CRISPR介导的DNA甲基化编辑调控免疫细胞命运与炎症反应：从表观遗传机制到疾病干预新策略

研究人员通过CRISPR-dCas9-TET1/DNMT3A表观基因组编辑技术，精准调控白细胞介素1受体拮抗剂（IL1RN）启动子区DNA甲基化状态，首次建立DNA甲基化水平与基因表达的因果关系，证实表观遗传编辑可重塑人类髓系细胞命运并改变其对炎症和病原刺激的应答模式，为炎症相关疾病治疗提供新靶点。

　　

在免疫系统中，细胞命运决定与功能调控始终是核心科学问题。尽管已知DNA甲基化（DNAm）伴随免疫细胞分化全过程，但特定甲基化事件是否直接指导基因表达和细胞命运仍缺乏因果证据。传统方法如DNMTs/TETs基因敲除或甲基化抑制剂存在全基因组效应，难以区分直接与间接影响。更关键的是，DNAm如何参与人类髓系细胞命运决定及其在炎症疾病中的作用机制亟待阐明。

为破解这些难题，研究人员选择人B白血病细胞向巨噬细胞转分化模型，结合CRISPR表观遗传编辑技术开展研究。通过全基因组甲基化测序（WGBS）发现，IL1RN启动子区在转分化过程中发生显著去甲基化，且与基因表达呈强负相关。利用CRISPR-dCas9-TET1工具靶向诱导该区域去甲基化，可使B细胞异常激活IL1RN表达；而采用dCas9-DNMT3A维持启动子高甲基化状态，则阻碍髓系分化关键标志物（如CD14、CD11b）表达，证实DNAm对细胞命运的指令性作用。

研究主要采用四大关键技术：1）全基因组甲基化测序（WGBS）绘制转分化过程DNAm动态图谱；2）CRISPR-dCas9-TET1/DNMT3A系统进行位点特异性表观遗传编辑；3）单细胞RNA测序（scRNA-seq）解析转录组特征；4）多组学整合分析揭示C/EBPα结合与表观遗传重塑的时空关联。

WGBS揭示髓系相关GREs在转分化过程中的去甲基化

通过比较B细胞与诱导巨噬细胞（iMacs）的甲基化谱，发现14%的甲基化信号在1kb区间内重分布。特别在髓系相关基因调控元件（GREs）如IL1RN启动子区，DNAm丢失与染色质可及性（ATAC-seq信号）增加同步发生，且该现象在原发性人巨噬细胞中得到验证。

dCas9-TET1介导的IL1RN启动子去甲基化激活基因表达

靶向编辑使启动子区CpG位点（-9bp）甲基化降低50%，导致IL1RN mRNA水平提升15倍，蛋白表达增加60倍，首次在非髓系细胞中实现该基因的异位激活。

dCas9-DNMT3A甲基化编辑改变髓系命运与吞噬功能

维持IL1RN启动子高甲基化导致iMacs表面标志物CD14/CD11b表达降低，但意外增强吞噬能力。shRNA敲低实验证实该表型由IL1RN缺失而非脱靶效应引起，原代CD34⁺细胞实验进一步显示IL1RN缺陷会阻碍成熟髓系集落形成。

IL1RN甲基化编辑重塑炎症应答模式

甲基化编辑的iMacs对IL-1β刺激呈现异常应答：早期（3小时）p65/NF-κB通路过度激活而干扰素（IFN）信号抑制，晚期（16小时）则出现应答反转。细胞因子阵列显示编辑细胞对LPS、CpG等刺激的IL-1β、IP-10分泌紊乱，其转录特征与肿瘤微环境中ISG单核细胞高度相似。

这项发表于《SCIENCE ADVANCES》的研究具有多重突破性意义：首先，建立DNAm与基因表达的直接因果关系，填补表观遗传调控理论的空白；其次，揭示C/EBPα通过协调IL1RN/IL1B表观遗传重塑调控髓系分化的新机制；最后，证实靶向DNAm编辑可精确调控炎症通路，为自身炎症性疾病、白血病等提供潜在治疗策略。研究不仅深化对免疫细胞表观遗传调控的理解，更开创了基于CRISPR的表观遗传治疗新范式。