人类胸腺T细胞发育过程中DNA甲基化重塑的双波动态及其在增殖中的稳定性研究

本研究针对人类胸腺T细胞发育过程中表观遗传调控机制不明的科学问题，通过全基因组DNA甲基化(DNAmeth)分析和转录组测序，揭示了胸腺细胞发育经历两个阶段的DNA甲基化重塑波，并发现其异染色质区域免受增殖诱导的甲基化改变。研究建立了胸腺细胞亚群的DNA甲基化特征图谱，为评估T细胞发育模型提供了分子标志物，对免疫缺陷治疗和细胞疗法开发具有重要意义。

　　

在免疫系统的精密调控中，T细胞的胸腺发育一直被视为生命科学的"黑箱"。尽管已知胸腺细胞需要经历严格的选择和分化过程，但人类胸腺T细胞发育的表观遗传调控机制仍如雾里看花。传统观点认为，DNA甲基化(DNAmeth)会随着细胞增殖逐渐丢失，特别是在异染色质区域，这种现象在成熟T细胞中已被广泛证实。然而，胸腺细胞在经历多次增殖爆发后，其表观遗传景观如何维持稳定？这个谜题直接关系到我们对免疫系统发育的理解，也影响着T细胞相关疾病的治疗策略。

柏林健康研究所再生治疗中心的研究团队在《Cell Reports》发表的研究，通过绘制人类胸腺T细胞发育全过程的DNA甲基化图谱，揭开了这一过程的神秘面纱。研究人员采用EPIC甲基化芯片和EM-seq全基因组甲基化测序技术，结合RNA-seq转录组分析，对8个明确的人类胸腺细胞亚群进行了多组学解析。研究样本来自儿科心脏手术中获得的胸腺组织，通过19色流式细胞术严格分选，确保细胞纯度。

DNA甲基化重塑在人类胸腺T细胞发育过程中分两个阶段进行

研究发现胸腺细胞发育并非持续经历DNA甲基化改变，而是呈现明显的两阶段模式：第一阶段发生在TCR基因重排前(DN1-DN2阶段)，第二阶段出现在最终成熟期(SP4/SP8阶段)。值得注意的是，在DN3至DPL阶段的TCR重排和选择过程中，DNA甲基化保持惊人稳定，而此时转录组却发生剧烈变化。通过分析25,433个差异甲基化区域(DMRs)，研究人员确定了20个可作为发育阶段分子标志物的关键DMRs，其中包含CD1B、DNTT等T细胞发育相关基因。

转录组动态与DNA甲基化重塑波解耦

RNA-seq数据显示，转录变化高峰出现在DNA甲基化稳定期，特别是DN3 vs ISP和DPE vs DPL阶段。通过聚类分析鉴定出5组表达动态各异的基因群，其中C2和C4簇基因在ISP/DPE阶段表达达峰，富集于细胞分裂和染色质组织通路。转录因子结合位点分析揭示了37个在早期甲基化重塑中发生改变的转录因子(如NFkB、STAT4等)，这些因子在后期分化中表达变化，提示其参与发育调控。

异染色质区域的高DNA甲基化水平在胸腺T细胞分化过程中得以维持

与成熟T细胞不同，胸腺细胞的异染色质区域(PMDs)在发育过程中保持稳定的高甲基化状态，未出现增殖相关的甲基化丢失。全基因组分析显示胸腺细胞PMDs占比(15%-28%)显著低于外周T细胞(48%-55%)，且PMDs区域基因表达水平极低。这种保护作用可能与增殖期胸腺细胞高表达的DNMT3A有关。

DNA甲基化分析可作为模型系统质量控制指标

研究将建立的人类胸腺细胞DNA甲基化图谱应用于NSGW41hIL7人源化小鼠模型评估。尽管模型来源的胸腺细胞整体甲基化水平较低，但发育相关的甲基化特征与人类样本高度一致。仅用20个关键DMRs就能准确区分不同发育阶段的细胞群体，证实了该标志物面板在T细胞发育模型评估中的实用性。

这项研究首次系统描绘了人类胸腺T细胞发育的表观遗传蓝图，揭示了不同于外周T细胞的独特甲基化调控模式。发现的DNA甲基化稳定性机制为理解免疫细胞发育的表观遗传控制提供了新视角。建立的分子标志物体系不仅可用于评估体外T细胞分化模型，更为iPSC来源的治疗性T细胞产品开发提供了质量控制工具。未来通过表观遗传编辑等技术干预关键DMRs，或将为免疫缺陷疾病治疗开辟新途径。