Nature子刊:IL-10靶向IRF转录因子抑制干扰素和炎症
时间 : 2025-04-25
作者首先从健康人外周血中分离了人原代人单核细胞进行实验：将细胞用 IL-10 预处理18小时后，用 LPS 刺激3小时，通过 RT-qPCR 检测基因表达。结果显示，IL-10 显著抑制了 LPS 诱导的经典炎症基因（如IL6、TNF）和干扰素刺激基因（ISGs，如CXCL10、ISG15），且抑制作用在7名独立供体的细胞中一致（Fig a）。进一步通过 RNA-seq 和基因集富集分析发现，IL-10 对 LPS 诱导的干扰素反应的抑制效应相较于炎症反应更显著（Fig b）。聚类分析将 LPS诱导的基因分为了6类，其中被 IL-10 强抑制的基因簇（C2）主要富集于干扰素通路，而中度抑制的基因簇（C3）则富集于 NF-κB 炎症通路（Fig c-d）。核心 IL-10 抑制基因（436个）中，干扰素通路基因的富集程度最高（Fig e），且ISGs（如CXCL10）的抑制程度远高于炎症基因（如IL6）（Fig f-g）。
为验证 IL-10 的广谱性，作者用 TNF 刺激单核细胞6小时，发现 IL-10 同样显著抑制 TNF 诱导的干扰素基因（如CXCL10），但对 TNF 诱导的炎症基因（如TNF本身）抑制较弱（Fig h-j）。此外，IL-10 未抑制 LPS 激活的 NF-κB 信号通路，提示其作用不依赖经典炎症信号阻断。这些结果表明 IL-10 通过靶向干扰素反应基因（而非直接抑制NF-κB或MAPK通路）发挥强效抗炎作用，且这种抑制在干扰素通路中尤为显著。
作者进一步利用 CUT&RUN 技术分析组蛋白 H3K27 乙酰化（H3K27ac，活性染色质的标志）在全基因组的变化。结果显示，LPS 诱导的 5749 个H3K27ac峰中，60%（Group 1）被 IL-10 显著抑制至接近基线水平，而剩余 40%（Group 2）仅部分减弱（Fig a-c）。Group 1 峰主要位于基因间区和内含子区（Fig d），且富集 IRF1 结合基序（Fig g）；Group 2 峰则主要富集 NF-κB 和 AP-1 基序。通过基因轨迹图（如 IFIT 和 IL6 位点）发现，IL-10 显著降低 Group 1 峰区域的 H3K27ac 和 H3K4me3 （启动子活性标记），而 Group 2 峰区域的 H3K4me3 未受明显影响（Fig e-f），表明 IL-10 对两类基因的调控机制不同。共同说明 IL-10 通过表观遗传机制（如抑制 H3K27ac 和 H3K4me3 修饰）靶向 IRF1 结合的染色质区域，降低其活性，从而优先抑制依赖IRF1的干扰素反应基因（如ISGs），且这种作用独立于 NF-κB 和 AP-1 通路。
作者通过 ATAC-seq 分析了 IL-10 对 LPS 刺激后人单核细胞染色质可及性的影响。结果显示，LPS 诱导了 8813 个开放染色质区域，其中12.6%（1112个）在 IL-10 预处理后被显著抑制（Fig a-d）。这些被抑制的区域主要位于干扰素刺激基因（ISGs，如IFIT1、ISG15）的基因座，并富集 IRF 和干扰素敏感反应元件（ISRE）的结合基序（Fig e-f）。与此相反，炎症基因（如IL1B）的染色质可及性未受IL-10影响（Fig e），提示IL-10对干扰素通路具有选择性抑制作用。
通过 TOBIAS 和 ChromVAR 计算分析转录因子结合活性发现，IL-10 显著抑制 LPS 诱导的 IRF 家族（如IRF1、IRF5）的 DNA 结合能力和转录活性（Fig h-i），而 NF-κB 和 AP-1 的活性基本保留。类似地，在 TNF 刺激的单核细胞中，IL-10 也选择性抑制 IRF 基序的占据。这些结果表明，IL-10 并非通过阻断经典炎症信号（NF-κB/MAPK），而是通过表观遗传机制抑制 IRF 的染色质结合和激活能力发挥作用。
作者通过 CUT&RUN 技术分析了 IL-10 对 LPS 诱导的 IRF1 基因组结合的影响。结果显示，LPS 刺激显著增加了 IRF1 的 DNA 结合位点数量（从基线约200个峰增至4,395个峰），而 IL-10 预处理后，89.5% 的 LPS 诱导 IRF1 结合峰被显著抑制（Fig a-b）。这些被抑制的 IRF1 结合峰主要富集 IRF、AP-1 和 NF-κB 基序，而未被抑制的峰则仅保留 IRF 和 AP-1 基序（Fig c），提示 IL-10 优先靶向依赖 IRF1 与 NF-κB 协同作用的调控区域。
进一步分析染色质状态发现，IRF1 结合的基因组区域在静息单核细胞中已具备开放性（ATAC-seq 信号无显著变化），但 LPS 诱导的 H3K27ac 沉积在 IRF1 结合位点显著增加，而 IL-10 则几乎完全阻断了这一过程（Fig d-e）。例如，CXCL10 基因座在 LPS 刺激后 IRF1 结合增强并伴随 H3K27ac 和 H3K4me3 水平升高，而 IL-10 预处理抑制了这些表观修饰（Fig f）。此外，IL-10 对染色质开放性的影响有限（如 ART3 基因座），表明 IL-10 作用主要通过抑制组蛋白修饰而非改变染色质结构，其通过阻断 IRF1的 DNA 结合能力及相关的 H3K27ac 沉积，抑制增强子和启动子的表观激活，从而下调干扰素和炎症基因表达。
作者通过qPCR和免疫印迹实验发现，IL-10 显著抑制 LPS 诱导的 IRF1 mRNA和蛋白表达（Fig a-c），且这种抑制在 LPS 刺激后2小时即显现。使用 Jak 抑制剂巴瑞替尼（Baricitinib）阻断 IFN-β 自分泌信号后，IRF1 的诱导部分受抑（Fig d），表明 IL-10 通过抑制 IFN-β 自分泌和表观遗传机制（如 STAT3 招募至 IRF1 基因座并降低其 H3K27ac 和 H3K4me3 水平）双重途径抑制 IRF1（Fig e）。
进一步研究发现，IL-10 显著抑制 LPS 诱导的 IFN-β 生成（Fig f），但对 TBK1-IRF3 信号通路的激活无影响（Fig g）。通过 CRISPR-Cas9 敲除 IRF1 或 IRF5 基因发现，单独敲除 IRF1 不影响 LPS 诱导的 IFN-β，但联合敲除IRF1 和 IRF5 （IRF1/5-KO）使 IFN-β 表达下降61%（Fig i），表明 IRF1 与 IRF5 协同驱动 LPS 诱导的 IFN-β 生成。
