FOXP3表达调控新机制：细胞特异性顺式元件与转录因子回路决定Treg与Tconv细胞命运

《Immunity》：FOXP3 expression depends on cell-type-specific cis-regulatory elements and transcription factor circuitry

本研究通过CRISPR筛选技术系统解析了人Treg和Tconv细胞中FOXP3表达的调控机制，发现CNS0、NS+等增强子元件和NS-沉默子元件协同控制FOXP3的细胞特异性表达，并鉴定出GATA3、STAT5等关键转录因子。该研究揭示了物种间FOXP3表达差异的分子基础，为自身免疫病治疗提供了新靶点。

　　

FOXP3蛋白是免疫系统中调节性T细胞（Regulatory T cells, Treg）的 lineage-defining 转录因子，对维持免疫稳态和自身耐受至关重要。有趣的是，人类和小鼠在FOXP3表达模式上存在显著差异：小鼠中FOXP3仅特异性表达于Treg细胞，而人类常规CD4⁺ T细胞（Tconv）在激活后也能瞬时表达FOXP3。这种物种间表达差异的调控机制长期以来未被阐明。为了解决这一重要问题，Jennifer M. Umhoefer等研究团队在《Immunity》杂志上发表了最新研究成果，通过多维度CRISPR筛选技术系统解析了人类Treg和Tconv细胞中FOXP3表达的精细调控机制。

研究人员运用了多种前沿技术方法开展本研究：首先采用CRISPR干扰（CRISPRi）技术对FOXP3基因座进行大规模tiling筛选，鉴定关键顺式调控元件；利用CRISPR核酸酶（CRISPRn）进行转录因子文库筛选；通过CRISPRoff进行靶向DNA甲基化修饰；结合ATAC-seq、ChIP-seq、PBAT-seq等多组学分析；使用原代人类T细胞（从健康供体外周血白细胞分离）和小鼠T细胞模型进行功能验证。

研究结果揭示了多个重要发现：

CRISPRi tiling screen identifies CREs controlling FOXP3 expression

通过CRISPRi筛选，研究人员在Treg细胞中确认了CNS0、CNS1-3等已知增强子元件的重要性，同时发现FLICR lncRNA区域作为抑制性元件负向调控FOXP3表达。在Tconv细胞中，他们鉴定出两个新型调控元件：正向调控元件NS+和负向调控元件NS-，其中NS-位于PPP1R3F基因启动子区，能显著抑制FOXP3表达。

CNSO,NS+,and NS- have chromatin hallmarks of CRE activity

表观基因组分析显示，这些调控元件具有典型的活性染色质特征：CNS0和NS+在Tconv细胞刺激后可及性增加，且富含H3K27ac修饰；NS-区域虽然具有活跃的染色质状态，但在Tconv细胞中发挥抑制作用，这种"沉默子增强子"的现象提示了复杂调控逻辑。

Silencing NS-induces FOXP3 if CNS0 and NS+ are active

利用CRISPRoff进行靶向表观遗传编辑，研究人员证明了NS-的沉默能显著促进Tconv细胞中FOXP3表达，但这种效应依赖于CNS0和NS+的活性状态。多重CRISPRoff实验揭示了这些元件的 epistatic 逻辑关系，表明FOXP3表达需要增强子和沉默子元件的精细平衡。

CRISPRn TF screens identify trans-regulators of FOXP3 in Treg and Tconv cells

转录因子筛选发现了细胞类型特异性的调控因子：在Treg细胞中，CBFB、GATA3、STAT5A等为正向调控因子，YBX1为强效负向调控因子；在Tconv细胞中，GATA3、STAT5B等为正向调控因子，而TFDP1、ETS1、DNMT1、MBD2等为负向调控因子。

Trans-regulators bind to NS-, CNSO, and NS+ to control FOXP3 expression

ChIP-seq分析证实这些转录因子直接结合在FOXP3基因座的调控元件上：GATA3、STAT5B结合CNS0和NS+，而MBD2、EGR2等负向调控因子结合NS-区域，形成了复杂的转录因子-顺式元件调控回路。

NS- restricts FOXP3 expression to Treg cells in mice

比较基因组分析发现，小鼠NS-区域含有更多EGR2、TFDP1等抑制性转录因子的结合 motif，且亲和力更强。通过CRISPR编辑证实，破坏小鼠NS-元件能诱导Tconv细胞表达FOXP3，说明NS-是限制FOXP3在鼠类Tconv细胞中表达的关键元件。

研究结论与讨论部分指出，这项工作通过系统性功能基因组学方法揭示了FOXP3表达的细胞类型特异性和物种特异性调控机制。研究发现人类Tconv细胞中FOXP3的表达需要CNS0和NS+增强子的协同作用，同时受到NS-沉默子的抑制；而在小鼠中，NS-的强效抑制功能是限制FOXP3仅限于Treg细胞表达的关键因素。这种调控机制的物种差异解释了为何人类Tconv细胞能够瞬时表达FOXP3而小鼠不能。

该研究的重要意义在于：首先，全面绘制了FOXP3基因的顺式和反式调控回路，为理解T细胞亚型分化提供了新视角；其次，发现了NS-这一关键沉默子元件，为解释物种间免疫调节差异提供了分子基础；最后，研究中建立的CRISPRoff等表观遗传编辑方法为未来细胞治疗提供了新工具，可能用于开发更安全有效的Treg细胞疗法治疗自身免疫性疾病、移植排斥和移植物抗宿主病。

这项工作不仅深化了对免疫关键转录因子调控机制的理解，也展示了功能基因组学方法在解析基因调控网络中的强大能力，为未来治疗性细胞编程提供了重要理论基础和技术支撑。