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美国俄亥俄州立大学Zihai Li团队揭示调节性T细胞来源的TGF-β1调控免疫耐受的“真相”

已有 3305 次阅读 2021-3-18 13:14 |个人分类:小柯生命|系统分类:论文交流

北京时间2021年3月10日,美国俄亥俄州立大学医学中心Zihai Li团队在调节性T细胞(Treg)来源的转化生长因子β1(TGF-β1)调控自身免疫反应方面取得进展,研究成果发表在国际免疫学顶级期刊Immunity上,题为“Autocrine transforming growth factor beta 1 in regulatory T cell biology – gone but not missed” 。



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近年来,尽管不断有研究表明Treg来源的TGF-β对免疫稳态有重要调控作用,其结论仍具有一定争议性,因此引起了相关领域学者们的高度关注。

 

近日,Zihai Li团队的研究人员通过比较两种不同的Treg细胞特异性TGFβ1基因敲除小鼠模型,首次提出TGFβ1缺失本身并不会导致Treg细胞数量减少、功能受损或免疫失衡,并证明Foxp3YFP-creTgfb1exon6f/f小鼠出现自身免疫反应主要来源于基因重组诱导的Treg细胞凋亡,而非TGFβ1的直接作用。该团队在此呼吁广大科研工作者们警惕遗传修饰动物模型带来的“科研陷井”。

 

众所周知,转化生长因子β(TGFβ)作为转化生长因子超家族的多功能细胞因子,可诱导外周调节性T细胞(Treg cell)分化,对机体免疫稳态和免疫耐受发挥着至关重要的作用。然而,Treg来源的TGFβ对免疫系统的调控作用目前仍不清楚。TGFβ1在TGFβ亚家族中所占比例最高,活性最强,故研究最为深入。有研究表明,Treg特异性TGFβ1敲除可诱发小鼠的自身免疫性疾病,提示TGFβ1可能参与调节Treg介导的免疫耐受。

 

与此类似,Zihai Li团队前期利用Treg特异性Tgfb1双等位基因条件敲除鼠(Foxp3YFP-creTgfb1exon6f/f),同样发现Tgfb1缺乏可明显降低Treg细胞的数量,导致机体免疫细胞过度激活并释放大量炎症因子,在小鼠早期(4周龄)即出现致命的自身免疫反应。然而,Gutcher等人曾提出,将两个LoxP位点插入到Tgfb1的1号外显子两端后,虽也可造成Treg细胞内TGFβ1特异性缺失,但小鼠在数月内仍保持健康,无明显免疫耐受缺陷。

 

为验证此结果,Zihai Li团队的研究人员选择在Tgfb1基因2号外显子两端插入loxp位点,并与Foxp3YFP-cre小鼠杂交,构建出新的Treg细胞特异性TGFβ1敲除小鼠。和Gutcher等人的发现一样,Foxp3YFP-creTgfb1exon2f/f小鼠至少在4个月内无明显自身免疫性疾病迹象,这提示Tgfb1缺失可能不是导致Foxp3YFP-creTgfb1exon6f/f鼠Treg功能受损和免疫失衡的根本原因。此外,他们进一步将Foxp3YFP-creTgfb1exon6f/f小鼠与携带插入到Rosa26位点的Tgfb1基因小鼠进行交配,该Tgfb1基因跟随着一个含loxP位点的停止密码子,在Cre存在的情况下,停止密码子被切除,因此Tgfb1基因可重新在Treg细胞中表达。

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然而,尽管TGFβ1恢复表达,Foxp3YFP-creTgfb1exon6f/fRosa26Tgfb1小鼠仍出现致命的自身免疫性疾病。接下来,研究人员还对Foxp3YFP-creTgfb1exon6f/f小鼠的脾脏细胞进行了全基因组测序(WGS),发现Tgfb1的6号外显子下游的loxP位点发生了倒置,提示Cre酶介导的Tgfb1基因重组过程可能是导致Treg细胞丢失的关键因素。

 

有研究表明,当细胞处于不同的细胞周期,由Cre酶介导的反向loxP位点间的基因重排类型可能不同,其细胞毒性亦有所区别。比如,细胞处于G1期时,可发生靶区倒置,且无明显细胞毒性。而当Cre重组发生在S期或G2期,且存在反向loxP位点时,极有可能导致无中心和双中心染色体的产生。由于无中心和双中心染色体是不稳定的,可在细胞分裂过程中丢失,从而产生非整倍体子细胞,最终导致细胞凋亡。

 

为了验证该假说,研究人员将从Foxp3YFP-creTgfb1exon6f/f小鼠脾脏分离的CD4+CD25- 初始T细胞在体外诱导分化成Treg,然后使用7号染色体涂抹DNA探针进行荧光原位杂交(FISH)。两条7号染色体皆可在来源于Foxp3YFP-creTgfb1wt/wt小鼠的Treg细胞中测得,而Foxp3YFP-creTgfb1exon6f/f小鼠初始T细胞分化的Treg细胞中则无荧光信号或出现了异常杂交信号,此结果初步证实Foxp3YFP-creTgfb1exon6f/f小鼠的Treg细胞存在异常染色体。目前,Tgfb1exon6f/f系列鼠已被Jackson实验室停止使用。

 

综上所述, 在Treg来源的TGFβ1缺失的情况下,机体免疫稳态仍可以维持,Foxp3YFP-creTgfb1exon6f/f小鼠出现的自身免疫反应主要来自于基因重组诱导的Treg细胞凋亡,而非TGFβ1敲除的作用。该文章更好地加深了人们对于Treg来源的TGFβ1调控自身免疫反应、过敏和癌症等生物学过程的全新认知,具有重要的转折意义。

 

相关论文信息:

https://doi.org/10.1016/j.immuni.2021.02.007

 

参考文献

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Gutcher, I., Donkor, M.K., Ma, Q., Rudensky, A.Y., Flavell, R.A., and Li, M.O. (2011). Autocrine transforming growth factor-beta1 promotes in vivo Th17 cell differentiation. Immunity 34, 396-408.

Titen, S.W.A., Johnson, M.T.B., Capecchi, M., and Golic, K.G. (2020). Site-Specific Recombination with Inverted Target Sites: A Cautionary Tale of Dicentric and Acentric Chromosomes. Genetics 215, 923-930.

Turner, J.A., Stephen-Victor, E., Wang, S., Rivas, M.N., Abdel-Gadir, A., Harb, H., Cui, Y., Fanny, M., Charbonnier, L.M., Fong, J.J.H., et al. (2020). Regulatory T Cell-Derived TGF-beta1 Controls Multiple Checkpoints Governing Allergy and Autoimmunity. Immunity.

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