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Cell Reports | 李程与合作者揭示G-CSF通过GR-SOCS1信号轴抑制NK细胞分泌IFN-γ

日期: 2022-09-14

2022年9月13日,北京大学人民医院黄晓军研究组和北京大学生命科学学院李程研究组合作在Cell Reports期刊发表了题为“In vivo G-CSF Treatment Activates the GR-SOCS1 Axis to Suppress IFN-γ Secretion by Natural Killer Cells”的研究论文。

自然杀伤(Natural killer,NK)细胞是一种通过分泌gamma干扰素(IFN-γ)等细胞因子以抵御细菌或肿瘤入侵的淋巴细胞。G-CSF(Granulocyte colony-stimulating factor,粒细胞集落刺激因子)是一种被广泛应用于造血干细胞动员和中性粒细胞减少症治疗的细胞因子。以往研究发现G-CSF也是一种重要的免疫调节因子,能够调控NK、T等免疫细胞的表型与功能。在NK细胞中的研究发现,G-CSF是一种免疫功能抑制剂,能够有效抑制NK细胞中IFN-γ的分泌。然而,G-CSF调控NK细胞分泌IFN-γ的分子机制尚不清晰。

为了揭示G-CSF抑制NK细胞分泌IFN-γ的分子机制,研究者首先对G-CSF动员前、后健康供者骨髓来源的NK细胞进行了转录组RNA-seq分析,发现SOCS1是G-CSF作用后表达水平上调最显著的基因。随后,在NK细胞系(NK92)中进行的SOCS1过表达和敲除实验证明了SOCS1表达上调可以有效抑制NK细胞分泌IFN-γ,而敲除SOCS1可以逆转G-CSF对NK细胞分泌IFN-γ的抑制作用(图1)。因此,G-CSF抑制NK细胞分泌IFN-γ与SOCS1表达水平上调有关。

图1 G-CSF抑制NK细胞分泌IFN-γ与SOCS1表达水平上调有关

为了进一步揭示G-CSF上调NK细胞中SOCS1表达的分子机制,研究者对G-CSF动员前、后的NK细胞进行了染色质开放性ATAC-seq分析。通过RNA-seq和ATAC-seq数据的整合分析,研究者发现由NR3C1基因编码的糖皮质激素受体(Glucocorticoid receptor,GR)是G-CSF影响NK细胞的关键调控因子,G-CSF动员后染色质开放性增强的区域显著富集GR结合的DNA motif序列(图2)。

图2 RNA-seq和ATAC-seq整合分析示意图

接着,通过对G-CSF动员前、后的NK细胞进行转录因子结合Cut&Tag实验和成像验证,研究者证明了G-CSF促进GR的转录与入核,且G-CSF动员后染色质开放性增强的区域伴随着GR结合水平的增加。其中,SOCS1附近的两个增强子在G-CSF动员后也呈现出GR结合水平的增加(图3)。因此,G-CSF上调SOCS1的表达可能与GR有关。

图3 G-CSF激活NK细胞中的GR

为了进一步证实G-CSF通过激活GR进而上调SOCS1的转录,研究者在小鼠中进行G-CSF动员实验,同时设置GR拮抗剂(RU486)组以抑制G-CSF动员后GR的调控作用。研究者发现遏制GR作用后可以有效逆转G-CSF上调SOCS1的转录及抑制IFN-γ分泌(图4)。

图4 遏制GR逆转G-CSF对NK细胞分泌IFN-γ的抑制作用

最后,为了揭示GR上调SOCS1表达的调控机制,研究者对G-CSF动员前、后的NK细胞进行了三维基因组Hi-C实验和分析。研究者发现G-CSF作用后SOCS1与其上游两个增强子(E1,E2)的相互作用频率显著增加,因此提出了调控机制模型:G-CSF促进GR入核并结合在SOCS1增强子上,进而增强SOCS1启动子与增强子的调控作用,最终促进SOCS1转录和上调(图5)。

图5 G-CSF通过GR调控SOCS1转录的分子机制模型

综上,该研究通过多组学整合分析并结合体内、体外功能实验,提出了G-CSF抑制NK细胞分泌IFN-γ的分子机制模型:G-CSF促进GR转录并激活GR入核,GR在SOCS1增强子处的结合增强了SOCS1启动子与增强子的相互作用进而促进SOCS1的转录,而SOCS1表达水平的升高最终有效抑制了IFN-γ的分泌(图6)。该研究揭示了NK细胞中依赖于GR-SOCS1信号轴的IFN-γ分泌调控新机制,为临床上炎症相关疾病的治疗提供了新思路。


图6 研究发现总结模式图

北京大学人民医院赵翔宇教授、北京大学生命科学学院博士生彭婷、北京大学人民医院博士生曹勋红为该研究的并列第一作者。北京大学人民医院黄晓军教授和北京大学生命科学学院李程研究员(研究组链接:http://3d-genome.life/)为共同通讯作者。北京大学生命科学学院侯英萍博士后、清华大学医学院李瑞风博士后为该研究组学实验提供了重要帮助。北京大学人民医院韩婷婷博士、硕士生范泽颖和赵明为该研究的验证实验提供了重要帮助。北京大学人民医院常英军教授、军事医学研究院陈河兵副研究员为该研究提供了重要指导。

全文链接:https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111342