不同細(xì)胞和物種之間的基因表達(dá)差異塑造先天性免疫

在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自英國(guó)威康基金會(huì)桑格研究所和歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室（EMBL）歐洲生物信息學(xué)研究所等研究機(jī)構(gòu)的研究人員對(duì)六種哺乳動(dòng)物物種中的25萬(wàn)多個(gè)細(xì)胞的基因進(jìn)行測(cè)序，證實(shí)了免疫反應(yīng)中的基因如何在不同的細(xì)胞之間和不同的物種之間具有不同的活活性。相關(guān)研究結(jié)果于2018年10月24日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Gene expression variability across cells and species shapes innate immunity”。

這些研究人員以前所未有的細(xì)節(jié)研究了在細(xì)胞對(duì)病原體入侵作出的初始反應(yīng)--先天性免疫反應(yīng)（innate immune response）---中激活的基因。他們利用單細(xì)胞基因組學(xué)技術(shù)測(cè)量了25萬(wàn)多個(gè)細(xì)胞中數(shù)千個(gè)基因的活性來(lái)繪制抗病毒和抗細(xì)菌免疫的進(jìn)化。

之前的研究已表明，先天性免疫反應(yīng)中的許多基因在脊椎動(dòng)物中快速地進(jìn)化。這被認(rèn)為是由來(lái)自細(xì)菌和病毒等病原體的無(wú)情攻擊壓力造成的。這些基因包括產(chǎn)生細(xì)胞因子和趨化因子分子的基因，它們以多種方式起作用---一些分子是提醒身體危險(xiǎn)存在的炎癥分子；其他的分子限制病原體增殖的能力；還有一些分子誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。它們代表了一種成功的宿主策略來(lái)抵抗快速進(jìn)化的病原體。

這些研究人員證實(shí)這些基因在不同的物種之間快速地進(jìn)化，而且在單個(gè)組織內(nèi)的不同細(xì)胞中也具有高度可變的活性。相比之下，他們發(fā)現(xiàn)在不同物種之間保守的并調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)的基因在單個(gè)組織的不同細(xì)胞之間中更加一致性地被激活。這些基因可能受到更嚴(yán)格的限制，這是因?yàn)樗鼈儏⑴c細(xì)胞內(nèi)的許多不同功能。但是，它們也是病毒的靶標(biāo)。這些受到更嚴(yán)格限制的基因代表著致命弱點(diǎn)，可被病原體用來(lái)破壞免疫系統(tǒng)。

論文**作者、威康基金會(huì)桑格研究所研究員Tzachi Hagai博士說(shuō)，“我們認(rèn)為這種激活模式---一些基因受到嚴(yán)格控制，而另一些基因具有更多的可變活性---已進(jìn)化成了一種對(duì)先天性免疫反應(yīng)加以微調(diào)的方式。它是高效的，但又是平衡的。基因能夠經(jīng)進(jìn)化后協(xié)助細(xì)胞控制入侵者，而且對(duì)這些基因的使用能夠因細(xì)胞而異，因此周?chē)M織不會(huì)受到大量攻擊的影響。”

論文通信作者、威康基金會(huì)桑格研究所細(xì)胞遺傳學(xué)主任Sarah Teichmann博士說(shuō)，“在單細(xì)胞分辨率下DNA測(cè)序的強(qiáng)大功能意味著開(kāi)展這種類(lèi)型的研究如今是可行的。據(jù)估計(jì)，人體有37萬(wàn)億個(gè)細(xì)胞，每個(gè)細(xì)胞具有相同的遺傳密碼。但是不同的細(xì)胞具有不同的表現(xiàn)，它們以不同的方式使用遺傳密碼。通過(guò)研究單個(gè)細(xì)胞，我們能夠理解生命的這些基礎(chǔ)的構(gòu)成單元（building block，這里指的是細(xì)胞）以及它們?nèi)绾我黄鸷献鳎ㄋ鼈內(nèi)绾蔚挚共≡w。”