂的疗法，可能会显著提升肿瘤治疗的效果。

TRM细胞的研究不仅回答了免疫细胞在局部组织中的分布和功能问题，还为现代医学带来了深远的启示。通过破解免疫系统的空间密码，我们能够更好地理解机体如何平衡保护与自稳，并为感染性疾病、自身免疫疾病和癌症的精准治疗开辟全新路径。未来，结合先进的技术与临床需求，TRM细胞研究有望在个性化医学和免疫疗法中发挥更大的作用。

参考文献

Reina-Campos M, Monell A, Ferry A, Luna V, Cheung KP, Galletti G, Scharping NE, Takehara KK, Quon S, Challita PP, Boland B, Lin YH, Wong WH, Indralingam CS, Neadeau H, Alarcón S, Yeo GW, Chang JT, Heeg M, Goldrath AW. Tissue-resident memory CD8 T cell diversity is spatiotemporally imprinted. Nature. 2025 Jan 22. doi: 10.1038/s41586-024-08466-x. Epub ahead of print. PMID: 39843748.

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