Human T cells coordinate adaptive immunity in diverse anatomic compartments through production of cytokines and effector molecules, but it is unclear how tissue site influences T cell persistence and function. Here, we use single cell RNA-sequencing (scRNA-seq) to define the heterogeneity of human T cells isolated from lungs, lymph nodes, bone marrow and blood, and their functional responses following stimulation. Through analysis of >50,000 resting and activated T cells, we reveal tissue T cell signatures in mucosal and lymphoid sites, and lineage-specific activation states across all sites including distinct effector states for CD8+ T cells and an interferon-response state for CD4+ T cells. Comparing scRNA-seq profiles of tumor-associated T cells to our dataset reveals predominant activated CD8+ compared to CD4+ T cell states within multiple tumor types. Our results therefore establish a high dimensional reference map of human T cell activation in health for analyzing T cells in disease.

ABSTRACT Human T cells coordinate adaptive immunity by localization in diverse tissue sites, though blood T cells are the most readily studied. Here, we used single-cell RNA-seq to define the functional responses of T cells isolated from human lungs, lymph nodes, bone marrow, and blood to TCR-stimulation. We reveal how human T cells in tissues relate to those in blood, and define activation states for CD4 + and CD8 + T cells across all sites, including an interferon-response state for CD4 + T cells and distinct effector states for CD8 + T cells. We further show how profiles of individual tumor-associated T cells can be projected onto this healthy reference map, revealing their functional state.