不同细胞和物种间的基因表达差异塑造主先天性免疫

在一项新的研究中，来自英国威康基金会桑格研究所和欧洲分子生物学实验室（EMBL）欧洲生物信息学研究所等研究机构的研究人员对六种哺乳动物物种中的25万多个细胞的基因进行测序，证实了免疫反应中的基因如何在不同的细胞之间和不同的物种之间具有不同的活活性。相关研究结果于2018年10月24日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Gene expression variability across cells and species shapes innate immunity”。

这些研究人员以前所未有的细节研究了在细胞对病原体入侵作出的初始反应--先天性免疫反应（innate immune response）---中激活的基因。他们利用单细胞基因组学技术测量了25万多个细胞中数千个基因的活性来绘制抗病毒和抗细菌免疫的进化。

之前的研究已表明，先天性免疫反应中的许多基因在脊椎动物中快速地进化。这被认为是由来自细菌和病毒等病原体的无情攻击压力造成的。这些基因包括产生细胞因子和趋化因子分子的基因，它们以多种方式起作用---一些分子是提醒身体危险存在的炎症分子；其他的分子限制病原体增殖的能力；还有一些分子诱导细胞死亡。它们代表了一种成功的宿主策略来抵抗快速进化的病原体。

这些研究人员证实这些基因在不同的物种之间快速地进化，而且在单个组织内的不同细胞中也具有高度可变的活性。相比之下，他们发现在不同物种之间保守的并调节免疫反应的基因在单个组织的不同细胞之间中更加一致性地被激活。这些基因可能受到更严格的限制，这是因为它们参与细胞内的许多不同功能。但是，它们也是病毒的靶标。这些受到更严格限制的基因代表着致命弱点，可被病原体用来破坏免疫系统。

论文第一作者、威康基金会桑格研究所研究员Tzachi Hagai博士说，“我们认为这种激活模式---一些基因受到严格控制，而另一些基因具有更多的可变活性---已进化成了一种对先天性免疫反应加以微调的方式。它是高效的，但又是平衡的。基因能够经进化后协助细胞控制入侵者，而且对这些基因的使用能够因细胞而异，因此周围组织不会受到大量攻击的影响。”

论文通信作者、威康基金会桑格研究所细胞遗传学主任Sarah Teichmann博士说，“在单细胞分辨率下DNA测序的强大功能意味着开展这种类型的研究如今是可行的。据估计，人体有37万亿个细胞，每个细胞具有相同的遗传密码。但是不同的细胞具有不同的表现，它们以不同的方式使用遗传密码。通过研究单个细胞，我们能够理解生命的这些基础的构成单元（building block，这里指的是细胞）以及它们如何一起合作，包括它们如何抵抗病原体。”

参考资料：

Tzachi Hagai, Xi Chen, Ricardo J. Miragaia et al. Gene expression variability across cells and species shapes innate immunity. Nature, Published Online: 24 October 2018, doi:10.1038/s41586-018-0657-2.