《Scientific Reports》:Bromodomain and extra-terminal protein inhibitors modulate natural killer cell function and differentiation
編輯推薦:
本研究針對自然殺傷(NK)細胞過度活化引發的炎癥性疾病治療難題,通過高通量表觀遺傳藥物篩選發現BET蛋白抑制劑(BETi)能顯著抑制NK細胞促炎因子分泌,同時促進其成熟標志物表達。單細胞測序證實BETi通過重塑造血干細胞分化軌跡,增強NK細胞毒性功能。該研究為腫瘤免疫治療和自身免疫疾病提供了新型靶向策略。
在免疫系統的精密調控網絡中,自然殺傷(Natural Killer, NK)細胞作為先天免疫的核心力量,如同時刻巡邏的哨兵,能夠快速識別并清除病毒感染的細胞和腫瘤細胞。然而,這支免疫突擊隊的活性需要精準調控——過度活躍的NK細胞會引發失控的炎癥風暴,參與類風濕性關節炎、系統性紅斑狼瘡等自身免疫疾病的病理過程;而功能低下時則可能導致腫瘤免疫逃逸。近年來研究發現,NK細胞的功能狀態受到表觀遺傳調控的深刻影響,這種調控如同在DNA上設置"分子開關",能通過化學修飾改變基因表達模式,甚至使NK細胞獲得對特定病原體的"記憶"能力。那么,能否通過干預表觀遺傳機制來精準調節NK細胞的功能平衡?這成為免疫治療領域亟待破解的科學難題。
近日發表于《Scientific Reports》的一項研究給出了突破性答案。由Todd Bradley教授領銜的國際團隊通過系統性篩選發現,靶向BET(Bromodomain and Extra-Terminal)蛋白的抑制劑不僅能有效抑制NK細胞的炎癥反應,還意外地促進了其成熟分化。這項研究揭示了表觀遺傳調控在NK細胞命運決定與功能調控中的雙重作用,為免疫相關疾病提供了新的治療思路。
研究人員主要運用了四大關鍵技術:首先采用包含158種表觀遺傳化合物的高通量藥物篩選平臺評估NK細胞因子分泌;通過流式細胞術多參數分析檢測原代NK細胞功能指標;利用RNA測序(RNA-seq)解析轉錄組變化;結合單細胞RNA測序(scRNA-seq)和體外造血干細胞分化模型追蹤NK細胞譜系發育軌跡。所有人類原代細胞均來自商業來源的健康供體。
Identification of small molecule epigenetic-targeting compounds that regulate proinflammatory cytokine programs in natural killer cells
研究團隊首先對NK細胞系(NK-92)進行表觀遺傳化合物庫篩選,發現在100 nM濃度下,5種BET抑制劑(AZD5153、CPI-203、(+)-JQ1、OTX015、I-BET762)均能顯著降低IL-12/IL-15刺激產生的IFN-γ和IL-6水平(降幅≥50%),且不影響細胞活性。這表明BET蛋白是調控NK細胞炎癥反應的關鍵分子開關。
BETi reduce proinflammatory cytokine activation and functional markers of primary human NK cells
在健康供體原代NK細胞驗證實驗中,BETi處理使IL-12/IL-15激發的IFN-γ分泌量從2077 pg/ml降至300 pg/ml左右。流式細胞術進一步顯示,BETi預處理的NK細胞在接觸靶細胞后,顆粒酶B(Granzyme B)表達水平顯著降低,CD107a脫顆粒比例下降,自發產生IFN-γ的細胞比例減少,證明BETi能同時抑制NK細胞的細胞因子釋放和細胞毒性功能。
BETi alter transcriptome of primary human NK cells
轉錄組分析揭示BETi處理引起362-445個基因表達顯著改變,其中下調基因占主導。值得注意的是,NK細胞激活受體NKG2D(由KLRK1基因編碼)表達上調,而抗體依賴性細胞毒性關鍵受體CD16(FCGR3A)及免疫檢查點分子PD-1(PDCD1)、LAG3、TIGIT表達下調。基因集富集分析(GSEA)顯示,BETi顯著抑制了MYC靶基因通路和炎癥反應相關通路。
Epigenetic regulation of NK cell lineage fate commitment from bone marrow hematopoietic stem cells
通過體外誘導CD34+造血干細胞向NK細胞分化21天的模型,發現早期添加BETi會顯著減少NK細胞標志物CD56(NCAM1)和NKG2D(KLRK1)的表達,同時促進髓系細胞擴增。與之對比,EZH2抑制劑(EZH2i)則能增加NK細胞產出并增強細胞毒性相關基因表達,印證了表觀遺傳調控的特異性。
Single-cell RNA-seq reveals impact of BETi on NK cell lineage commitment from bone marrow progenitors
對6.5萬個分化期細胞進行單細胞測序,發現BETi處理組中NK細胞比例從35.2%降至11.4%,而髓系細胞比例從25.1%升至45.6%。Azimuth細胞注釋表明,BETi促進了淋巴-髓系祖細胞(LMPP)向CD14+/CD16+髓系細胞分化,抑制了NK細胞譜系定向。
BETi altered NK cell phenotype during lineage commitment
聚焦于CD56+細胞亞群發現,BETi處理增加了具有成熟細胞毒性特征的CD16-NK細胞(高表達XCL2、GZMB),減少了幼稚型IL1R1+NK細胞。差異表達基因富集分析顯示,BETi處理的NK細胞中NK細胞介導的細胞毒性通路顯著激活。
這項研究系統闡釋了BET蛋白在NK細胞生命周期的雙重調控作用:在成熟階段抑制炎癥反應,在發育階段引導譜系命運。研究不僅證實BET抑制劑可緩解NK細胞過度活化引發的炎癥損傷,還發現其能促進具有更強殺傷潛能的NK細胞亞群分化。這種"減炎增效"的雙重特性,使BET抑制劑在腫瘤免疫聯合治療(如協同免疫檢查點抑制劑)和自身免疫疾病治療中展現出廣闊前景。值得注意的是,研究采用的單細胞測序技術揭示了傳統批量檢測難以發現的細胞異質性,為精準免疫調控提供了新的視角。未來研究需進一步闡明BET家族各成員(BRD2/3/4/BRDT)的具體貢獻,并在體內模型中驗證其治療潛力。這項突破性工作標志著表觀遺傳調控在免疫工程領域的應用邁出關鍵一步,為開發新一代免疫調節藥物奠定了理論基礎。