全基因组CRISPR筛选揭示TNRC18基因座作为炎症信号调控因子的新机制及其在自身免疫性疾病中的多效性作用

《Nature Communications》：A genome-wide CRISPR screen identifies the TNRC18 gene locus as a regulator of inflammatory signaling

本研究针对IL-1β在慢性炎症疾病中调控机制不清的问题，通过全基因组CRISPR筛选在人类髓系细胞中发现TNRC18等295个IL-1β调控因子，其中57个与免疫疾病遗传位点重叠。重点解析了芬兰人群富集的rs748670681风险等位基因通过同时降低TNRC18和WIPI2表达，分别抑制炎症信号和增强干扰素应答的双重调控机制，为炎症疾病靶点发现提供了新视角。

　　

在慢性炎症性疾病的发生发展中，白细胞介素-1β（IL-1β）的异常调控扮演着关键角色，但其遗传调控网络仍存在大量未知。髓系细胞作为IL-1β的主要生产者，其内部调控机制的解析对于理解炎症疾病机理和开发精准治疗策略具有重要意义。尽管全基因组关联分析（GWAS）已发现大量与免疫疾病相关的遗传位点，但由于连锁不平衡和位点多效性等因素，从遗传信号到致病基因和分子机制的解析仍面临挑战。

为系统性揭示IL-1β的调控网络，研究人员在《Nature Communications》上发表了最新研究成果。他们利用全基因组CRISPR-Cas9敲除筛选技术，在人单核细胞系U937中模拟炎症条件，通过流式细胞术分选细胞内IL-1β高低表达群体，鉴定出295个IL-1β调控基因。这些基因中，57个位于已知的炎症疾病GWAS位点，包括与芬兰人群多种疾病相关的TNRC18基因座。

关键技术方法

研究采用全基因组CRISPR筛选（Brunello文库）鉴定IL-1β调控因子；通过荧光报告基因实验和基因编辑（CRISPR-Cas9同源定向修复）验证风险等位基因功能；利用RNA测序分析转录组变化；采用CUT&Tag技术分析组蛋白修饰（H3K27ac）；结合芬兰人群队列（FinnGen）进行遗传学分析。

全基因组CRISPR敲除筛选识别细胞内IL-1β表达的调控因子

研究人员首先在PMA分化的U937细胞中验证了LPS可诱导强烈的IL-1β表达和分泌。随后，他们利用包含76,441条sgRNA的Brunello文库进行全基因组CRISPR筛选，通过流式分选细胞内IL-1β高低表达群体并测序分析sgRNA富集情况。

筛选结果鉴定出128个基因敲低导致IL-1β表达降低（如IRAK1、MYD88等TLR4通路成员），167个基因敲低导致IL-1β表达升高（如CUL5泛素连接酶复合物成员）。这些结果不仅验证了已知的IL-1β调控通路，还发现了数十个新的调控因子。

阵列筛选验证IL-1β产生和分泌的调控因子

为验证筛选结果，研究人员选择了36个基因进行阵列CRISPR验证。结果显示，所有18个IL-1β阳性调控基因的敲除均降低了细胞内和分泌的IL-1β水平。而负调控基因敲除虽提高了细胞内IL-1β，但多数抑制了其分泌，表明这些基因可能影响IL-1β的加工或释放过程。

CRISPR筛选命中点与免疫介导疾病的遗传关联

通过Open Targets遗传学数据库分析，发现57个筛选基因与28种免疫表型存在遗传关联。例如，TNFAIP3和TENT4A等基因在多个疾病中显示高分值的L2G（位点到基因）评分，提示它们可能是GWAS信号的效应基因。

TNRC18基因座在芬兰创始人群中的遗传多效性

TNRC18基因座在芬兰和爱沙尼亚人群中与多种自身免疫疾病显著相关。条件分析表明，内含子SNP rs748670681是驱动这些关联的潜在因果变异。该变异在芬兰人群中频率为3.6%，而在其他人群中罕见。

rs748670681的风险等位基因改变TNRC18和WIPI2的表达水平

荧光素酶报告实验显示，rs748670681风险等位基因（T）可减弱启动子活性。通过CRISPR-Cas9介导的同源定向修复，研究人员成功构建了携带纯合风险（TT）和非风险（CC）基因型的U937细胞系。RNA测序分析发现，风险等位基因导致TNRC18和WIPI2表达显著降低，表明该变异对两个基因均有调控作用。

TNRC18调控促炎细胞因子的表达和分泌

TNRC18敲除实验证实其在LPS诱导的IL-1β、IL-6和TNF-α表达中起关键作用。在原代人巨噬细胞中敲低TNRC18同样抑制了这些细胞因子的分泌，表明其在髓系细胞中的功能具有普适性。

TNRC18和WIPI2调控与rs748670681重叠的不同基因集

转录组分析显示，风险基因型细胞中658个基因表达上调，433个基因下调。WIPI2敲除主要导致干扰素应答基因（如IFIT3、OAS3）上调，而TNRC18敲除则抑制炎症细胞因子（如IL1B、CCL20）表达。这表明两个基因通过不同通路介导rs748670681的多效性效应。

TNRC18复合物调控炎症位点周围的H3K27乙酰化

蛋白质相互作用分析发现TNRC18与多个染色质调控蛋白（如HDAC3、SIN3A）存在相互作用。CUT&Tag实验显示，TNRC18敲除后，2119个位点的H3K27ac信号增强，6313个位点信号减弱。这些区域分别富集了不同的转录因子结合 motif，表明TNRC18通过不同复合物调控染色质状态。

研究结论与意义

本研究通过全基因组CRISPR筛选系统描绘了IL-1β在髓系细胞中的调控网络，并将遗传学发现与功能基因组学相结合，揭示了TNRC18基因座在炎症疾病中的新机制。研究发现rs748670681风险等位基因通过同时调控TNRC18和WIPI2表达，分别抑制LPS依赖性基因激活和增强干扰素信号，这可能是其在不同疾病中表现出相反风险效应的分子基础。TNRC18通过与其相互作用蛋白调控炎症基因位点的H3K27ac水平，从而影响炎症反应。这些发现不仅为理解IL-1β的全局调控机制提供了新见解，也为开发针对特定患者群体的精准治疗策略提供了潜在靶点。