撰文 | 我的闺蜜老红帽

责编 | 兮

哺乳动物的免疫系统通过精准的应答机制来对抗病原体的入侵【1】，其主要成分为来源于造血系统的免疫细胞，包括调控固有免疫应答的髓系细胞和调控获得性免疫应答的淋巴细胞【2】。当然，免疫系统的功能并不仅仅依赖于上述这些类型的细胞【3-5】。

近日，来自奥地利的Christoph Bock研究组在Nature上发表题为Structural cells are key regulators of organ-specific immune responses的文章，在小鼠12类组织器官中选取了上皮细胞、内皮细胞和成纤维细胞这三类结构性细胞为研究对象，发现不同器官，其免疫应答方式也不同，并且均需要结构性细胞与免疫细胞协同作用。

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为了研究不同结构性细胞对免疫相关基因的调控作用，作者选择了小鼠的十二个器官，包括大脑、盲肠、心脏、肾脏、大肠、肝脏、肺脏、淋巴结、皮肤、小肠、脾脏和胸腺。制备为单细胞悬液后，通过流式细胞术的方法，分别分离出内皮细胞、上皮细胞和成纤维细胞。所获得的细胞再进行下述三个方面的研究：第一，通过RNA测序技术（RNA-seq）展示基因表达谱【6】；第二，通过利用转座酶研究染色质可进入性的高通量测序技术（ATAC-seq）来展示染色质的可及性【7】；第三，通过染色质免疫沉淀技术（ChIPmentation）研究基于组蛋白H3K4me2的启动子和增强子相关抗体的表观遗传谱【8，9】。

接下来作者对所得到的数据进行几方面的具体分析。第一方面，作者通过RNA测序结果，分析结构性细胞中免疫系统相关基因的活化情况，得到下面两个结论：（1）稳态时，免疫细胞与结构性细胞存在大量的相互作用，而其相互作用的模式则大量依赖于结构性细胞的表面分子以及分泌因子；（2）结构性细胞中存在大量免疫基因模块。这两个结论说明，结构性细胞中的免疫基因以及免疫模块，很可能是其与免疫细胞发生细胞特异性或者器官特异性相互作用的物质基础。

第二方面，作者比较了不同细胞类型以及不同器官中基因调控网络的差异，同样得出几处结论。（1）在同一个免疫基因位点，细胞类型和器官类型不同，其染色质调节情况也不同；当然，有一类核心免疫基因，比如Ifngr1，在不同的细胞和器官中，都表现为高度染色质易可及性；（2）分析转录因子以及其对应的靶标基因，同样存在细胞记忆器官特异性；同样，有一类转录因子，在各类细胞和器官中都持续活化。通过上述分析，作者认为，一组核心基因，调控结构性细胞的免疫功能，而其它在不同细胞和器官类型中表现差异的分子，则是结构性细胞细胞类型差异和器官类型差异的基础。

第三方面，表观组学谱不仅可以实时展示细胞状态，还可以反应其对不同刺激的可能的应答情况。因此，作者假设，结构性细胞中免疫基因的活化，可以改变细胞表观遗传谱，从而为应对外来刺激做好准备。为了证明这一假设，作者发现有一组基因，它们表达量相对较低，但是其启动子却处于高度的染色质易可及性，这说明这类基因很可能在刺激条件下，表达量迅速升高。另外，作者还发现，结构性细胞中表观遗传变化的基因，多具有免疫学功能。另外，在比较了不同器官中的基因表达谱和染色质易进入性两项指标，作者发现，大脑、盲肠、心脏、肾脏、大肠和皮肤中，这两项指标具有高度的正相关性；而与之相反的是肝脏、淋巴结、脾脏和胸腺这些免疫器官中，两项指标相关性不高，这说明，这四类器官具有强大的表观遗传谱变化潜力，从而可以为应对多种外来刺激做好准备。

综上所述，作者通过RNA测序，染色质易进入性测序和表观遗传谱绘制等方法，研究和分析了来自于十二个器官的3类结构性细胞的免疫基因活性和调控模式。这些调控模式具有器官特异性，并且显示了结构性细胞与免疫细胞之间大量的相互作用关系。这项工作重点关注了几类结构性细胞的具有器官特异性特征的免疫基因活化情况，并且，具体展示了一种高精度、多组学相结合、涉及转录谱和表观遗传谱等方面的研究方法。

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2424-4

制版人：琪酱

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【2】Abbas, A. K., Lichtman, A. H. & Pillai, S. Cellular and Molecular Immunology 9th edn (Elsevier, 2017).

【3】Buckley, C. D., Barone, F., Nayar, S., Bénézech, C. & Caamao, J. Stromal cells in chronic inflammation and tertiary lymphoid organ formation.Annu. Rev. Immunol. 33, 715–745 (2015).

【4】Pober, J. S. & Sessa, W. C. Evolving functions of endothelial cells in inflammation.Nat. Rev. Immunol. 7, 803–815 (2007).

【5】Schleimer, R. P., Kato, A., Kern, R., Kuperman, D. & Avila, P. C. Epithelium: at the interface of innate and adaptive immune responses.J. Allergy Clin. Immunol. 120, 1279–1284 (2007).

【6】Picelli, S. et al. Full-length RNA-seq from single cells using Smart-seq2.Nat. Protocols9, 171–181 (2014).

【7】Buenrostro, J. D., Giresi, P. G., Zaba, L. C., Chang, H. Y. & Greenleaf, W. J. Transposition of native chromatin for fast and sensitive epigenomic profiling of open chromatin, DNA-binding proteins and nucleosome position.Nat. Methods10, 1213–1218 (2013).

【8】Schmidl, C., Rendeiro, A. F., Sheffield, N. C. & Bock, C. ChIPmentation: fast, robust, low-input ChIP-seq for histones and transcription factors.Nat. Methods12, 963–965 (2015).

【9】Wang, Y., Li, X. & Hu, H. H3K4me2 reliably defines transcription factor binding regions in different cells.Genomics103, 222–228 (2014).