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背景
强直性脊柱炎是一种慢性炎症性疾病，在世界范围内流行。四十五年前，强直性脊柱炎的患病率被发现与人类白细胞抗原(HLA)Ⅰ类表面分子HLA-B27的表达有关，并且超过90%的AS患者携带至少一个HLA-B27等位基因。除HLA-B27外，全基因组关联研究(GWASs)发现内质网氨肽酶1(ERAP1)基因的多样性是强直性脊柱炎的危险因素，ERAP1多态性变体仅影响携带HLA-B27等位基因的患者的疾病易感性。ERAP1的功能是处理Ⅰ类MHC呈递的抗原肽。尽管这种联系证明AS是一种与MHCI类分子HLA-B27呈递的导致关节炎的抗原肽强烈相关的自身免疫疾病，但αβT细胞在强直性脊柱炎发病中所起的作用仍然难以捉摸。其中有两个主要的谜团：
1)当清除CD8T细胞时，强直性脊柱炎的动物模型的疾病表型依然没有减弱，然而强直性脊柱炎的动物模型来源的CD4T细胞却可以转移强直性脊柱炎的疾病表型;
2)如果CD4T细胞驱动强直性脊柱炎的发病机制，那么MHC-Ⅰ类分子HLA-B27是如何激活这些识别MHC-Ⅱ抗原的CD4T细胞的机制尚不清楚。
而且，与以往的临床研究一致，我们发现，与健康受试者相比，强直性脊柱炎患者的T细胞表型仅仅表现出微不足道的差异。
方法
在基于二代深度测序的T细胞受体β链免疫组库分析技术的帮助下，我们分析了具有不同疾病活动程度的强直性脊柱炎患者的T细胞亚群的免疫组库。尽管近年来TCRβ免疫组库测序已经成为一种广泛应用的技术，但其临床应用仍然受到T细胞免疫组库复杂性的限制。由于个体一生中会持续接触环境中的抗原，因此T细胞免疫组库中的有意义信息通常被无关的T细胞克隆变化的噪声所掩盖。因此，针对特定抗原的T细胞应答的量化分析是T细胞免疫组库测序应用于临床检测所面临的核心难题，特别是对于抗原未知疾病，如强直性脊柱炎。为了应对这一挑战，我们开发了几种生物信息学工具来评估来自T细胞免疫组库中T细胞反应的变化。
渐近式多样性分析(asymptotic diversity profile)
丰富度(richness)，香农指数(Shannon index)和辛普森指数(Simpson index)等多样性指数经常用于评估免疫组库中的T细胞克隆频率分布，多样性指数可以分析T细胞克隆扩增和选择的状态。然而，基于不同多样性指数的这些分析可能产生不同的结果。实际上，这些不同的多样性指数的差异在于对扩增的克隆型使用不同的权重(weight)。为了保证多样性分析的可靠性，我们基于Hill多样性指数，对权重进行连续性取值来分析渐近式的多样性分布。
Top[N]相似性分析
jaccard指数和morisita指数之类的相似性指数经常用于评估两个T细胞免疫组库之间的克隆型重叠，并且代表共同的T细胞应答。以往的研究通常分别分析克隆型扩增和克隆型重叠。在我们的研究中，我们开发了一种新的相似性分析方法Top[N]指数，用于评估扩增的克隆型的重叠，该方法侧重于反应共同T细胞反应下的克隆扩增。
区分抗原特异性T细胞应答的“基序分析”算法
近年来，大量结构生物学研究清楚地表明，并非CDR3的每个氨基酸都需要参与T细胞受体-抗原肽-主要组织相容性复合体的相互作用。相反，抗原识别依赖于CDR3环状结构中仅由少数几个(3-4)氨基酸形成的热点(hotspot)。因此，可以想象传统的相似性分析错误地排除了具有相同结合热点但在CDR3其他位置具有不同氨基酸的TCR，而这些TCR可识别共同的抗原。因此，为了提高基于抗原特异性的相似性分析的准确性，我们开发了一种新的计算框架，用于分析T细胞免疫组库的抗原特异性差别——基序分析(motif analysis)。基于识别抗原的CDR3基序，“基序分析”算法对于我们在这些没有相同CDR3序列的T细胞受体中搜索抗原特异性信息至关重要。我们使用了超过400个T细胞免疫组库数据，开发并验证了“基序分析”算法。该方法能够从T细胞免疫组库中可靠地解析抗原特异性T细胞应答，可以应用于各种基于T细胞免疫组库的临床免疫监测，例如癌症免疫治疗。
结果
使用自主研发的生物信息学方法，我们研究了来自一个临床队列的强直性脊柱炎患者的CD8+，CD4+CD45RA+和CD4+CD45RO+T细胞中的TCR谱，并获得了一些有趣的结果：
1)强直性脊柱炎的疾病进展与CD4+CD45RA+T细胞克隆扩增相关。
2)具有活动性疾病的强直性脊柱炎患者中存在共同抗原刺激导致的CD4+CD45RO+和CD8+T细胞活化。
3)与其他T细胞介导的自身免疫疾病不同，强直性脊柱炎患者具有独特的T细胞抗原谱：此外，来自强直性脊柱炎患者的CD4和CD8T细胞在抗原特异性上没有差异。
4)我们发现了一个独特的T细胞群，其由表达相同T细胞受体的CD4和CD8T细胞组成，在本文中被称为CD4/8T细胞。CD4/8T细胞在活动性强直性脊柱炎患者中高度富集和扩增。这些结果提供了一个T细胞克隆水平的证据揭示CD4/8T细胞在强直性脊柱炎发展的病因学中的潜在作用。
结论
以上结果提供了直接证据支持三个主要结论：
1)CD4+CD45RA+T细胞的扩增与强直性脊柱炎的疾病活动程度相关，这表明αβT细胞活化可以介导强直性脊柱炎的疾病进展。
2)对于高度活跃的疾病，CD4+CD45RO+和CD8+T细胞很可能被某些共同的自身抗原刺激：
3)强直性脊柱炎疾病相关的CD4和CD8T细胞克隆可能通过表达相同的T细胞受体而具有相同的抗原特异性。总而言之，这些发现调和了强直性脊柱炎领域存在的主要争议：CD4和CD8T细胞同样对于疾病的发展至关重要：并且，疾病相关的CD4T细胞克隆可能识别HLA-B27，因为它们携带与CD8T细胞完全相同的T细胞受体。
综上所述，虽然我们的分析并没有直接找到强直性脊柱炎的抗原特征，但是该研究提供了强直性脊柱炎的疾病进展与患者的CD4和CD8T细胞克隆扩增相关的直接证据。此外，我们发现这些疾病相关的CD4和CD8T细胞共享相同的TCR序列，并将这群T细胞定义为CD4/8T细胞。
强直性脊柱炎是一种慢性炎症性疾病，在世界范围内流行。四十五年前，强直性脊柱炎的患病率被发现与人类白细胞抗原(HLA)Ⅰ类表面分子HLA-B27的表达有关，并且超过90%的AS患者携带至少一个HLA-B27等位基因。除HLA-B27外，全基因组关联研究(GWASs)发现内质网氨肽酶1(ERAP1)基因的多样性是强直性脊柱炎的危险因素，ERAP1多态性变体仅影响携带HLA-B27等位基因的患者的疾病易感性。ERAP1的功能是处理Ⅰ类MHC呈递的抗原肽。尽管这种联系证明AS是一种与MHCI类分子HLA-B27呈递的导致关节炎的抗原肽强烈相关的自身免疫疾病，但αβT细胞在强直性脊柱炎发病中所起的作用仍然难以捉摸。其中有两个主要的谜团：
1)当清除CD8T细胞时，强直性脊柱炎的动物模型的疾病表型依然没有减弱，然而强直性脊柱炎的动物模型来源的CD4T细胞却可以转移强直性脊柱炎的疾病表型;
2)如果CD4T细胞驱动强直性脊柱炎的发病机制，那么MHC-Ⅰ类分子HLA-B27是如何激活这些识别MHC-Ⅱ抗原的CD4T细胞的机制尚不清楚。
而且，与以往的临床研究一致，我们发现，与健康受试者相比，强直性脊柱炎患者的T细胞表型仅仅表现出微不足道的差异。
方法
在基于二代深度测序的T细胞受体β链免疫组库分析技术的帮助下，我们分析了具有不同疾病活动程度的强直性脊柱炎患者的T细胞亚群的免疫组库。尽管近年来TCRβ免疫组库测序已经成为一种广泛应用的技术，但其临床应用仍然受到T细胞免疫组库复杂性的限制。由于个体一生中会持续接触环境中的抗原，因此T细胞免疫组库中的有意义信息通常被无关的T细胞克隆变化的噪声所掩盖。因此，针对特定抗原的T细胞应答的量化分析是T细胞免疫组库测序应用于临床检测所面临的核心难题，特别是对于抗原未知疾病，如强直性脊柱炎。为了应对这一挑战，我们开发了几种生物信息学工具来评估来自T细胞免疫组库中T细胞反应的变化。
渐近式多样性分析(asymptotic diversity profile)
丰富度(richness)，香农指数(Shannon index)和辛普森指数(Simpson index)等多样性指数经常用于评估免疫组库中的T细胞克隆频率分布，多样性指数可以分析T细胞克隆扩增和选择的状态。然而，基于不同多样性指数的这些分析可能产生不同的结果。实际上，这些不同的多样性指数的差异在于对扩增的克隆型使用不同的权重(weight)。为了保证多样性分析的可靠性，我们基于Hill多样性指数，对权重进行连续性取值来分析渐近式的多样性分布。
Top[N]相似性分析
jaccard指数和morisita指数之类的相似性指数经常用于评估两个T细胞免疫组库之间的克隆型重叠，并且代表共同的T细胞应答。以往的研究通常分别分析克隆型扩增和克隆型重叠。在我们的研究中，我们开发了一种新的相似性分析方法Top[N]指数，用于评估扩增的克隆型的重叠，该方法侧重于反应共同T细胞反应下的克隆扩增。
区分抗原特异性T细胞应答的“基序分析”算法
近年来，大量结构生物学研究清楚地表明，并非CDR3的每个氨基酸都需要参与T细胞受体-抗原肽-主要组织相容性复合体的相互作用。相反，抗原识别依赖于CDR3环状结构中仅由少数几个(3-4)氨基酸形成的热点(hotspot)。因此，可以想象传统的相似性分析错误地排除了具有相同结合热点但在CDR3其他位置具有不同氨基酸的TCR，而这些TCR可识别共同的抗原。因此，为了提高基于抗原特异性的相似性分析的准确性，我们开发了一种新的计算框架，用于分析T细胞免疫组库的抗原特异性差别——基序分析(motif analysis)。基于识别抗原的CDR3基序，“基序分析”算法对于我们在这些没有相同CDR3序列的T细胞受体中搜索抗原特异性信息至关重要。我们使用了超过400个T细胞免疫组库数据，开发并验证了“基序分析”算法。该方法能够从T细胞免疫组库中可靠地解析抗原特异性T细胞应答，可以应用于各种基于T细胞免疫组库的临床免疫监测，例如癌症免疫治疗。
结果
使用自主研发的生物信息学方法，我们研究了来自一个临床队列的强直性脊柱炎患者的CD8+，CD4+CD45RA+和CD4+CD45RO+T细胞中的TCR谱，并获得了一些有趣的结果：
1)强直性脊柱炎的疾病进展与CD4+CD45RA+T细胞克隆扩增相关。
2)具有活动性疾病的强直性脊柱炎患者中存在共同抗原刺激导致的CD4+CD45RO+和CD8+T细胞活化。
3)与其他T细胞介导的自身免疫疾病不同，强直性脊柱炎患者具有独特的T细胞抗原谱：此外，来自强直性脊柱炎患者的CD4和CD8T细胞在抗原特异性上没有差异。
4)我们发现了一个独特的T细胞群，其由表达相同T细胞受体的CD4和CD8T细胞组成，在本文中被称为CD4/8T细胞。CD4/8T细胞在活动性强直性脊柱炎患者中高度富集和扩增。这些结果提供了一个T细胞克隆水平的证据揭示CD4/8T细胞在强直性脊柱炎发展的病因学中的潜在作用。
结论
以上结果提供了直接证据支持三个主要结论：
1)CD4+CD45RA+T细胞的扩增与强直性脊柱炎的疾病活动程度相关，这表明αβT细胞活化可以介导强直性脊柱炎的疾病进展。
2)对于高度活跃的疾病，CD4+CD45RO+和CD8+T细胞很可能被某些共同的自身抗原刺激：
3)强直性脊柱炎疾病相关的CD4和CD8T细胞克隆可能通过表达相同的T细胞受体而具有相同的抗原特异性。总而言之，这些发现调和了强直性脊柱炎领域存在的主要争议：CD4和CD8T细胞同样对于疾病的发展至关重要：并且，疾病相关的CD4T细胞克隆可能识别HLA-B27，因为它们携带与CD8T细胞完全相同的T细胞受体。
综上所述，虽然我们的分析并没有直接找到强直性脊柱炎的抗原特征，但是该研究提供了强直性脊柱炎的疾病进展与患者的CD4和CD8T细胞克隆扩增相关的直接证据。此外，我们发现这些疾病相关的CD4和CD8T细胞共享相同的TCR序列，并将这群T细胞定义为CD4/8T细胞。