连发3篇Immunity | 董晨团队揭示细胞因子启动 Th17 细胞分化新机制

辅助性 T 细胞 17（T helper cell 17，Th17）是一种能够分泌白介素 17（interleukin 17，IL-17）的 T 细胞亚群，在自身免疫性疾病和机体防御反应中具有重要的意义。作为 Th17 的发现者之一，董晨院士在今年 6 月的 Nature Immunology 上分享了发现 Th17 细胞的有趣经历 ⁽¹⁾。

图片来源：Nature Immunology

Naive CD4⁺ T 细胞可在细胞因子的影响下分化为不同类型的效应 T 细胞。Th17 细胞分化的启动需要白介素 6（IL-6）和转化生长因子 β（TGF-β）的作用，进而上调控制 Th17 细胞发育的谱系特异性转录因子 RORγt 的表达。

然而，关于 IL-6 和 TGF-β 如何在 Th17 细胞分化的早期阶段启动 RORγt 表达的认识仍然很少。

2020 年 8 月 21 日，清华大学医学院董晨院士团队在 Immunity 上在线发表了题为 The Conserved Non-coding Sequences CNS6 and CNS9 Control Cytokine-Induced Rorc Transcription during T Helper 17 Cell Differentiation 的研究成果 ⁽²⁾。

该研究发现起始 Th17 细胞分化所必需的两个细胞因子 IL-6 和 TGF-β，通过 Rorc 基因上两个不同的保守非编码序列（conserved non-coding sequence, CNS）CNS6 和 CNS9 诱导 RORγt 转录，从而启动 Th17 细胞分化。

图片来源：Immunity

研究内容

CNS6 或 CNS9 缺失导致 Th17 细胞分化缺陷

IL-6 主要通过 STAT3 起作用，为了了解 STAT3 是如何启动 Th17 细胞发育的，作者研究了 STAT3 怎样通过 Rorc 基因（编码 RORγt）中的顺式调控元件调控其表达。

作者首先确认了 Rorc 基因的 11 个保守非编码序列（CNS1–CNS11）。通过分析已经发表的 ChIP-seq 数据，作者发现 CNS9 与 STAT3 的相互作用最强，CNS6 与 STAT3 也有较弱的相互作用，提示 CNS6 和 CNS9 是潜在的 STAT3 依赖性顺式调节元件。

图片来源：Immunity

为了确定 CNS6 和 CNS9 是否确实参与 Rorc 表达和 Th17 细胞分化，作者通过 CRISPR-Cas9 技术分别构建了 CNS6 和 CNS9 缺陷的小鼠，结果发现 CNS6 和 CNS9 缺陷并没有影响 RORγt⁺ 天然淋巴细胞的发育和功能，但显著导致了 Th17（CD4⁺RORγt⁺FOXP3⁻）和调节性 Th17（Tr17，CD4⁺RORγt⁺FOXP3⁺）细胞的分化缺陷。

图片来源：Immunity

此外，CNS6 或 CNS9 缺陷的小鼠表现出对实验性自身反应性脑脊髓炎（EAE）的诱导产生不同程度的抵抗，和野生型小鼠相比，CNS6 缺陷小鼠的疾病严重程度较低，而 CNS9 缺陷小鼠几乎完全抵抗 EAE 疾病的诱导，提示体内致病性 Th17 细胞的产生在很大程度上取决于 CNS9，而对 CNS6 的依赖性较小。

CNS6 或 CNS9 缺失影响 RORγt 表达和 Th17 分化的机制是怎样的？

细胞实验表明 CNS6 或 CNS9 缺失显著降低了 RORγt 表达，并影响 Th17 的分化，那么其中的机制是怎样的呢？

IL-6 和 TGF-β 在 Th17 细胞的表观遗传激活中具有重要作用。ChIP 实验发现 IL-6 诱导 STAT3 与 Rorc 启动子以及 CNS6 和 CNS9 区直接结合，敲除 STAT3 会导致 CNS6 和 CNS9 区域 H3K4me3 和 H3Ac 表观遗传标记的消失，表明 CNS6 和 CNS9 是响应 IL-6-STAT3 信号转导的功能性顺式调节元件。

图片来源：Immunity

然而，TGF-β 的情况却有些不同，CNS6 缺失，而非 CNS9，显著降低了 TGF-β 诱导的 RORγt 表达。TGF-β 信号相关的染色质变化选择性地富集在 CNS6 和 Rorc 启动子上，而不是在 CNS9 上富集。ChIP 实验显示，TGF-β 信号下游的转录因子 SMAD2+SMAD3 和 SMAD4 与 CNS6 选择性相互作用，但不与 CNS9 相互作用。

此外，作者还发现 TGF-β 还可通过诱导 c-Maf 表达，进而与 CNS6 而非 CNS9 相互作用来激活 RORγt 表达。这些发现确认了 CNS6 可作为顺式调控元件，在 TGF-β 信号转导中起到重要作用。

图片来源：Immunity

研究总结

本研究首次揭示了 IL-6 和 TGF-β 下游信号通过与不同的顺式调控元件相互作用，从表观和分子水平协同调控 RORγt 的表达和 Th17 细胞分化。

这个发现有助于理解顺式调控元件如何整合细胞因子信号，来驱动谱系特异性转录因子表达的分子机制。该研究也是继 Foxp3 基因之后，首次在辅助性 T 细胞亚群中系统研究首要转录因子相关的顺式调控机制。

图片来源：Immunity

清华大学医学院 2015 级直博生常德慧是本文章的第一作者，董晨教授和王小虎副研究员担任文章的共同通讯作者。本项目的研究受到了科技部重点研发项目、国家自然科学基金委、北京市科委等多个项目的支持。

延伸阅读

董晨教授是国际著名免疫学家，在T细胞分化和自身免疫疾病领域做出了多项开创性贡献。他所领导的团队发现的两类辅助性T细胞——Th17和滤泡辅助性T (Tfh) 细胞，已经被写入经典免疫学教科书。董晨教授对免疫耐受和炎症疾病的分子机制也有重要贡献。其研究对于治疗免疫性疾病带来了深远的影响，针对Th17的药物已经获批治疗多种疾病。

图片来源：Institute for Immunology, Tsinghua University（http://www.iitu.tsinghua.edu.cn/show/faculty/47.html）

本次 Immunity 论文为董晨团队今年第 3 次在该杂志发文。

第一篇 Immunity 论文发表在 2 月 18 日，该研究发现发烧会影响 Th17 细胞的分化和致病性，进而影响自身免疫性疾病 ⁽³⁾。

图片来源：Immunity

第二篇 Immunity 论文发表在 6 月 16 日，该论文研究了 COVID-19 恢复期个体中 SARS-CoV-2 - 特定的体液和细胞免疫情况 ⁽⁴⁾。

图片来源：Immunity

此外，据最新消息，董晨院士已于 8 月 16 日全职加盟上海交通大学医学院附属仁济医院，详细情况见推荐阅读。期待董老师在新的平台用科学带动医学发展，开辟一个广阔的天地！

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