IF50.5｜胸腺拟态细胞发育时序与进化起源

胸腺拟态细胞分两波出现，出生前与出生后类型对FOXN1依赖不同。

这篇按生信解读号的读法拆：先看背景和问题，再看作者怎么做、做出了哪几条硬发现，最后把数据和代码收走。

研究背景

胸腺通过髓质上皮细胞表达外周组织抗原和拟态细胞模拟外周细胞表型，共同诱导T细胞中枢耐受。拟态细胞包括肌肉、杯状、纤毛、离子细胞、肠肝、皮肤等多种类型，在脊椎动物胸腺中广泛存在。小鼠中已鉴定出多种拟态细胞亚群，但其发育起源和分化路径尚不清楚。胸腺上皮细胞由早期和出生后两群祖细胞分化而来，受转录因子FOXN1调控。不同脊椎动物胸腺中均发现外周细胞类型，提示该机制可能具有古老进化起源。

科学问题

卡在哪里： 此前研究多关注胸腺上皮细胞表达外周抗原的分子机制，但对拟态细胞的发育时序、与TEC祖细胞的关系、以及不同拟态细胞类型对FOXN1的依赖性缺乏系统分析。此外，拟态细胞在进化上何时出现、如何随脊椎动物进化而扩展，也缺乏实验证据。

本文要回答： 本文旨在解析小鼠胸腺拟态细胞的发育轨迹，明确其与TEC祖细胞及FOXN1活性的关系，并通过跨物种比较揭示拟态细胞的进化起源。

技术路线

作者主要用了：scRNA-seq、bulk RNA-seq、CRISPR–Cas9条形码、RNA原位杂交、流式分选。

作者首先利用已有scRNA-seq数据定义拟态细胞签名，并在不同发育时间点及遗传模型中通过bulk RNA-seq富集分析追踪拟态细胞组成变化。随后利用CRISPR–Cas9条形码追踪拟态细胞与TEC祖细胞的谱系关系，并通过Foxn1缺失、Foxn1亚效等位基因、BMP4/FGF7过表达等模型检验FOXN1及微环境信号对拟态细胞的影响。最后，通过比较鲨鱼、文昌鱼、七鳃鳗等物种胸腺/胸腺样器官中拟态细胞相关基因表达，重建进化轨迹。

图 1　Fig. 1。图1展示E15.5、P0与P28 TEC bulk RNA-seq中典型TEC和拟态细胞签名的富集变化。早期祖细胞和cTEC签名在胚胎期富集，而mTEC和多数拟态签名在P28富集；但纤毛、杯状、离子细胞和肌肉签名随时间变化较小，提示这些类型发育较早。

核心亮点

亮点 1｜拟态细胞分两波出现

通过scRNA-seq和bulk RNA-seq分析，发现肌肉、离子细胞、杯状和纤毛细胞在出生前（E16.5–P0）即出现，而肠肝、皮肤等类型在出生后（P28）才显著增加。RNA原位杂交验证肌肉细胞在P0频率约为P28的3倍。CellRank轨迹分析显示纤毛和肌肉细胞为早期分支，而肠肝等与出生后祖细胞关系更近。

图 2　Fig. 2。图2比较C57BL/6、PWK和CBA小鼠胸腺细胞构成。PWK胸腺细胞和TEC数量显著低于其他品系，但拟态细胞签名无显著差异。Foxn1杂合小鼠中皮肤签名减少，BMP4过表达富集纤毛、杯状和肌肉签名，Ascl1缺失减少神经内分泌和tuft签名，FGF7过表达联合Foxn1单倍不足进一步减少皮肤和tuft签名。

亮点 2｜拟态细胞对FOXN1依赖不同

在Foxn1缺失小鼠中，肠肝、微褶、胰腺、皮肤和tuft细胞签名显著减少，而纤毛、杯状、肌肉细胞签名不变，离子细胞签名反而增加。RNA ISH显示Foxj1+纤毛细胞出现在无Foxn1表达区域，而Hnf4a+肠肝细胞完全缺失。snRNA-seq证实Foxn1缺失与野生型纤毛细胞转录组高度相似，表明纤毛细胞分化不依赖FOXN1。

图 3　Fig. 3。图3显示Ly51/UEA1比值在P21达到最低点，提示TEC祖细胞转换。FOXN1蛋白C端保守结构域缺失（Δ3ex2）导致胸腺在第三周造血活性崩溃，伴随肠肝、微褶、胰腺和皮肤签名减少，而恢复期胸腺拟态细胞组成正常。

亮点 3｜FOXN1结构域对出生后拟态细胞必需

构建缺失FOXN1第二外显子3′端保守结构域的Δ3ex2小鼠，胸腺在出生后第三周出现造血活性崩溃，与Ly51/UEA1比值最低点重合。在活性低下阶段，肠肝、微褶、胰腺和皮肤签名显著减少，而恢复期胸腺拟态细胞组成与野生型无差异，提示这些细胞类型依赖于出生后祖细胞和成熟mTEC微环境。

图 4　Fig. 4。图4展示Foxn1缺失小鼠TEC中拟态细胞签名的变化：肠肝、微褶、胰腺、皮肤和tuft签名减少，而纤毛、杯状、肌肉签名不变，离子细胞签名增加。RNA ISH显示Foxj1+纤毛细胞存在于无Foxn1表达区域，Hnf4a+肠肝细胞缺失。snRNA-seq证实纤毛细胞在两种基因型中转录组相似。

亮点 4｜鲨鱼FOXN1/4协同支持拟态细胞

在Foxn1替换模型中，单独表达鲨鱼Foxn1或Foxn4的胸腺微环境拟态细胞组成与野生型不同，但双转基因（模拟鲨鱼生理状态）更接近野生型。斑马鱼foxn1缺失导致肠肝、微褶、胰腺、tuft和纤毛签名减少，而杯状、离子细胞、肌肉等签名富集，提示FOXN1偏向支持进化上较新的细胞类型。

图 5　Fig. 5。图5展示鲨鱼胸腺中存在TTR、FOXI1、FOXJ1和POU2F3表达细胞，主要位于髓质区。在Foxn1替换模型中，鲨鱼Foxn1和Foxn4双转基因小鼠拟态细胞组成更接近野生型。斑马鱼foxn1缺失导致肠肝等签名减少而杯状等签名富集。七鳃鳗胸腺样器官中检测到TTR和Myhc1表达细胞。

亮点 5｜七鳃鳗胸腺样器官含外周抗原表达细胞

在七鳃鳗胸腺样器官中检测到TTR（肝特异性）和Myhc1（肌肉）表达细胞，分别定位于内部区域和分散分布。结合此前发现Fezf2为泛脊椎动物基因而Aire仅存在于有颌类，提示Fezf2驱动的外周抗原表达可能早于AIRE出现，胸腺耐受机制在脊椎动物共同祖先中已具雏形。

生信可带走

这一块是给做分析的人用的，不是科普点缀。

• 方法栈： scRNA-seq、bulk RNA-seq、CRISPR–Cas9条形码、RNA原位杂交、流式分选
• 公开数据： 原文未给出公开组学登录号
• 代码： 原文未给出公开 GitHub/GitLab 仓库
• 谁该点开原文： 研究胸腺耐受、TEC发育或免疫进化的生信与实验人员。

带走一句

拟态细胞并非均一群体，其发育时序和FOXN1依赖性差异可作为进化分层的标志；分析时需区分不同拟态类型，而非笼统视为一类。