『基金熱點精讀』“炎癥記憶”驅(qū)動過敏性哮喘——“代謝-表觀遺傳回路”介導(dǎo)巨噬細(xì)胞重編程

傳染性病原體可以“重編程”或“訓(xùn)練”巨噬細(xì)胞及其祖細(xì)胞，使其更容易對隨后的損傷作出反應(yīng)。然而，這種炎癥記憶是否存在于過敏性哮喘等T2炎癥條件中尚未清楚。作者采用HDM(室內(nèi)塵螨)過敏患者臨床樣本、HDM誘導(dǎo)的小鼠AAI(氣道過敏性炎癥)和體外訓(xùn)練相結(jié)合的方法，探討巨噬細(xì)胞在過敏性哮喘中的免疫機制。該研究于2022年6月發(fā)表在《The Journal of Allergy and Clinical Immunology》，IF：10.228。

技術(shù)路線：

主要研究結(jié)果：

1. HDM過敏患者的巨噬細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)錄重編程且T2炎癥介質(zhì)增多

為研究過敏性哮喘中潛在的巨噬細(xì)胞記憶，作者從HDM過敏或健康供者的單核細(xì)胞中產(chǎn)生aMDM(巨噬細(xì)胞)。RNA測序分析發(fā)現(xiàn)，與非過敏供者相比，HDM過敏供者的aMDM有88個基因差異表達(dá)(圖1A和B)，表明穩(wěn)定的轉(zhuǎn)錄重編程持續(xù)整個體外分化。體外HDM暴露導(dǎo)致患者源性aMDM中TNF、IL-12、CXCL2和S100P的產(chǎn)生增加(圖1C)，這表明aMDM患者的HDM反應(yīng)增強以TNF為主。來自HDM過敏個體的未受刺激的aMDM，產(chǎn)生了大量的cysLT，這是T2炎癥的重要介質(zhì)。哮喘中TH2反應(yīng)的驅(qū)動因子CCL17在HDM患者的aMDM和AM(氣道巨噬細(xì)胞)中有升高的趨勢(圖1D和E)。因此，過敏性哮喘患者的aMDM在基線時表現(xiàn)出炎癥印記和T2驅(qū)動介質(zhì)譜，并增強了TNF主導(dǎo)的HDM反應(yīng)。

圖1 HDM過敏性哮喘患者單核細(xì)胞來源的巨噬細(xì)胞表現(xiàn)出持續(xù)的炎癥基因表達(dá)和炎癥介質(zhì)的過度產(chǎn)生

2. HDM誘導(dǎo)的AAI可誘導(dǎo)骨髓持續(xù)炎癥印記

與PBS致敏小鼠相比，BMDM(骨髓起源的巨噬細(xì)胞)和AM從HDM致敏小鼠的骨髓祖細(xì)胞分化7天，顯示cysLTs產(chǎn)生增加和Ccl17表達(dá)增強(圖2A和B)。攻擊7天后，HDM誘導(dǎo)的AAI和T2細(xì)胞因子在骨髓中的表達(dá)基本消失(圖2C)。然而，AM和BMDM保持了CCL17的高產(chǎn)量(圖2D)。此外，BMDM上調(diào)了經(jīng)典訓(xùn)練免疫基因(Il6和Ptgs2) (圖2E)。總之，這表明AAI在局部和骨髓祖細(xì)胞中都留下了先天記憶。

圖2 HDM誘導(dǎo)的氣道炎癥在小鼠外周和AMs中誘導(dǎo)T2印記，向經(jīng)典的中樞訓(xùn)練免疫轉(zhuǎn)移

3. HDM訓(xùn)練驅(qū)動人巨噬細(xì)胞中cysLT過度、CCL17反應(yīng)及轉(zhuǎn)錄重編程

在分化第7天，用HDM訓(xùn)練aMDM，經(jīng)過5天的沖洗期后重新刺激，體外HDM訓(xùn)練和再刺激的aMDM中cysLT和CCL17的產(chǎn)生增加(圖3A和B)。通過RNA測序，用火山圖和聚類熱圖顯示炎癥基因的差異表達(dá)(圖3C、D、E和F)。炎癥基因的表達(dá)伴隨HDM訓(xùn)練巨噬細(xì)胞的代謝激活(圖3G、H和I)，表明清除HDM后代謝重編程仍然存在。IL17RB(受體亞基結(jié)合IL-25)在體外訓(xùn)練和患者的aMDM中上調(diào)(圖1A和B；圖3J)。與對照組aMDM相比，暴露于IL-25的過敏原訓(xùn)練中，CCL17和cysLT的產(chǎn)生增加(圖3K和L)，表明對上皮信號的反應(yīng)性增強。相反，來自HDM訓(xùn)練和攻擊的巨噬細(xì)胞的上層清液上調(diào)人支氣管上皮細(xì)胞中的CXCL8(圖3M)。因此，體外HDM訓(xùn)練誘導(dǎo)哮喘患者巨噬細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄和代謝重編程，再現(xiàn)炎癥記憶特征，并對氣道上皮細(xì)胞產(chǎn)生功能性影響。

圖3 HDM訓(xùn)練分化的人類巨噬細(xì)胞驅(qū)動T2促進和代謝激活表型

4. FPR2和TNF信號通路介導(dǎo)HDM誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞重編程

接下來，作者試圖確定HDM介導(dǎo)巨噬細(xì)胞重編程的機制。與HDM傳感有關(guān)的FPR2，在HDM訓(xùn)練的巨噬細(xì)胞中持續(xù)上調(diào)，并由HDM刺激誘導(dǎo)(圖4A)。在HDM訓(xùn)練期間，通過藥物抑制劑(PBP10)阻斷FPR2信號通路可以抑制CCL17的增強反應(yīng)(圖4B)，并阻止TNF的誘導(dǎo)(圖4C)，表明FPR2可能是主要的HDM受體，參與HDM驅(qū)動的巨噬細(xì)胞重編程。作者在HDM訓(xùn)練期間中和了TNF，從而抑制了HDM刺激的aMDM中CCL17的增強反應(yīng)(圖4E)。為了測試體內(nèi)TNF信號傳導(dǎo)的相關(guān)性，作者在致敏和攻擊過程中向HDM致敏小鼠注射依那西普(圖4F，頂部)。依那西普治療減弱了來自HDM致敏小鼠的BMDM中CCL17的增加釋放(圖4H，左)。在體外HDM誘導(dǎo)的AAI期間，依那西普治療可防止HDM再刺激來自HDM致敏小鼠的BMDM中CCL17和IL-6的增強反應(yīng)(圖4H，右；圖4I)。TNF(LysM-cre Tnffl/fl)骨髓缺乏小鼠的致敏和挑戰(zhàn)(圖4F，底部)導(dǎo)致氣道嗜酸性粒細(xì)胞減少(圖4J)以及BMDM在基線和IL-4刺激后產(chǎn)生的CCL17減少(圖4K)，支持骨髓來源的TNF的作用在HDM誘導(dǎo)的AAI期間骨髓中的T2印記?？傊?，這表明在過敏原驅(qū)動的炎癥過程中，通過FPR2誘導(dǎo)的自分泌TNF信號通路驅(qū)動促炎巨噬細(xì)胞的記憶。

圖4 在體外和體內(nèi)，自分泌TNF信號通路介導(dǎo)HDM驅(qū)動T2印跡

5. 2-HG和LSD1驅(qū)動炎癥巨噬細(xì)胞重編程

HDM致敏小鼠的BMDM顯示氨基酸和三羧酸循環(huán)中間體的輸出增加，包括參與LT生物合成、M2活化和T2免疫的代謝產(chǎn)物(圖5A、B和C)。2-HG是a-酮戊二酸依賴型雙加氧酶活性的調(diào)節(jié)劑，其產(chǎn)生增加(圖5D)。在BMDM中Arg1表達(dá)增加(圖5E、F)，表明TNF對T2炎癥的負(fù)調(diào)節(jié)因子具有抑制作用。與HDM致敏的BMDM中2-HG增加一致，急性HDM暴露上調(diào)人aMDM中的2-HG(圖5G)。在訓(xùn)練期間用2-HG替代HDM導(dǎo)致CCL17增強(圖5H)，但cysLT對HDM挑戰(zhàn)的反應(yīng)沒有增強，部分模仿了HDM誘導(dǎo)的訓(xùn)練。在對巨噬細(xì)胞的急性激活過程中添加LPS時，2-HG可增強CCL17、IL1B和PTGS2的誘導(dǎo)(圖5I)，表明2-HG可增強aMDM的炎癥激活。在BMDM中，添加2-HG會增加PGE2和CCL17的產(chǎn)生(圖5J)，表明2-HG參與T2印記。HIF-1α靶基因，以及HIF1A轉(zhuǎn)錄在人類巨噬細(xì)胞中由HDM誘導(dǎo)(圖5K)，但在HDM訓(xùn)練期間抑制HIF-1α只能部分消除CCL17的增強反應(yīng)(圖5L)。在訓(xùn)練過程中KDM1A抑制劑pargyline的應(yīng)用抑制了CCL17和cysLT對HDM攻擊的反應(yīng)(圖5M)，這表明LSD1介導(dǎo)的重編程是HDM訓(xùn)練的表觀遺傳機制。

圖5 2-HG和KDM1A介導(dǎo)的“代謝-表觀遺傳”crosstalk促進HDM誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞高反應(yīng)性

6. 不同于傳統(tǒng)的訓(xùn)練免疫，HDM誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞訓(xùn)練由PGE₂/EP2信號驅(qū)動

為進一步識別TNF驅(qū)動的巨噬細(xì)胞代謝和表觀遺傳重編程的下游介質(zhì)，作者在過敏原訓(xùn)練后(第8天)、休息5天后(第13天)，以及HDM挑戰(zhàn)后24小時(第14天)，對HDM訓(xùn)練的aMDM進行了RNA測序(圖6A和B)。HDM訓(xùn)練的aMDM在攻擊時也合成了大量的前列腺素(圖6D)，并且參與PGE2生成的酶，特別是微粒體前列腺素E合酶1，持續(xù)誘導(dǎo)HDM訓(xùn)練和攻擊(圖6E和F)。與HDM誘導(dǎo)的環(huán)氧合酶2一起，這可能解釋了HDM經(jīng)歷的人和鼠巨噬細(xì)胞中HDM觸發(fā)的PGE2產(chǎn)生增加的原因(圖6G和H)。依那西普治療后HDM觸發(fā)的COX-2(Ptgs2)誘導(dǎo)減少(圖6I)，進一步暗示了TNF驅(qū)動的重編程中的COX-2/PGE2途徑。與野生型BMDM相比，EP2缺陷型BMDM表現(xiàn)出完整的HDM觸發(fā)的TNF反應(yīng)，但CCL17反應(yīng)降低(圖6J和K)。表明PGE2增強巨噬細(xì)胞的合成代表了TNF介導(dǎo)的先天免疫訓(xùn)練的下游機制。因此，HDM訓(xùn)練的巨噬細(xì)胞的花生四烯酸代謝增加有助于TNF介導(dǎo)的訓(xùn)練T2免疫?？傊?，這些數(shù)據(jù)確定了導(dǎo)致過敏性哮喘中持續(xù)T2炎癥巨噬細(xì)胞重編程的代謝-表觀遺傳回路。

圖6 不同于傳統(tǒng)的訓(xùn)練免疫，HDM誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞訓(xùn)練由PGE₂/EP2信號驅(qū)動

摘要圖

結(jié)論：

過敏原引發(fā)的炎癥驅(qū)動依賴于TNF的先天記憶，這可能會使慢性T2氣道炎癥持續(xù)存在并加劇，因此成為哮喘治療的靶點。