七鳃鳗中发现新型可变淋巴细胞受体VLRF揭示脊椎动物T样细胞进化新机制

本研究通过鉴定七鳃鳗中第六种可变淋巴细胞受体VLRF，揭示了其与VLRA的进化关联性及在T样淋巴细胞中的独特表达模式。研究人员利用基因组分析和单细胞测序技术，证实VLRF通过体细胞多样化机制形成抗原识别受体，与VLRA共享LRR编码供体盒但具有独特的C端茎区特征。该发现为理解无颌类脊椎动物适应性免疫系统的复杂性提供了新视角，相关成果发表于《Nature Communications》。

　　

在脊椎动物免疫系统进化研究中，无颌类脊椎动物（如七鳃鳗和盲鳗）独特的可变淋巴细胞受体（Variable lymphocyte receptors, VLRs）系统一直备受关注。与有颌类脊椎动物基于免疫球蛋白（Igs）和T细胞受体（TCRs）的适应性免疫系统不同，七鳃鳗通过富含亮氨酸重复序列（LRR）的VLRs实现抗原识别。尽管此前已发现VLRA、VLRB、VLRC、VLRD和VLRE五种受体，但T样细胞亚群的多样性机制仍存在重大知识空白。

为解决这一问题，来自美国埃默里大学（Emory University）和德国马克斯·普朗克研究所（Max Planck Institute）的研究团队通过系统基因组学和转录组学分析，在七鳃鳗中鉴定出第六种VLR家族成员——VLRF。研究发现VLRF与VLRA具有共同祖先，但通过250万年的独立进化形成了独特的C端茎区结构。该成果以《Variable lymphocyte receptor F is generated via somatic diversification and expressed by lamprey T-like cells》为题发表于《Nature Communications》。

研究团队主要采用四种关键技术：1）基于HMMER的跨物种基因组比对鉴定VLRF基因；2）流式细胞分选结合单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析淋巴细胞亚群；3）荧光原位杂交（FISH）定位VLRF在胸腺等同组织中的表达；4）AlphaFold2结构预测验证VLRF的跨膜特征。样本来源于七鳃鳗幼虫和成体的血液、肾脏、鳃等免疫相关组织。

研究结果

VLRF的鉴定与特征

通过太平洋七鳃鳗（Entosphenus tridentatus）转录组数据发现的新型VLRF基因，其成熟转录本比胚系基因长184bp（图1b）。结构分析显示VLRF具有典型VLR特征：含23个氨基酸的信号肽、LRRNT结构域（含4个保守半胱氨酸）、2-6个LRRV可变模块以及独特的76个氨基酸跨膜区（图1c-d）。值得注意的是，VLRF的LRRCT超变区（HVR）长度（16-21个氨基酸）与VLRA相似，但显著长于VLRB（图1g）。

基因组组织与进化

VLRF与VLRA共同定位于58号染色体两端，但转录方向相反（图2a）。系统发育分析证实VLRF与VLRA的最近共同祖先可追溯至2.5亿年前（图4a），在南方七鳃鳗（Mordacia mordax）等远缘物种中仍保持保守性。跨物种比较显示，VLRF的C端茎区氨基酸组成与VLRA存在显著差异（补充图8），提示功能分化。

供体盒共享机制

成熟VLRF主要使用58号染色体上两个供体盒簇（Ch.58-cl和Ch.58-cll）的LRR编码序列（图3a）。值得注意的是，编码LRRCT 5'端和中段的供体盒被VLRF与VLRA特异性共享（图3c），而VLRB使用完全独立的供体盒库（图3d）。这种选择性共享模式通过PCR排除了VLRA/VLRF嵌合体的存在（补充图7）。

细胞表达谱

流式分选显示VLRF主要在VLRA^-/VLRB^-/VLRC^-三重阴性淋巴细胞中高表达（图5a）。单细胞测序揭示VLRF⁺细胞构成独立的T样细胞亚群，与VLRA⁺细胞几乎无重叠（图8h）。组织分布分析发现VLRF在幼虫鳃（含胸腺等同组织）、肾脏和成体神经上体中富集（图6），提示其参与黏膜免疫和造血调控。

讨论与意义

该研究首次系统阐明了VLRF作为七鳃鳗T样细胞新型抗原受体的特征：1）通过体细胞基因重组产生多样性；2）与VLRA共享供体盒但具有独立进化轨迹；3）形成膜结合型受体（图1j-k）；4）可能通过独特的C端茎区传导特异性信号。这些发现扩展了对脊椎动物适应性免疫系统"双起源"假说的认知——不仅B/T细胞样谱系在无颌类中已分化，T样细胞内部还存在VLRA/VLRC/VLRF等多个功能亚群。

特别值得注意的是，VLRF的发现为解释七鳃鳗免疫系统复杂性提供了新证据：1）染色体间供体盒共享（trans-configuration）打破了有颌类抗原受体基因重组的"顺式限制"；2）不同VLR亚型对LRRV模块数量的选择性（VLRB偏好2个而VLRF偏好4个，图1e）暗示抗原识别策略的多样性；3）HVR长度多态性（图1g）可能对应不同的抗原结合模式。这些发现为开发新型单域抗体和解析脊椎动物免疫进化提供了重要理论框架。