T细胞免疫组库与高原红细胞增多症易感性的关系及机制研究

We previously observed that T lymphocytes and secreting cytokines were related to erythropoiesis during hypoxia and pathogenesis of high altitude polycythemia (HAPC). Due to a relationship between T-cell repertoire diversity and T-subset polarization as well as different cytokines production, we presume that T-cell receptor (TCR) repertoire specificity caused by self MHC, infection and environmental factor seems to play important role in individual susceptibility of HAPC. In this study, the expressions of TCR genes for HAPC patients and healthy high-altitude migrators were evaluated by gene scanning and high-throughput sequencing technique. Meanwhile, the correlations among TCR repertoire, T subsets, produced erythroid cytokines and susceptibility of HAPC were analyzed. The dominant T-cell clones and representative TCR structures of HAPC patients were also discovered. Then, we will explore why T-cell clones with special TCR could influence growth of erythroid cells under hypoxia and cause severity of HAPC. Meanwhile, the genetic and environmental factors related to TCR dominance of HAPC patients were also analyzed by method of bioinformatics. This study may provide a new idea for prevention, treatment and of HAPC as well as screening of susceptible persons.

本课题组前期研究发现CD4+T淋巴细胞特定亚群及其分泌的细胞因子参与了高原红细胞增多（症）过程，由于高红症存在个体易感倾向，而个体由于自身MHC、感染、环境等因素造成的T细胞多样性特征被认为与T细胞的极化及生成细胞因子的类型与水平有关，因此我们推测个体T细胞组库可能与高红症的发病存在一定关系。本项目拟以高红症患者及高原健康人群外周血T淋巴细胞为研究对象，综合应用TCR基因谱系扫描分析和TCR免疫组库高通量测序技术，深入研究TCR组库特征与CD4+T细胞亚群谱、造血因子谱及高红症易感性的关联性，并寻找高红症患者典型性的T细胞克隆和TCR共性结构特征。在此基础上，探索低氧环境下特殊T细胞克隆影响红系造血的相关机制，并通过生物信息学手段初步探索与HAPC特定TCR相关的遗传因素和环境抗原因素，本课题研究结果有望为高红症的防治和易感者的筛选提供新的思路和干预靶点。

本项目综合采用多组学检测、生物信息分析、分子生物学实验等技术，利用人群血液样本、动物与细胞模型，系统探明了T细胞免疫组库特征与高原红细胞增多症(HAPC)易感性的关系及相关机制。首先，使用悬液芯片多重检测技术发现HAPC患者血浆中多种Th1、Th17、Treg型细胞因子与高原健康人群有差异，包括lL-6、IL-10、IL-17、IL-21、IL-22、IL-31、INF-γ等，其中多数因子与血红蛋白浓度具有相关性。对HAPC患者与同海拔健康人群各10例T细胞TCRβ链的CDR3区进行高通量测序分析发现，相比于高原健康人，HAPC患者TCR克隆多样性下降，优势性寡聚克隆拷贝数占比显著增多，TCR种类和CDR3区的V（D）J取用偏向也均不同于高原健康人，尤其是TRBV5-1、TRBV6-5、TRBV12-3亚家族的拷贝数显著增多，且与个体血红蛋白浓度以及血液中T细胞因子lL-6、IL-10、IL-17、IL-22、INF-γ的含量表现出明显相关性。由于个体HLA分子的遗传特征是影响何种TCR结构能够活化的一个重要因素，通过比较HAPC患者与高原健康人各54例的HLA-DR/DQ基因型，我们筛选出HAPC患者的HLA-II分子特征是DRB1*08频率较高，DRB1*12和DQB1*03频率较低。在T 细胞异常对红系造血的影响及机制探索方面，本项目一是发现与T细胞有关的IL-10和IL-22可以调控铁调素（hepcidin） 的表达，当高原低氧时T细胞亚群失衡，这两种细胞因子较低时，可以进一步下调缺氧后hepcidin的表达，使机体可利用铁增多，后者刺激骨髓等部位的红系造血，参与HAPC的发生。二是发现由特殊T细胞分泌的IL-6、IL-31可能通过ATF6等通路介导的内质网未折叠蛋白反应机制发挥对造血细胞的抗凋亡作用，促进红细胞增多。三是对HAPC患者和高原健康人的外周血细胞转录组进行了比较，结果进一步佐证了高原慢性低氧习服不全导致T细胞失衡与生成多种细胞因子变化，后者可能通过涉及到神经-免疫-内分泌网络的多种机制影响红系造血调控。总之，本项目从多个环节确切证实了与HAPC发病机制和个体T细胞免疫状态密切相关，提示监测特定的T细胞免疫组库特征可预测HAPC的易感性，而改善T细胞免疫平衡对于防治HAPC具有重要意义。