大家好，今天跟大家分享一篇题为题为A disease-asso ciated gene desert directs macropha ge inflammation through ETS2（疾病相关基因沙漠通过ETS2引导巨噬细胞炎症）自身免疫性和炎症性疾病的发病率不断上升，对人类健康构成了日益严重的威胁。从克罗恩病和溃疡性结肠炎[统称为炎症性肠病 (IBD)]到牛皮癣和狼疮，都需要更好的治疗方法。
01
研究背景
自身免疫性疾病和炎症性疾病发病率的增加对人类健康构成了日益严重的威胁1.现有治疗方法的有限疗效使情况更加复杂1以及药物开发过程中的高失败率2，突出了更好地了解疾病机制的迫切需要。在这里，我们展示了功能基因组学如何应对这一挑战。
通过研究 chr21q22 上的基因间单倍型——它与炎症性肠病、强直性脊柱炎、原发性硬化性胆管炎和高安氏动脉炎独立相关3,4,5,6— 我们确定致病基因 ETS2 是人类炎性巨噬细胞的中心调节因子，并描绘了扩增 ETS2 表达的共同疾病机制。受 ETS2 调控的基因在患病组织中显著表达，并且比以前描述的大多数通路更富集炎症性肠病 GWAS 命中。
在静息巨噬细胞中过表达 ETS2 再现了在 chr21q22 相关疾病中观察到的炎症状态，同时上调了多个药物靶点，包括 TNF 和 IL-23。使用蜂窝签名数据库7，我们确定了可能调节该途径的药物，并在体外和体外验证了一类小分子的强效抗炎活性。总之，这说明了功能基因组学直接应用于原代人类细胞的能力，可以识别免疫介导的疾病机制和潜在的治疗机会。
见图一
解析 chr21q22 的分子机制。
图一
a，chr21q22 的疾病关联。红点表示 IBD 99% 可信集。每种疾病与 IBD 的共定位结果。PP 的。H3，独立因果变异的后验概率;PP 的。H4，共享因果变异的后验概率。
b，免疫细胞 H3K27ac ChIP-seq 在 chr21q22 处。显示 IBD GWAS 结果。NK 细胞，自然杀伤细胞。rpm，每百万次读取。
c，静息单核细胞中的 ETS2 eQTL，与 IBD 关联共定位。疾病相关基因座的巨噬细胞启动子捕获 Hi-C （pcHi-C） 数据。
d，研究炎症 （TPP） 巨噬细胞中 chr21q22 位点的实验示意图。TPP 刺激期间的 e、ETS2、BRWD1 和 PSMG1 mRNA 表达，使用 PrimeFlow RNA 检测法测量。数据来自四分之一的代表性捐献者。
f，chr21q22 编辑的巨噬细胞与未编辑细胞中的相对 ETS2、BRWD1 和 PSMG1 表达（平均荧光强度 （MFI））。n = 4。数据均为 ± s.e.m. 的平均值。使用双向方差分析 （ANOVA） 进行统计分析。
g，在 chr21q22 处 IBD 相关 SNP 的 SuSiE 精细映射后验概率（99% 可信集）。
h， 巨噬细胞 MPRA 在 chr21q22 位点。数据包括寡核苷酸覆盖度（上图）、增强子活性（滑动窗口分析，突出显示了显著的增强子活性;中图）和增强子内 SNP 的表达调节作用（下图）。对于箱形图，中心线显示中位数，箱线限制显示四分位数范围，须线表示最小值和最大值。n = 8。使用 QuASAR-MPRA （双侧） 计算假发现率 （FDR） 调整后的 P 值。
i，炎性巨噬细胞 PU.1 ChIP-seq 在 chr21q22 处达到峰值。下图是 rs2836882 位置的放大倍数和最近的预测 PU.1 基序。
j，在两个杂合巨噬细胞数据集中等位基因特异性 PU.1 ChIP-seq 结合 rs2836882 的 BaalChIP 分析（数据是等位基因平衡后验分布的平均值± 95%）。以饼图形式显示的总数。
k，来自 16 个杂合供体（包括健康对照和强直性脊柱炎患者）的单核细胞中 rs2836882 的等位基因特异性 ATAC-seq 读数。使用双侧 Wilcoxon 匹配对检验进行统计分析。
l，来自 rs2836882 处风险（上）或非风险（下）等位基因纯合子的 H3K27ac ChIP-seq 数据。数据来自四分之二的供体。使用 MEDIPS （双侧） 计算 FDR 校正的 P 值。d 和 e 中的图表是使用 BioRender 创建的。
见图二
ETS2 对巨噬细胞炎症反应至关重要。
图二
a，研究炎症 （TPP） 巨噬细胞中 ETS2 的实验示意图。该图是使用 BioRender 创建的。
b， ETS2 破坏后的细胞因子分泌。ETS2 编辑与未编辑巨噬细胞的相对细胞因子水平的热图。n = 8。
c，ETS2 编辑和未编辑的巨噬细胞（非靶向对照 （NTC））对荧光标记的酵母聚糖颗粒的吞噬作用（左）。数据来自 7 个有代表性的捐献者中的 1 个。右图为吞噬指数（吞噬细胞的比例与 MFI 的乘积）。n = 7。
d， ETS2 编辑和未编辑的巨噬细胞产生 ROS。来自 6 个捐献者中 1 个代表性捐献者的数据（左）。右图为 ETS2 编辑和未编辑巨噬细胞中 NADPH 氧化酶成分的表达（western blot 密度测定）。n = 7。源凝胶如补充图 1 所示。1. RLU，相对光单位。
e，ETS2 编辑与未编辑的 TPP 巨噬细胞中差异表达基因的 RNA-seq 分析 （limma with voom transformation， two-sided）。n = 8。水平线表示 FDR 调整后的显著性阈值。
f， ETS2 编辑和未编辑的 TPP 巨噬细胞之间差异表达基因的 fGSEA。显示了所选 GO Biological Pathways 的结果。点大小表示未调整的 P 值（双侧），颜色表示标准化富集分数 （NES）。
g， 日志2由 chr21q22 增强子缺失差异表达的基因的 [倍数变化 （FC）]，与 ETS2 编辑后它们的倍数变化作图。百分比表示上调（红色）和下调（蓝色）基因。彩色点（蓝色或红色）代表 ETS2 编辑后的差异表达基因 （FDR < 0.1，双侧）。
见图三
ETS2 协调巨噬细胞炎症反应。
图三
a， 研究 ETS2 过表达影响的实验示意图。该图是使用 BioRender 创建的。
b， 转染 （n = 8） 或未转染 （来自单独实验） 巨噬细胞中的 ETS2 mRNA 水平。数据是 S.E.M. 每千次展示±均值，即每百万次展示费用。
c， ETS2 过表达巨噬细胞和对照巨噬细胞之间差异表达基因的 fGSEA 分析。结果显示 ETS2 破坏下调的通路。点大小表示未调整的 P 值（双面），颜色表示 NES，边框颜色表示转染的 mRNA 的数量。
d，ETS2 过表达巨噬细胞（与对照相比）中克罗恩病肠道巨噬细胞特征的 fGSEA 分析。FDR P 值，双侧（顶部）。ETS2 过表达后前沿基因相对表达的热图（500 ng mRNA;底部）。
e，ETS2 过表达巨噬细胞 （与对照相比） 中指定疾病患者巨噬细胞特征的富集。颜色表示疾病类别，数字表示 NES，虚线表示 FDR = 0.05。克罗恩病特征来自 d 中显示的不同研究。AS，强直性脊柱炎。
f，对 ETS2 调节基因（红色）和已知 IBD 通路（黑色）内 241 个 IBD SNP 标记的基因进行 SNPsea 分析。
见图四
ETS2 通过转录和代谢效应指导巨噬细胞反应。
图四
a，在 67 种单核细胞/巨噬细胞活化条件下与 ETS2 共表达的基因。虚线表示 FDR 调整后的 P < 0.05。
b，ETS2 破坏对葡萄糖代谢的影响。颜色表示中位数对数2-将标签合并中的折叠变化从13ETS2 编辑细胞与未编辑细胞中的 C-葡萄糖。粗体黑色边框表示 P < 0.05（Wilcoxon 匹配对，双面）。n = 6。Sec.，秘密。
c，对用 roxadustat 或载体处理的 ETS2 编辑和未编辑的巨噬细胞之间差异表达基因的 fGSEA 分析。结果显示 ETS2 破坏下调的通路。
d，来自 ATAC-seq（可接近的染色质）、H3K4me3 ChIP-seq（活性启动子）和 H3K27ac ChIP-seq（活性调节元件）的 4 kb 峰中心区域中巨噬细胞 ETS2 CUT&RUN 峰（IDR 截断值 0.01，n = 2）的富集热图。
e，ETS2 结合位点的功能注释（使用基因坐标和 TPP 巨噬细胞 H3K27ac ChIP-seq 数据）。
f， ETS2 基序在 CUT&RUN 峰中的富集 （超几何 P 值，双侧）。
g、选定位点的 ETS2 结合、染色质可及性 （ATAC-seq） 和调节活性 （H3K27ac）。
h，核心启动子或顺式调节元件中具有 ETS2 峰的基因与 ETS2 编辑 （KO） 或过表达 （OE） 后上调 （Up） 或下调 （Dn） 的基因之间的交集。竖条表示底部面板中由连接点指示的列表的重叠大小。横条表示交集内基因列表的百分比。
i、ETS2 结合、PU.1 结合、chr21q22 的染色质可及性和增强子活性。
见图五
ETS2 驱动的炎症在疾病中很明显，并且可以作为治疗靶向。
图五
a，来自克罗恩病与健康的肠道 scRNA-seq 中的髓样细胞簇（上图）。ETS2 调节基因的中间、规模化表达（因 ETS2 破坏而下调）。底部，细胞的来源（疾病或健康）。
b， 选定基因的缩放表达。
c， PSC 和健康肝脏的空间转录组学。n = 4。图像显示了具有细胞分割和半监督聚类的代表性视野 （0.51 mm × 0.51 mm）。主键（图像下方的左侧和中间）表示 InSituType 细胞类型;聚类 A-E（最右键）是未注释的细胞群。肝细胞;LSECs，肝窦内皮细胞;无炎症。MACs，非炎性巨噬细胞。
d，胆管细胞指定距离内的巨噬细胞数量。
e，从胆管细胞到最近的巨噬细胞的距离。数据显示为 Tukey 箱形图和须线图。使用双尾 Mann-Whitney U 检验进行统计分析。d 和 e 中的数据来自 10,532 个 PSC 和 13,322 个对照胆管细胞。
f， ETS2 调节基因在距胆管细胞确定距离的 21,067 个 PSC 巨噬细胞中的缩放表达（不包括用于定义巨噬细胞亚群的基因）。
g，表型复制 ETS2 破坏的药物类别（来自 NIH LINCS 数据库）。
h，NIH LINCS 药物特征的 fGSEA 结果。重要的 MEK 抑制剂特征按分子着色。
i， 日志2CHR21q22 增强子缺失后差异表达基因的 [倍数变化]，与 MEK 抑制后它们的倍数变化作图。百分比表示上调 （红色） 和下调基因 （蓝色） 的比例。MEK 抑制后彩色点 （蓝色或红色） 差异表达 （FDR < 0.1）。
j， MEK 抑制剂处理的巨噬细胞和对照 TPP 巨噬细胞之间差异表达基因的 fGSEA。结果显示了 ETS2 破坏下调的通路。点大小表示未调整的 P 值（双面），颜色表示 NES。
k，使用 PD-0325901、英夫利昔单抗或载体对照释放 IBD 活检细胞因子。
l，MEK 抑制后 IBD 活检中 chr21q22 下调基因的 GSVA 富集评分。
m，活检衍生的分子炎症评分 （bMIS） 的 GSVA 富集评分。数据为均值± 95% CI（f 和 l）和 ± s.e.m.（k 和 m）。
02
研究结论
总之，以基因间 GWAS 命中为起点，我们已经确定了一种对人类巨噬细胞炎症既必要又充分的可成药途径。此外，我们展示了该通路的遗传失调 – 通过扰动关键长程增强子的先锋因子结合 – 如何易患多种疾病。这凸显了从非编码遗传关联中解决疾病生物学的巨大但基本上尚未开发的机会。
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