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人类胎儿系统的发育是一个复杂且动态的高度协调过程，可使新生儿在出生后能够对抗原接触产生保护性免疫应答，并在出生后继续完善。已有研究表明，产前环境会直接影响新生儿健康，并塑造个体成年后的疾病易感性，例如母体炎症微环境及抗原暴露可塑造胎儿的免疫应答，改变新生儿免疫状态。但妊娠期胎儿组织难以获取，目前尚无法全面捕捉人类胎儿免疫系统发育的动态轨迹。
为弥补这一研究空白，美国肯塔基大学等团队利用恒河猴模型构建了胎儿肺、脾及脐带血（UCB）的免疫系统单细胞转录组图谱，涵盖了髓系、淋巴系、固有淋巴系及造血干细胞谱系。单细胞RNA测序显示，不同微区室中免疫细胞群体的出现频率存在差异，并发现胎儿肺组织中髓系细胞与ILC2s细胞富集，胎儿脾脏中T细胞与B细胞富集，以及脐带血中T细占主导地位。进一步研究证实了上述组织特异性差异：静息状态的胎儿肺中炎症介质的分泌量升高，脾脏与UCB在受刺激后诱发的免疫反应更为显著。该研究为探究妊娠期间塑造胎儿免疫系统的分子机制提供了基础框架。
胎儿肺、脾和脐带血的免疫细胞
UCB便于获取、样本量大，因此研究团队采用UCB替代胎儿血液，分析其单核细胞。研究团队利用单细胞RNA测序分析了恒河猴胎儿（GD130–135）脾脏、肺及UCB中的白细胞，构建胎儿免疫细胞图谱（图1）。
研究共鉴定出19个不同的白细胞簇。其中髓系细胞群鉴定出单核细胞，巨噬细胞、FLT3阳性浆细胞样树突状细胞、髓系树突状细胞；表达MS4A1的B细胞（CD20）可分为Bcell_1、Bcell_2、Bcell_3。同时鉴定出自然杀伤（NK）细胞簇（CD16+ NK、CD16- NK），自然杀伤 T（NKT）细胞、调节性T细胞（Treg），2型固有淋巴样细胞（ILC2）（图1a、c）。T细胞被划分为CD4_Naive细胞、CD4_CM细胞、CD4 CAMK4高表达、CD8、CD4细胞毒性效应记忆细胞。
研究显示，三个组织之间的细胞簇丰度存在差异：巨噬细胞仅见于肺与脾脏，ILC2细胞几乎仅见于肺部；肺组织中白细胞亚群以髓系细胞为主（50.3%），其次为T细胞（17.2%）和B细胞（10.8%）；脾脏主要由T细胞（42.0%）与B细胞簇（38.8%），而UCB中以T细胞为主（83.0%）（图1b、d）。
图1. 胎儿免疫细胞分析。
胎儿脾脏中的B细胞成熟度较高
研究对获得的每个B细胞簇的标志基因进行GO富集分析，以揭示各细胞亚群特有的差异（图 2）。结果表明，Bcell_1细胞簇在胎儿肺组织中表现出增强的效应功能。与稳态Bcell_2簇相比，Bcell_3簇在脾脏及UCB中富集，且似乎已具备启动抗病毒应答的能力（图2b）。
与肺组织及UCB中B细胞相比，脾脏B细胞亚群的特征是：对B细胞同种型转换、分化及抗原加工与呈递至关重要的基因表达增加，这与脾脏作为次级淋巴器官在启动抗菌免疫应答中所发挥的作用相一致（图2c）。
研究人员进一步探究了不同胎儿组织中B细胞转录谱的特异性差异，鉴定了差异表达基因（DEG）。大多数差异表达基因具有组织特异性，但在“脾脏 vs 肺+ UCB”和“UCB vs 肺+脾脏”两种比较中均检测到137个共同上调的DEG（图2d）。
肺组织特有的DEG仅在与氧化磷酸化相关的通路及氧化还原酶活性相关的通路中呈现特异性富集；脾脏特有的DEG富集于B细胞活化相关基因，正向调控细胞程序性死亡，调控细胞间黏附，免疫相关球蛋白重组及细胞因子生成；UCB特有的DEG富集于细胞间黏附调控及干细胞群体维持相关基因（图2e、f）。脾脏与UCB之间未发现共同上调的DEG，但这些组织中的独特基因均富集于相似功能，包括组蛋白修饰、转录因子结合等。
图2.胎儿各组织中B细胞分析。
胎儿脾脏中T细胞活化显著
对T细胞亚群的分析表明，CD4细胞在不同组织中表现出最显著的改变，在脾脏中更为活跃（图3）。CD4_Naive为活化细胞亚群，CD4_CM富集于细胞呼吸及TNF -α信号通路等，表明其代谢及促炎能力增强。
T细胞簇频率比较显示，CD4_Naive细胞群在UCB中最为丰富，在肺组织中最为稀少；CD4_CM细胞的比例在肺组织中最高，在脾组织中最低（图3b）。与肺和UCB相比，脾脏中CD4_EM_CTL和Treg细胞群的比例均较高，肺中CD4_CAMK4细胞的百分比最低。在脾脏和UCB中，CD4 CCR7+细胞的转录特征均显示T细胞增殖增加、V(D)J重组增多（图3c），而这些特征在肺组织中均有所减少。在UCB中，CD4细胞的转录谱表明其正向分化为调节性T细胞（图3c）。
研究进一步分析了在每种组织中相对于其余两种组织均呈上调表达的DEG。例如，在CD4_Naive细胞簇中上调的DEG大多在各组织中具有独特性，在肺vs 脾+ UCB以及脾 vs 肺+ UCB之间仅有六个基因共享。肺和脾脏特有的DEG在T细胞活化中发挥作用。肺组织中CD4_Naive细胞高表达抗病毒基因IFI16及多种T细胞发育相关转录因子基因；脾脏特异性DEG富集于免疫应答与细胞因子产生的正向调控通路、关键转录因子以及TCR激活促进因子相关通路。UCB特异性DEG与蛋白质降解、表观遗传学及细胞周期相关。
图3.胎儿各组织中T细胞亚群分析。
胎儿肺中NK细胞有更强细胞毒性能力
分析显示，胎儿肺部含有比例最高的CD16+ NK细胞和ILC2细胞，脾脏含有比例最高的CD16⁻NK细胞，NKT子集在UCB中最为显著（图4）。CD16+ NK细胞在NF -kB信号转导通路中的富集使其有着更强的细胞毒性功能。进一步分析显示，脾脏及UCB中NK细胞分化及抗原加工/呈递功能均出现上调；肺组织中白细胞介导的细胞毒性作用及免疫球蛋白样受体信号通路均呈现上调趋势（图4c）。
肺部CD16+ NK细胞鉴定出165个独特的上调DEG，UCB的大部分DEG与脾脏共有（图4d）。肺组织中CD16+ NK细胞簇中的DEG特异性富集于氧化磷酸化及NK细胞介导的细胞毒性。脾脏特异性基因及脾脏/UCB共享DEG富集于抗原受体介导的信号通路、表观遗传调控及细胞内蛋白质转运相关通路。脾脏特异性DEG也与炎症及细胞凋亡的调控相关（图4e，f）。UCB特异性DEG显示出抗炎表型（图4i）。
图4.胎儿各组织中NK细胞群分析。
需要注意的是，胎儿肺单核细胞已具备启动抗微生物应答的能力。肺单核细胞中，TLR与补体信号通路在肺单核细胞中特异性上调。抗原加工/呈递及吞噬作用相关基因在脾脏与UCB中均呈现富集现象。此外，细胞间通讯分析显示，胎儿脾脏中细胞间通讯的数量最多，配体-受体相互作用也最为强烈，其次是UCB、肺组织。研究还在胎儿肺组织中推断出的细胞间通讯活动减弱，UCB表现出显著的HSPC信号调控作用，其输入相互作用强度几乎是脾脏和肺组织中HSPC的两倍。
结语
该研究首次针对妊娠晚期恒河猴胎儿的肺组织、脾脏及脐带血样本，构建了深入的免疫单细胞图谱。研究通过单细胞RNA测序、DEG分析、基因集富集分析以及细胞间相互作用分析，揭示了不同组织特异性免疫分化及功能潜能，以及在出生前塑造免疫准备状态的细胞间通讯网络。研究团队利用流式细胞表型分析和刺激后免疫介质分泌功能检测验证了通过单细胞RNA测序鉴定的组织特异性免疫特征。该图谱将为胎儿免疫系统进行更详尽的细胞特征分析奠定基础。
原文信息：
Doratt, B.M., Wagner, S.B., Keen, K.E. et al. Single-cell atlas of fetal immunity across lung, spleen, and umbilical cord blood in nonhuman primates. Nat Commun (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-78365-4