具有表觀免疫記憶的星形膠質(zhì)細(xì)胞促進(jìn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥發(fā)生機(jī)制詳解

免疫記憶（下一次接受同樣的抗原刺激時(shí)，可看到更快、更強(qiáng)烈的反應(yīng)）是特異性T細(xì)胞和B細(xì)胞驅(qū)動(dòng)的適應(yīng)性免疫典型特征。星形膠質(zhì)細(xì)胞參與多發(fā)性硬化癥的發(fā)生，但這些星形膠質(zhì)細(xì)胞亞群的穩(wěn)定性及其整合過往刺激的具體機(jī)制尚不十分清楚。

2024年3月20日哈佛醫(yī)學(xué)院布列根和婦女醫(yī)院Francisco J. Quintana研究團(tuán)隊(duì)在Nature雜志發(fā)表文章揭示了ACLY-p300驅(qū)動(dòng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞免疫反應(yīng)的表觀記憶促進(jìn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥發(fā)生。

 

1、p300驅(qū)動(dòng)星形膠質(zhì)細(xì)胞免疫反應(yīng)的表觀記憶
研究人員向小鼠側(cè)腦室單次或兩次注射炎癥因子（IL-1β + TNF）后對(duì)大腦組織星形膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行單細(xì)胞測(cè)序，發(fā)現(xiàn)兩次炎癥刺激比單次炎癥刺激引起的星形膠質(zhì)細(xì)胞細(xì)胞促炎癥反應(yīng)更強(qiáng)烈。此外，兩次炎癥刺激引起的組蛋白乙�；�相關(guān)的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)增加，與組蛋白去乙�；�酶(HDAC)相關(guān)的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)減少。進(jìn)一步數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HAT)p300、Tip60 和 PCAF 是調(diào)控星形膠質(zhì)細(xì)胞表觀轉(zhuǎn)錄反應(yīng)的上游候選調(diào)控因子。
離體細(xì)胞實(shí)驗(yàn)兩次注射炎癥因子可引起星形膠質(zhì)細(xì)胞p300表達(dá)增加，但不影響Tip60 和 PCAF表達(dá)。p300抑制劑可顯著減弱兩次注射炎癥因子誘發(fā)的星形膠質(zhì)細(xì)胞促炎癥反應(yīng)（Il6, Ccl2 和Nos2表達(dá)增加），但不影響單次炎癥刺激誘發(fā)的炎癥反應(yīng)。
p300調(diào)控組蛋白3賴氨酸27乙酰化(H3K27ac)。實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎（EAE）動(dòng)物模型小鼠脊髓灰質(zhì)p300和H3K27ac陽(yáng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量顯著增多。通過病毒特異性敲低星形膠質(zhì)細(xì)胞p300可有效減少EAE模型小鼠星形膠質(zhì)細(xì)胞促炎癥反應(yīng)，降低H3K27ac標(biāo)記的能量代謝和NFκB炎癥信號(hào)相關(guān)的基因表達(dá)，但并不影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)或外周CD4陽(yáng)性T細(xì)胞的免疫反應(yīng)。

圖1：炎癥刺激誘發(fā)星形膠質(zhì)細(xì)胞的表觀記憶

線粒體ATP-檸檬酸裂合酶（ACLY）和細(xì)胞質(zhì)乙酰輔酶A合成酶（ ACSS2)分別通過底物檸檬酸鹽和醋酸鹽合成乙酰輔酶A。組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HAT)利用乙酰輔酶a作為底物使組蛋白賴氨酸殘基乙酰化。離體細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)單次或兩次炎癥刺激可增加ACLY表達(dá)，但不影響ACSS2表達(dá)。EAE動(dòng)物模型小鼠脊髓灰質(zhì)ACLY陽(yáng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量顯著增多。通過病毒特異性敲低星形膠質(zhì)細(xì)胞ACLY可有效減少EAE模型小鼠星形膠質(zhì)細(xì)胞促炎癥反應(yīng)，抑制脫髓鞘，降低與乙酰輔酶a生物合成和H3K27乙酰化有關(guān)轉(zhuǎn)錄表達(dá)，下調(diào)p300驅(qū)動(dòng)的NFκB炎癥反應(yīng)。但敲除ACSS2并不發(fā)揮上述改善EAE作用。

轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)EAE動(dòng)物模型小鼠p300和ACLY雙陽(yáng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量增多，并且與經(jīng)歷兩次炎癥刺激的EAE模型小鼠的星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)特征相似。根據(jù)p300和ACLY雙陽(yáng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞的分子特征，發(fā)現(xiàn)EAE模型小鼠一類數(shù)量增加18.3倍的星形膠質(zhì)細(xì)胞亞簇（cluster3）。

 

圖2、ACLY-p300驅(qū)動(dòng)EAE模型小鼠的促炎癥星形膠質(zhì)細(xì)胞表觀記憶

星形膠質(zhì)細(xì)胞的這種表觀記憶是否也出現(xiàn)在其他疾病中？研究人員整合了兩個(gè)多發(fā)性硬化癥患者的單細(xì)胞測(cè)序數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了一類數(shù)量增加24.5倍的星形膠質(zhì)細(xì)胞亞簇（cluster2），其轉(zhuǎn)錄組學(xué)特征類似于p300和ACLY雙陽(yáng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞，這類cluster2細(xì)胞亞簇促炎癥因子和NFκB信號(hào)相關(guān)基因表達(dá)增加。多發(fā)性硬化癥患者白質(zhì)p300和ACLY雙陽(yáng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞核的數(shù)量增多。離體細(xì)胞實(shí)驗(yàn)兩次炎癥刺激后誘發(fā)人類胚胎星形膠質(zhì)細(xì)胞炎癥反應(yīng)，這種炎癥反應(yīng)可被p300抑制劑所阻斷，表明ACLY-p300驅(qū)動(dòng)的促炎癥星形膠質(zhì)細(xì)胞表觀記憶也存在多發(fā)性硬化癥中。

圖3：多發(fā)性硬化癥存在ACLY-p300驅(qū)動(dòng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞免疫反應(yīng)的表觀記憶

本文通過單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)揭示了在EAE模型小鼠和多發(fā)性硬化癥患者一類促炎癥的表觀遺傳記憶星形膠質(zhì)細(xì)胞亞群。