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解螺旋公眾號(hào)·陪伴你科研的第2149天 神經(jīng)免疫是近兩年開始火熱的新方向，在這個(gè)領(lǐng)域中涌現(xiàn)出很多杰出的科學(xué)家,，其中筆者最敬佩的還是一位非常年輕的科學(xué)家——Francisco J. Quintana博士,。
Francisco J. Quintana博士目前是哈佛醫(yī)學(xué)院布萊根婦女醫(yī)院副教授，也是哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院Broad研究所的副研究員,。別看他只是一個(gè)副教授,，但是他高水平科研卻是碩果累累。自2019年至今,，F(xiàn)rancisco J. Quintana博士作為通訊作者已經(jīng)發(fā)表了2篇 Cell 和1篇 Nature,，今天我們一起來看看。第一篇文章于2019年1月24日發(fā)表在Cell 期刊上,，論文的題目是"Environmental Control of Astrocyte Pathogenic Activities in CNS Inflammation",。在這篇文章中，作者發(fā)現(xiàn)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥發(fā)生過程中,，環(huán)境因素通過IRE1a-XBP1信號(hào)通路調(diào)控星形膠質(zhì)細(xì)胞的病理活性,。第二篇文章于2019年12月12日發(fā)表在Cell 期刊上，論文的題目是 "Metabolic Control of Astrocyte Pathogenic Activity via cPLA2-MAVS",。在這篇文章中,，作者發(fā)現(xiàn)鞘脂類代謝物通過cPLA2-MAVS-NF-kB信號(hào)通路調(diào)控星形膠質(zhì)細(xì)胞的病理活性。第三篇文章于2020年2月12日發(fā)表在Nature 期刊上,，論文的題目是 "MAFG-driven astrocytes promote CNS inflammation",。在這篇文章中，作者發(fā)現(xiàn)MAFG驅(qū)動(dòng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞促進(jìn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥,，為多發(fā)性硬化癥的治療提供了潛在的新靶點(diǎn),，我們今天著重看看這篇論文。多發(fā)性硬化是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)慢性炎癥疾病,，目前病因不明,。與遺傳因素，環(huán)境因素如病毒感染,、地理位置,，自身免疫反應(yīng)等有一定關(guān)系。要了解多發(fā)性硬化癥的發(fā)病機(jī)制，需要識(shí)別相關(guān)的細(xì)胞群及其調(diào)控機(jī)制,。中樞神經(jīng)系統(tǒng)膠質(zhì)細(xì)胞功能和表型的多樣性提示多發(fā)性硬化的發(fā)病機(jī)制可能與多種星形細(xì)胞群有關(guān),。但對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞的異質(zhì)性及其對(duì)多發(fā)性硬化癥的調(diào)控機(jī)制仍然知之甚少。近年來,，單細(xì)胞RNA測(cè)序常被用于研究多發(fā)性硬化癥中少突膠質(zhì)細(xì)胞,、神經(jīng)元、小膠質(zhì)細(xì)胞等髓樣細(xì)胞的異質(zhì)性,。單細(xì)胞RNA測(cè)序能夠?qū)?fù)雜組織中的細(xì)胞進(jìn)行無偏倚的研究,，以識(shí)別發(fā)育和疾病中新的群體和調(diào)節(jié)基因。
因此,，作者首先通過在完全弗氏佐劑中加入髓鞘少突膠質(zhì)細(xì)胞糖蛋白及注射百日咳毒素來誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)性變態(tài)反應(yīng)性腦脊髓炎動(dòng)物模型 （EAE）,，并使用單細(xì)胞RNA測(cè)序分析中樞神經(jīng)細(xì)胞的基因表達(dá)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)了在EAE過程中星形膠質(zhì)細(xì)胞采用了多種轉(zhuǎn)錄狀態(tài),，出現(xiàn)了幾個(gè)亞群。并且計(jì)算分析出四個(gè)亞群的候選轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分別是Nfe2l2,、Kdm5a,、Hif1a、Fos和Jun,，其中NRF2(Nfe2l2)在這個(gè)過程中屬于負(fù)調(diào)控因子,。隨后作者進(jìn)一步scRNA-seq分析發(fā)現(xiàn)NRF2信號(hào)通路的減少驅(qū)動(dòng)了星形細(xì)胞促進(jìn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥的功能。為了評(píng)估NRF2在星形膠質(zhì)細(xì)胞的作用作者使用IL-1β 和TNF體外誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞結(jié)果發(fā)現(xiàn)由NRF2驅(qū)動(dòng)的Gstm1基因表達(dá)減少,。并且當(dāng)細(xì)胞中敲低Nfe2l2時(shí)促炎基因的表達(dá)明顯增加,，因此在星形膠質(zhì)細(xì)胞中NRF2限制了EAE的發(fā)展。
接下來作者繼續(xù)尋找更多EAE期間星形膠質(zhì)細(xì)胞的調(diào)控因子,。轉(zhuǎn)錄分析發(fā)現(xiàn)在星形膠質(zhì)細(xì)胞EAE高峰而NRF2表達(dá)降低期間小MAF蛋白MAFG的水平出現(xiàn)升高,。當(dāng)星形膠質(zhì)細(xì)胞敲除MAFG后NRF2的靶基因Gstm1、Gstp1,、Gstp2,、Prdx6表達(dá)增加。這表明星形膠質(zhì)細(xì)胞NRF2信號(hào)通路的降低與MAFG表達(dá)的增加同時(shí)促進(jìn)了EAE期中樞神經(jīng)系統(tǒng)的炎癥反應(yīng),。MAFG可以與DNA甲基轉(zhuǎn)移酶相互作用抑制基因的表達(dá),。為了進(jìn)一步評(píng)估MAFG對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞DNA甲基化的控制，作者進(jìn)行了全基因組測(cè)序(WGBS),。結(jié)果顯示EAE期間NRF2靶基因的啟動(dòng)子和外顯子DNA甲基化增加,，而Mafg基因失活后NRF2相關(guān)靶基因的甲基化降低。因此在NRF2表達(dá)降低的情況下,，MAFG驅(qū)動(dòng)的DNA甲基化控制了星形膠質(zhì)細(xì)胞的抗氧化和促炎轉(zhuǎn)錄功能,。那么MAFG是與哪些因子結(jié)合調(diào)控DNA甲基化的？作者通過CRISPR敲除系統(tǒng)找到了在EAE期間其主要作用的輔因子MAT2α,，依賴MAT2α的DNA甲基化在星形膠質(zhì)細(xì)胞的控制中起到了主導(dǎo)作用,。
以往的研究認(rèn)為T細(xì)胞分泌的GM-CSF對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞募集單核細(xì)胞促進(jìn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)病具有重要作用,，但其對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞的影響尚不清楚。作者敲除小鼠星形膠質(zhì)細(xì)胞上GM-CSF的受體,，結(jié)果可以改善小鼠EAE,，降低星形膠質(zhì)細(xì)胞中Mafg、Mat2a和促炎通路的表達(dá),。這說明GM-CSF信號(hào)通路促進(jìn)了EAE中星形膠質(zhì)細(xì)胞的致病性,。最后作者利用這些數(shù)據(jù)共同鑒定了一種疾病相關(guān)的星形細(xì)胞群。這種細(xì)胞群的特征是nrf2驅(qū)動(dòng)的基因表達(dá)減少,，與MAFG和GM-CSF信號(hào),、DNA甲基化和促進(jìn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)病理相關(guān)的轉(zhuǎn)錄活性增加。作者確定了星形膠質(zhì)細(xì)胞的特點(diǎn)是減少NRF2驅(qū)動(dòng)基因表達(dá)和增加MAFG ,、MAT2α信號(hào),。 在EAE期間NRF2表達(dá)降低的情況下MAFG與MAT2α合作建立DNA甲基化標(biāo)志，進(jìn)一步促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞的致病性,。 并且作者發(fā)現(xiàn)被招募到中樞神經(jīng)系統(tǒng)的T細(xì)胞產(chǎn)生GM-CSF擴(kuò)大了MAFG / MAT2α驅(qū)動(dòng)的促炎反應(yīng),。 這些發(fā)現(xiàn)定義了以前未描述的疾病發(fā)病機(jī)制，并確定了表觀遺傳修飾是治療多發(fā)性硬化癥的候選靶點(diǎn),。
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