​​巨噬细胞是人体免疫系统的重要组成部分[1, 2]。作为身体抵御病原体的第一道防线，巨噬细胞的功能失调会导致许多自身免疫性疾病、慢性炎症性疾病[3]。细菌脂多糖可以激活促炎性巨噬细胞使其识别、吞噬并清除病原体。然而，在严重感染过程中发生的重复激活会诱导巨噬细胞进入耐受状态，其特征是在二次刺激后炎症信号传导显著减少[4]。巨噬细胞这些表型的变化被证明与表观遗传重编程有关[5]，但目前还不清楚这些编码重组如何调控目标基因的表达以及影响细胞功能和患病风险。

2022年6月24日牛津大学的科研团队在Genome Biology上以研究型长文形式（research article）发表题为“Epigenomic analysis reveals a dynamic and context-specific macrophage enhancer landscape associated with innate immune activation and tolerance”的文章。该研究分析了人体巨噬细胞非编码增强子在特定环境的动态图谱，证明了其在基因调控、解释全基因组关联研究（GWAS）中的重要作用（图1），提供了将遗传变异与分子和细胞功能联系起来的路线图。

该研究表征了在免疫急性激活和耐受条件下巨噬细胞开放染色质以及组蛋白修饰，发现了在免疫应答过程中的差异表达增强子，并证明这些特异增强子的表观遗传变化能够更好的解析基因转录因子、基因mRNA表达、增强子表达（eRNA），以及其与遗传变异和患病风险之间的联系。文章对五种不同的人体免疫细胞表观基因组图谱进行了分析，发现相较于CD14+单核细胞、CD4+T细胞、 CD8+T细胞和CD19+B细胞，巨噬细胞有显著不同的染色质开放区域（图2）。研究人员进一步对原代巨噬细胞和诱导性多能干细胞分化的巨噬细胞进行了系统性比对，发现原代细胞中57%的免疫激活增强子和25%的免疫耐受增强子（context-specific enhancers）可以在诱导性多能干细胞分化的巨噬细胞中重现。

为了对免疫应答特异增强子与基因表达之间偶联关系进行实验验证，该研究团队在诱导性多能干细胞中构建了CRISPR干扰表达系统（dCas9-KRAB[6]），并在分化的巨噬细胞中通过抑制增强子活性来检测靶基因的表达（图3）。文章鉴定了免疫激活特异性增强子对于转录因子KLF4的作用。该增强子位于KLF4表达数量性状位点（eQTL）的调控区域， 并且该eQTL只在受沙门氏菌感染的细胞中有效应，在初始（naïve）和免疫耐受（tolerised）细胞中均没有偶联信号。同时，文章验证了病原体受体编码基因SLAMF1（CD150）和IL2RA（CD25）的调控增强子，这些增强子序列中均含有与免疫相关疾病偶联的遗传变异。该研究深入揭示了遗传突变、增强子、基因和疾病之间如何关联。

作者简介

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牛津大学惠康人类遗传学研究中心和中国医学科学院牛津研究所的张平博士为该研究论文的第一作者和通讯作者，Julian C. Knight教授为并列通讯作者。惠康人类遗传学研究中心Harindra E. Amarasinghe，Justin P. Whalley，Chwen Tay， Gabriele Migliorini，Andrew Brown，Alice Allcock，Giuseppe Scozzafava，Phalguni Rath，Benjamin Davies博士以及上海交通大学医学院附属瑞金医院的方海研究员是该论文的合作作者。张平博士的主要研究是通过表观基因组学、表达数量性状位点分析深入了解免疫相关疾病的遗传异质性和不同细胞在免疫应答过程中的相互作用，发现疾病关键易感位点并进行药物靶标识别，推动更完善的个性化治疗。

参考文献：

1. DeNardo DG, Ruffell B: Macrophages as regulators of tumour immunity and immunotherapy. Nature Reviews Immunology 2019, 19:369-382.

2.Varol C, Mildner A, Jung S: Macrophages: development and tissue specialization. Annu Rev Immunol 2015, 33:643-675.

3.Wynn TA, Chawla A, Pollard JW: Macrophage biology in development, homeostasis and disease. Nature 2013, 496:445-455.

4.Biswas SK, Lopez-Collazo E: Endotoxin tolerance: new mechanisms, molecules and clinical significance. Trends Immunol 2009, 30:475-487.

5.Novakovic B, Habibi E, Wang SY, Arts RJW, Davar R, Megchelenbrink W, Kim B, Kuznetsova T, Kox M, Zwaag J, et al: beta-Glucan Reverses the Epigenetic State of LPS-Induced Immunological Tolerance. Cell 2016, 167:1354-1368.

6.Thakore PI, D'Ippolito AM, Song L, Safi A, Shivakumar NK, Kabadi AM, Reddy TE, Crawford GE, Gersbach CA: Highly specific epigenome editing by CRISPR-Cas9 repressors for silencing of distal regulatory elements. Nat Methods 2015, 12:1143-1149.

Genome Biology

doi:10.1186/s13059-022-02702-1

点击此处阅读英文原文:Epigenomic analysis reveals a dynamic and context-specific macrophage enhancer landscape associated with innate immune activation and tolerance​​​​