免疫記憶（下一次接受同樣的抗原刺激時，可看到更快、更強烈的反應）是特異性T細胞和B細胞驅動的適應性免疫典型特征。星形膠質細胞參與多發性硬化癥的發生，但這些星形膠質細胞亞群的穩定性及其整合過往刺激的具體機制尚不十分清楚。

2024年3月20日哈佛醫學院布列根和婦女醫院Francisco J. Quintana研究團隊在Nature雜志發表文章揭示了ACLY-p300驅動的星形膠質細胞免疫反應的表觀記憶促進中樞神經系統炎癥發生。

 

1、p300驅動星形膠質細胞免疫反應的表觀記憶
研究人員向小鼠側腦室單次或兩次注射炎癥因子（IL-1β + TNF）后對大腦組織星形膠質細胞進行單細胞測序，發現兩次炎癥刺激比單次炎癥刺激引起的星形膠質細胞細胞促炎癥反應更強烈。此外，兩次炎癥刺激引起的組蛋白乙酰化相關的轉錄反應增加，與組蛋白去乙酰化酶(HDAC)相關的轉錄反應減少。進一步數據分析發現組蛋白乙酰轉移酶(HAT)p300、Tip60 和 PCAF 是調控星形膠質細胞表觀轉錄反應的上游候選調控因子。
離體細胞實驗兩次注射炎癥因子可引起星形膠質細胞p300表達增加，但不影響Tip60 和 PCAF表達。p300抑制劑可顯著減弱兩次注射炎癥因子誘發的星形膠質細胞促炎癥反應（Il6, Ccl2 和Nos2表達增加），但不影響單次炎癥刺激誘發的炎癥反應。
p300調控組蛋白3賴氨酸27乙酰化(H3K27ac)。實驗性自身免疫性腦脊髓炎（EAE）動物模型小鼠脊髓灰質p300和H3K27ac陽性星形膠質細胞數量顯著增多。通過病毒特異性敲低星形膠質細胞p300可有效減少EAE模型小鼠星形膠質細胞促炎癥反應，降低H3K27ac標記的能量代謝和NFκB炎癥信號相關的基因表達，但并不影響中樞神經系統或外周CD4陽性T細胞的免疫反應。

圖1：炎癥刺激誘發星形膠質細胞的表觀記憶

線粒體ATP-檸檬酸裂合酶（ACLY）和細胞質乙酰輔酶A合成酶（ ACSS2)分別通過底物檸檬酸鹽和醋酸鹽合成乙酰輔酶A。組蛋白乙酰轉移酶(HAT)利用乙酰輔酶a作為底物使組蛋白賴氨酸殘基乙酰化。離體細胞實驗發現單次或兩次炎癥刺激可增加ACLY表達，但不影響ACSS2表達。EAE動物模型小鼠脊髓灰質ACLY陽性星形膠質細胞數量顯著增多。通過病毒特異性敲低星形膠質細胞ACLY可有效減少EAE模型小鼠星形膠質細胞促炎癥反應，抑制脫髓鞘，降低與乙酰輔酶a生物合成和H3K27乙酰化有關轉錄表達，下調p300驅動的NFκB炎癥反應。但敲除ACSS2并不發揮上述改善EAE作用。

轉錄組學分析發現EAE動物模型小鼠p300和ACLY雙陽性星形膠質細胞數量增多，并且與經歷兩次炎癥刺激的EAE模型小鼠的星形膠質細胞轉錄組學特征相似。根據p300和ACLY雙陽性星形膠質細胞的分子特征，發現EAE模型小鼠一類數量增加18.3倍的星形膠質細胞亞簇（cluster3）。

 

圖2、ACLY-p300驅動EAE模型小鼠的促炎癥星形膠質細胞表觀記憶

星形膠質細胞的這種表觀記憶是否也出現在其他疾病中？研究人員整合了兩個多發性硬化癥患者的單細胞測序數據，發現了一類數量增加24.5倍的星形膠質細胞亞簇（cluster2），其轉錄組學特征類似于p300和ACLY雙陽性星形膠質細胞，這類cluster2細胞亞簇促炎癥因子和NFκB信號相關基因表達增加。多發性硬化癥患者白質p300和ACLY雙陽性星形膠質細胞核的數量增多。離體細胞實驗兩次炎癥刺激后誘發人類胚胎星形膠質細胞炎癥反應，這種炎癥反應可被p300抑制劑所阻斷，表明ACLY-p300驅動的促炎癥星形膠質細胞表觀記憶也存在多發性硬化癥中。

圖3：多發性硬化癥存在ACLY-p300驅動的星形膠質細胞免疫反應的表觀記憶

本文通過單細胞測序技術揭示了在EAE模型小鼠和多發性硬化癥患者一類促炎癥的表觀遺傳記憶星形膠質細胞亞群。