研究背景和待解决的科学问题
半抗原（hapten）是指无法刺激免疫反应，必须和载体（carrier）结合才能刺激发生免疫反应的小分子化合物。半抗原能与对应抗体结合出现抗原-抗体反应，但不能单独激发动物产生抗体，即只有抗原性，不具免疫原性。
二苯基环丙烯酮（Diphenylcyclopropenone, DPC）是一种能诱发接触过敏性皮炎（allergic contact dermatitis，ACD）的半抗原，常用于治疗斑秃。临床上，斑秃患者会在患处重复涂抹使用DPC。因此，作者意图从DPC治疗斑秃着手，研究人对半抗原初级和次级免疫反应。
因此，作者收集了以下外周血样品：
- 25例斑秃患用药前（week 0，pre-sensitization，PS）；
- 23例斑秃患者用药2周（week 2，PT1）；
- 18例斑秃患者用药6周（week 6，PT2）；
- 17例斑秃患者用药24周（week 24，PT3）；
- 5名健康志愿者用药2、6和24周作为对照。
作者对上述样品进行了TCR测序，仔细研究不同时间点的免疫反应特征（见下图A）。
- DPC重复刺激未改变外周血中TCR整体特征
- 流式细胞仪显示，主要T细胞亚群，包括CD4/CD8、初始（naïve）T细胞、中央记忆（central memory）T细胞、效应记忆（effector memory）T细胞和effector memory RA revertant T细胞，在DPC刺激前后无显著变化（见下图B、C）；
从香农多样性指数（Shannon diversity index，下图D、G）和基尼系数（Gini inequality coefficient，下图E、H）来看，DPC治疗前后、以及DPC治疗之后的各时间点之间，TCR多样性也未见显著差异。
占比高于1/10000的TCR——对应在所有TCR中排名前6%的序列——的数量治疗前后也没有发生显著变化（见下图F、I）。
以上结果表明，DPC重复刺激并未改变TCR免疫组库的整体构成。
- DPC刺激引起小部分TCR临时性扩增
虽然整体而言，TCR免疫组库构成变化不明显，但是，单个TCR的变化情况无法从整体构成中获得。因此：
作者绘制了治疗前和治疗后（PT1）TCR的丰度表（部分典型见下图A）。图A中，部分在DPC刺激前丰度很低、刺激后丰度升高的TCR用粉色圆点表示。作者将这些TCR命名为PT1 expanded。
如图C所示，与健康志愿者相比，患者的PT1 expanded明显较多，PS expanded（治疗前丰度高且治疗后丰度低的TCR）低于PT1 expanded。
如下图A所示，患者PT1 expanded TCRs在之后的时间点减少，甚至降到基线水平。
如下图B所示，患者PT2 expanded TCRs在PT1时间点并未扩增，它们在PT2达到峰值，PT3时减少甚至降至基线水平。
上述结果揭示，DPC的重复给药导致一小部分TCR的变化程度较大，但都是临时性的。
- DPC刺激引起TCR扩增程度与皮肤致敏程度相关
不同个体之间，这一小部分TCR的变化程度也不同，这些变化是否与表型相关呢？在致敏测试中，皮肤斑贴实验很常用，它是把数层纱布折叠，将受试物沾湿纱布后紧贴于皮肤上，一段时间后揭开观察局部反应。作者将斑贴测试结果作为表型数据。
DPC刺激导致了几乎所有受试者的皮肤过敏反应（斑贴测试评分为“+”或更高），不过，不同受试者的反应程度差异较大（如下图A）。
最强的致敏反应通常发生于第一次斑贴测试，之后尽管之后重复暴露于DPC，过敏反应不会持续增强（如下图B）。
- 扩增的TCR表现出抗原驱动应答的特征
DPC治疗后扩增的TCR很有可能来源于与DPC相结合、或者与DPC相关的多肽结合的T细胞。下图展示了DPC治疗后扩增的TCR中V和J基因的使用情况，发现有多个V/J基因在多个患者中都扩增了（下图中粉色基因名称标出）。这表明，这些扩增的TCR很有可能对某些特定表位有应答，即抗原驱动产生的TCR。
- 基于TCR序列预测致敏性
既然TCR呈现出抗原特异性应答的特征，那是否可以用TCR来预测致敏反应呢？作者构建了动态贝叶斯网络（dynamic Bayesian network，DBN）模型来预测。DBN是一个概率图形模型，能整合不同类型的数据，如序列以及V/J的使用情况，因此，作者将CDR3区域每个位置的氨基酸、V和J基因的使用情况等因素作为输入构建出DBN模型，如下图A所示。
在10次重复测试中，DBN模型可以94%的平均准确率分辨DPC组和对照组，以77.7%的平均准确率区分10条给定序列（如图C）。
总结：
本工作中，作者报道了人接触致敏剂DPC的情况下，对TCR的全面分析，发现对致敏剂的反应伴随着一组特定TCR基因的扩增，这可能反映了T细胞响应DPC抗原的特异的克隆扩增，并且可以用来预测DPC对个体的致敏程度。不过，TCR响应是短暂的，随着时间推移，绝大多数TCR丰度降低，甚至消失。
参考文献：
Ronel T., Harries M., Wicks K. et al. The clonal structure and dynamics of the human T cell response to an organic chemical hapten. eLife. 2021, 10:e54747.
