血小板来源的5-羟色胺通过表观遗传学编程巨噬细胞替代激活以协调2型气道炎症

《Cellular & Molecular Immunology》：Platelet-derived serotonin epigenetically programs macrophage alternative activation to orchestrate type 2 airway inflammation

　　

2型炎症（T2I）驱动慢性气道疾病，如嗜酸性慢性鼻窦炎（eCRS）和哮喘，这些疾病常伴有凝血激活和血小板募集。然而，这些相关过程是否以及如何积极参与塑造炎症仍很大程度上未知。在此，研究人员利用来自eCRS患者（伴或不伴哮喘）鼻息肉样本的单细胞转录组学分析，鉴定了一个在炎症组织中富集且与局部嗜酸性粒细胞增多和全身疾病负担显著相关的TGM2^hi巨噬细胞群体。利用尘螨诱导的小鼠2型气道炎症模型，研究人员发现，全局或巨噬细胞中Tgm2的缺失选择性损害了巨噬细胞替代激活，并减弱了嗜酸性炎症和上皮重塑。机制上，TGM2催化最近描述的组蛋白修饰H3Q5血清素化（H3Q5Ser），促进了一个对巨噬细胞替代激活表观遗传学许可的染色质状态。研究人员进一步揭示了一个由活化血小板来源的单胺代谢物5-羟色胺（5-HT）驱动的跨细胞回路，该5-HT作为关键旁分泌信号为巨噬细胞的这种表观遗传重编程提供燃料。至关重要的是，在2型炎症小鼠模型中，药理学抑制血小板5-HT释放或TGM2活性改善了鼻腔和肺部病理，强调了该通路的治疗潜力。研究人员的发现确立了一个将血小板激活与巨噬细胞表观遗传编程耦合的5-羟色胺-TGM2-H3Q5Ser轴。这种跨细胞机制驱动2型炎症，并为气道疾病揭示了新的治疗机会。

**研究背景、问题与意义**
2型炎症（T2I）是嗜酸性慢性鼻窦炎（eCRS）和哮喘等慢性气道疾病的核心驱动因素，这些疾病常伴有凝血系统激活和血小板募集。然而，凝血与炎症如何协同作用，尤其是血小板作为关键细胞组分如何参与炎症调控，仍不明确。巨噬细胞替代激活（AAM）在T2I中具有双重作用，既参与组织修复又驱动病理重塑，但其上游分子机制，特别是表观遗传调控，尚未阐明。为此，研究人员开展本研究，旨在揭示血小板来源的5-羟色胺（5-HT）是否通过表观遗传途径驱动巨噬细胞介导的病理过程，从而连接系统性凝血激活与局部T2I。研究通过单细胞转录组学、基因敲除小鼠模型、表观遗传学分析及药理学干预，发现了血小板-5-HT-TGM2-H3Q5Ser轴，该轴通过组蛋白血清素化表观遗传编程巨噬细胞替代激活，驱动T2I。论文发表在《Cellular》。

**主要技术方法**
研究人员采用了以下关键技术：①单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析人类鼻息肉样本（eCRS患者n=8, eCRSwAS患者n=6）及小鼠鼻黏膜样本，结合公共scRNA-seq数据集（HRA000772）构建连续疾病谱；②单分子荧光原位杂交（smFISH）联合多重免疫组化（mIHC）进行空间定位；③CUT&Tag分析组蛋白修饰（H3Q5Ser、H3K4Me3、H3K9Ac、H3K27Ac）及ATAC-seq评估染色质可及性；④基因敲除小鼠模型（Tgm2^-/-、Tph1^-/-、Tgm2^fl/fl;Lyz2-Cre）进行功能验证；⑤药理学抑制（sarpogrelate、rilapladib、ERW1041E等）评估治疗潜力；⑥体外巨噬细胞培养、血小板共培养、ELISA、Western blot及流式细胞术。样本队列来源于上海第六人民医院的鼻息肉组织及健康对照。

**研究结果**
**TGM2 emerges as a signature gene of AAMs in eCRS**
通过scRNA-seq分析，研究人员在eCRSwAS患者的鼻息肉中鉴定出TGM2^hi巨噬细胞群体，该群体高表达AAM标志物（FN1、MRC1、ALOX15等）和ECM重塑相关基因，且在eCRSwAS中显著富集，与疾病严重程度正相关。smFISH和mIHC证实CD163⁺TGM2⁺巨噬细胞在eCRSwAS中增多，共表达FN1 mRNA。

**TGM2 expression is associated with disease severity**
在更大队列（HC、neCRS、eCRS、eCRSwAS）中，TGM2 mRNA和蛋白水平在eCRS和eCRSwAS中显著升高，尤其在尘螨致敏患者中。mIHC显示TGM2在巨噬细胞中随嗜酸性炎症增加而升高，而纤维细胞中表达稳定。TGM2表达与AAM标志物（F13A1、FN1、CD163、IL10）正相关，与外周血嗜酸性粒细胞计数、SNOT-22症状评分正相关，与肺功能（FEV1、FEF75%）负相关。

**Tgm2 Shapes the inflammatory and fibrotic landscape of type 2 airways via macrophage reprogramming**
在尘螨诱导的T2I小鼠模型中，Tgm2^-/-小鼠鼻和肺组织嗜酸性粒细胞浸润、IL-5/IL-13水平、上皮增厚、杯状细胞增生及胶原沉积均显著减轻。scRNA-seq显示Tgm2^-/-小鼠鼻黏膜中Tgm2^hi和Cd209a^hi巨噬细胞亚群显著减少，AAM标志物（FN1、F13A1、ARG1、CD206等）蛋白和mRNA表达降低。

**TGM2 is essential for alternative activation of macrophages and AAM-driven type 2 airway inflammation**
体外实验显示，IL-13、IL-33、TSLP及DM-α-KG诱导TGM2表达，而Tgm2^-/-巨噬细胞中AAM标志物（Mrc1、Il10、F13a1等）表达受损。bulk RNA-seq和蛋白分析证实TGM2缺失导致ECM重塑、补体激活、趋化因子及MHC-II分子广泛下调。巨噬细胞特异性Tgm2敲除（Tgm2^fl/fl;Lyz2-Cre）小鼠同样减轻了气道炎症，但程度弱于全身敲除，提示非巨噬细胞TGM2的补充作用。

**TGM2-mediated H3Q5Ser promotes AAM programming**
在IL-13等刺激下，野生型巨噬细胞中H3Q5Ser和H3K4Me3水平升高，而Tgm2^-/-巨噬细胞中两者均显著降低。体内mIHC显示尘螨诱导的野生型小鼠鼻黏膜中CD206⁺巨噬细胞H3Q5Ser信号强，而Tgm2^-/-小鼠中消失。人类eCRS/eCRSwAS鼻组织中5-HT和H3Q5Ser水平升高，且与疾病严重程度正相关。5-HT刺激野生型巨噬细胞可诱导H3Q5Ser和AAM基因表达，而Tgm2^-/-巨噬细胞无响应。5-HTP（5-HT前体）腹腔注射可加重尘螨诱导的T2I，包括嗜酸性粒细胞浸润和IL-13升高。

**Platelet-derived 5-HT fuels macrophage H3Q5 serotonylation to drive type 2 inflammation**
mIHC显示eCRSwAS鼻息肉中CD41⁺血小板在FN1^hi基质区域富集，邻近CD163⁺TGM2⁺H3Q5Ser⁺巨噬细胞。Tph1^-/-小鼠（缺乏外周5-HT）在尘螨刺激后鼻和肺病理减轻，血小板5-HT释放减少。共培养实验显示，活化野生型血小板（而非Tph1^-/-血小板）诱导野生型巨噬细胞中H3Q5Ser升高，而Tgm2^-/-巨噬细胞无响应。5-HT通过CD36/OLR1介导的dynamin依赖性内吞进入巨噬细胞，而非经典受体或转运体。

**H3Q5Ser collaborates with active chromatin marks and the TFIID complex to drive AAM gene expression**
CUT&Tag分析显示IL-13刺激后H3Q5Ser、H3K9Ac、H3K27Ac在基因启动子区域富集，与H3K4Me3共定位。Tgm2缺失导致Mrc1启动子处H3Q5Ser、H3K4Me3、H3K9Ac、H3K27Ac水平降低。免疫共沉淀证实TGM2与TFIID亚基TAF10/TAF3相互作用增强，药理学抑制H3K4甲基转移酶或CBP/EP300乙酰转移酶可阻断5-HT诱导的AAM激活。

**Pharmacologic inhibition of the 5-HT-TGM2-H3Q5Ser axis attenuates type 2 airway inflammation**
sarpogrelate（5-HT2A受体拮抗剂）和rilapladib（PAFR抑制剂）可显著减轻尘螨诱导的嗜酸性炎症和H3Q5Ser水平，而(-)-epicatechin（COX-1抑制剂）效果不佳。TGM2抑制剂ERW1041E在体外抑制IL-13诱导的H3Q5Ser和AAM蛋白表达，在体内减轻野生型小鼠的气道炎症，但对Tgm2^-/-小鼠无效，证实其作用依赖于TGM2。

**讨论与结论**
研究人员发现血小板来源的5-HT通过跨细胞回路表观遗传重编程巨噬细胞，驱动T2I。该过程由TGM2催化H3Q5Ser介导，5-HT通过CD36/OLR1内吞进入巨噬细胞，与H3K4Me3-TFIID轴协同建立许可性染色质状态。该轴将系统性血小板激活与局部巨噬细胞表观遗传状态联系起来，为治疗慢性气道炎症提供了新靶点。研究结论：5-羟色胺-TGM2-H3Q5Ser轴耦合血小板激活与巨噬细胞表观遗传编程，驱动2型炎症，揭示气道疾病新治疗机会。