CD4 T细胞是适应性免疫系统的重要组成部分，不仅在癌细胞等病变细胞和病原体的清除中发挥重要作用，在自身免疫疾病的调控中也起着重要作用[1-3]。当T细胞表面的T细胞受体识别到负载抗原的主要组织相容性复合体（MHC），T细胞将迅速分化并增殖形成大量识别相同抗原的效应T细胞 (TEFF)，这一过程称为T细胞活化[4, 5]。T细胞活化是建立获得性免疫应答病原体和病变细胞的关键，是适应性免疫应答的核心。目前对T细胞活化机制的研究一般都聚焦于CD4幼稚T细胞 (TN)的活化过程。实际上，CD4 T细胞处于不同的环境中并表现出高度异质性[6]，我们对影响T细胞活化的因素缺乏系统性认识。
该研究利用抗CD3/CD28磁珠刺激人静息态T细胞，并对刺激前后的样本进行单细胞转录组测序(scRNA-seq)，整合公共数据从细胞亚群、基因表达、细胞-细胞通讯等多角度解析影响CD4 T细胞活化的因素（见图形摘要）。
该研究首先绘制了静息态CD4 T细胞 (resting T) 和作者发现抗CD3/CD28刺激的CD4 T细胞 (stimulated T)的细胞图谱（图1A-B）。通过比较细胞亚群和差异表达基因，作者发现刺激的T细胞中有一个高表达热休克蛋白（HSP)相关基因的细胞亚群，命名为HSPhi T。HSPhiT富集的GO包括细胞对压力的应答、对未折叠蛋白的应答、对氧化应激的应答、蛋白激酶活性的调节、细胞因子生成的调节、对生长因子的应答、凋亡信号通路等（图1C-D）。这表明HSPhiT是对刺激过度应答的T细胞。去除HSP基因后对细胞降维聚类发现HSPhi T和TN聚在了一起(图1E-F)，说明HSPhiT主要来源于TN 对刺激的过度应答。
图1. CD4 T细胞活化和T细胞亚群。A-B 细胞活化。C-F,HSPhi T特征和来源。G-I,惰性T细胞及其特征。
作者将低维空间上与静息态T细胞重叠的抗CD3/CD28刺激的T细胞定义为惰性T细胞 (inert T)，将其它刺激后的T细胞称为活化T细胞 (activated T) (图1G)。惰性T细胞的表达谱与静息态T细胞相似，但已经表达了活化T细胞特异性基因并高表达细胞因子相关基因(图1H),表明惰性T细胞已经对刺激表现出部分响应。这些结果表明惰性T细胞是从静息态T细胞到活化T细胞的过渡状态(图1I)，并具有自己特异的基因表达谱。
通过比较刺激的CD4 T细胞(stim T)和有CD8 T共刺激的CD4 T细胞 (stimCo T)，我们发现CD8 T细胞的存在促进了CD4 T向常规效应T细胞（conventional TEFF）分化，同时抑制了CD4 T向HSPhi T、IFNhi T 和cytohi T 的分化 (图2A-D)。另外，CD8 T共刺激的CD4 T细胞的细胞异质性减小。这些结果表明CD8 T的存在促使CD4 T细胞的活化更高效和更均一。为了探索其分子机制，作者进行细胞-细胞相互作用分析并发现CD4 TEFF-CD8 TEFF间的相互作用在所有T细胞亚群中最强(图2E)。其中，CD8 T启动了一系列的细胞因子信号（cytokine signaling）(图2F-E)，这些信号通路增强了CD4 T细胞的免疫应答和免疫功能。另一方面，CD8 T细胞启动了FAS/FASLG信号通路(图2F-E)，导致活化诱导的细胞死亡、细胞毒性T细胞诱导的细胞凋亡等免疫系统调控信号。总体而言，与CD4 T共刺激的CD8 T启动了细胞因子信号通路和FAS/FASLG信号通路等，从使得CD4 T细胞的活化更高效且响应更均一。
图2. CD8 T共刺激对T细胞活化的影响。A-D.CD8的存在影响了刺激的T细胞亚群。E-F. CD8 T细胞和CD4 T细胞的细胞通讯及信号通路。
最后，作者整合了公共数据系统分析了影响 CD4 T细胞活化的因素。发现CD4 T的细胞类型对活化细胞亚群的类型影响最大，然后是 CD8 T细胞共刺激的影响。细胞因子（如IL2、IL4、IL6）也对活化细胞的亚群有一定影响。
本文鉴定了外周血CD4 T细胞受到抗CD3/CD28刺激产生的T细胞亚群，如高表达热休克蛋白相关基因的HSPhi T，惰性T细胞和多种效应T细胞。通过分析CD4 T细胞亚群及其在不同条件下受刺激产生的T细胞，发现CD4 T细胞类型和CD8 T细胞共刺激对活化细胞亚群的影响最大。与CD4 T共刺激的CD8 T通过细胞因子信号通路和FAS/FASLG 信号通路等与CD4 T细胞互作，促进了CD4 T向常规效应T细胞分化并抑制了CD4 T向HSPhi T、IFNhi T 和cytohi T 的分化细胞，使得CD4 T细胞的响应更高效、更均一。这些发现增加了我们对T细胞活化过程及其调控的理解，也为我们更高效的激活T细胞提供了理论依据。
