生命早期成熟度依赖约束限制人单核细胞启动 β-glucan 诱导的训练免疫：早产儿代谢与转录组不成熟的作用

《MedComm》：Maturation-Dependent Constraints in the Ability of Human Monocytes to Initiate Trained Immunity

缺乏适应性免疫的无脊椎动物物种的存活促使研究人员发现先天免疫细胞中的记忆机制，称为训练免疫（trained immunity）。由于婴儿依赖先天免疫抵御病原体，在新生儿护理中利用这些机制可能具有临床意义。然而，对生命早期先天免疫记忆发育的认识有限限制了这一点。通过对来自成人、足月儿和早产儿的 β-glucan 训练单核细胞进行系统层面表征，研究人员报告了训练免疫中的成熟依赖性约束。研究人员在一个小规模子宫内病原体暴露早产儿队列中证实了这些发现。除临床队列中刺激诱导的先天免疫应答重编程有限外，早产儿单核细胞在谷氨酰胺分解（glutaminolysis）和三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle, TCA）代谢中表现出代谢改变，而这些通路是训练免疫的核心。早产儿单核细胞还表现出对处理稳健的长非编码 RNA（long noncoding RNA, lncRNA）图谱，以及与先天免疫记忆表观遗传诱导相关的酶转录改变。最后，基于网络的分析提示 SMAD5 和 ARNT 是差异的潜在驱动因子，并为生命早期发育过程中染色质组织转录调控改变提供了证据。研究结果表明，代谢和转录组不成熟约束了早产儿训练免疫，突显了一种可能影响宿主防御并指导未来免疫调节策略的发育机制。

论文解读：生命早期成熟度依赖约束限制人单核细胞启动训练免疫

研究背景与意义：缺乏适应性免疫的无脊椎动物仍能存活，提示先天免疫细胞存在记忆机制，即训练免疫（trained immunity；先天免疫细胞受刺激后长期改变功能反应）。婴儿依赖先天免疫抵御病原体，在新生儿护理中利用该机制可能有临床意义，但生命早期先天免疫记忆发育认识有限。宫内炎症和绒毛膜羊膜炎是早产及早期疾病的重要因素，可能影响胎儿免疫发育。新生儿单核/巨噬细胞糖酵解和染色质可及性改变，早产单核细胞炎症刺激后糖酵解和 mTOR（mammalian target of rapamycin；哺乳动物雷帕霉素靶蛋白）依赖代谢重编程受损；Ehlers et al. 曾显示新生儿单核细胞增强氧化磷酸化以支持出生后髓系分化，而幼儿期糖酵解活性增加与炎症反应性增强相关。足月新生儿 BCG（Bacillus Calmette-Guérin；卡介苗）后可有表观遗传印记，但 BCG 训练新生儿单核细胞对 LPS（lipopolysaccharide；脂多糖）再刺激呈耐受，是否类似成人不清。早产儿单核细胞如何响应训练免疫未知。研究人员以 β-glucan 训练原代单核细胞，系统分析成人、足月儿和早产儿训练免疫，报告成熟依赖约束，论文发表在《MedComm》。结论：代谢和转录组不成熟限制早产儿训练免疫，可能影响宿主防御并指导免疫调节策略。

关键技术方法：研究人员对成人、足月儿和早产儿脐带血（UCB）来源 CD14⁺ 单核细胞进行 β-glucan 训练，休息后以 Pam3-Cys 或 LPS 再刺激并检测细胞因子；对训练/未训练细胞进行靶向 LC–HRMS 代谢组和 paired-end RNA-seq；采用 limma、ORA、GSEA、GSVA、lncRNA 分析、WGCNA、hCoCena、decoupleR 和 TF-link 等网络分析。临床部分来自 PreMiBraIn 研究，采集极低出生体重早产儿全血，用热灭活 E. coli、Staph. aureus、Candida albicans 刺激，线性混合模型比较子宫内暴露组（CRP>2.2 mg/dL 或 IL-6>1000 pg/mL）与对照（CRP<0.5 mg/dL 且 IL-6<150 pg/mL）。单核细胞队列为 7 名早产儿 28–34 周、6 名足月儿 >37 周和 9 名成人；临床队列为 6 名暴露和 9 名对照。

研究结果：
2.1 Monocytes Isolated From Cord Blood of Preterm Infants Display Altered Reprogramming of Cytokine Responses Upon Innate Immune Training。通过 β-glucan 训练和 Pam3-Cys/LPS 再刺激，足月与早产单核细胞对 LPS 反应降低；Pam3-Cys 各组成相似，故后续用 Pam3-Cys。训练后 Z-scaled 细胞因子提示新生儿训练效能降低，早产更明显。结论：早期生命 β-glucan 训练能力降低，TLR（Toll-like receptor；Toll 样受体）信号成熟差异。

2.2 Metabolic Imprinting by Transient In Vitro β-Glucan Stimulation Varies During Early-Life Maturation。LC–HRMS 定量 52 种代谢物，多水平 PCA 显示代谢反应在成人、足月、早产间不同，早产最分散；基线线粒体呼吸、精氨酸代谢、谷氨酰胺分解差异。β-glucan 后谷氨酰胺/谷氨酸反向变化，α-酮戊二酸、延胡索酸、苹果酸、天冬氨酸改变。结论：TCA、anaplerosis 和天冬氨酸-精氨酸琥珀酸代谢存在成熟相关改变。

2.3 Neonatal and Adult Monocytes Differ in Their Transcriptomic Response to β-Glucan。RNA-seq 发现 963 个 DEG，仅成人有一致反应（75 上调、53 下调）；年龄是 PCA 主要变异，β-glucan 后年龄分离加大；成人 DEG 涉及细胞呼吸、跨膜转运、钙信号；GSVA 显示成人 ROS、脂肪酸代谢、氧化磷酸化和糖酵解下调，新生儿无显著 β-glucan 效应。结论：成人有转录重编程，新生儿受限。

2.4 Neonatal Monocytes Display Transcriptomic Perturbations at the Intersect Between Metabolome and Epigenome。Venn/GSEA 显示 23 个治疗无关和 16 个训练相关基因；治疗无关包括天冬氨酸代谢、mTOR、m⁶A（N⁶-methyladenosine；N6-甲基腺苷）mRNA 稳定性。足月与成人比较氧结合上调、苹果酸酶改变；早产与成人比较 DNA 解旋酶、MHC 功能差异；LDH、SLC7A6、SLC6A7、SLC7A11、JMJD3、KDM5B 等代谢/表观调控因子差异；早产与足月比较 MHC、趋化因子/IL 受体、模式识别受体下调。结论：这些差异参与 β-glucan 反应差异。

2.5 Analysis of lncRNA Expression in Neonatal and Adult Monocytes and Their Relationship to Immune Training。鉴定 2283 个 lncRNA，PCA 年龄主导；训练相关 lncRNA 反应主要限于成人；lncPath 显示氧化磷酸化、RNA 剪接、趋化因子信号差异；训练后成人/新生儿间 PPP 和糖鞘脂合成差异，成人训练影响氨基酸/核苷酸糖代谢和氧化磷酸化。结论：成熟依赖 lncRNA 谱可能影响 β-glucan 反应及训练免疫相关代谢。

2.6 Maturation-Dependent Transcriptional Alterations Predominate Over β-Glucan-Induced Differences。WGCNA 识别 20 个模块，大多与组别而非 β-glucan 相关；仅 MEM14 与训练相关但无清晰生物签名；与年龄相关模块涉及核/染色质结构、免疫信号、胆固醇代谢、细胞因子；hub 基因 DTL、MCM10 在早产高表达，ETS-1 降低；MAFF、ATF3、BLNK、heparanase 等；hCoCena 三模块，M1 与早产相关富集氧化磷酸化和细胞周期。结论：成熟相关共表达网络占主导。

2.7 Network-Based Analyses Identify Potential Transcriptional Drivers of β-Glucan Effects in Monocytes Isolated From Adults and Neonates。decoupleR/TF-link 显示成人中 ARNT、FOXC2、BACH2 正相关，SMAD5、PARK7、ZNF300 负相关；ARNT 和 SMAD5 参与蛋白酶体、囊泡、核苷代谢，SMAD5 下调与氧化磷酸化相关。早产与成人比较 HCFC1、ZNF804A、TFDP1 正相关，RFXAP、RFXANK、ARNT 负相关；ARNT 涉及细胞周期、代谢、炎症。结论：SMAD5 和 ARNT 为潜在驱动因子。

2.8 Exploratory Investigation of the Impact of In Utero Pathogen Exposure on Cytokine Responses to Restimulation in a Small Cohort of Premature Infants。PreMiBraIn 小队列按 CRP/IL-6 分层，全血热灭活菌刺激；第 3 天暴露组 IL-1β 和 TNF-α 反应差异，之后无显著差异。结论：子宫内暴露对后续异源细胞因子反应效应有限。

讨论部分：讨论指出免疫反应功能可塑性是宿主防御前提；早产单核细胞免疫相关基因启动子 H3K4me3 减少，而 β-glucan 训练诱导 H3K4me3。β-glucan 通过 Dectin-1 结合、内化及 AKT/mTOR/HIF-α 轴诱导训练免疫；早产 UCB 来源巨噬细胞 mTOR 功能改变。代谢组提示 α-酮戊二酸、延胡索酸、苹果酸等影响 TET、JMJD、KDM 及 HIF-α。治疗无关 DDIT4L 上调、IGF2BP1/3 上调、m⁶A RNA 稳定性、lncRNA 谱差异。lncRNA 对 β-glucan 反应在新生儿受限，尽管 lncRNA 诱导依赖 NFAT 而非 mTOR。可溶因子与细胞免疫共成熟。早产单核细胞氧化磷酸化程序更明显，可能不是单纯缺陷，而是偏耗能成熟程序，限制代谢灵活性。讨论提出未来方向：mTOR/HIF-α 抑制剂和 Dectin-1 配体、lncRNA 功能、代谢灵活性、临床表观改变。

研究结论翻译：研究人员的工作提供了初步见解，即人单核细胞启动 β-glucan 诱导训练免疫的能力受生命早期成熟塑造。与成人单核细胞相比，新生儿和早产儿单核细胞表现出 β-glucan 诱导的免疫应答功能重编程降低，同时伴有对免疫训练至关重要的代谢、转录组和 lncRNA 相关通路的成熟依赖性改变。这提示免疫训练所需条件，包括协调的代谢重编程和表观遗传调控，在早产阶段可能尚未完全发育。研究人员的概念验证 ex vivo 数据表明，子宫内炎症对极早产儿后续异源细胞因子反应影响有限。这强调需要进一步研究表观遗传、代谢和功能差异的临床影响。