张译月/黄来源团队合作揭示嗜酸性粒细胞谱系发育模式及调控机制

作者：CZRC 发布时间：2024/1/31 4:00:00

嗜酸性粒细胞属于粒细胞家族的一员，多年来人们认为其主要参与寄生虫感染免疫。近年发现嗜酸性粒细胞在多种生理及病理状态下扮演着多样的角色，例如维持组织稳态[1, 2]、促进组织再生[3, 4]，以及参与呼吸系统、消化系统等疾病的发生发展等[5]。因此，理解嗜酸性粒细胞发育模式及调控机制将有助于我们更好理解嗜酸性粒细胞的多重功能，以及拓展针对嗜酸性粒细胞的临床应用。

2024年1月27日，华南理工大学张译月课题组与上海交通大学附属仁济医院黄来源（Lai Guan Ng）课题组联合在Nature Communications上发表题为“Cebp1 and Cebpβ transcriptional axis controls eosinophilopoiesis in zebrafish”的研究论文，用斑马鱼模型揭示了嗜酸性粒细胞的时空发育模式、谱系特征及调控机制。

既往对于嗜酸性粒细胞发育及调控的理解主要来自哺乳动物模型的成体造血：功能性嗜酸性粒细胞由骨髓来源的嗜酸性粒系决定祖细胞（EoP）逐级分化成熟[6]。斑马鱼作为发育生物学领域的经典模型，具有产卵量大、体外受精且胚胎透明、易于进行遗传操作及活体成像等优势，其造血系统也与哺乳动物非常相似[7]。因此在本研究中，作者借助斑马鱼模型，希望从发育早期到成体解析嗜酸性粒细胞的发育特点及调控机制。因此，作者鉴定了嗜酸性粒细胞谱系的特异性分子标志物eslec，同时构建了谱系特异可视化的转基因报告品系Tg(eslec:eGFP)。用该品系对嗜酸性粒细胞的发育进行整体成像发现，嗜酸性粒细胞在斑马鱼出生后5天开始产生并逐渐增多，主要分布在肾髓（相当于哺乳类的骨髓）、腹腔液、肠道等组织中（图1），从而展示了嗜酸性粒细胞的早期时空发育模式。

图1 嗜酸性粒细胞的时空发育模式。斑马鱼Tg(eslec:eGFP)转基因品系显示嗜酸性粒细胞自出生后5天开始产生，并分布于肾脏、腹腔液及肠道等区域。

接下来，作者解析了嗜酸性粒细胞的谱系特征。作者利用Tg(eslec:eGFP)斑马鱼品系分选富集了嗜酸性粒细胞并进行单细胞测序分析，将嗜酸性粒细胞谱系分为祖细胞（EoP）、前体细胞（pre.Eos）及成熟细胞（mat.Eos）三种亚群。其中，祖细胞具备较为活跃的增殖性；前体细胞中主要富集了核糖体、蛋白修饰与氧化磷酸化的相关通路，可能与大量合成颗粒蛋白有关；而成熟细胞则表达更多的免疫相关基因。

随后，作者探究了Cebp分子对嗜酸性粒细胞谱系发育的层级调控机制。首先，通过cebp1突变体及过表达斑马鱼品系，发现Cebp1抑制嗜酸性粒细胞的发育；单细胞测序结果显示Cebp1能够抑制嗜酸性粒细胞的谱系决定，并可能影响前体细胞的分化。结合RNA-Seq及ChIP-Seq测序，作者发现cebpb是Cebp1的下游基因，Cebp1通过结合在cebpb的3' UTR区域来抑制cebpb的表达。接着通过cebpb突变体及过表达斑马鱼品系，证实了Cebpβ通过促进嗜酸性粒细胞的谱系决定及pre.Eos分化。通过分析Cebpβ的下游基因，作者发现Cebpβ能够促进eslec（在pre.Eos中高表达）及一系列核糖体相关基因的表达，进一步提示了Cebpβ促进嗜酸性粒细胞谱系分化的机制。以上结果揭示了斑马鱼Cebp1-Cebpβ转录调控轴在嗜酸性粒细胞谱系发育中的精细作用机制。

作者进一步比较了Cebp调控粒系造血作用物种之间的保守性和差异性。首先，比较了小鼠的Cebpe全敲除及条件敲除后的粒细胞系谱系缺陷特征，发现其与斑马鱼cebp1基因在调控嗜中性粒系的作用保守[8, 9]，但在对嗜酸性粒系发育的作用是不同的。而人类C/EBPe蛋白存在4种不同的剪切形式，作者进而发现其中的C/EBPeP27与斑马鱼Cebp1的功能类似，能在斑马鱼中抑制嗜酸性粒细胞的发育，说明斑马鱼Cebp1与人类的C/EBPe^P27在调控嗜酸性粒细胞发育方面是保守的。

综上所述，作者鉴定了斑马鱼嗜酸性粒细胞特异性分子标志物eslec，并确立谱系特异转基因报告品系，解析了嗜酸性粒细胞的时空发育模式及其谱系阶段性发育特征，发现Cebp1-Cebpβ调控轴在嗜酸性粒细胞谱系发育中的调控机制，并揭示了Cebp1与C/EBPe对脊椎动物粒系造血调控的保守性和差异性（图2）。

图2 本研究主要内容示意图

该研究揭示了嗜酸性粒细胞在胚胎早期阶段的时空发育模式。在未来，借助荧光可视化的转基因斑马鱼品系Tg(eslec:eGFP)，进一步开展发育机制探究、功能实验、疾病模型建立和药物筛选等研究，有望带来更多令人兴奋的嗜酸性粒细胞领域的新发现。

华南理工大学医学院的李高飞博士及在读博士生孙艺聪为该论文的共同第一作者，华南理工大学的张译月教授及上海交通大学附属仁济医院的黄来源（Lai Guan Ng）教授为该论文的共同通讯作者。新加坡免疫协作研究所的Florent Ginhoux教授、Immanuel Kwok博士，上海市免疫学研究所的刘兆远研究员，中山大学肿瘤防治中心的贝锦新研究员、何帅博士及彭弯博士等也参与了本研究。该论文受到国家重点研发计划“发育编程与代谢调节”重点研发项目及国家自然科学基金等项目的支持。

参考文献

1. K. Shah, A. Ignacio, K.D. McCoy, N.L. Harris, The emerging roles of eosinophils in mucosal homeostasis., Mucosal Immunol. 13 (2020) 574–583. doi:10.1038/s41385-020-0281-y.

2. A. Ignacio, K. Shah, J. Bernier-Latmani, Y. K?ller, G. Coakley, M. Moyat, R. Hamelin, F. Armand, N.C. Wong, H. Ramay, C.A. Thomson, R. Burkhard, H. Wang, A. Dufour, M.B. Geuking, B. McDonald, T. V Petrova, N.L. Harris, K.D. McCoy, Small intestinal resident eosinophils maintain gut homeostasis following microbial colonization., Immunity. (2022). doi:10.1016/j.immuni.2022.05.014.

3. Y.P.S. Goh, N.C. Henderson, J.E. Heredia, A. Red Eagle, J.I. Odegaard, N. Lehwald, K.D. Nguyen, D. Sheppard, L. Mukundan, R.M. Locksley, A. Chawla, Eosinophils secrete IL-4 to facilitate liver regeneration., Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 110 (2013) 9914–9919. doi:10.1073/pnas.1304046110.

4. J.E. Heredia, L. Mukundan, F.M. Chen, A.A. Mueller, R.C. Deo, R.M. Locksley, T.A. Rando, A. Chawla, Type 2 innate signals stimulate fibro/adipogenic progenitors to facilitate muscle regeneration., Cell. 153 (2013) 376–388. doi:10.1016/j.cell.2013.02.053.

5. G.A. Ramirez, M.-R. Yacoub, M. Ripa, D. Mannina, A. Cariddi, N. Saporiti, F. Ciceri, A. Castagna, G. Colombo, L. Dagna, Eosinophils from Physiology to Disease: A Comprehensive Review., Biomed Res. Int. 2018 (2018) 9095275. doi:10.1155/2018/9095275.

6. P.C. Fulkerson, Transcription Factors in Eosinophil Development and As Therapeutic Targets, Front. Med. 4 (2017) 1–6. doi:10.3389/fmed.2017.00115.

7. M. Jagannathan-Bogdan, L.I. Zon, Hematopoiesis., Development. 140 (2013) 2463–2467. doi:10.1242/dev.083147.

8. I. Kwok, E. Becht, Y. Xia, M. Ng, Y.C. Teh, L. Tan, M. Evrard, J.L.Y. Li, H.T.N. Tran, Y. Tan, D. Liu, A. Mishra, K.H. Liong, K. Leong, Y. Zhang, A. Olsson, C.K. Mantri, P. Shyamsunder, Z. Liu, C. Piot, C.-A. Dutertre, H. Cheng, S. Bari, N. Ang, S.K. Biswas, H.P. Koeffler, H.L. Tey, A. Larbi, I.-H. Su, B. Lee, A. St John, J.K.Y. Chan, W.Y.K. Hwang, J. Chen, N. Salomonis, S.Z. Chong, H.L. Grimes, B. Liu, A. Hidalgo, E.W. Newell, T. Cheng, F. Ginhoux, L.G. Ng, Combinatorial Single-Cell Analyses of Granulocyte-Monocyte Progenitor Heterogeneity Reveals an Early Uni-potent Neutrophil Progenitor., Immunity. 53 (2020) 303-318.e5. doi:10.1016/j.immuni.2020.06.005.

9. H. Jin, Z. Huang, Y. Chi, M. Wu, R. Zhou, L. Zhao, J. Xu, F. Zhen, Y. Lan, L. Li, W. Zhang, Z. Wen, Y. Zhang, c-Myb acts in parallel and cooperatively with Cebp1 to regulate neutrophil maturation in zebrafish, Blood. 128 (2016) 415–427. doi:10.1182/blood-2015-12-686147.

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