IF50.5｜多组学图谱揭示T细胞状态编程的关键转录因子

整合表观与转录组数据，系统解码CD8+ T细胞终末耗竭与组织驻留记忆状态的转录因子调控网络。

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

CD8+ T细胞在急性感染中分化为效应、记忆和驻留记忆（TRM）等多种状态，在慢性感染和肿瘤中则走向耗竭，形成祖细胞耗竭（TEXprog）、效应样耗竭（TEXeff）和终末耗竭（TEXterm）等异质性群体。其中，TEXterm细胞功能失调，而TRM细胞具有保护作用，两者转录谱高度相似但功能截然相反。转录因子（TF）是决定细胞状态的核心，但此前缺乏系统性的TF活性图谱来区分驱动不同状态的调控网络。已有研究多基于有限表型筛选，难以精准识别状态选择性TF。

科学问题

卡在哪里： 此前对CD8+ T细胞状态调控TF的认识多来自单一组学或有限表型筛选，难以区分在转录相似但功能对立的TEXterm和TRM状态中特异性起作用的TF。缺乏整合表观与转录组数据、跨状态比较TF活性并验证其功能选择性的系统平台。

本文要回答： 构建CD8+ T细胞多状态TF活性图谱，系统鉴定驱动TEXterm和TRM分化的状态选择性TF，并通过体内CRISPR筛选和功能实验验证其作用，为精准工程化T细胞提供靶点。

技术路线

作者主要用了：scRNA-seq、ATAC-seq、RNA-seq、Taiji调控网络、体内Perturb-seq、CRISPR KO、流式。

作者首先整合121个CD8+ T细胞样本的ATAC-seq和RNA-seq数据，覆盖9种状态，利用Taiji算法构建基因调控网络并计算TF活性。通过统计过滤区分单状态和多状态TF，聚焦TEXterm和TRM进行TF-TF关联网络和社区分析。随后设计靶向19个TF的gRNA文库，在慢性LCMV感染模型中开展体内Perturb-seq，筛选影响TEXterm分化的TF；在急性感染模型中评估其对TRM等记忆状态的影响。最后通过肿瘤模型和人类T细胞实验验证关键TF的功能与转化潜力。

图 1　Fig. 1 |。图1展示了CD8+ T细胞在急慢性感染中的分化轨迹，以及整合ATAC-seq和RNA-seq的Taiji分析流程。关键结果是TF活性分类：136个单状态TF和173个多状态TF，其中TEXterm和TRM共享最多TF。TF波分析显示TRM波与TGFβ通路相关，TEX波与PD1和衰老通路相关。

核心亮点

亮点 1｜构建九状态CD8+ T细胞TF活性图谱

整合121个样本的ATAC-seq和RNA-seq数据，利用Taiji算法计算TF活性，识别出136个单状态TF和173个多状态TF。其中TEXterm单状态TF包括Zscan20、Jdp2等新基因，TRM单状态TF包括Klf6、Fosb等。TEXterm和TRM共享最多TF，如Egr2、Crem、Prdm1，反映两者转录相似性。TF波分析显示TRM波与TGFβ通路相关，TEX波与PD1和衰老通路相关。

图 2　Fig. 2 |。图2展示TF-TF关联网络和社区分析。单状态TF在各自状态内形成密集连接，多状态TF在不同状态下呈现不同伙伴关系。社区分析显示TRM社区3与细胞粘附和TGFβ反应相关，TEXterm社区3与凋亡相关。蛋白体通路在TEXterm中显著富集，实验证实蛋白体活性高的T细胞肿瘤控制能力更差。

亮点 2｜TF社区分析揭示状态特异性调控网络

构建TF-TF关联网络，发现单状态TF在各自状态内形成密集连接，多状态TF在不同状态下呈现不同伙伴关系。社区分析显示TRM社区3与细胞粘附和TGFβ反应相关，TEXterm社区3与凋亡相关。蛋白体通路在TEXterm中显著富集，实验证实TEXterm细胞蛋白体活性最高，且蛋白体活性高的T细胞肿瘤控制能力更差。

图 3　Fig. 3 |。图3展示慢性LCMV感染模型中的体内Perturb-seq筛选。UMAP显示TEXprog、TEXeff、TEXterm和细胞周期簇。敲除Hic1、Stat3、Prdm1、Ikzf3等多状态TF使TEXterm细胞减少约90%；敲除Zfp324、Zscan20、Jdp2等单状态TF分别减少78%、54%、43%。流式验证这些TF敲除降低TEXterm频率和抑制性受体表达。

亮点 3｜体内Perturb-seq筛选TEXterm驱动TF

在慢性LCMV感染模型中，对19个TF进行体内Perturb-seq筛选。敲除Hic1、Stat3、Prdm1、Ikzf3等多状态TF使TEXterm细胞减少约90%；敲除Zfp324、Zscan20、Jdp2等单状态TF分别减少78%、54%、43%。流式验证显示这些TF敲除降低TEXterm频率和抑制性受体表达，Zscan20和Jdp2敲除增强效应细胞因子产生并降低病毒载量。

图 4　Fig. 4 |。图4展示急性LCMV感染模型中的Perturb-seq筛选，评估TF对记忆细胞分化的影响。UMAP显示TCM、TEM、TRM和TRM-Itgaelow簇。敲除TEXterm单状态TF不显著影响TRM形成，而敲除多状态TF显著减少TRM频率。KLF6过表达使小肠中CD69+CD103+ TRM样细胞增加约42倍。

亮点 4｜TEXterm单状态TF不影响TRM形成

在急性LCMV感染模型中，利用Perturb-seq评估8个TEXterm单状态TF和7个多状态TF对记忆细胞分化的影响。结果显示，敲除TEXterm单状态TF（如Zscan20、Jdp2）不显著影响TRM形成，而敲除多状态TF（如Hic1、Gfi1、Prdm1）显著减少TRM频率。流式验证Zscan20和Jdp2敲除不改变TCM、TEM和TRM比例，而Prdm1敲除减少TRM并增加TCM。

图 5　Fig. 5 |。图5展示肿瘤模型和人类T细胞验证。Zscan20 KO比Hic1 KO更有效控制肿瘤，且Zscan20 KO增加CX3CR1+效应细胞和细胞因子产生。人类T细胞中敲低ZSCAN20或JDP2降低抑制性受体表达并增强效应功能。与抗PD1联合治疗进一步减小肿瘤并提高生存率。

亮点 5｜KLF6过表达扩增TRM且不加重耗竭

KLF6被预测为TRM单状态TF。在急性感染中过表达Klf6使小肠中CD69+CD103+ TRM样细胞增加约42倍，且在慢性感染中不增加终末耗竭。这验证了平台发现新TRM驱动TF的能力，并提示KLF6可作为增强组织驻留记忆的潜在靶点。

亮点 6｜ZSCAN20和JDP2缺失增强肿瘤控制并与ICB协同

在B16-GP33黑色素瘤模型中，敲除Zscan20比敲除Hic1更有效控制肿瘤。共转移实验显示Zscan20 KO显著增加CX3CR1+效应细胞和细胞因子产生，而Hic1 KO效果较弱。人类T细胞中敲低ZSCAN20或JDP2降低抑制性受体表达并增强效应功能。与抗PD1联合治疗进一步减小肿瘤并提高生存率。

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、ATAC-seq、RNA-seq、Taiji调控网络、体内Perturb-seq、CRISPR KO、流式
• 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： 从事T细胞免疫、肿瘤免疫治疗、单细胞多组学分析的科研人员。

带走一句

整合表观与转录组数据构建TF活性图谱，结合体内Perturb-seq，可系统鉴定状态选择性TF，为精准细胞编程提供靶点。