时空多组学整合分析与高通量CRISPR筛选揭示巨噬细胞免疫调控的动态图谱

本研究通过整合时间序列转录组(RNA-seq)和染色质可及性(ATAC-seq)分析，结合单细胞CRISPR筛选技术(CROP-seq/CITE-seq)，系统解析了巨噬细胞响应六种免疫刺激的动态调控网络。研究人员发现表观遗传潜能(epigenetic potential)和转录丰度(transcriptional abundance)共同驱动快速免疫应答，鉴定出SPI1/PU.1、EP300和JAK-STAT等关键调控因子，并构建了功能相似性图谱。该研究为先天免疫细胞的动态调控机制提供了新见解，发表于《Cell Systems》。

　　

在机体抵御病原体入侵的第一道防线中，巨噬细胞扮演着至关重要的哨兵角色。这些先天免疫细胞能够通过模式识别受体快速感知病原体相关分子模式(PAMPs)，激活NF-κB、IRF和AP-1等转录调控网络。然而，巨噬细胞如何在分子层面实现从静息状态到激活状态的精准转换？不同病原体刺激如何诱导特异性的转录程序？这些关键问题的解答仍存在巨大空白。

奥地利科学院分子医学研究中心(CeMM)的Peter Traxler和Stephan Reichl等研究人员在《Cell Systems》发表的研究，通过创新性地整合多组学时间序列分析与高通量基因编辑技术，绘制了迄今最全面的巨噬细胞免疫调控动态图谱。研究团队首先建立了涵盖六种免疫刺激（包括李斯特菌、LCMV病毒、白色念珠菌等活体病原体，以及LPS、IFN-β和IFN-γ等病原相关分子）的密集时间序列，每个刺激设置6个时间点（0-24小时），通过RNA-seq和ATAC-seq平行检测转录组和表观基因组变化。随后采用独创的CROP-seq/CITE-seq联合检测技术，在单细胞水平系统评估了135个调控基因的 knockout 效应。

关键技术方法包括：1）骨髓来源巨噬细胞(BMDMs)的六种免疫刺激时间序列建模；2）整合RNA-seq和ATAC-seq的多组学数据分析框架；3）结合单细胞转录组和表面蛋白标记检测的CROP-seq/CITE-seq联合筛选平台；4）基于交叉预测(cross-prediction)的功能相似性网络构建。

时间序列 profiling 揭示六种刺激下的动态转录景观

通过UMAP降维分析发现，干扰素刺激形成独立轨迹，而病原体刺激呈现共同响应路径。李斯特菌和LPS诱导超过3,000个差异基因和11,000个染色质可及性变化区域，而白色念珠菌刺激引发的变化在24小时内完全恢复。

表观遗传潜能与转录丰度的动态平衡

研究创新性地提出并验证了"表观遗传潜能"概念——即某些基因在静息期就具备开放的染色质状态但保持低表达，为快速激活做准备。如Prdm1基因在刺激后2小时内表达量提升50倍，而染色质可及性仅增加2倍。相反，"转录丰度"指某些基因表达水平超出其染色质可及性预测值，如Cxcl3在感染后期呈现这种特征。

高通量CRISPR筛选鉴定核心调控因子

通过单细胞分辨率的功能筛选，发现转录因子SPI1/PU.1作为巨噬细胞身份决定因子，其 knockout 导致TLR、TNF-α和JAK-STAT信号通路广泛下调。出乎意料的是，组蛋白乙酰转移酶EP300和剪接因子SFPQ的缺失会上调干扰素刺激基因(ISGs)，揭示它们作为免疫信号的负调控因子。

调控网络的时空特征解析

通过跨时间点的交叉预测分析，发现JAK-STAT通路成员在不同时间点调控不同基因集，而SPI1/PU.1的调控作用则呈现时间一致性。中介体复合物亚基MED8/MED14和黏连蛋白SMC1A等染色质调节因子被鉴定为新的免疫调控元件。

这项研究建立了巨噬细胞免疫应答的时空调控模型，揭示表观遗传预置和转录爆发共同决定应答速度与特异性的分子机制。方法学上创新的CROP-seq/CITE-seq联合筛选平台为免疫调控研究提供了新范式。特别值得注意的是，EP300小分子抑制剂A-485的实验验证表明该平台在药物靶点发现中的转化价值。这些发现不仅深化了对先天免疫的理解，也为感染性疾病和炎症性疾病的治疗策略开发提供了新思路。