《Nature》：Human genetics implicates a BACH2–NRF2 axis in fetal haemoglobin activation
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人类遗传学研究已鉴定出胎儿血红蛋白（fetal haemoglobin, HbF）表达的关键调控因子，包括BCL11A（B-cell CLL/lymphoma 11A），并促成治疗进展。然而，HbF表达被激活的机制仍未完全阐明。在此，研究人员开展了一项针对28
人类遗传学研究已鉴定出胎儿血红蛋白（fetal haemoglobin, HbF）表达的关键调控因子，包括BCL11A（B-cell CLL/lymphoma 11A），并促成治疗进展。然而，HbF表达被激活的机制仍未完全阐明。在此，研究人员开展了一项针对28,279名个体的HbF水平的大规模多祖先全基因组关联研究（genome-wide association study, GWAS），在12个基因组区域中鉴定出91个条件独立关联。在一个既往未表征的关联区域中，与高HbF相关的因果变异rs1010474-C降低BACH2（BTB and CNC homology 2）表达并升高HbF水平。直接扰动或抑制BACH2同样增加HbF表达。机制上，BACH2限制编码HbF的γ-珠蛋白基因（γ-globin genes）激活，而BACH2缺失增强NRF2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2）染色质占据（chromatin occupancy），并促进γ-珠蛋白基因处激活焦点（activation foci）形成。尽管γ-珠蛋白启动子中BACH2和NRF2结合基序（binding motifs）重叠，它们可被选择性编辑（selectively edited）以分别激活或抑制γ-珠蛋白，且不依赖BCL11A。这些发现说明人类遗传变异如何继续推进研究人员对HbF表达背后具有治疗相关性的调控机制的理解。
该研究发表于《Nature》，围绕人类胎儿血红蛋白（HbF）表达调控，通过多祖先遗传关联和功能验证，提出BACH2–NRF2轴在HbF激活中的作用。研究背景是：出生后血红蛋白由胎儿型（HbF，含γ-珠蛋白，由HBG1和HBG2编码）向成人型（HbA，含β-珠蛋白，由HBB编码）转换。婴儿期后HbF持续升高可缓解由HBB突变导致的镰状细胞病和β-地中海贫血。既往GWAS发现HBB、HBS1L-MYB和BCL11A等区域，其中BCL11A是HBG1/2转录的关键直接抑制因子，靶向BCL11A、其红系增强子或HBG1/2启动子结合位点已成为治疗策略。然而，HbF激活机制仍不完全清楚，已鉴定的遗传验证调控因子多数为抑制因子，真正激活因子尚待明确。研究人员因此开展大规模多祖先GWAS，并鉴定BACH2为遗传提名调控因子，其通过限制NRF2介导的γ-珠蛋白基因转录激活来调控HbF。该研究意义在于定义BACH2–NRF2轴，提示其独立于BCL11A，并可能成为血红蛋白病的治疗靶点。
关键技术方法方面，研究人员使用多祖先GWAS meta分析，样本包括28,279名个体、11个队列，来自欧洲（EUR，n=22,882，7个队列）、非洲（AFR，n=4,005，3个队列）和泰国（n=1,392，1个队列）祖先；采用MAMA进行祖先特异性分析，使用FINEMAP、MultiSuSiE和条件独立分析进行精细定位，SCAVENGE整合单细胞ATAC–seq数据，PCHi-C和eQTL用于基因注释，LDAK估计遗传力和遗传相关。功能实验使用原代人CD34
+造血干/祖细胞（HSPCs）红系分化，结合CRISPR–Cas9删除、腺嘌呤/胞嘧啶碱基编辑、shRNA敲低和过表达、BACH1/2抑制剂、流式细胞术、CUT&RUN、ChIP–qPCR、RNA-seq、EMSA、免疫共沉淀、native-PAGE、pull-down、免疫荧光和RNA FISH。
研究结果如下。
HbF的多祖先GWAS（Multi-ancestry GWAS of HbF）：固定效应meta分析未见检验统计量膨胀，λ
gc=0.99；鉴定91个条件独立信号，分布于12个1 Mb窗口，其中8个达到全基因组显著（P<5×10
?8），4个达到提示阈值（P<1×10
?6）。除已知HBB、HBS1L-MYB、BCL11A外，还发现ZBTB7A、KLF1、CTC1、USP34和BACH2等位点。MAMA分析显示主要位点跨祖先保守，BACH2是唯一既往未涉及HbF调控且在各祖先中一致的位点。LDAK估计HbF遗传力为0.19；HbF与多种白细胞表型呈正遗传相关。
HbF变异的细胞背景（Cellular contexts for HbF variants）：研究人员对条件独立变异周围1 Mb窗口进行精细定位，半数窗口95%可信集少于或等于10个变异，主要位于内含子和基因间区。SCAVENGE分析显示精细定位变异在红系细胞中显著富集，尤其在红系中后期成熟阶段；chromVAR相关分析提示KLF1和GATA1基序参与。
Rs1010474-C调控BACH2表达（Rs1010474-C regulates BACH2 expression）：MultiSuSiE在BACH2区域鉴定32个紧密连锁变异可信集；rs1010473和rs1010474与多种造血细胞开放染色质共定位。报告基因实验显示该调控元件在红系分化中具增强子活性，高HbF相关等位基因rs1010474-C降低增强子活性。CRISPR–Cas9删除该元件降低BACH2 mRNA和蛋白并诱导HbF，未明显扰动红系分化；腺嘌呤碱基编辑器ABE8e引入rs1010474 T>C后，BACH2 mRNA和蛋白降低，HbF升高。因此rs1010474-C可能是该位点因果功能变异，通过降低红系祖细胞中BACH2表达升高HbF。
BACH2阻止HbF激活（BACH2 prevents HbF activation）：shRNA敲低BACH2使原代HSPCs及红系分化过程中BACH2 mRNA和蛋白下降，并诱导HbF，表现为HBG1/2 mRNA和含HbF红系细胞（F细胞）增加。BACH1/2抑制剂compound 8剂量依赖诱导HbF。反过来，BACH2过表达按剂量抑制HbF。由此BACH2被确立为HbF的直接、剂量敏感调控因子。
BACH2缺失增强NRF2占据（BACH2 loss enhances NRF2 occupancy）：CUT&RUN显示BACH2、NRF2和NFE2广泛分布于启动子、远端基因间和内含子区域；BACH2在分化前占据γ-珠蛋白启动子和内含子区域，分化后结合增强并扩展至β-珠蛋白基因座控制区（LCR）多个DNase I超敏位点。NRF2同样占据γ-珠蛋白启动子并在分化后扩展至LCR超敏位点1–4，与BACH2占据重叠。BACH2敲低降低其在γ-珠蛋白启动子和LCR的占据，同时增加NRF2在LCR和γ-珠蛋白启动子的占据，ChIP–qPCR验证了该结果。
BACH2缺失招募NRF2至γ-珠蛋白（BACH2 loss recruits NRF2 to γ-globin）：BACH2敲低后NRF2形成核内焦点，在CD34
+ HSPCs和K562细胞中均可见。NRF2免疫荧光与新生γ-珠蛋白转录本（pre-HBG1/2）RNA FISH共定位；BACH2敲低且HBG1/2表达较高的细胞中NRF2焦点更大、共定位更强。氧化应激相关基因未见显著富集，经典NRF2靶基因表达基本不变，提示该过程不依赖经典氧化应激反应。
NRF2介导BACH2对HbF的调控（NRF2 mediates BACH2 regulation of HbF）：CRISPR–Cas9敲低NRF2降低HbF，NRF2过表达升高HbF；NRF2抑制剂ML385抑制HbF，NRF2激活剂tBHQ诱导HbF。联合敲低BACH2和NRF2未恢复HbF诱导，说明BACH2主要拮抗NRF2介导的HbF激活。BACH2与NRF2存在物理互作，DNase I处理后仍存在，表明不依赖DNA；重组蛋白实验显示二者直接结合，BACH2通过bZip结构域与NRF2结合，且未检测到BACH2与NFE2结合。
编辑BACH2/NRF2基序调节HbF（Editing BACH2/NRF2 motifs modulates HbF）：BACH2基序中心位于?94至?106区域，NRF2基序中心位于?96至?105区域。碱基编辑显示，?105T>C和?106T>C降低HbF，而?98G>A、?99G>A和?104G>A诱导HbF。EMSA显示，?105/?106T>C增加BACH2结合、降低NRF2结合，而?98G>A、?98/?99G>A和?104G>A降低BACH2结合、增加NRF2结合。?104G>A编辑后NRF2在新生HBG1/2转录位点积累。
BACH2独立于BCL11A调控HbF（BACH2 regulates HbF independently of BCL11A）：BCL11A结合γ-珠蛋白启动子的远端位点（?113至?118）和近端位点（?86至?91），BACH2和NRF2基序位于二者之间。敲低BACH2或破坏BCL11A +58红系增强子均可促进HbF，同时联合处理呈加和效应，HbF高于单因素处理。免疫共沉淀未检测到BCL11A与BACH2或NRF2互作。因此BACH2–NRF2通路与BCL11A抑制通路平行、独立。
讨论部分指出，既往HbF遗传研究样本量多限于数千人且常聚焦特定祖先；本研究通过大规模多祖先GWAS进一步定义HbF调控的遗传结构。BACH2既往主要与自身免疫和过敏疾病相关，未关注其在HbF调控中的潜在作用。该研究提供功能证据，表明BACH2限制NRF2介导的HbF激活，且独立于经典氧化应激反应和BCL11A抑制机制，提示可联合靶向该轴与BCL11A通路。虽然NRF2可能是BACH2主要功能伙伴，但不能排除其他NFE2样转录因子参与。研究结论翻译为：总之，通过研究多样人群HbF水平变异的遗传基础，研究人员定义了BACH2–NRF2轴在促进HbF激活中的作用。尽管BACH2变异对HbF水平的效应量低于BCL11A等其他位点，但高置信人类遗传证据比变异效应量的绝对值更能预测临床成功。通过提供跨祖先遗传证据以及BACH2介导HbF调控的清晰机制框架，该研究为进一步研究该通路及其潜在治疗相关性提供了基础。通过研究其他位点和扩大HbF GWAS，可能发现更多生物学机制；近期研究同样利用更新的遗传关联发现定义了HbF的另一调控因子ABCC1。该研究说明，日益扩大的GWAS可继续加深对HbF等看似熟知且具治疗重要性的人类表型的理解。
