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EGR2 對于原位雜交儀肺泡巨噬細胞發揮作用至關重要

2022-01-12 10:00:48

肺泡原位雜交儀巨噬細胞是健康肺中豐富的巨噬細胞,它們在體內平衡和針對空氣傳播病原體的免疫監視中發揮關鍵作用。肺泡巨噬細胞的組織特異性分化和存活依賴于生態位衍生因子,如粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子 (GM-CSF) 和轉化生長因子-β (TGF-β)。然而,調節肺泡巨噬細胞特性和功能的下游分子通路的性質及其對損傷的反應仍然知之甚少。在這里,我們確定轉錄因子 EGR2 是肺泡巨噬細胞進化上保守的特征,并表明細胞內在 EGR2 對于肺泡巨噬細胞的組織特異性身份是必不可少的。從機制上講,我們表明 EGR2 由 TGF-β 和 GM-CSF 以 PPAR-γ 依賴性方式驅動,以控制肺泡巨噬細胞分化。在功能上,EGR2 對于調節氣道中的脂質是可有可無的,但對于有效處理呼吸道病原體至關重要肺炎鏈球菌。我們表明 EGR2 是無菌、博萊霉素誘導的肺損傷后肺泡生態位重新增殖所必需的,并證明 EGR2 依賴性、單核細胞衍生的肺泡巨噬細胞對于損傷后的有效組織修復至關重要。總的來說,我們證明 EGR2 是控制肺泡巨噬細胞在健康和疾病中的身份和功能的轉錄網絡不可或缺的組成部分。


 


結論


鑒于巨噬細胞在組織穩態、炎癥和組織修復以及許多慢性病理中的多方面作用,了解控制巨噬細胞分化的環境信號和下游分子途徑是免疫學領域的一個關鍵目標。在這里,我們將轉錄因子 EGR2 鑒定為肺泡巨噬細胞組織特異性分化的選擇性和不可或缺的部分。


我們的轉錄組學分析將 EGR2 鑒定為鼠肺泡巨噬細胞的一個特征,這一發現與之前使用大量轉錄組學分析的研究和使用類似基于 scRNA-seq 的方法的研究一致。我們發現 EGR2 似乎代表了進化上保守的轉錄調節因子,這也與之前的研究一致。盡管過去 EGR2 與控制單核細胞向巨噬細胞分化有關,但這些研究經常得出不一致的結論。這可能反映了一個事實,即由于全球Egr2 缺陷小鼠的出生后致死率,大多數研究 EGR2 在單核細胞-巨噬細胞分化中的作用的研究都使用了體外培養系統。通過生成Lyz2 Cre。Egr2 fl/fl和Fcgr1 iCre。Egr2 fl/fl小鼠,我們規避了這種致死性,并證明 EGR2 控制著大部分的肺泡巨噬細胞特征。這與的表觀遺傳分析一致,表明定義肺泡巨噬細胞的基因中 EGR 基序過多。盡管以前的工作表明 EGR 家族成員之間存在冗余,特別是 EGR1 和 EGR2,但我們發現Egr1表達不受 EGR2 缺陷的影響,并且無法挽救肺泡巨噬細胞分化。


如果簡單地根據它們的 CD11c hi CD11b lo譜進行評估,那么肺泡巨噬細胞的數量在成人Egr2 fl/fl和Lyz2 Cre之間是相等的。Egr2 fl/fl小鼠。這可以解釋為什么的一項研究使用Lyz2 Cre的獨立菌株。Egr2 fl/fl小鼠得出結論,EGR2 對巨噬細胞分化來說是必不可少的。或者,這可能反映出他們的大部分研究都涉及體外生成的、依賴于 CSF1 的巨噬細胞。我們發現Egr2- 當用 CSF-1 在體外培養時,缺陷單核細胞同樣很好地成熟為巨噬細胞。然而,在我們手中,CSF-1 導致體外成熟巨噬細胞中 EGR2 的上調不佳。取而代之的是,我們確定了GM-CSF作為EGR2表達,與肺泡巨噬細胞上的肺泡上皮細胞來源的GM-CSF的依賴它們的發展和存活(一致的發現的有效誘導)。Lyz2 Cre 的缺陷。Egr2 fl/fl小鼠并沒有反映 GM-CSF 信號分子表達的一致差異。EGR2 通常被稱為替代巨噬細胞激活的特征,因為 IL-4 可以在體外以信號轉導和轉錄激活因子 6 依賴的方式驅動 EGR2 上調 。然而,我們排除了 IL-4 在肺泡巨噬細胞 EGR2 調節中的作用。因此,IL-4-IL-4R 軸對于在體內誘導 EGR2 表達是足夠的,但不是必需的。TGF-β 還誘導 EGR2,我們證實 TGF-βR 信號傳導對于肺泡巨噬細胞的發育是必不可少的。GM-CSF和TGF-β是否以及如何協同促進肺泡巨噬細胞分化尚不完全清楚;然而,它們都誘導 PPAR-γ的表達,并且Pparg 缺陷的肺泡巨噬細胞表達減少的 EGR2,表明 EGR2 位于 PPAR-γ 的下游。在肺泡巨噬細胞發育過程中是否需要初始的 TGF-β 信號來誘導 EGR2,或者是否需要持續的 TGF-βR 信號來維持 EGR2 仍有待確定,并且需要新的轉基因系統來允許 TGF-βR 的誘導性缺失。盡管Pparg、Csf2rb或Tgfbr2 的基因消融導致肺泡巨噬細胞發育和自我維持的缺陷,Egr2缺陷無法復制這種情況。因此,依賴 EGR2 的程序似乎代表了肺泡巨噬細胞分化的一個離散部分。與此一致的是,具有Egr2髓細胞或巨噬細胞缺失的小鼠沒有發生自發性肺泡蛋白沉積癥,這表明 EGR2 對表面活性劑的調節是多余的。然而,Egr2缺陷小鼠在控制低劑量肺炎鏈球菌感染的能力方面表現出功能性缺陷。雖然我們不能排除這反映了Egr2殺傷能力差異的可能性-缺陷的肺泡巨噬細胞、編碼例如活性氧和氮種類的基因不受Egr2缺陷的影響。相反,在缺乏 EGR2 的情況下,編碼關鍵病原體識別受體和調理素的基因顯著下調。這些包括 MARCO 和補體成分 C3,兩者都已被證明對于有效消除肺炎鏈球菌至關重要。調理作用是優化肺泡巨噬細胞在健康和疾病中的細菌清除的關鍵因素。因此,很明顯,EGR2 依賴性分化為肺泡巨噬細胞配備了識別和吞噬肺炎球菌的機制,這可以解釋EGR2突變個體的復發性肺炎。在未來的工作中,重要的是要確定這是否會擴展到其他呼吸道病原體。此外,鑒于 MARCO 似乎定義了一個離散的表達 CXCL2 的肺泡巨噬細胞亞群,在真菌感染的情況下具有升高的促炎特征,確定所有肺泡巨噬細胞消除S的能力是否相同將是有意義的。肺炎或類似的 CXCL2 + 在這種情況下存在具有優異抗菌能力的子集。

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肺泡巨噬細胞的丟失是肺部炎癥或損傷的常見特征。與之前的工作一致,我們發現巨噬細胞補充的主要機制是通過招募 BM 衍生細胞,這些細胞隨著時間的推移成熟為真正的肺泡巨噬細胞。使用基于Cx3cr1的遺傳命運圖譜,我們還表明在損傷的纖維化階段可以在氣道中發現具有混合表型的CX3CR1 + MHCII +細胞,這表明在損傷后積累在肺實質中的單核細胞衍生的巨噬細胞可能會補充肺泡巨噬細胞生態位。雖然我們不能排除單核細胞,包括 Ly6C lo單核細胞,在這個階段進入氣道直接產生肺泡巨噬細胞,RFP +過渡細胞的表型與實質中引發的單核細胞衍生的巨噬細胞的表型更一致,包括高水平的 MHCII。肺泡巨噬細胞室的重新增殖依賴于 EGR2,EGR2 的組成性缺失嚴重削弱了單核細胞衍生細胞向肺泡巨噬細胞壁龕的植入。這與胎兒肝臟來源的單核細胞發育的肺泡生態位的初始群體形成對比,其中Egr2缺乏不影響肺泡巨噬細胞的發育。這可能表明發育不同的單核細胞對 EGR2 的差異依賴性或發育過程中存在的補償途徑在再增殖過程中不存在,需要進一步的工作來充分理解這一點。


盡管先前的工作表明單核細胞衍生的肺泡巨噬細胞是關鍵的促纖維化細胞,但纖維化似乎在Egr2 缺陷小鼠中正常發展,盡管幾乎沒有單核細胞衍生的肺泡巨噬細胞。我們的研究結果與 Misharin等人的研究結果存在差異的原因。不清楚,但它可以反映所用系統的差異。例如,Misharin 研究利用了肺泡巨噬細胞對 Caspase-8 的依賴性,使用Lyz2 Cre阻止單核細胞分化為肺泡巨噬細胞。Casp8 fl/fl和Itgax Cre。Casp8 fl/fl小鼠。然而,Caspase-8 的缺失也會影響間質巨噬細胞在耗盡后重新增殖的能力,這意味著Casp8缺乏對肺巨噬細胞行為的影響可能比破壞單核細胞衍生的肺泡巨噬細胞的分化更廣泛。相比之下,EGR2 表達僅限于肺泡巨噬細胞,刪除不影響間質巨噬細胞室的重建。間質巨噬細胞在與成纖維細胞相鄰的實質中的位置及其產生的成纖維細胞促分裂原血小板衍生生長因子 aa (PDGF-aa) 表明間質巨噬細胞可能是纖維化過程的關鍵。消耗間質巨噬細胞Cx3cr1 Cre-ERT2。Rosa26 LSL-DTA小鼠減少了肺纖維化,盡管正如我們在此展示的,這也將針對注定要成為單核細胞衍生的肺泡巨噬細胞的CX3CR1 +細胞。盡管如此,我們的數據顯示了單核細胞衍生的巨噬細胞在組織修復過程中的明確作用,因為Lyz2 Cre。Egr2 fl/fl小鼠在受傷后未能修復肺,這一發現與一項使用非特異性、氯膦酸鹽介導的肺巨噬細胞耗竭的較早研究一致和的一項研究表明肺中產生載脂蛋白 E、單核細胞衍生的肺泡巨噬細胞纖維化消退。這些結果可能有助于解釋EGR2突變個體發生限制性肺病的原因。


總之,我們的結果表明 EGR2 是一種進化上保守的肺泡巨噬細胞分化轉錄調節因子,其缺失會導致主要的表型、轉錄和功能缺陷。通過將 EGR2 鑒定為轉錄調節因子,我們已經開始剖析 GM-CSF 和 TGF-β 等常見因素如何在巨噬細胞分化過程中賦予特異性。我們的工作揭示了不同的分子模塊似乎如何控制肺泡巨噬細胞的穩態與免疫保護功能,這可能通過允許獨立控制這些功能對宿主有益。鑒于使用人體系統的研究表明,人類肺泡巨噬細胞的維持需要單核細胞輸入,EGR2 可能在人肺泡巨噬細胞分化中發揮特別重要的作用。因此,需要進一步的工作來充分了解 EGR2 下游的分子通路,這在小鼠和人類之間是否保守,以及 EGR2 是否在不同的病理環境中發揮不同的作用。




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