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发表在Science杂志上的三篇文章解析了表观遗传效应影响血细胞发育成为免疫系统中众多组成元件的分子机制,这些研究均属于欧盟BLUEPRINT项目内容,分别由来自荷兰内梅亨大学,麻省理工,Sanger研究院等处的研究人员完成。
传统观点认为,免疫系统具有两种应答反应:一种是快速的、非特异性的反应,这被称为先天免疫应答;其次是高特异性的获得性免疫应答。经典观点认为,获得性免疫的最突出特征是记忆性,先天免疫无法进行获得性免疫应答或者无记忆性,但是最近一些年的研究表明,一些缺乏特殊免疫系统的生物,如植物、无脊椎动物以及缺乏功能性T和B淋巴细胞的小鼠,仍然能对感染作出适应性应答,这也就是先天免疫的也存在记忆性。通过对组蛋白进行修饰这种表观遗传学操作,能产生更强的刺激诱导的基因表达能力。不过过去对这种反应的具体分子过程不够了解。为了更好的理解这种经训练后先天免疫(trained innate immunity)或固有免疫的记忆特征,研究人员诱导产生了这种训练后先天免疫,分析了人体单核细胞和白细胞的变化。结果发现,表观遗传相关的信号途径是调控单核细胞产生训练后先天免疫的基础,这种开关能将细胞代谢模式从有氧变成无氧代谢。
研究采用白色念珠菌成分β-葡聚糖诱导训练免疫应答,这种方法过去被证明具有诱导对感染和肿瘤的非特异性保护反应。用全基因组转录组学和组蛋白修饰组学技术对转录途径和组蛋白修饰特征进行筛选,以确定产生单核细胞效应的分子过程。人类原代单核细胞和两种动物模型研究这种现象的生物学效应。
结果发现,除经典的免疫信号通路发生变化外,糖酵解相关基因表达发生明显上调,组蛋白修饰也符合这些变化特征,相关基因表达变化用β-葡聚糖诱导小鼠进行了验证确认。
β-葡聚糖诱导单核细胞的生物化学特征为糖酵解提高,基础呼吸率下降、葡萄糖消耗增加、乳酸产生增加(这些变化似乎更符合无氧糖酵解),这些细胞内NAD+/ NADH比例增加。树突状细胞相关性C-型凝集素-1(dectin-1)Akt–mTOR–HIF-1a信号通路是负责β-葡聚糖诱导单核细胞的生物化学代谢转换的途径。这种训练免疫反应在缺乏dectin-1基因的患者单核细胞完全消失。采用化学药物阻断剂阻断mTOR–HIF-1a信号通路也能抑制训练免疫反应。糖尿病药物二甲双胍是一种AMPK激动剂,能抑制mTOR。动物给予二甲双胍后失去训练免疫效应,无法耐受致死性白色念珠菌感染。野生小鼠能耐受葡萄球菌脓毒症,骨髓特异性HIF-1a基因缺乏动物也失去这种免役应答效应也无法耐受这种脓毒症。这种细胞代谢的变化符合典型的瓦伯格效应。
瓦伯格效应源于20世纪30年代德国生物化学家奥托瓦伯格的一项发现,瓦伯格发现:肿瘤和正常成体组织存在着代谢差异,它们通过糖酵解产能,并产生大量的乳酸。这种代谢性质使得肿瘤细胞的耗糖速度远大于正常细胞。这种肿瘤细胞对糖酵解通路产能依赖增强的现象,被称为“瓦伯格效应”。该效应会极快地促进细胞增生和肿瘤生长。淋巴细胞发挥作用和肿瘤细胞一样,都需要采用极端的不经济的能量代谢模式,这一效应符合这种规律,也再次说明细胞代谢和免疫反应之间的密切关系。这一现象的发现将有利于寻找调节固有免疫的药物和工具,提高治疗感染和炎症等相关疾病的能力。
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GMT+8, 2024-11-29 19:40
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