《Frontiers in Immunology》：A murine model of sepsis induces age- and sex-specific chromatin remodeling in myeloid-derived suppressor cells
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脓毒症幸存者常发生长期免疫功能障碍，但其表观遗传机制不明。本研究针对脓源性髓源性抑制细胞，在临床相关的小鼠模型中，结合年龄与性别因素，利用单分子水平的MAPit-FENGC技术与单细胞RNA测序，绘制了高分辨率的表观遗传图谱，鉴定出九类具有不同染色质动态特征的启动子，揭示了脓毒症诱导的、受宿主年龄和性别调控的表观遗传重编程机制，为理解脓毒症后免疫失调提供了新视角。
想象一下，一个人经历了一场凶险的感染，虽然从死亡的边缘被抢救回来，但身体却仿佛被按下了“静音键”，免疫系统长期功能低下，对新的感染毫无招架之力，生活质量大打折扣。这就是脓毒症幸存者面临的残酷现实。脓毒症，作为一种由感染引发的危及生命的器官功能障碍，每年在全球造成数百万人死亡，幸存者也常被长期的免疫功能障碍所困扰。尽管急症救治水平有所提高，但针对这种长期后遗症，目前几乎没有任何有效的治疗方法。科学家们将目光投向了一类特殊的免疫细胞——髓源性抑制细胞。这类细胞在脓毒症期间会大量扩增并持续存在，被认为是导致免疫抑制的关键“元凶”。然而，驱动MDSCs在脓毒症后发生功能改变的深层分子机制，尤其是表观遗传层面的调控，仍然是一个巨大的黑箱。更复杂的是，临床数据显示，脓毒症的发病率和结局存在明显的年龄和性别差异，提示宿主因素在疾病进程中扮演着重要角色。为了揭开这些谜团，一支研究团队在《Frontiers in Immunology》上发表了一项开创性研究，他们深入探索了脓毒症如何以年龄和性别特异性的方式，重塑MDSCs的“基因蓝图”。
为了回答上述问题，研究人员开展了一项系统而深入的研究。首先，他们建立了一个更贴近临床实际的动物模型：对年轻（3-5月龄）和年老（18-22月龄）的雄性与雌性C57BL/6J小鼠进行盲肠结扎穿孔术诱导腹腔感染，并在术后施加每日慢性束缚应激，以模拟重症监护室中的生理与心理压力。术后第7天，从小鼠脾脏中分离出CD11b+Gr1+的MDSCs。研究的核心采用了两种前沿技术：一是MAPit-FENGC，这是一种能够在单分子水平上同时对目标基因启动子区域的内源性CpG位点甲基化和染色质可及性（通过GpC甲基化探测）进行高通量分析的表观遗传学技术；二是单细胞RNA测序，用于在单细胞分辨率下分析基因表达谱。通过对98个免疫相关基因启动子的分析，并结合转录组数据，研究团队旨在绘制一幅高分辨率、多维度、并涵盖年龄与性别因素的MDSCs表观遗传图谱。
研究结果
表观遗传结构根据脓毒症、年龄和性别区分MDSCs
主成分分析显示，基于所检测位点的内源性CpG甲基化或染色质可及性数据，来自脓毒症小鼠的MDSCs与对照组（未处理）明显区分。特别值得注意的是，在脓毒症后，与年轻雌性及不同年龄的雄性相比，老年雌性小鼠的CpG甲基化模式显示出最大程度的差异。在染色质可及性方面，脓毒症同样导致了显著分离，尤其是在雌性样本中更为明显。这些数据表明，脓毒症暴露驱动了MDSCs表观遗传景观的深刻改变，且这些改变受到宿主年龄和性别的显著影响。
脓毒症后MDSCs中存在不同的启动子可及性类别
通过对单个启动子拷贝进行无监督聚类分析，研究人员在脾脏CD11b+Gr1+MDSCs中鉴定出了九类启动子。它们代表了针对脓毒症的不同染色质反应模式：
脓毒症诱导许多启动子形成核小体缺失区（Classes 1-4）
这几类启动子在脓毒症刺激下表现出染色质开放（可及性增加）。
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Class 1 (代表基因 S100a9): 在所有脓毒症组中均开放，但在老年雌性中开放程度最大，并伴有部分DNA去甲基化。
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Class 2 (代表基因 Cxcr2, Nos2): 仅在老年雌性脓毒症组以及年轻和老年雄性脓毒症组中开放，而在年轻雌性脓毒症组中不开放，显示了雌性特异的年龄依赖性。
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Class 3 (代表基因 S100a8, Mmp8): 在所有年龄和性别的脓毒症组中均一致开放，代表了核心的、不受宿主因素影响的脓毒症应答基因。
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Class 4 (代表基因 Fyb): 主要在雌性脓毒症小鼠（无论年轻或年老）中开放增加，而在雄性中变化不大，显示了性别特异性。
持续关闭的启动子在脓毒症中仍保持难诱导状态（Classes 5-7）
这几类启动子的染色质始终处于“关闭”或紧密包装状态，无法形成大的开放区域，且可及性在脓毒症后（尤其在老年个体中）进一步降低。它们的区别主要在于DNA甲基化水平：Class 5甲基化水平最高，Class 6为中等，Class 7较低。代表基因包括Class 5的Lyz1、Retn，Class 6的Serpine1，以及Class 7的Vcan。
组成型可及的启动子（Classes 8-9）
这类启动子在所有条件下都保持高度可及。
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Class 8 (代表基因 Cd274(PD-L1), Nfkbiz): 在所有组中均具有明显的核小体缺失区，但在老年脓毒症雌性小鼠中可及性有适度降低，整体结构仍得以保持。
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Class 9 (代表基因 Tet2): 在所有条件下（脓毒症与否、不同年龄、性别）均保持高度可及，不受外界因素影响，像一个“看家”基因。
单细胞转录组学支持MDSCs亚群中表观遗传启动子类别的区分
单细胞RNA测序分析验证了表观遗传定义的类别与基因表达模式之间的关联。例如，被归类为Class 1的S100a9基因，在所有三种MDSCs亚型中均因脓毒症而诱导表达。Class 3的S100a8也在早期MDSCs和粒细胞样MDSCs中上调。而被归类为Class 7的Ccl5基因，其启动子可及性低，在转录水平上也仅表现出微弱且选择性的诱导。这些发现表明，通过MAPit-FENGC定义的染色质可及性状态，能够很好地预测基因的转录活性。
结论与意义
本研究通过在结合了每日慢性应激的脓毒症小鼠模型中，应用高分辨率的MAPit-FENGC表观遗传分析技术，首次系统描绘了脾脏CD11b+Gr1+细胞在目标免疫基因启动子层面的年龄与性别特异性表观遗传图谱。研究最重要的发现是鉴定出了九类具有截然不同染色质动态特征的启动子。这些类别不仅清晰地区分了脓毒症诱导的染色质开放、持续关闭以及组成型开放等状态，更重要的是，揭示了这些表观遗传重编程模式强烈地受到宿主年龄和性别的调控。
研究的结论具有多重重要意义。首先，它从表观遗传学角度为脓毒症幸存者长期免疫功能障碍提供了新的机制解释。例如，老年个体中免疫检查点基因（如Cd274/PD-L1）和抗炎基因（如Il10）启动子的选择性、部分关闭，可能与老年脓毒症幸存者持续免疫抑制和不良预后相关。其次，研究阐明了年龄和性别差异的分子基础。例如，Class 2启动子仅在老年雌性和各年龄雄性中开放，而在年轻雌性中不开放，这为临床上观察到的脓毒症结局的性别与年龄差异提供了潜在的表观遗传学解释。再者，不同类别的启动子可能对应着MDSCs不同的功能状态，这为未来开发靶向特定表观遗传途径的治疗策略（如使用组蛋白去乙酰化酶抑制剂或DNA甲基转移酶抑制剂）来“重编程”功能失调的MDSCs、改善患者预后提供了理论依据和潜在的靶点。最后，组成型开放的Class 9启动子（如Tet2）可能作为MDSCs的标志性基因，而各类别启动子本身也可能成为评估MDSCs状态或患者分层的新型生物标志物。
总之，这项研究深入揭示了脓毒症如何在与宿主因素的复杂交互中，对关键免疫细胞的表观遗传蓝图进行长期而特异的“雕刻”。这些发现不仅增进了对脓毒症病理生理学的理解，也为迈向针对年龄和性别差异的精准免疫治疗开辟了新的道路。当然，研究也存在一些局限性，如模型包含了慢性应激成分、靶向的启动子数量有限、以及尚未直接验证表观遗传改变对MDSCs抑制功能的影响等，这些都为未来的研究指明了方向。
