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巨噬细胞在组织免疫中作用关键，但遗传背景对其刺激整合机制不明。研究人员针对 C57BL/6 和 BALB/c 小鼠腹腔组织驻留巨噬细胞（TRMs）展开研究，发现遗传变异影响 IL-4 诱导的表观遗传重编程，导致对 LPS 的协同反应不同，为炎症疾病研究提供新思路。
在人体的免疫系统中，巨噬细胞就像一群 “免疫卫士”，时刻守护着身体各个组织的健康。组织驻留巨噬细胞（TRMs）在维持组织稳态和应对炎症方面发挥着至关重要的作用，它们就像驻扎在各个 “阵地” 的精锐部队，能迅速对入侵的病原体做出反应。然而，不同个体的免疫系统在面对相同刺激时，反应却不尽相同。这背后的原因一直是免疫学领域的研究热点，尤其是遗传背景如何影响巨噬细胞对多种刺激的整合机制，长期以来都未被完全揭示。此前，虽然对骨髓来源的巨噬细胞（BMDMs）的研究揭示了近交系小鼠对刺激的特异性反应，但对于 TRMs 在这方面的差异，了解还十分有限。此外，在 2 型免疫反应中，细胞因子 IL-4 和 IL-13 可激活巨噬细胞，促进对寄生虫感染的控制和组织修复，但遗传变异如何影响 IL-4 激活以及后续 Toll 样受体（TLR）配体刺激下的表观遗传变化，此前也尚未有研究进行系统探讨。因此，深入研究这一问题，对于理解免疫反应的多样性和炎症性疾病的发病机制具有重要意义。
为了解开这些谜团，美国国立卫生研究院（NIH）国家过敏与传染病研究所（NIAID）的 Mingming Zhao、Png Loke 等研究人员展开了一项深入研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为该领域带来了新的突破。
研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过 RNA 测序（RNA-seq）分析不同处理下 TRMs 的转录组变化，以此来评估基因表达差异。染色质可及性分析（ATAC-seq）用于检测染色质的开放状态，探究转录因子与染色质的结合位点 。染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）则聚焦于 H3K27ac 修饰，了解增强子的激活情况。此外，基因组染色质构象捕获技术（Hi-C）帮助研究人员解析 3D 基因组结构，单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）和单细胞 ATAC 测序（scATAC-seq）从单细胞层面揭示细胞的异质性和调控机制。研究中使用的样本来自 C57BL/6 和 BALB/c 小鼠，为研究遗传背景对巨噬细胞的影响提供了基础。
下面来详细看看研究结果：
- 转录组分析揭示 IL-4 诱导基因表达的菌株特异性差异：对 F4/80+纯化的腹膜 TRMs 进行 RNA-seq 和主成分分析（PCA）发现，C57BL/6 小鼠的 TRMs 对 IL-4 激活的转录反应更强，且与 BALB/c 小鼠存在显著差异。C57BL/6 小鼠中，IL-4 激活上调的基因数量更多，表达水平也更高。基序富集分析表明，C57BL/6 小鼠中 IL-4 激活上调的基因受 NF-κB 信号调控更多。感染 Heligomosomoides polygyrus（H. polygyrus）后，C57BL/6 小鼠的 TRMs 同样表现出更强的转录反应，且 IRF 基序在其感染诱导基因的启动子中富集。这一系列结果说明，C57BL/6 小鼠的腹膜 TRMs 在面对 IL-4 刺激或 H. polygyrus 感染时，呈现出更强烈的 2 型转录反应，这种差异很可能是细胞内在的，并且 NF-κB 和 IRF 转录因子在其中发挥了重要作用。
- IL-4 激活导致菌株特异性表观遗传状态，增强子景观中转录因子可及性不同：ATAC-seq 和 H3K27ac ChIP-seq 分析显示，C57BL/6 巨噬细胞对 IL-4 驱动的染色质重塑反应更敏感，而 BALB/c 巨噬细胞有更多组成型可及区域。转录因子基序富集分析发现，C57BL/6 小鼠 IL-4 诱导的峰中 IRF 和 NF-κB 基序显著富集，而 BALB/c 小鼠则是 bZIP 和同源框基序富集。通过分析激活的增强子，发现 C57BL/6 小鼠特异性激活的增强子更多与信号依赖性转录因子（SDTFs）基序相关，且 C57BL/6 小鼠中 IL-4 上调的基因与诱导增强子和超级增强子区域的关联更强，这在一定程度上解释了 C57BL/6 小鼠 TRMs 对 IL-4 转录反应增强的原因。
- IL-4 预激活使 C57BL/6 TRMs 与脂多糖（LPS）信号协同作用比 BALB/c TRMs 更有效：研究人员对比了 C57BL/6 和 BALB/c 小鼠 TRMs 对 LPS 的体外反应，发现 C57BL/6 小鼠中 IL-4 预激活和 LPS 刺激的协同作用更明显，更多基因在这种协同刺激下上调，且主要与免疫系统过程相关。而 BALB/c 小鼠中，LPS 单独刺激时更多基因上调，主要与代谢过程相关。ATAC-seq 分析表明，IL-4 处理使 C57BL/6 小鼠协同调节基因的启动子近端区域染色质可及性增强，富集了 Sfpi1（PU.1）、IRF 和 NF-κB 基序，而 BALB/c 小鼠则无此现象，说明 C57BL/6 小鼠的表观基因组在 IL-4 处理后更有利于 NF-κB 和 IRF 家族转录因子结合，从而介导更强的协同反应。
- Hi-C 分析确定与 C57BL/6 特异性 IL-4 诱导基因相关的启动子远端区域的 NF-κB 结合位点：Hi-C 分析发现，C57BL/6 小鼠 IL-4 上调基因的启动子远端区域富集 NF-κB 和 IRF 基序，这些基因的表达水平更高，诱导程度也更强。对于 IL-4 预激活后再经 LPS 刺激的基因，其启动子远端区域也与 NF-κB 基序相关，且 IL-4 激活可增加这些区域的染色质可及性，表明 C57BL/6 小鼠存在特定的增强子 - 启动子相互作用景观，在 IL-4 刺激下被激活，进而影响转录活性。不过，这种表观遗传变化并不持久，IL-4-Fc 处理 16 天后，C57BL/6 小鼠的染色质可及性与对照组无显著差异。
- C57BL/6 TRMs 中 IL-4 激活的基因与拓扑相关结构域（TAD）边界距离更近，表达模式更均匀：Hi-C 数据显示，C57BL/6 小鼠中 IL-4 诱导基因的启动子更靠近 TAD 边界，表达水平更高，变异性更低；而 BALB/c 小鼠中 IL-4 激活的基因则相反。这表明基因在 TAD 边界的位置差异可能是导致 C57BL/6 小鼠对 IL-4 激活转录反应更强的原因之一。
- scRNA-seq 分析嵌合 F1 小鼠相同组织环境中的 C57BL/6 和 BALB/c 巨噬细胞，确定细胞内在的菌株特异性调控子：研究人员构建了混合骨髓嵌合 F1 小鼠，对其进行 scRNA-seq 分析。结果验证了 C57BL/6 小鼠 TRMs 中 IL-4 诱导基因的高表达是细胞内在的，且发现 NF-κB（Rela 和 Relb）和 STAT（Stat1）调控子在 C57BL/6 巨噬细胞的特定亚群中具有显著活性，而在 BALB/c 巨噬细胞中未检测到。scATAC-seq 分析进一步揭示了两种小鼠巨噬细胞染色质可及性和转录因子网络的差异，表明细胞内在变异显著影响腹膜 TRMs 对 IL-4 激活的菌株特异性反应。
- 在嵌合 F1 小鼠相同组织环境中观察到对 IL-4 和 LPS 协同作用的细胞内在菌株特异性反应：对 IL-4 处理后的 C57BL/6 和 BALB/c 小鼠进行体内 LPS 刺激实验，发现 BALB/c 小鼠对 LPS 的转录反应更强，但 IL-4 预处理对其无显著影响；C57BL/6 小鼠中 IL-4 预处理则使 LPS 刺激后的协同反应更明显。scRNA-seq 分析嵌合 F1 小鼠的腹膜渗出细胞（PECs）发现，C57BL/6 巨噬细胞在 IL-4 + LPS 处理后，更多基因上调，且协同上调基因的表达水平更高。通过重新聚类巨噬细胞并进行 SCENIC 分析，发现多个巨噬细胞簇在 IL-4 + LPS 处理后发生变化，且与 NF-κB 调控相关，进一步证实了菌株特异性差异是由细胞内在效应驱动的。此外，对 F1 小鼠腹膜巨噬细胞的深度 ATAC-seq 分析表明，大多数染色质可及性差异是由顺式调控引起的，可能与 SDTFs 蛋白丰度或激活差异有关，而非单纯的序列变异。
综上所述，研究人员发现 C57BL/6 和 BALB/c 小鼠之间的自然遗传变异显著影响腹膜 TRMs 对 IL-4 的表观遗传重编程，进而导致它们对 LPS 激活的协同反应不同。这一研究成果强调了在研究转录调控时考虑遗传背景差异的重要性，为理解不同个体免疫反应差异提供了新视角。同时，该研究也为炎症性疾病的个性化治疗提供了潜在的理论依据，有望推动相关领域的进一步发展，帮助人们更好地应对炎症性疾病的挑战。
