早期多发性硬化中环境暴露的独特多组学特征驱动免疫失调与疾病活动度

《Neurology Neuroimmunology & Neuroinflammation》：Distinct Multiomic Signatures of Environmental Exposure Drive Immune Dysregulation and Disease Activity in Early Multiple Sclerosis

　　

背景与目标：环境因素在决定多发性硬化（MS）易感性方面至关重要，但其在诊断时对免疫系统的具体影响仍未完全阐明。本研究旨在系统绘制可修饰风险因素（特别是吸烟、体重指数（BMI）、血清维生素D、紫外线（UV）暴露及潜伏病毒免疫）对未接受治疗MS患者免疫功能的全身性影响。

方法：研究人员对96例未接受治疗的单中心队列患者进行了多组学分析。研究综合应用了6种免疫细胞谱系的批量转录组学（bulk transcriptomics）、血清蛋白质组学、细胞间通讯建模及高维流式细胞术，以识别将环境暴露与疾病病理相联系的独特免疫学模式。

结果：研究发现吸烟可诱导组织归巢受体GPR15在多个谱系中上调，尤其在自然杀伤（NK）细胞中，且与更高的残疾水平相关。吸烟还放大了促炎环境（CXCL17和LAMP3升高）。较高的潜在紫外线暴露似乎通过降低IFI30和LYZ表达来对抗这些效应；值得注意的是，IFI30升高与钆增强（Gd⁺）病灶的存在相关。在代谢因素方面，高BMI对单核细胞代谢产生线性效应，驱动胆固醇生物合成（MVD和SQLE）并增加与血脑屏障损害相关的促炎标志物（FABP4和LEP）。

讨论：这些发现阐明了可修饰风险因素促成MS病理的分子机制。数据提示临床风险管理应区别对待：戒烟必须彻底以逆转致病性转运信号（如GPR15上调），而BMI的线性效应表明逐步减重可带来成比例的免疫学获益。这些见解强力支持将生活方式干预整合作为早期MS管理的核心组成部分。

论文解读：早期多发性硬化中环境暴露的多组学免疫特征

一、研究背景与问题提出

多发性硬化（MS）是中枢神经系统最常见的自身免疫性疾病。尽管治疗已取得显著进步，尤其在预防复发方面，但目前仍无治愈手段。因此，理解其发病机制至关重要。MS的发生受遗传和环境因素共同影响。已知的环境风险因素包括血清维生素D（VitD）水平低下、日晒不足、吸烟、青春期高BMI，以及病毒感染等。其中，Epstein-Barr病毒（EBV）感染被认为是MS发病的前提条件，而巨细胞病毒（CMV）感染则与较低的MS风险相关。既往研究虽已确立这些因素与MS的关联，但它们在疾病诊断时对人体免疫系统的具体影响尚不清楚。这些因素是通过何种分子途径促成疾病活动与进展，仍缺乏系统性认识。基于此，研究人员开展了一项多组学研究，旨在系统绘制环境暴露在早期MS患者中引发的免疫学改变，以期阐明其病理机制，并为疾病管理提供新的干预靶点和策略。该研究成果发表于《Neurology Neuroimmunology》期刊。

二、研究设计与技术方法

研究纳入德国明斯特大学医院神经内科招募的96例新诊断、未经治疗的MS患者（符合2010年McDonald标准，包括临床孤立综合征CIS和复发缓解型MS）。研究人员结合多种高维技术：对分选的6种免疫细胞谱系（单核细胞、NK细胞、B细胞、CD8⁺ T细胞、CD4⁺ T细胞和Tregs）进行批量RNA测序；利用Olink Explore 1536 panel进行血清靶向蛋白质组学；运用CellChat推断细胞间通讯；采用高维流式细胞术量化循环免疫细胞频率。环境与生活方式数据通过标准化问卷和NASA卫星数据获取，并使用多变量线性回归模型调整所有混杂因素。

三、研究主要结果

**维生素D血清水平低于缺乏阈值。** 队列中74%为女性，中位年龄31岁。血清VitD中位数低于20 ng/mL的缺乏阈值，且BMI与VitD水平呈显著负相关，这与流行病学观察一致。

**环境与生活方式因素在免疫细胞亚群中的转录特征。** 差异表达分析显示，吸烟导致GPR15在除单核细胞外的所有谱系中均上调，尤其在NK细胞中最显著。单核细胞表现出最多的显著改变，基因集富集分析（GSEA）显示干扰素（IFN）-γ和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）经NFκB信号通路增强，而MYC靶基因和氧化磷酸化通路下调。高BMI主要影响单核细胞，上调胆固醇合成相关基因（MVD、SQLE）及分子伴侣CLU，Tregs中FCGR3A上调。较高血清VitD仅与单核细胞中OCLN显著升高相关。EBV抗体滴度相关变化在NK细胞中最突出，而CMV血清阳性状态则驱动细胞毒性基因如GNLY、CX3CR1、GZMH的高表达。紫外线（UV）暴露与CD8⁺ T细胞中炎症标志物（IFI30、LYZ、NFAM1、FCN1）的表达降低相关，并伴随炎症反应、IFN-γ应答、mTORC1信号和氧化磷酸化通路的负富集。此外，还发现了环境因素间的交互效应，如VitD、年龄与BMI的相互作用影响特定基因表达。

**环境因素对细胞间通讯网络的调节。** CellChat分析显示，较高UV暴露增加了单核细胞和NK细胞向Tregs的信号强度，但减少了B细胞、单核细胞和CD8⁺ T细胞到Tregs的相互作用数量。BMI与单核细胞间通讯强度负相关。饮酒患者的总相互作用强度增加，尤其是单核细胞向CD8⁺ T细胞的信号，涉及APP、ICAM、MHC-I和半乳糖凝集素等通路。

**与人口学和生活方式因素相关的血清蛋白质组学特征。** Olink蛋白质组学分析显示，年龄与COL9A1下降、CXCL17和MSLN升高相关。高BMI与LEP、CES1、FABP4升高及COL4A1、PON3降低相关，提示增强的代谢和炎症状态。吸烟者中CXCL17、ALPP、MSLN和LAMP3表达升高，反映上皮和炎症通路激活。UV暴露相关的蛋白关联在多假设检验校正后均不显著。

**环境因素对循环免疫细胞组成的影响。** 流式细胞术分析显示，衰老与Th1细胞扩增和颗粒酶K（GrK）阳性的CD8⁺记忆T细胞减少相关。累积UV暴露与IL-22产生和CD69⁺的CD4⁺记忆T细胞减少相关。吸烟者中IL-22⁺ CD4⁺记忆T细胞和CD16^?CD192^high单核细胞升高。更高BMI与CD141⁺髓样树突状细胞（mDC）频率正相关。饮酒与CD45RO⁺CD27^? CD8⁺效应记忆T细胞比例升高相关。VZV抗体滴度与固有淋巴样细胞负相关，EBV抗体滴度与IL-4产生CD8⁺记忆细胞正相关，CMV阳性个体中CD8⁺ TEMRA细胞升高。

**临床疾病活动性的免疫学特征。** 与无钆增强（Gd^?）病灶患者相比，Gd⁺病灶患者的CD8⁺ T细胞中IFI30和LYZ表达升高，并且炎症反应、IL-2/STAT5信号和TNF-α经NFκB通路上调。GPR15在NK细胞中的表达与EDSS评分正相关。流式分析显示，产生IFN-γ的中央记忆CD4⁺ T细胞在EDSS较高患者中增加，产生IL-22的效应记忆CD4⁺ T细胞在Gd⁺患者中升高。CD16^highCD192^?单核细胞在RRMS患者中较CIS减少，而CD141⁺ mDC在Gd⁺患者中增多。

四、讨论与结论

研究系统揭示了环境因素在MS诊断时如何多维度地影响免疫系统。核心发现是UV暴露相关免疫特征与血清维生素D水平明显分离。UV暴露普遍与炎症介质（IFI30、LYZ、FCN1）下调、Treg相关通讯改变及临床活动性降低相关联，而VitD并未重现这些广泛的抗炎效应。这提示日晒的免疫调节作用可能不主要通过经典维生素D通路，而可能通过UV驱动的替代机制如芳香烃受体（AHR）通路发挥作用。

吸烟方面，GPR15在NK细胞中的上调及其与EDSS的正相关性是一个新发现，提示吸烟可能将组织归巢表型印迹于NK细胞，促进其向中枢神经系统募集并加剧炎症，从而驱动残疾累积。IFI30和LYZ作为抗原加工的调节因子，吸烟可上调它们，而UV则下调，形成功能拮抗关系，这为UV的保护效应和吸烟的致病效应提供了分子机制联系。

BMI是数据集中最普遍的信号，其对单核细胞胆固醇生物合成、促炎脂肪因子（FABP4、LEP）及血管基底膜组分（COL4A1）的线性影响，结合CD141⁺ mDC的扩增，共同提示肥胖可预先激活髓系细胞的致病潜能，并可能损害血脑屏障完整性。

研究还揭示剂量-反应关系的不同模式：吸烟诱导的基因表达（如GPR15）呈对数轨迹，即使低水平暴露也显著上升，提示仅减少吸烟数量不足以使免疫组正常化，必须彻底戒烟；而BMI相关失调呈线性，逐步减重均可带来成比例的免疫获益。

综上，这些多组学发现将环境风险因素与MS病理的分子机制直接联系起来，强调生活方式干预应作为早期MS管理的核心组成部分，并支持进一步探索基于UV光照策略而非单纯维生素D补充的疾病修饰治疗方法。