董晨院士团队Immunity：细胞因子启动Th17细胞分化的新机制

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2020年8月21日，清华大学免疫学研究所董晨院士团队在Cell Press细胞出版社期刊Immunity上发表题为“The conserved non-coding sequences CNS6 and CNS9 control cytokine-induced Rorc transcription during T helper 17 cell differentiation”的文章，发现起始Th17细胞分化所必需的两个细胞因子IL-6和TGF-β，通过与Rorc基因位点两个不同的保守非编码DNA序列（conserved non-coding sequence, CNS）相互作用，协同调控RORγt的表达及Th17细胞分化。

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过去研究表明，启动Th17细胞分化，需要至少两个细胞因子：白细胞介素6（interleukin-6, IL-6）和转化生长因子- β（transforming growth factor- β, TGF-β），它们的共同作用能诱导Th17首要转录因子RORγt的稳定高表达，从而打开Th17细胞分化的大门，但其中的分子机理尚缺乏了解。顺式调控元件（Cis-regulatory elements，其中包括保守非编码序列）能通过与转录因子、表观调控因子等相互作用，在T细胞分化和命运控制中扮演重要角色。但此前关于辅助性T细胞亚群的相关研究主要集中在细胞因子的顺式调控机制方面，譬如董晨团队曾在2007年首先开启Th17表观和顺式调控机制研究(J Biol Chem 282:5969-72)，并在2012年发现了调控Il17表达和Th17细胞分化的关键增强子序列CNS2 (Immunity, 236:23-31)，而本研究则旨在通过研究Rorc的表观和分子调控机制，以了解细胞因子开启Th17细胞早期分化的机理。

在本篇文章中，研究人员利用生物信息学手段首先在Rorc基因（编码RORγt）位点确定了11个保守非编码DNA序列CNS1-11，并利用CRISPR-Cas9技术构建了CNS6和CNS9的敲除小鼠。实验分析表明，CNS6或者CNS9缺失，并不影响RORγt阳性先天性免疫细胞亚群的功能和发育，但却导致了RORγt阳性CD4+ T细胞（即Th17细胞和Tr17细胞）的分化缺陷,以及小鼠对实验性自身反应性脑脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis, EAE）诱导产生不同程度的不敏感。这一发现进一步证实先天性和适应性免疫系统之间存在迥异的机制控制RORγt和IL-17阳性细胞类群的分化和发育。

有意思的是，研究人员进一步发现，CNS9主要响应IL-6而非TGF-β信号刺激，并通过与STAT3的相互作用，对整个Rorc基因位点（包括CNS6）的染色体构象开启具有关键作用。而TGF-β下游的转录因子如c-MAF和SMAD蛋白，只能通过与CNS6而非CNS9相互作用，调控Rorc的转录表达。此外，研究人员还发现CNS6 在一定程度上能和STAT3相互作用，并对IL-6单独培养条件下诱导的少量RORγt表达有重要作用，但CNS9的缺失能造成比CNS6缺失更为严重的Th17细胞分化缺陷，这一方面体现了表观遗传在基因表达上的关键调控作用，另一方面预示着可能还存在未知的TGF-β应答顺式调控序列。

▲CNS6和CNS9介导Th17细胞中IL-6和TGF-β信号诱导的RORγt表达

董晨团队的这些发现首次揭示了IL-6和TGF-β下游信号通过与不同的顺式调控元件相互作用，从表观和分子水平协同调控RORγt的表达和Th17细胞分化。此外，该研究也是继Foxp3基因之后，首次在辅助性T细胞亚群中系统研究首要转录因子相关的顺式调控机制。

清华大学医学院2015级直博生常德慧是本文章的第一作者，董晨教授和王小虎副研究员担任文章的共同通讯作者。本项目的研究受到了科技部重点研发项目、国家自然科学基金委、北京市科委等多个项目的支持。

作者团队简介

▲图：董晨院士团队

董晨院士实验室隶属清华大学免疫学研究所。董晨院士团队是一个年轻而又充满朝气的队伍，目前包括2名副研究员、18位博士研究生、16位博士后以及若干位工作人员。董晨院士是Th17细胞亚群的发现者和奠基人之一，是Th17细胞和IL-17家族白细胞介素及相关免疫和炎症疾病领域的国际学术权威；他还参与确立了Tfh细胞的独立亚群身份，长期引领相关领域的国际研究。此外，他还曾独立发现调节性Tfh细胞，并在Th2细胞分化发育及过敏性疾病、免疫耐受和肿瘤免疫等领域做出了国际一流的成果。

他的发现为自身免疫疾病、过敏性疾病和肿瘤的免疫治疗提供了重要的思路。他关于Th17和Tfh细胞领域的贡献已经被写入国际经典的免疫学教科书，如Janeway’s Immunobiology。目前，董晨院士实验室的研究主要集中在T细胞与炎症和肿瘤相关的免疫学机制方面，具体包括辅助性T细胞亚群的分化发育调控机制及相关炎症性疾病、IL-17家族细胞因子在炎症和肿瘤中的功能及作用机制、免疫耐受和肿瘤免疫及治疗等方面，目的旨在通过各种组学和遗传学手段并结合多种小鼠炎症和肿瘤模型，查明T细胞相关的功能、调控和作用机理，为了解和解决相关疾病提供新的线索和解决方案。