免疫系统的核心挑战是如何在随机生成的T细胞受体库中筛选出对自身组织无害的细胞。胸腺作为T细胞发育的"训练场",通过两种机制实现这一目标:胸腺上皮细胞(mTEC)表达外周组织抗原,以及存在模拟肌肉、肝脏等组织的特殊细胞群(mimetic cells)。尽管前者研究较深入,但后者——这些"伪装大师"的发育起源和进化意义仍是未解之谜。

德国马克斯·普朗克免疫生物学与表观遗传学研究所的Anja Nusser团队在《Nature》发表的研究,首次系统描绘了胸腺模拟细胞的发育轨迹,并追溯其进化根源。通过构建Foxn1基因修饰小鼠模型,结合单细胞转录组分析和跨物种比较,发现小鼠胸腺模拟细胞分两波出现:出生前的肌肉样、离子细胞等,与出生后的肠肝细胞等,且后者依赖脊椎动物特有的FOXN1转录因子。更惊人的是,在软骨鱼类和七鳃鳗(jawless vertebrates)的胸腺样器官中也发现类似机制,提示这种耐受策略可能起源于所有脊椎动物的共同祖先。

关键技术包括:

  1. 单细胞RNA测序(scRNA-seq)分析胸腺上皮细胞(TEC)亚群
  2. Foxn1-Cre谱系追踪与CRISPR-Cas9条形码技术
  3. 跨物种比较(小鼠、鲨鱼、七鳃鳗)的RNA原位杂交
  4. 进化保守的Foxn1/4基因家族功能重建实验

发育轨迹分析
通过比较胚胎期(E15.5)、新生期(P0)和成年期(P28)小鼠的胸腺上皮细胞,发现肌肉样细胞(Myog+
)在出生时达峰值,而肠肝细胞(Hnf4a+
)等 postnatal(出生后)群体后期才出现。

。Foxn1谱系追踪证实所有模拟细胞都经历Foxn1表达阶段,但ciliated cells(纤毛细胞)等亚群后续独立于FOXN1蛋白发挥作用。

遗传调控机制
Foxn1单倍剂量不足(Foxn1+/-
)主要影响出生后出现的模拟细胞(如皮肤角质细胞),而对肌肉样细胞无显著影响。△3ex2突变体(缺失Foxn1关键结构域)导致胸腺发育停滞时,肠肝细胞等mTEC相关群体特异性减少。

+
)仍可发育,而enterohepatic cells完全消失'>。

进化起源探索
在鲨鱼胸腺中发现表达肝脏标志物TTR(transthyretin)的细胞群,且其Foxn4基因可部分替代小鼠Foxn1功能。七鳃鳗的胸腺样器官(thymoid)中也存在TTR+
和肌肉(Myhc1+
)细胞群,提示无颌类脊椎动物已具备类似耐受机制。

这项研究建立了胸腺模拟细胞的"双波发育"模型:古老细胞类型(如肌肉样细胞)可能早于脊椎动物出现,而脊椎特化器官(如肝脏)相关群体则伴随FOXN1基因的进化逐步加入。该发现不仅解释了中枢耐受机制的演化历程,更为理解自身免疫疾病提供了新视角——特定模拟细胞亚群的缺陷可能导致对特定器官的自身免疫攻击。研究还揭示FEZF2(而非AIRE)可能是无颌类中保守的耐受调控因子,为比较免疫学研究开辟了新方向。

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