编辑推荐：
本研究聚焦海湾战争疾病(GWI)这一机制不明的慢性神经免疫病症。针对压力与毒物暴露如何协同引发持久的神经免疫致敏效应这一关键问题，研究人员利用小鼠模型，通过联合暴露于皮质酮(CORT)和氟磷酸二异丙酯(DFP)模拟战争中的应激与毒物，并施加脂多糖(LPS)免疫挑战。结果发现，LPS暴露后大脑与血液中存在广泛的转录、染色质可及性和DNA甲基化动态变化，其中33个基因在多个时间点上在多个组学层面表现出脑-血一致性变化，富集于免疫与胶质细胞相关通路，转录因子NF-κB、CREB1、EGR1、JUN、MYC的结合基序在差异甲基化区域显著富集。该研究不仅揭示了GWI模型中持久性的表观遗传印记，还识别了外周血中可反映大脑分子变化的候选生物标志物，为阐明应激与毒物暴露的长期表观遗传影响提供了新框架。
大约三分之一曾参与1990-91年海湾战争的老兵，在归国后饱受着一种被称为海湾战争疾病(Gulf War Illness, GWI)的慢性病症的困扰。他们常感到极度疲劳、身体疼痛、认知功能下降，对化学物质异常敏感，并伴有记忆和睡眠障碍。尽管相关研究已开展多年，但目前针对GWI的治疗主要还是针对症状的缓解，其背后的生物学机制依然迷雾重重。这其中一个重要的假说是，老兵们在战区同时经历的极端心理压力和接触到的神经毒剂（如沙林等有机磷化合物）协同作用，对神经免疫系统造成了“致敏”效应，使大脑在后续遇到普通的免疫刺激时，也会产生过激的、持久的炎症反应。然而，这种“致敏”状态在分子层面具体是如何形成的，特别是其是否在基因组上留下了可被检测的长期印记，一直是研究的难点。
为了解决这些问题，一支由A. Sasaki、K.A. Kelly、L.T. Michalovicz、D. Ashbrook、S. Wijenayake、J.P. O’Callaghan和P.O. McGowan组成的研究团队，利用一个经过验证的GWI小鼠模型展开了探索。他们让雄性小鼠先经历模拟战场压力的皮质酮(Corticosterone, CORT)暴露，再接触作为沙林替代物的氟磷酸二异丙酯(Diisopropyl fluorophosphate, DFP)，并在之后数周内间歇性地给予CORT，以模拟长期的慢性应激状态。最终，研究人员给这些“被致敏”的小鼠注射脂多糖(Lipopolysaccharide, LPS)以激发急性免疫反应，并在不同时间点检测它们的大脑（海马体和前额皮层）与血液中的分子变化，旨在揭示先前的暴露如何改变大脑和血液对后续免疫挑战的分子应答。
主要技术方法
本研究采用了多组学整合分析策略。首先，利用RNA测序(RNA-seq)分析了海马体(HPC)和皮层(CTX)的转录组变化。其次，通过转座酶可及染色质测序(ATAC-seq)检测了染色质可及性的动态变化。再次，使用简化代表性亚硫酸氢盐测序(RRBS)分析了大脑和血液中的DNA甲基化修饰。研究还通过定量聚合酶链反应(qPCR)对特定炎症基因进行了验证。数据分析方面，运用了差异表达分析、基因本体论(GO)和通路富集分析，并使用MEME Suite进行了转录因子结合基序分析。样本来源于特定的C57BL/6J雄性小鼠暴露模型队列。
研究结果
3.1. 长期GWI小鼠模型中炎症标志物的基因表达时程变化
通过qPCR检测发现，在LPS刺激后，炎症基因Tnfα、Il1b和Ccl2在6小时、12小时和24小时的海马体和皮层中均持续高表达。而Il6的表达仅在6小时短暂升高，至12-24小时恢复至基线水平。Osm的转录水平在6-12小时升高，在24小时时，海马体中恢复而皮层中仍保持较高水平。这表明在CORT+DFP的致敏背景下，LPS挑战引发了快速、强烈且部分持久的炎症基因表达反应。
3.2. RNA-seq揭示的差异基因表达
RNA-seq分析显示，LPS暴露后，海马体和皮层中分别有数百至上千个基因发生差异表达。其中，474个（海马体）和649个（皮层）基因在所有三个时间点（6、12、24小时）均表现出持续的差异表达。基因通路分析表明，这些持续变化的基因在两个脑区均富集于相似的免疫/应激反应相关通路。这提示大脑对免疫挑战的转录反应具有区域间的一致性和时间上的持续性。
3.3. 细胞比例分析
研究人员通过生物信息学方法对RNA-seq数据进行细胞类型比例反卷积分析，以排除观测到的转录变化是源于细胞组成改变的假象。结果显示，在不同时间点，海马体和皮层中神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞前体细胞(OPC)、髓鞘形成少突胶质细胞(MO)、小胶质细胞和内皮细胞的估计比例保持稳定，未发生显著变化。这表明观察到的转录组变化更可能源于细胞内部的调控改变，而非细胞群体的数量变动。
3.4. 染色质可及性
ATAC-seq分析染色质开放区域（即可及性）的动态变化。在海马体中，差异可及区域(DARs)的数量在12小时达到峰值；在皮层中，则在24小时达到峰值。仅有少数基因（海马体5个，皮层15个）的染色质可及性在所有三个时间点均发生改变。这表明染色质结构的改变是动态且短暂的，与急性免疫反应的时间进程密切相关。
3.5. 大脑中的DNA甲基化修饰
DNA甲基化分析（RRBS）揭示了与转录和染色质变化不同的模式。在海马体中，大量基因（在各时间点分别为3000-3900个）显示出差异甲基化，其中2101个基因在所有时间点均保持差异甲基化状态，且绝大多数表现为持续的高甲基化。相比之下，皮层中仅在个别时间点检测到极少的差异甲基化基因。进一步的基因本体分析显示，海马体中持续差异甲基化的基因富集于神经发生、神经元发育、轴突发育等通路。特别值得注意的是，有40个基因在海马体中同时表现出持续的差异表达和差异甲基化。这些发现表明，DNA甲基化作为一种更稳定的表观遗传标记，在GWI致敏模型中，特别是在海马体，留下了持久且特异的分子“疤痕”。
3.6. 利用MEME Suite进行转录因子结合位点分析
对差异甲基化胞嘧啶(DMC)侧翼序列的分析发现，其中显著富集了NF-κB、CREB1、EGR1、JUN、MYC等转录因子的结合基序。这些转录因子均是响应应激、炎症和LPS信号的关键调控因子。这提示，初始的应激-毒物暴露可能通过激活这些转录因子，进而引导了DNA甲基化酶等表观遗传调控因子在特定基因组位点沉积了持久的甲基化标记。
3.7. 血液中的DNA甲基化修饰
在血液样本中，研究人员同样检测到了广泛的、持续的DNA甲基化变化，在三个时间点分别有超过11000个基因相关区域发生改变，其中9244个基因在所有时间点均表现出差异甲基化。基因通路分析显示，这些基因富集于免疫系统调控、细胞因子信号传导等通路。最关键的是，通过脑-血关联分析，研究者发现了33个基因，它们在海马体中持续差异表达，同时在海马体和血液中均存在持续的差异甲基化。这33个基因中包括Stat3、Fgfr2、Plpp3、Cdkn1a等，它们的功能涉及免疫调节和胶质细胞功能。例如，Stat3基因在海马体启动子区的一个CpG岛表现为持续高甲基化，同时其转录本丰度却持续上调，这种看似矛盾的模式可能暗示了复杂的反馈调控机制，而其甲基化变化在血液中也有对应体现。
结论与意义
这项多组学研究系统性地揭示了在模拟GWI的长期应激-毒物暴露模型中，一次后续的免疫挑战能够在多个分子层面引发大脑（尤其是海马体）和外周血的深刻且部分持久的变化。研究不仅证实了急性神经炎症反应的存在，更重要的是，发现了DNA甲基化可能作为一种稳定的分子记忆机制，记录了初始的“致敏”事件。这种表观遗传印记可能与NF-κB、STAT3等关键炎症相关转录因子的活性变化有关。
该研究的核心突破在于首次在GWI模型中，通过多组学整合分析，明确展示了大脑（海马体）与外周血之间存在分子水平的一致性变化，特别是DNA甲基化层面的关联。这为将外周血DNA甲基化特征开发为GWI的潜在诊断或疾病活动度监测的生物标志物提供了强有力的临床前证据。所鉴定出的33个脑-血一致性基因及其富集的胶质细胞相关通路，为进一步理解GWI的病理生理机制，特别是胶质细胞在慢性神经免疫失调中的作用，指明了新的研究方向。最终，这项研究深化了我们对GWI是一种由应激和毒物暴露引发的、具有持久表观遗传基础的神经免疫适应不良状态的认识，为未来开发针对表观遗传机制或特定通路的疾病修正疗法奠定了理论基础。
