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转录因子EGR2对肺泡巨噬细胞AM组织修复中的组织特异性印记不可或缺

发布时间:2022-04-05   点击次数:136次

肺泡巨噬细胞是健康肺中分布丰富的巨噬细胞,它们在体内平衡和针对空气传播病原体的免疫监视中发挥关键作用。肺泡巨噬细胞的组织特异性分化和存活依赖于生态位衍生因子,如粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子 (GM-CSF) 和转化生长因子-β (TGF-β)。然而,调节肺泡巨噬细胞特性和功能的下游分子通路的性质及其对损伤的反应仍然知之甚少。在这里,我们确定转录因子 EGR2 是肺泡巨噬细胞进化上保守的特征,并表明细胞内在 EGR2 对于肺泡巨噬细胞的组织特异性身份是不可或缺的。从机制上讲,我们表明 EGR2 由 TGF-β 和 GM-CSF 以 PPAR-γ 依赖性方式驱动,以控制肺泡巨噬细胞分化。在功能上,EGR2 对于调节气道中的脂质是可有可无的,但对于有效处理呼吸道病原体至关重要肺炎链球菌。最后,我们表明 EGR2 是无菌、博莱霉素诱导的肺损伤后肺泡生态位重新增殖所必需的,并证明 EGR2 依赖性、单核细胞衍生的肺泡巨噬细胞对于损伤后的有效组织修复至关重要。总的来说,我们证明 EGR2 是控制肺泡巨噬细胞在健康和疾病中的身份和功能的转录网络不可或缺的组成部分。

结论

鉴于巨噬细胞在组织稳态、炎症和组织修复以及许多慢性病理中的多方面作用,了解控制巨噬细胞分化的环境信号和下游分子途径是免疫学领域的一个关键目标。在这里,我们将转录因子 EGR2 鉴定为肺泡巨噬细胞组织特异性分化的选择性和不可或缺的部分。

我们的转录组学分析将 EGR2 鉴定为鼠肺泡巨噬细胞的一个特征,这一发现与之前使用大量转录组学分析的研究和最近使用类似基于 scRNA-seq 的方法的研究一致。我们发现 EGR2 似乎代表了进化上保守的转录调节因子,这也与之前的研究一致。尽管过去 EGR2 与控制单核细胞向巨噬细胞分化有关,但这些研究经常得出不一致的结论。这可能反映了一个事实,即由于全球Egr2 缺陷小鼠的出生后致死率,大多数研究 EGR2 在单核细胞-巨噬细胞分化中的作用的研究都使用了体外培养系统。通过生成Lyz2 Cre。Egr2 fl/fl和Fcgr1 iCre。Egr2 fl/fl小鼠,我们规避了这种致死性,并证明 EGR2 控制着大部分的肺泡巨噬细胞特征。这与最近的表观遗传分析一致,表明定义肺泡巨噬细胞的基因中 EGR 基序过多。尽管以前的工作表明 EGR 家族成员之间存在冗余,特别是 EGR1 和 EGR2,但我们发现Egr1表达不受 EGR2 缺陷的影响,并且无法挽救肺泡巨噬细胞分化。

如果简单地根据它们的 CD11c hi CD11b lo谱进行评估,那么肺泡巨噬细胞的绝对数量在成人Egr2 fl/fl和Lyz2 Cre之间是相等的。Egr2 fl/fl小鼠。这可以解释为什么最近的一项研究使用Lyz2 Cre的独立菌株。Egr2 fl/fl小鼠得出结论,EGR2 对巨噬细胞分化来说是不可或缺的。或者,这可能反映出他们的大部分研究都涉及体外生成的、依赖于 CSF1 的巨噬细胞。我们发现Egr2- 当用 CSF-1 在体外培养时,缺陷单核细胞同样很好地成熟为巨噬细胞。然而,在我们手中,CSF-1 导致体外成熟巨噬细胞中 EGR2 的上调不佳。取而代之的是,我们确定了GM-CSF作为EGR2表达,与肺泡巨噬细胞上的肺泡上皮细胞来源的GM-CSF的依赖它们的发展和存活(一致的发现的有效诱导)。Lyz2 Cre 的缺陷。Egr2 fl/fl小鼠并没有反映 GM-CSF 信号分子表达的一致差异。EGR2 通常被称为替代巨噬细胞激活的特征,因为 IL-4 可以在体外以信号转导和转录激活因子 6 依赖的方式驱动 EGR2 上调 。然而,我们排除了 IL-4 在肺泡巨噬细胞 EGR2 调节中的作用。因此,IL-4-IL-4R 轴对于在体内诱导 EGR2 表达是足够的,但不是必需的。TGF-β 还诱导 EGR2,我们证实 TGF-βR 信号传导对于肺泡巨噬细胞的发育是不可或缺的。GM-CSF和TGF-β是否以及如何协同促进肺泡巨噬细胞分化尚不完全清楚;然而,它们都诱导 PPAR-γ的表达,并且Pparg 缺陷的肺泡巨噬细胞表达减少的 EGR2,表明 EGR2 位于 PPAR-γ 的下游。在肺泡巨噬细胞发育过程中是否需要初始的 TGF-β 信号来诱导 EGR2,或者是否需要持续的 TGF-βR 信号来维持 EGR2 仍有待确定,并且需要新的转基因系统来允许 TGF-βR 的诱导性缺失。尽管Pparg、Csf2rb或Tgfbr2 的基因消融导致肺泡巨噬细胞发育和自我维持的缺陷,Egr2缺陷无法复制这种情况。因此,依赖 EGR2 的程序似乎代表了肺泡巨噬细胞分化的一个离散部分。与此一致的是,具有Egr2髓细胞或巨噬细胞缺失的小鼠没有发生自发性肺泡蛋白沉积症,这表明 EGR2 对表面活性剂的调节是多余的。然而,Egr2缺陷小鼠在控制低剂量肺炎链球菌感染的能力方面表现出功能性缺陷。虽然我们不能排除这反映了Egr2杀伤能力差异的可能性-缺陷的肺泡巨噬细胞、编码例如活性氧和氮种类的基因不受Egr2缺陷的影响。相反,在缺乏 EGR2 的情况下,编码关键病原体识别受体和调理素的基因显着下调。这些包括 MARCO 和补体成分 C3,两者都已被证明对于有效消除肺炎链球菌至关重要。调理作用是优化肺泡巨噬细胞在健康和疾病中的细菌清除的关键因素。因此,很明显,EGR2 依赖性分化为肺泡巨噬细胞配备了识别和吞噬肺炎球菌的机制,这可以解释EGR2突变个体的复发性肺炎。在未来的工作中,重要的是要确定这是否会扩展到其他呼吸道病原体。此外,鉴于 MARCO 似乎定义了一个离散的表达 CXCL2 的肺泡巨噬细胞亚群,在真菌感染的情况下具有升高的促炎特征,确定所有肺泡巨噬细胞消除S的能力是否相同将是有意义的。肺炎或类似的 CXCL2 + 在这种情况下存在具有优异抗菌能力的子集。

肺泡巨噬细胞的丢失是肺部炎症或损伤的常见特征。与之前的工作一致,我们发现巨噬细胞补充的主要机制是通过招募 BM 衍生细胞,这些细胞随着时间的推移成熟为真正的肺泡巨噬细胞。使用基于Cx3cr1的遗传命运图谱,我们还表明在损伤的纤维化阶段可以在气道中发现具有混合表型的CX3CR1 + MHCII +细胞,这表明在损伤后积累在肺实质中的单核细胞衍生的巨噬细胞可能会补充肺泡巨噬细胞生态位。虽然我们不能排除单核细胞,包括 Ly6C lo单核细胞,在这个阶段进入气道直接产生肺泡巨噬细胞,RFP +过渡细胞的表型与实质中引发的单核细胞衍生的巨噬细胞的表型更一致,包括高水平的 MHCII。肺泡巨噬细胞室的重新增殖依赖于 EGR2,EGR2 的组成性缺失严重削弱了单核细胞衍生细胞向肺泡巨噬细胞壁龛的植入。这与胎儿肝脏来源的单核细胞发育的肺泡生态位的初始群体形成对比,其中Egr2缺乏不影响肺泡巨噬细胞的发育。这可能表明发育不同的单核细胞对 EGR2 的差异依赖性或发育过程中存在的补偿途径在再增殖过程中不存在,需要进一步的工作来充分理解这一点。

尽管先前的工作表明单核细胞衍生的肺泡巨噬细胞是关键的促纤维化细胞,但纤维化似乎在Egr2 缺陷小鼠中正常发展,尽管几乎没有单核细胞衍生的肺泡巨噬细胞。我们的研究结果与 Misharin等人的研究结果存在差异的原因。不清楚,但它可以反映所用系统的差异。例如,Misharin 研究利用了肺泡巨噬细胞对 Caspase-8 的依赖性,使用Lyz2 Cre阻止单核细胞分化为肺泡巨噬细胞。Casp8 fl/fl和Itgax Cre。Casp8 fl/fl小鼠。然而,Caspase-8 的缺失也会影响间质巨噬细胞在耗尽后重新增殖的能力,这意味着Casp8缺乏对肺巨噬细胞行为的影响可能比破坏单核细胞衍生的肺泡巨噬细胞的分化更广泛。相比之下,EGR2 表达仅限于肺泡巨噬细胞,删除不影响间质巨噬细胞室的重建。间质巨噬细胞在与成纤维细胞相邻的实质中的位置及其产生的成纤维细胞促分裂原血小板衍生生长因子 aa (PDGF-aa) 表明间质巨噬细胞可能是纤维化过程的关键。消耗间质巨噬细胞Cx3cr1 Cre-ERT2。Rosa26 LSL-DTA小鼠减少了肺纤维化,尽管正如我们在此展示的,这也将针对注定要成为单核细胞衍生的肺泡巨噬细胞的CX3CR1 +细胞。尽管如此,我们的数据显示了单核细胞衍生的巨噬细胞在组织修复过程中的明确作用,因为Lyz2 Cre。Egr2 fl/fl小鼠在受伤后未能修复肺,这一发现与一项使用氯膦酸盐脂质体ClodronateLiposomes(品牌:LIPOSOMA,货号:CP-005-005,总代理:靶点科技)介导的肺巨噬细胞耗竭的较早研究一致和最近的一项研究表明肺中产生载脂蛋白 E、单核细胞衍生的肺泡巨噬细胞纤维化消退。这些结果可能有助于解释EGR2突变个体发生限制性肺病的原因。

总之,我们的结果表明 EGR2 是一种进化上保守的肺泡巨噬细胞分化转录调节因子,其缺失会导致主要的表型、转录和功能缺陷。通过将 EGR2 鉴定为转录调节因子,我们已经开始剖析 GM-CSF 和 TGF-β 等常见因素如何在巨噬细胞分化过程中赋予特异性。我们的工作揭示了不同的分子模块似乎如何控制肺泡巨噬细胞的稳态与免疫保护功能,这可能通过允许独立控制这些功能对宿主有益。鉴于最近使用人体系统的研究表明,人类肺泡巨噬细胞的维持需要单核细胞输入,EGR2 可能在人肺泡巨噬细胞分化中发挥特别重要的作用。因此,需要进一步的工作来充分了解 EGR2 下游的分子通路,这在小鼠和人类之间是否保守,以及 EGR2 是否在不同的病理环境中发挥不同的作用。


参考文献:原始文献链接science.org/doi/10.1126/sciimmunol.abj2132#。原文标题:The transcription factor EGR2 is indispensable for tissue-specific imprinting of alveolar macrophages in health and tissue repair。

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