成人干细胞中逆转录转座子的调控与功能:从局部稳态到系统性疾病

《Viruses》:Retrotransposon Control and Function in Adult Stem Cells: From Local Homeostasis to Systemic Diseases

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年11月07日 来源:Viruses 3.5

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  逆转录转座子(RTEs)约占哺乳动物基因组的一半,在成体体细胞组织中处于沉默状态,但可被生理性刺激及疾病状态再度激活。本文聚焦成体再生组织,尤其是血液与皮肤,在这些组织中RTE调控需要在维持忠实沉默与利用生理性RTE活性以支持干细胞成熟、应激反应及与组织微环境

  
逆转录转座子(RTEs)约占哺乳动物基因组的一半,在成体体细胞组织中处于沉默状态,但可被生理性刺激及疾病状态再度激活。本文聚焦成体再生组织,尤其是血液与皮肤,在这些组织中RTE调控需要在维持忠实沉默与利用生理性RTE活性以支持干细胞成熟、应激反应及与组织微环境相互作用之间取得精细平衡,而过度的再度激活可导致干细胞耗竭与组织功能障碍。研究人员总结了关于RE来源核酸的研究,这些核酸在异常激活时被天然免疫传感器识别并触发抗病毒反应,从而将RTE活性与炎症性疾病联系起来。研究人员进一步综述了癌症中的实验证据,其中RTE再激活在抗病毒防御与免疫逃逸之间形成战场,并介绍了提示RTEs可能介导外周组织与造血系统之间通讯的新兴证据。最后,尽管实验证据令人鼓舞,靶向RTE活性的临床研究却产生了喜忧参半的结果。因此,研究人员在结论中强调需要进行更深入的机制研究。
本文围绕成体再生组织中逆转录转座子(RTEs)的调控与功能展开系统综述,重点聚焦血液与皮肤两类成体干细胞特征较为明确的组织,探讨RTE在组织稳态、再生、炎症与肿瘤中的双重角色,并展望其作为系统性疾病介导者的潜力。

1. Introduction

RTEs约占哺乳动物基因组的一半,包括长散布元件(LINEs)、短散布元件(SINEs)及内源性逆转录病毒(ERVs,又称含长末端重复序列(LTR)的逆转录转座子),是嵌入基因组的远古病原入侵遗留物,部分已被驯化为胚胎发育的关键调控元件。RTEs在多数成体体细胞组织中经表观遗传沉默,但在炎症性疾病与恶性肿瘤中可被再激活。部分ERV与LINE全长拷贝具有逆转录酶活性并在允许条件下可发生逆转录转座,而SINEs为非编码元件,借助LINE的机器进行动员。异常再激活的RTEs所产生的异质性核酸被识别为非己成分,可强效诱导宿主抗病毒反应。鉴于成体干细胞需持续自我更新与多向分化以维持组织稳态,再生组织中RTE活性的控制尤为棘手:一方面需沉默RTEs以维护基因组完整性,另一方面需利用RTE的谱系指定与免疫刺激活性。本文总结了关于RTE沉默机制与调控功能在成体再生组织中研究的最新进展,讨论稳态下RTE如何被控制、其异常再激活如何促发炎症与癌症,并进一步探讨RTE介导的跨组织通讯概念及其治疗意义。

2. Retrotransposon Control and Function Under Tissue Homeostasis and Regeneration

2.1. Epigenetic Repressors of Retrotransposons Safeguard Adult Stem Cells

为沉默REs,宿主动用大量表观遗传机器,多汇聚于组蛋白H3第9位赖氨酸三甲基化(H3K9me3,由组蛋白赖氨酸甲基转移酶(KMTs)催化)与胞嘧啶甲基化(由DNA甲基转移酶催化)。在原始生殖细胞与囊胚中全基因组DNA甲基化极低时,RTE沉默仅依赖H3K9me3 KMTs;而在成体体细胞中,H3K9me3与DNA甲基化均必不可少,二者活性部分重叠。例如在成体皮肤毛囊再生过程中,皮肤干细胞特异性敲除H3K9me3 KMT SETDB1可导致ERV再激活、干细胞耗竭与脱发,且该皮肤缺陷可被体内逆转录酶抑制剂显著挽救,支持RTE再激活导致皮肤病理的因果关系。同样,条件性敲除维持性DNA甲基转移酶DNMT1亦可诱导ERV再激活与脱发,部分表型模拟SETDB1缺失。机制上,SETDB1沉积H3K9me3以维持ERV处DNA甲基化,同时抑制TET(ten-eleven translocation)蛋白的DNA去甲基化酶活性。尽管SETDB1调控众多底物,逆转录酶抑制剂能显著逆转SETDB1缺陷小鼠皮肤病理这一事实,为RTE沉默是其体内再生过程中主要功能提供了有力证据。

与其他H3K9me3 KMTs类似,SUV39H1/H2主要作用于构成性异染色质,对基因组维护与细胞命运决定重要;G9A则与真染色质相关,在核纤层相关结构域沉积H3K9me2以调控细胞命运转变,其在皮肤发育中非必需但缺失促发肿瘤发生,并在乳腺发育、肠道再生与神经可塑性中必不可少。在RTE沉默方面,G9A与其他H3K9me3 KMTs及DNA甲基化通路存在补偿效应。值得注意的是,尽管ERV沉默对淋巴细胞发育至关重要,但在造血与淋巴细胞成熟早期,SETDB1与G9A以非RTE依赖方式调控谱系分化;SETDB1在肠道与肌肉干细胞中必需而在成纤维祖细胞中非必需,亦体现了情境依赖性ERV调控。这些遗传学证据凸显了RTEs在全能性、多能性干细胞、单能祖细胞与终末分化细胞中调控与作用的差异,可能归因于RTE调控因子的表达模式与补偿性重塑,以及靶细胞类型的染色质环境与谱系可塑性。

与H3K9me3相比,由多梳组蛋白催化、沉默细胞命运基因的组蛋白H3第27位赖氨酸三甲基化(H3K27me3)在全基因组水平与H3K9me3呈互斥模式。除广泛调控细胞身份及增殖与分化平衡外,其对RTE沉默亦至关重要:H3K27me3可在体细胞中补偿H3K9me3缺失,而其固有活性是在雌性生殖系中特异性抑制RTEs。在哺乳动物生殖系中,与精子中高度活跃的进化保守piRNA通路不同,小鼠卵母细胞依赖独特通路,借助AGO2的催化活性通过内源性siRNA降解RTEs。值得注意的是,AGO2的slicer功能在雌性生殖系中对RTE沉默特异必需,并在发育中的体细胞组织中亦有观察。赖氨酸特异性去甲基化酶LSD1作为RTE抑制因子,已被证明可使AGO2去甲基化并在肿瘤中诱导RTE;经典LSD1在染色质上抑制异位谱系基因并修饰其他核蛋白,二者均可能间接影响RTE沉默。

2.2. Physiological Retrotransposon Reactivation Modulates Adult Stem Cell Activity

成体干细胞定居于解剖学上限定的微环境(niche)中,其与微环境细胞类型的密切通讯对组织维护与损伤修复至关重要。动物模型的新近证据提示,生理水平的RTE活性通过促进干细胞与微环境相互作用或干细胞内在程序而有益于干细胞成熟与应激反应。在斑马鱼发育性造血中,造血干细胞(HSC)池的克隆性依赖表面B2M与钙网蛋白比值,二者分别作为HSC微环境巨噬细胞的“别吃我”与“吃我”信号;HSCs中RTE再激活产生双链(ds)RNA,被TLR3感知并诱导B2M表达以阻断巨噬细胞吞噬,从而增强HSC克隆性。在小鼠中,无菌性炎症诱导I型干扰素(IFN)通路并以细胞内在方式促进HSC形成,潜在介导信号之一为RIG-I感知的RE来源dsRNA。化疗与辐照亦可诱导RTEs,既刺激HSC再生亦加重HSC损伤。另一方面,在妊娠或失血后,RTE来源dsDNA(而非dsRNA)被cGAS与STING感知,进而诱导I型IFNs促进HSC增殖与红细胞生成;人类队列中亦观察到妊娠诱导红细胞生成与RTE活性之间的强相关性。

这些研究引出一个有趣问题:发育或再生过程中刺激干细胞RTE表达的生理信号是什么?尽管其确切身份与性质 largely未知,线索可从其他实验模型或生理情境中获取。在巨噬细胞中,IFNγ通过STAT与IRF家族转录因子刺激RTE表达,提示炎症细胞因子是RTE表达的真正激动剂,此情景常见于病毒感染。同样,包括多种TLR激动剂在内的微生物产物可刺激免疫细胞中RTE表达。近期研究表明,微生物群促进角质形成细胞中RTE再激活,随后激活cGAS-STING与I型IFN反应。这些通路汇聚于STAT/IRF诱导RTE表达,该节点是小鼠与人类中RTEs所利用的天然免疫网络的关键枢纽。功能上,携带再激活RTEs的屏障上皮细胞可作为佐剂刺激局部免疫并促进创面修复;TLR3激动剂已知调控皮肤创伤与炎症,RTEs可能参与其中。与RTE本身功能参与的概念一致,RTE过表达导致HSC激活,而RTE敲低则利于HSC静息;逆转录酶抑制剂阻断RTE的有益效应,提示生理水平的RTE活性在体内直接促进HSC与皮肤干细胞功能。

众多信号通路汇聚于细胞类型特异性转录因子或表观遗传沉默因子的活性以调控RTE表达。在RAS驱动肿瘤中,促分裂原下游的ETS家族转录因子可与IRFs协同诱导RTEs,类似病毒感染。细胞周期与DNA损伤应答主控因子P53可通过直接结合基因组RTE位点或间接调控信号通路而促进或抑制RTE活性。RUNX1等谱系因子在粒细胞-单核细胞祖细胞与中性粒细胞中对RTEs表现出差异化沉默活性。在造血情境中,尚待确定雌激素刺激下ERα是否直接结合并诱导RTE表达,抑或由炎症细胞因子导致HSCs中RTE再激活。此外,由于DNA去甲基化诱导RTE表达,促进DNA去甲基化酶TET活性的HSC保护性维生素C可能促成RTE再激活。在皮肤中,SETDB1蛋白水平与体内毛囊干细胞活性密切对应,其可能受翻译后修饰调控(如病毒感染中常见的SETDB1自身或其互作伙伴KAP1(又称TRIM28)的泛素化与SUMO化,以及衔接蛋白ATF7IP的稳定化),这些均可能响应干细胞微环境信号以调控SETDB1水平或功能,进而影响RTE活性。

2.3. Strategic Antiviral Responses to Optimize Organismal Survival and Preserve Tissue Function

胚胎干细胞与癌细胞较分化细胞更有效地沉默新整合的逆转录病毒元件,机制之一是高表达干细胞特异性Krüppel相关盒锌指蛋白(KRAB-ZFNs),其快速分化的锌指与快速演化的RTEs展开进化军备竞赛以多样化靶标库;另一方面,KRAB-ZFNs由通用衔接蛋白KAP1桥接,招募SETDB1等深度保守的转录抑制因子,不仅维持RTEs的异染色质沉默,还编排表观遗传继承。类似地,HUSH复合物可被导向靶向外源性逆转录病毒元件,同时强化对内源性进化年轻RTEs的抑制。研究人员推测,对于优先防御而非表观遗传继承的调控因子,其缺陷将引发源自内源性REs的减弱抗病毒反应,而其细胞类型特异性表达(常由蛋白水平而非转录本决定)可提示特定细胞类型或组织对入侵逆转录元件的基因组防御能力。

胚胎干细胞抵抗病毒感染的另一策略是抗病毒因子的高表达。与胚胎相比,成体干细胞利用额外的时空策略区隔抗病毒防御。在成体组织中,静息干细胞对DNA损伤的P53反应减弱、经高BCL2表达增强抗凋亡能力,并利用易错的非同源末端连接进行更快( albeit 较不精确)的DNA修复;相反,祖细胞与前体细胞在基因组损伤下启动强效DNA损伤应答检查点。值得注意的是,ERV再激活后,毛基质内短暂扩增细胞(已退出干细胞区室的前体细胞)不启动抗病毒反应,而是携带高水平ERV来源病毒样颗粒(VLPs)并经历复制应激与细胞周期阻滞。此外,干细胞中RTE再激活的后果可能分化:RTEs既可刺激细胞命运可塑性亦可促进衰老。例如在快速分裂细胞中,RTE沉默与DNA复制及亲代组蛋白忠实继承紧密耦合,通过敲除复制耦合组蛋白伴侣CAF1去抑制RTEs导致S期积聚与细胞命运扩展;相反,敲除转录耦合组蛋白伴侣SPT6引发细胞周期阻滞、谱系分化破坏与衰老,伴随高水平RTE再激活。这些内在硬连线的干细胞程序与区隔策略可能有利于成体再生组织通过保留具有减弱检查点、增强抗病毒反应与抗凋亡及增强细胞可塑性的干细胞来优先保障生存。

然而此策略并非无进化代价。长期复制应激不可避免促成成体干细胞耗竭,或若存活则在肿瘤转化过程中导致体细胞突变或表观遗传改变的累积。从有益转向病理,RTEs失控再激活导致成体干细胞耗竭。皮肤衰老过程中,毛囊干细胞在反复毛发周期后耗竭、再生能力受损,与RTEs的异常激活相关;衰老干细胞中SETDB1水平较年轻干细胞下降,伴随ERV位点染色质可及性增加,提示SETDB1下降可能是皮肤衰老中ERV上调的原因。此外,毛囊干细胞静息由NFATC1与FOXC1等组织特异性转录因子维持,其缺失导致干细胞耗竭与早衰,亦伴随RTE诱导。机制上,RTE诱导的炎症与复制应激促成干细胞耗竭。因此,RTE沉默构成NFATC1与FOXC1在皮肤中的重要功能,二者可能直接识别并结合基因组RTE位点以引导表观遗传抑制因子;或者NFATC1与FOXC1下游的细胞外基质基因或干细胞微环境的其他信号可能间接抑制干细胞中RTE。例如近期研究表明,抑制性免疫信号缺失与交感神经过度激活通过RTE再激活驱动干细胞耗竭与脱发。总之,这些研究阐明RTEs过度激活参与衰老与自身免疫性疾病,为在生理相关情境中理解RTE再激活提供了机制工具与体内模型。

3. Pathological Responses of Retrotransposons in Inflammatory and Malignant Diseases

3.1. The Sensors and Mediators of Retrotransposons-Derived Inflammatory Signals

一般而言,RTE来源dsDNA(来自逆转录)由cGAS-STING感知,而dsRNA(来自分子内反向SINEs或可能分子间配对)由RIG-I/MDA5、PKR或TLR3感知。其中TLRs为定位质膜或内体膜的模式识别受体:TLR3广泛表达于多种细胞类型,感知病毒及RTE来源dsRNAs;TLR7表达限于B细胞与浆细胞样树突状细胞,感知病毒单链RNAs。TLR7功能获得性突变在人类引起狼疮,TLR7激动剂在皮肤诱导银屑病;值得注意的是,狼疮中常检测到针对Alu相关核糖核蛋白颗粒的自身抗体,推测由TLR7感知。TLR7缺陷小鼠产生ERV来源VLPs,提示平衡LTR7活性的重要性。

人类遗传学为生理情境下RTE来源炎症信号的额外胞质传感器提供了重要见解。Aicardi–Goutières综合征(AGS)是一种累及脑、皮肤与免疫系统的罕见炎症性疾病,临床类似先天性病毒感染及某些以I型IFN反应为标志的自身免疫,由胞质DNA外切酶TREX1、dNTP磷酸水解酶SAMHD1、RNA编辑酶ADAR1、dsRNA结合蛋白MDA5等突变所致。然而AGS患者缺乏外源性病毒感染,暗示I型IFN的病理触发物为内源性来源,包括失调的RTEs。尽管人与小鼠RTEs已显著分化,AGS基因敲除小鼠模型忠实重现人类AGS病理的许多方面包括I型IFN反应,提示保守介导因子可能汇聚于物种特异性RTEs下游。

TREX1是哺乳动物外切核酸酶(又称DNase III),除AGS外其突变亦导致狼疮,二者均以I型IFN为标志。TREX1敲除小鼠表现致死性I型IFN反应,可通过敲除传感器cGAS-STING或下游效应因子挽救。机制上,内质网相关TREX1在氧化应激或核膜破裂时转位至核DNA,TREX1与cGAS相互拮抗。来自DNA复制与修复的单链DNA或逆转录的RTEs已被证明是TREX1缺陷细胞炎症的来源,即使无外源应激。值得注意的是,逆转录病毒感染或外源引入的逆转录元件仅在TREX1缺失时引发cGAS-STING反应,与其抗病毒活性一致。值得注意的是,逆转录酶抑制剂挽救了TREX1缺陷神经元类器官的炎症,但未挽救TREX1敲除小鼠的致死性,提示体内可能涉及多种TREX1底物。无论RTE参与与否,TREX1抑制在癌症研究中被大量探索以释放cGAS-STING活性。

SAMHD1最初被记为小鼠腹腔巨噬细胞中IFNγ诱导基因,已被证明通过水解细胞dNTPs限制逆转录过程中病毒cDNA合成而作为HIV限制因子,并在异源报告分析中表现抗LINE1活性。SAMHD1敲除小鼠表现自发I型IFN反应,亦由cGAS-STING介导。有趣的是,SAMHD1在S期以dNTPase活性依赖方式降解以维持核苷酸池平衡,但以不依赖催化活性的方式解决停滞复制叉并促进DNA末端切除,提示多条通路可能促成SAMHD1功能障碍所致的炎症表型。

ADAR1是在RNA双链区域将腺苷转化为肌苷(A到I)的脱氨酶,主要靶向反向Alu元件(人类一组进化年轻的SINEs)。与经cGAS–STING信号不同,ADAR1缺陷导致由MDA5–MAVS介导的I型IFN反应;一致地,AGS患者表现MDA5激活突变。MDA5属于RIG-I样受体家族,该家族还包括RIG-I与LGP2。与结合长dsRNAs的MDA5相比,RIG-I偏好带5′三磷酸末端的较短dsRNA。在ADAR1缺失所致炎症病理中,尽管与MDA5共刺激,功能上负责的是LGP2而非RIG-I。值得注意的是,ADAR1虽主要编辑Alus,但其底物超出SINEs并额外表现IFN非依赖功能,重申ADAR1缺陷模型中可能涉及多种介导因子。

鉴于对I型IFNs的强效刺激,ADAR1抑制在癌症治疗中被大量探索,揭示除MDA5外额外dsRNA传感器的功能参与,如PKR与RNase L。PKR由病毒dsRNA激活以在整合应激反应中关闭宿主蛋白翻译;重要的是,Ifih1-/-或Ifnar1-/-完全挽救Adar1缺陷小鼠的致死性并逆转I型IFN反应,而Eif2ak2-/-挽救致死性但炎症持续,提示PKR介导I型IFN反应下游的致死性。有趣的是,mRNA降解调控因子STAU1结合特定mRNA含SINE的3′UTRs以保护其免受PKR介导的翻译关闭。RNase L作为OAS–RNase L轴的一部分降解病毒RNA,其中OAS识别病毒dsRNA并利用ATP生成线性2′,5′-寡腺苷酸激活RNase L;此处蛋白传感器检测病毒线索生成核苷酸第二信使进而激活下游抗病毒效应因子,情景类似cGAS–STING轴。有趣的是,在RTEs之外,源自反向剪接的环状RNA作为PKR的内源性抑制剂,在dsRNA挑战或病毒感染时被OAS–RNase L降解从而去抑制PKR。

3.2. Emerging Sensors in Skin Inflammatory Disorders and Convergent Antiviral Responses

除上述传感器与效应因子外,若干替代通路已被证明可引起潜在位于RTEs下游的炎症。ZBP1含有与ADAR1共享的独特Zα结合域(某些AGS突变发生于此),已被证明介导ADAR1缺陷所致的致死性I型IFN反应。尽管有力证据指向ZBP1感知SINE-dsRNAs,但尚不清楚这些RTE来源dsRNAs在何种情境下采取A型 versus Z型以分别经ADAR1-MDA5或ADAR1-ZBP1信号。除ADAR1敲除外,抑制参与未折叠蛋白反应的RNase IRE1α、扰动剪接体或转录终止亦产生诱导ZBP1的dsRNAs,复制应激中的线粒体DNA与端粒RNA亦然。无论真正配体为何,一旦从其负调控因子释放,ZBP1执行坏死性凋亡,在包括皮肤在内的许多组织中导致致死性与严重炎症。另一介导炎性细胞死亡的通路是感知病原DNA诱导焦亡的AIM2炎症小体;AIM2对皮肤炎症与创面修复中执行上皮干细胞记忆至关重要,并已被证明部分介导皮肤与乳腺中的ERV反应。最后,不同通路间存在相当协同与冗余:例如cGAS-STING启动的I型IFN信号刺激ZBP1表达,cGAS自身为IFN响应基因,使DNA与RNA传感器整合以放大炎症;除ZBP1外,线粒体DNA与RNA可分别被cGAS与MDA5或RIG-I感知,进一步整合DNA与RNA感知下游通路。

另一方面,I型IFN反应常发生于异常RNA加工与DNA损伤而不依赖RTE活性。例如RNase H酶水解RNA/DNA杂交体的RNA链,其中RNase H2为哺乳动物RNase H活性主要来源并在AGS患者中突变。缺乏RNase H2的小鼠因显著DNA损伤、染色体不稳定与微核形成而胚胎致死;尽管cGAS介导RNase H2耗竭的细胞炎症,且RNase H2被推测类似TREX1抑制RTEs,但迄今无证据支持RTEs为RNase H2敲除表型或RNase H2突变AGS病理的原因;相反,RNase H2缺陷细胞中炎症信号来源已被确定为基因组DNA中广泛错误的核糖核苷酸掺入与转录R环(DNA-RNA杂交体),后者已知在其他情境下刺激cGAS。

许多其他RNA加工缺陷被牵涉涉及RTEs,包括剪接破坏、干扰转录起始、解旋酶耗竭与染色质重塑因子功能障碍,均可产生不仅保留RTE的转录本还有异常R环,刺激抗病毒反应。就R环而言,删除已知加工R环的核苷酸切除修复因子可逆转IFN反应,提供遗传学支持。就RTEs而言,由于序列以丰富、重复与异质著称,许多嵌入基因区域且易在转录破坏条件下被捕获为乘客事件,确定性遗传学证明或反证并非总是可能。有趣的是,KAP1已知介导RNA Pol II启动子暂停(与R环相关)而不依赖其经典RTE抑制功能,为 disentangling RTE versus non-RTE 的另一混杂因素。就此而言,逆转录酶抑制剂是剖析RTE参与的有力工具,因为除端粒酶外哺乳动物中仅有的其他逆转录酶活性源自RTE。尽管如此,尽管RTEs在离体或培养模型中的直接功能验证及逆转录酶抑制剂在动物中的有效性,逆转录酶抑制剂在AGS、癌症及预防研究中的临床试验结果喜忧参半。未来研究可能需要深入机制剖析以促进临床转化。

3.3. Cancer as a Battleground for Retrotransposon Activity and Host Antiviral Defense

RTEs的逆转录转座因其受DNA损伤应答的严密调控及对其功能贡献而主动塑造癌症基因组演化。无论逆转录转座与否,RTE转录在癌症中受到重度调控,RTE来源核酸与肽可能促成治疗反应。事实上,RTE再激活常与模拟病毒感染的免疫特征正相关,并有潜力作为肿瘤新抗原,后者尤其受某些人类ERVs异常免疫原性的鼓舞。

多种具有再激活RTEs潜力的治疗手段为理解癌症作为RTEs与抗病毒反应间战场提供了实质见解。遗传学证据提示,虽然DNMT完全敲除导致与细胞活力不相容的有丝分裂错误,DNMT亚效突变体或复合突变可依遗传背景与肿瘤阶段抑制或促进肿瘤发生。另一方面,DNA去甲基化药物在血液肿瘤及某些实体瘤中展现广泛治疗获益,常伴随RTE诱导。机制上,否则高度甲基化的肿瘤抑制因子再激活与干扰素反应基因(间接)升高可能促成治疗获益。鉴于DNA与组蛋白甲基化间的串扰,替代方案是阻断SETDB1、HUSH等RTE沉默因子,或间接靶向DNMT与H3K9me3 KMT调控因子以诱导RTEs并刺激抗肿瘤免疫。此类药物在人类细胞与动物模型中机制上具吸引力,临床开发已现曙光。选择可能获益的患者预计至关重要,例如基于基线时RTE沉默因子与抗病毒基因的表观遗传状态。此外,如上所述,转录与表观遗传失调时RTE与非RTE来源分子共存,二者均可能促成肿瘤中I型IFN信号;因此,理解确切因果机制可能进一步对最可能获益于治疗的患者进行分层。

尽管诱导高RTEs可能通过增强天然免疫信号有益于阻断肿瘤发生,癌症常演化以克服此瓶颈。鳞状细胞癌(SCCs)常发生于皮肤、头颈、食管、肺、宫颈与肛门生殖器部位,是泛癌分析中展现最高RTE活性的癌种之一。值得注意的是,尽管p53改变与DNA低甲基化常预测许多癌症中RTE再激活,但不足以解释为何SCCs较血液、脑或许多其他癌种展现更高RTE活性。有趣的是,SCCs内RTE活性常与免疫特征负相关,其背后机制正被积极探究。例如慢性RTE活性或cGAS-STING信号导致免疫抑制;同时低免疫反应允许RTE活性。这些非互斥可能性可能在恶性进展中协同,对癌症治疗构成重大临床挑战。

与RTE介导肿瘤从免疫监视向逃逸演化的概念一致,包括SCCs在内的若干癌种频繁突变I型IFN簇。在特定遗传背景或肿瘤演化过程中,抗病毒基因可能被高度甲基化或多梳抑制,伴随RTE甲基化。具体在SCCs中,若干已知表现抗炎与IFN沉默功能的基因频繁突变。考虑到成熟致癌信号汇聚于抑制肿瘤内在天然免疫通路,可推测RTEs连同其上游触发物与下游传感器/效应因子构成剖析抗肿瘤免疫的功能与关键组分。

4. Future Perspective: Retrotransposon as an Instigator of Systemic Disease

新兴证据提示RTEs可能参与调节机体生理及造血系统与外周组织间的串扰。骨髓中TET2或DNMT3A突变HSCs经历克隆性造血伴髓系分化偏倚,产生高度炎症的单核细胞与巨噬细胞,形成利于外周炎症与恶性疾病的系统性骨髓增殖状态。有趣的是,TET2功能障碍与HSCs中隐匿性RTE活性相关,暗示RTEs参与克隆性造血与髓系功能障碍。一种推测是HSCs中甲基化重塑导致RTE去抑制并促成异常髓系生成,进而浸润局部组织并调控上皮干细胞反应。一个有趣例子是HSCs中缺乏组蛋白伴侣DAXX的小鼠表现骨髓增殖状态与中性粒细胞增多,伴随皮肤炎症;同时,HSC特异性敲除组蛋白变体H3.3(DAXX的已知底物)导致HSC耗竭与髓系分化,伴随RTEs处染色质可及性增加。从这些研究的一个潜在外推是RTEs功能参与具有外周组织影响的骨髓增殖性疾病。反之,屏障破坏或局部炎症释放系统性细胞因子进一步加剧髓系功能障碍。在皮肤中,上皮细胞与组织驻留髓系细胞均高度依赖由DNMTs与TETs调控的DNA甲基化动态。可预见皮肤干细胞中RTE再激活将诱导局部炎症,并通过分泌炎症细胞因子或经VLPs或自身抗原等RTE来源信号,可能促进骨髓中系统性HSC功能障碍。未来研究RTE来源分子或诱导的炎症是否可能功能促成局部组织与骨髓间系统性串扰将是有趣的。

总之,随着长读长测序、空间转录组平台与人工智能方法等尖端技术的进步,该领域如今拥有前所未有的机会以位点特异性、单细胞水平、空间与时间分辨的方式探究RTEs的全基因组活性。一些未决问题涉及RTE来源炎症信号的确切分子性质,及其在人类疾病中的功能因果性 versus 仅为乘客事件,尤其在活体系统性串扰情境中。结合从体内模型与计算机预测获得的机制见解,我们可能更深入理解哺乳动物RTEs的生理与病理作用,并将此类知识用于自身免疫性疾病与癌症的临床应用。
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