利用ChIP-seq及多組學(xué)解析過敏性疾病的關(guān)鍵調(diào)控機(jī)制研究

近日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院Yaoyao Xia、賓朋等為共同第一作者，任文凱教授為唯一通訊作者在《Cell Reports》期刊上發(fā)表題為“Glycerophospholipid metabolism licenses IgE-mediated mast cell degranulation”的科研論文。研究主要聚焦免疫球蛋白E（IgE）介導(dǎo)的肥大細(xì)胞脫顆粒過程中甘油磷脂代謝的作用機(jī)制。研究通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)和脂質(zhì)組學(xué)等多組學(xué)聯(lián)合分析揭示了IgE刺激下肥大細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄和代謝狀態(tài)變化，特別是甘油磷脂代謝激活及對(duì)肥大細(xì)胞脫顆粒的作用；此外，研究還利用ChIP-seq技術(shù)深入分析了表觀遺傳修飾在調(diào)控相關(guān)基因表達(dá)中的作用，為理解過敏反應(yīng)的分子機(jī)制提供了新的視角。

標(biāo)題：Glycerophospholipid metabolism licenses IgE-mediated mast cell degranulation（甘油磷脂代謝：IgE介導(dǎo)肥大細(xì)胞脫顆粒的關(guān)鍵調(diào)控機(jī)制）
發(fā)表時(shí)間：2025年6月24日
發(fā)表期刊：Cell Reports
影響因子：IF6.9/Q1
組學(xué)技術(shù)：轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)、脂質(zhì)組學(xué)、表觀組學(xué)（ChIP-seq）
合作單位：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院
DOI:10.1016/j.celrep.2025.115742

IgE抗體和肥大細(xì)胞在過敏反應(yīng)和過敏性休克的病理生理學(xué)中起著關(guān)鍵作用。然而，IgE介導(dǎo)肥大細(xì)胞脫顆粒的關(guān)鍵機(jī)制尚不清楚。本研究發(fā)現(xiàn)FcεRI聚集引發(fā)的p38α信號(hào)通過招募SWI-SNF染色質(zhì)重塑復(fù)合體，促進(jìn)Ets-1轉(zhuǎn)錄，從而調(diào)控Pcyt1a表達(dá)和甘油磷脂代謝。Pcyt1a介導(dǎo)的甘油磷脂代謝通過改變Prkcd啟動(dòng)子區(qū)域的H3K9me3沉積，增強(qiáng)FcεRI的有限巨噬細(xì)胞吞噬作用，從而促進(jìn)肥大細(xì)胞脫顆粒。此外，該代謝通路在小鼠模型、人類疾病研究的生信分析和臨床樣本檢測(cè)中，均驗(yàn)證通過其可觸發(fā)過敏性疾�。ㄈ缣貞�(yīng)性皮炎）�？傊�，本研究證實(shí)脂質(zhì)代謝和p38α信號(hào)調(diào)控肥大細(xì)胞激活，并為臨床治療過敏性疾病提供潛在治療靶點(diǎn)。

研究亮點(diǎn)

• 染色質(zhì)重塑引發(fā)Ets-1轉(zhuǎn)錄，從而調(diào)控Pcyt1a表達(dá)。
• Pcyt1a介導(dǎo)的甘油磷脂代謝支持IgE介導(dǎo)的肥大細(xì)胞脫顆粒。
• 磷酸膽堿（phosphorylcholine，P-choline）和磷脂酰膽堿（Phosphatidylcholine，PC）通過依賴H3K9me3的限制性巨噬細(xì)胞吞噬作用增強(qiáng)FcεRI信號(hào)。
• 針對(duì)甘油磷脂代謝的干預(yù)可減輕與肥大細(xì)胞相關(guān)的疾病。

研究摘要

研究方法
細(xì)胞培養(yǎng)與處理：利用小鼠骨髓細(xì)胞培養(yǎng)生成骨髓來源的肥大細(xì)胞（BMMCs），并用IgE刺激以模擬過敏反應(yīng)。
轉(zhuǎn)錄和代謝組學(xué)分析：結(jié)合轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)和脂質(zhì)組學(xué)方法，分析IgE刺激下肥大細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄和代謝變化。
表觀組學(xué)基因表達(dá)調(diào)控分析：ChIP-seq技術(shù)分析組蛋白修飾（H3K9me3）在Pcyt1a等關(guān)鍵基因啟動(dòng)子區(qū)域的分布，揭示表觀遺傳調(diào)控機(jī)制。
功能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)：利用基因沉默、過表達(dá)和藥物抑制等方法，驗(yàn)證關(guān)鍵基因和代謝產(chǎn)物在肥大細(xì)胞脫顆粒中的作用。
動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)：通過小鼠模型驗(yàn)證Pcyt1a介導(dǎo)的甘油磷脂代謝在體內(nèi)對(duì)肥大細(xì)胞激活的作用。

結(jié)果圖形
（1）IgE刺激的肥大細(xì)胞具有特異性轉(zhuǎn)錄和代謝狀態(tài)
研究首先通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)IgE刺激的肥大細(xì)胞表現(xiàn)出與靜息時(shí)顯著不同的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)，有1,545個(gè)基因顯著上調(diào)，858個(gè)基因顯著下調(diào)。這些基因主要富集在PI3K-Akt、MAPK、NF-κB和FcεRI信號(hào)通路中。代謝組學(xué)分析顯示，IgE刺激的肥大細(xì)胞中甘油磷脂代謝顯著上調(diào)，特別是磷脂酰膽堿（PC）和磷酸膽堿（P-choline）水平顯著增加。這些結(jié)果表明IgE刺激的肥大細(xì)胞具有獨(dú)特的轉(zhuǎn)錄和代謝特征，為后續(xù)研究提供了基礎(chǔ)。

圖1：IgE刺激的肥大細(xì)胞具有特異性轉(zhuǎn)錄和代謝狀態(tài)

圖2：Ets-1支持IgE刺激的肥大細(xì)胞中Pcyt1a高表達(dá)

(A-B) 對(duì)照組和DNP-IgE組的BMMCs（A）和RBL-2H3細(xì)胞（B）中Pcyt1a、Lcat、Pla2g4b和Lpcat1的mRNA表達(dá)。
(C-D) 對(duì)照組和DNP-IgE組的BMMCs（C）和RBL-2H3細(xì)胞（D）中Pcyt1a的蛋白豐度。
(E-F) 對(duì)照組和DNP-IgE組的BMMCs（E）和RBL-2H3細(xì)胞（F）中Ets-1、Myc、Sp1和E2f1的mRNA表達(dá)。
(G-H) 對(duì)照組和DNP-IgE組的BMMCs（G）和RBL-2H3細(xì)胞（H）中Ets-1的蛋白豐度。
根據(jù)BMMCs的RNA-seq數(shù)據(jù)，對(duì)Ets-1和Myc的表達(dá)進(jìn)行熱圖分析。
(J、L) 在指定處理?xiàng)l件下，RBL-2H3細(xì)胞（J）和BMMCs（L）中Pcyt1a的mRNA表達(dá)。
(K、M) 在指定處理?xiàng)l件下，RBL-2H3細(xì)胞（K）和BMMCs（M）中Pcyt1a的mRNA表達(dá)。
(N) 在指定處理?xiàng)l件下，RBL-2H3細(xì)胞中Ets-1（左）和Pcyt1a（右）的mRNA表達(dá)。
(O) RBL-2H3細(xì)胞中Pcyt1a的mRNA表達(dá)。
(P) 在指定處理?xiàng)l件下，RBL-2H3細(xì)胞中Ets-1（左）和Pcyt1a（右）的mRNA表達(dá)。
(Q) RBL-2H3細(xì)胞中Pcyt1a的mRNA表達(dá)。
(R、S) 通過JASPAR分析Pcyt1a轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)（TSS）的結(jié)合位點(diǎn)模式。
(T) 在RBL-2H3細(xì)胞中，Ets-1與Pcyt1a啟動(dòng)子結(jié)合的雙熒光素酶報(bào)告分析。
(U) 通過ChIP-qPCR分析Ets-1在RBL-2H3細(xì)胞中Pcyt1a啟動(dòng)子的占有率。
(V) p38α介導(dǎo)SWI-SNF染色質(zhì)重塑復(fù)合體招募以調(diào)節(jié)Ets-1轉(zhuǎn)錄因子激活示意圖。
(W) 通過ChIP-qPCR分析BAF60a在RBL-2H3細(xì)胞中Ets-1啟動(dòng)子的占有率。

（3）甘油磷脂代謝調(diào)控IgE介導(dǎo)的肥大細(xì)胞脫顆粒
研究通過一系列實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了Pcyt1a介導(dǎo)的甘油磷脂代謝在IgE介導(dǎo)的肥大細(xì)胞脫顆粒中的關(guān)鍵作用。實(shí)驗(yàn)顯示，Pcyt1a或Ets-1的過表達(dá)能夠顯著增加肥大細(xì)胞脫顆粒過程中組胺和β-己糖胺酶釋放，而Pcyt1a或Ets-1的沉默則抑制這一過程。這些結(jié)果表明甘油磷脂代謝通過調(diào)控Pcyt1a表達(dá)影響肥大細(xì)胞的激活和脫顆粒。

圖3：Pcyt1a介導(dǎo)的甘油磷脂代謝調(diào)控IgE介導(dǎo)的肥大細(xì)胞脫顆粒

（4）磷酸膽堿（P-choline）和磷脂酰膽堿（PC）通過限制巨噬細(xì)胞吞噬作用增強(qiáng)FcεRI信號(hào)
研究發(fā)現(xiàn)磷酸膽堿（P-choline）和磷脂酰膽堿（PC）能夠顯著增強(qiáng)IgE刺激的肥大細(xì)胞脫顆粒，且這種增強(qiáng)作用依賴于FcεRI信號(hào)通路。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，P-choline和PC通過減少PKCδ的表達(dá)和膜轉(zhuǎn)位，限制了巨噬細(xì)胞吞噬作用，從而增強(qiáng)了FcεRI信號(hào)。這些結(jié)果揭示了P-choline和PC在肥大細(xì)胞激活中的重要作用。
 

圖4：磷酸膽堿和磷脂酰膽堿通過限制巨噬細(xì)胞吞噬作用增強(qiáng)FcεRI信號(hào)

（5）磷酸膽堿（P-choline）和磷脂酰膽堿（PC）促進(jìn)Prkcd啟動(dòng)子區(qū)域H3K9me3沉積，降低巨噬細(xì)胞吞噬作用
通過ChIP-seq分析，研究發(fā)現(xiàn)磷酸膽堿（P-choline）和磷脂酰膽堿（PC）能夠顯著增加Prkcd基因啟動(dòng)子區(qū)域的H3K9me3沉積，從而抑制Prkcd基因表達(dá)。Prkcd編碼的PKCδ是巨噬細(xì)胞吞噬作用的關(guān)鍵調(diào)控因子，其表達(dá)下調(diào)導(dǎo)致巨噬細(xì)胞吞噬作用降低。這些結(jié)果表明P-choline和PC通過表觀遺傳機(jī)制調(diào)控Prkcd表達(dá)，影響肥大細(xì)胞的激活。
 

圖5：S–腺苷甲硫氨酸（S-adenosylmethionine，SAM）概括了磷酸膽堿（P-choline）和磷脂酰膽堿（PC）對(duì)IgE介導(dǎo)的肥大細(xì)胞脫顆粒的影響
 

圖6：磷酸膽堿（P-choline）和磷脂酰膽堿（PC）促進(jìn)Prkcd啟動(dòng)子區(qū)域H3K9me3沉積以降低巨噬細(xì)胞吞噬作用
(A、B) 在RBL-2H3細(xì)胞中，組胺(A)和β-己糖胺酶(B)的釋放。
(C、D) 在RBL-2H3細(xì)胞中，組胺(C)和β-己糖胺酶(D)的釋放。
(E) RBL-2H3細(xì)胞中PKCδ的mRNA表達(dá)。
(F、G) RBL-2H3細(xì)胞的共聚焦顯微鏡圖像：PKCδ（綠色）和ATP1A1（紅色）(F)（10–28個(gè)細(xì)胞）；FceR1α（綠色）和ATP1A1（紅色）(G)（26–46個(gè)細(xì)胞）。
(H、I) RBL-2H3細(xì)胞中PKCδ/ATP1A1(H)（10–28個(gè)細(xì)胞）或FceR1α/ATP1A1共定位(I)直方圖。
(J) 平均值圖和熱圖顯示ChIP-seq數(shù)據(jù)集中TSS處H3K9me3的富集情況。
(K) IGV圖顯示Prkcd基因位點(diǎn)的信號(hào)。
(L) 對(duì)RBL-2H3細(xì)胞中Prkcd啟動(dòng)子區(qū)域H3K9me3占有率的ChIP-qPCR分析。
(M) RBL-2H3細(xì)胞內(nèi)SAM的水平（PemtOE，Pemt過表達(dá)）。
(N) RBL-2H3細(xì)胞中PKCδ的mRNA表達(dá)。
(O、P) RBL-2H3細(xì)胞中組胺(O)和β-己糖胺酶(P)的釋放。

（6）Pcyt1a介導(dǎo)的甘油磷脂代謝在體內(nèi)改變肥大細(xì)胞激活
通過小鼠模型實(shí)驗(yàn)，研究驗(yàn)證了Pcyt1a介導(dǎo)的甘油磷脂代謝在體內(nèi)對(duì)肥大細(xì)胞激活的影響。實(shí)驗(yàn)顯示，Pcyt1a基因敲除的小鼠在IgE介導(dǎo)的被動(dòng)皮膚過敏反應(yīng)中表現(xiàn)出顯著降低的耳腫脹和炎癥反應(yīng)。此外，磷酸膽堿（P-choline）和磷脂酰膽堿（PC）補(bǔ)充能夠部分恢復(fù)這種抑制效應(yīng)。這些結(jié)果表明Pcyt1a介導(dǎo)的甘油磷脂代謝在體內(nèi)對(duì)肥大細(xì)胞激活具有重要作用。

圖7：Pcyt1a介導(dǎo)的甘油磷脂代謝在體內(nèi)改變肥大細(xì)胞激活