帕金森病（Parkinson’s disease,PD）是仅次于阿兹海默症（Alzheimer’s disease,AD）的第二大神经系统退行性疾病。65岁以上的人群中PD患病率高达1.7%,随着人口老龄化进程的不断加快,该病已经成为当前老年医学面临的最严峻的问题之一。PD的病理标志是α-突触核蛋白（alpha-synuclein,α-Syn）异常聚集形成路易小体,导致多巴胺能神经元的进行性死亡。当前PD的临床治疗方式主要是对症治疗,只能减轻症状、缓解病情,而不能阻止疾病的发展。神经炎症作为一种与PD进展有关的重要因素,在过去30年里一直备受关注。揭示PD适应性免疫反应特征,不仅有助于深入理解疾病的发生发展过程,也为开发免疫调节药物和免疫治疗策略带来了希望。本课题通过单细胞转录组和免疫组测序,对PD患者血液中T细胞和B细胞的组成、功能和谱系关系进行了综合分析,深入解析了PD患者适应性免疫响应机制。首先,本研究搭建了基于云计算的单细胞转录组数据分析平台SC2Cloud,为本研究中单细胞数据的分析工作奠定了基础。SC2Cloud兼容了10X Genomics、Drop-seq、Smart-seq、Smart-seq2等常用的单细胞转录组测序平台,能够分析人和小鼠的单细胞数据。SC2Cloud涵盖了单细胞转录组数据分析的大部分内容,包括测序原始数据质量控制、测序数据比对到参考基因组及构建基因表达矩阵、低质量细胞识别与过滤、混杂因素和批次效应去除、数据降维、无监督聚类、细胞轨迹推断等,可以满足大部分用户的分析需求。为了深入揭示PD患者外周血B细胞异质性及体液免疫响应特征,本研究利用单细胞测序技术,系统地研究了PD患者外周血B细胞组成、免疫球蛋白亚型、优势V和J基因片段以及克隆性增殖。研究发现PD患者B细胞亚群结构发生了显著变化,幼稚B细胞比例显著减少,未转换型记忆B细胞比例显著增加。与对照组相比,PD患者的Ig G和Ig A亚型比例增加,类型转换重组事件更频繁。在PD患者中,与PD相关的HLA基因HLA-DRB5、HLA-DQA2和HLA-DPB1,以及BCR诱导的AP-1转录因子均在记忆B细胞亚群中显著上调,提示PD患者B细胞处于激活状态且抗原呈递能力增强。此外,本研究识别出了一系列有重组优势的V和J基因片段,提供了PD患者趋同选择的证据,也提供了潜在的生物标志物。为了深入揭示PD患者外周血T细胞异质性及细胞免疫响应特征,本研究利用单细胞测序技术,系统地分析PD患者外周血T细胞的组成、功能和谱系关系。与对照组相比,PD患者血液中CD8+T细胞比例显著增加,而CD4+T细胞比例显著降低。本研究发现了一群特殊的终末分化效应CD8+T细胞在PD患者中发生了显著的克隆性增殖。基于TCR的轨迹分析显示,这类效应CD8+T细胞源自中央记忆CD8+T细胞,通过TCR信号激活,上调表达多个与细胞粘附、迁移、存活和毒性相关的标记基因,更有可能跨越血脑屏障参与中枢神经炎症。此外,本研究还发现了一群在PD患者中显著克隆增殖的细胞毒性CD4+T细胞,TCR共享的证据说明它们起源于Th1细胞,可能参与中枢神经炎症。为了深入揭示PD患者公共T细胞反应的分子基础,本研究使用HLA分型和单细胞免疫组测序数据系统地分析了PD患者血液和脑脊液中T细胞受体的多样性和抗原识别的特异性。研究发现PD患者血液和脑脊液中T细胞多样性显著低于健康对照。通过TCR聚类分析和MHC抗原肽呈递预测,本研究识别出了一系列PD患者抗原特异性的TCR簇和潜在的自身买免疫抗原肽序列,其中肽段“KTKEGVLYVGSKTKE”和“GKTKEGVLYVGSKTK”已被证明可以驱动PD患者的辅助性和细胞毒性T细胞的免疫反应。综上,本研究利用单细胞转录组联合免疫组测序技术,系统地解析了PD患者外周血适应性免疫响应特征,揭示了PD患者血液和脑脊液中公共T细胞反应的分子基础。本研究加深了对帕金森病适应性免疫响应机制的理解,为外周淋巴细胞参与中枢神经元变性提供更多有价值的靶点,为开发有效的靶向治疗策略奠定了基础。