免疫细胞之间的交流由细胞因子介导，细胞因子促进细胞分化为效应型细胞。特别地，初始CD4+T细胞可被细胞因子极化成辅助性T(Th)表型，包括Th1、Th2和Th17，进而发挥作用。当前人们对细胞因子刺激的初始CD4+ T细胞分化有较深入的研究，而记忆性T细胞的细胞因子响应（或极化）却很少被研究。
英国研究团队在《Nature Communications》（IF:14.919，中科院JCR 1区）上发表了题为“Single-cell transcriptomics identifies an effectorness gradient shaping the response of CD4+T cells to cytokines”的研究论文。研究表明，CD4+ T细胞激活和细胞因子反应受效应梯度的影响。总体技术路线
初始(TN)和记忆(TM) CD4+ T细胞在不同细胞因子混合物的存在下，用抗CD3/抗CD28包被的beads刺激CD4+ T细胞，将TN和TM分化为四种辅助性表型(Th1、Th2、Th17和iTreg)，及干扰素-β型（IFNβ）。在刺激16小时(细胞增殖前)和刺激后5天(细胞获得效应表型)，收集细胞并进行RNA测序、蛋白质组学（非标记LC-MS/MS）和单细胞测序。
研究结果
- 转录组和蛋白质组：揭示激活TN和TM诱导的细胞类型特异性响应
由RNA测序和蛋白组的PCA分析可知，T细胞激活与否是转录组和蛋白组差异变化的主要原因（下图c）。细胞按细胞因子刺激时间长短和细胞类型进行聚集，提示我们T细胞对激活的响应是动态和细胞特异性的。比较TN组和TM组中的激活和未激活（即Th0比静息）的转录组和蛋白组(下图d)，在RNA水平上，16小时后TN和TM中分别有8333和7181个mRNA差异表达。在细胞因子处理五天后为TN组7705个差异mRNA和TM组7544个差异mRNA。在蛋白质水平上，在TN和TM中，5天后分别有4009和3443个蛋白质差异表达。上调差异基因富集在细胞周期进程和I型干扰素反应，下调差异基因富集在呼吸链复合体(下图e)。
- 转录组和蛋白质组：揭示细胞因子刺激TN和TM诱导的细胞类型特异性响应
- 细胞类型特异型基因特征
TN组：5种细胞状态，分别是Th1、 Th2、Th17、iTreg和 IFN-β；
TM组：3种细胞状态，分别是Th1、 Th17/iTreg 和 IFN-β（因为Th2 无响应)。
作者分析了TN组和TM组中各细胞类型的特征基因（下图），共鉴定到TN组的105个特征基因和TM组的162个特征基因。
- 单细胞测序：揭示T细胞效应梯度
为了解决这个问题，作者对TN组和TM组的细胞进行了单细胞测序，包括静息细胞、Th0细胞、Th2细胞、Th17细胞和iTreg刺激细胞。结果显示静息的CD4+T细胞是一个具有多个相关转录状态的连续体。为了研究这些状态之间的关系，作者应用拟时分析并观察到细胞形成了从TN开始并逐渐向TM发展的连续进程。该轨迹开始时的细胞表达高水平的初始标记物(如SELL、CCR7和LRRN3)，而轨迹结束时是富含表达细胞毒性分子(如GZMA、GZMB和PRF1)和细胞因子及趋化因子(IL32、CCL4和CCL5)的细胞。簇标记证实CD4+ T细胞形成自然进程，从初始T细胞(TN)开始，向中枢记忆性CD4+T细胞（TCM）推进，然后是效应记忆性CD4+T细胞（TEM），最后是高度效应记忆性T细胞(TEMRA)，nTreg细胞向外分支。作者将这种快速反应的性质定义为T细胞效应。随后，作者通过分析已发表文献中CD4+T细胞和配对TCR测序的结果，明确了T细胞效应是T细胞活化的结果，并伴随有TCR的克隆扩增，而与抗原特异性无关。
- T细胞效应决定T细胞对激活的响应
- T细胞效应决定T细胞对细胞因子的响应
为了了解T细胞效应如何影响T细胞对细胞因子的反应。作者共确定了210个与效应显著相关的基因。其中，大多数(203个基因)进一步受到细胞因子的调控。作者又根据效应大小筛选基因，确定了24个在所有细胞因子刺激下都具有强效应的基因，并通过已发表文献和实验对其进行了验证。
总结
作者通过比较初始CD4+T细胞(TM)和记忆性CD4+ T细胞（TN）在不同细胞因子刺激后的转录组和蛋白组发现记忆CD4+ T细胞（TM）不能分化为Th2表型，并在对iTreg极化的反应中获得Th17样表型，这是TM细胞的统一特征。通过单细胞测序，作者发现T细胞构成了一个从初始CD4+T细胞(TN)发展到中枢记忆性CD4+T细胞(TCM)和效应记忆性CD4+T细胞(TEM)的转录连续体，表现为一种效应梯度。这个效应梯度是由细胞因子、趋化因子和颗粒酶基因的表达决定的，并影响细胞对细胞因子极化的反应。
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