作者：宋洋 北京積水潭醫(yī)院

關(guān)于巨噬細(xì)胞基因表達(dá)的研究歷來(lái)集中于導(dǎo)致RNA聚合酶II募集和轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)的事件，而啟動(dòng)后步驟對(duì)巨噬細(xì)胞激活的貢獻(xiàn)仍知之甚少。在這里，我們報(bào)道了廣泛的啟動(dòng)子近端RNA聚合酶II在靜息巨噬細(xì)胞中暫停的標(biāo)志是負(fù)延伸因子（NELF）復(fù)合物的共定位，并由PU促進(jìn)。在炎癥刺激時(shí)，超過(guò)60%的活化轉(zhuǎn)錄組受聚合酶暫停釋放和染色質(zhì)的瞬時(shí)全基因組NELF解離的調(diào)節(jié)，出乎意料地，獨(dú)立于CDK9（一種推測(cè)的NELF激酶）。巨噬細(xì)胞中NELF的遺傳破壞增強(qiáng)了編碼Fos和Jun的AP-1的轉(zhuǎn)錄，從而增強(qiáng)了包括Il10在內(nèi)的AP-1靶點(diǎn)的轉(zhuǎn)錄。IL-10（一種關(guān)鍵的抗炎細(xì)胞因子）的表達(dá)增加，反過(guò)來(lái)減少了促炎介質(zhì)的產(chǎn)生，最終減少了體內(nèi)巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥。總之，這些發(fā)現(xiàn)確立了NELF在抑制炎癥抑制劑的轉(zhuǎn)錄從而使炎癥巨噬細(xì)胞活化方面先前未被認(rèn)識(shí)到的作用。
炎癥已演變?yōu)閷?duì)環(huán)境線索的快速反應(yīng)，并導(dǎo)致一系列生理和病理過(guò)程，包括宿主防御、組織損傷和代謝變化。炎癥的潛在有害影響需要存在精確的調(diào)節(jié)機(jī)制來(lái)控制其大小和持續(xù)時(shí)間。事實(shí)上，巨噬細(xì)胞的激活是炎癥反應(yīng)的一個(gè)重要組成部分，在多個(gè)層面受到嚴(yán)格的控制。例如，在激活過(guò)程中，巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組經(jīng)歷了大量的重編程，數(shù)百個(gè)基因快速上調(diào)和下調(diào)了數(shù)百甚至數(shù)千個(gè)折疊，將轉(zhuǎn)錄作為這些細(xì)胞中調(diào)控電路的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。巨噬細(xì)胞激活通常由細(xì)胞表面或內(nèi)體受體的連接觸發(fā)，其啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)，最終導(dǎo)致序列特異性轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶（Pol）II募集到靶基因loci。歷史上，Pol II募集和轉(zhuǎn)錄起始被認(rèn)為是基因激活的主要限速步驟。然而，這一觀點(diǎn)后來(lái)受到了幾項(xiàng)研究的挑戰(zhàn)，這些研究報(bào)告稱，在靜息巨噬細(xì)胞中，許多炎性基因（如Tnf）的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)（TSS）被Pol II9,10預(yù)加載，這提高了其激活的限速步驟發(fā)生在轉(zhuǎn)錄起始后的可能性。
事實(shí)上，最近主要在果蠅和干細(xì)胞中進(jìn)行的許多研究都描述了Poll II啟動(dòng)子——近端暫停、暫停釋放和進(jìn)入生產(chǎn)性伸長(zhǎng)同樣容易受到調(diào)。具體而言，在形成預(yù)引發(fā)復(fù)合物（PIC）后，Pol II啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄，合成短（20-60?nt）新生RNA，然后暫停。進(jìn)一步的生產(chǎn)性伸長(zhǎng)需要信號(hào)依賴性暫停釋放，以將Pol II動(dòng)員到基因體區(qū)域。鑒于Pol II暫停的重要性，暫停的建立及其釋放受到過(guò)多的積極和消極因素的高度調(diào)節(jié)，包括負(fù)延伸因子（NELF）、DRB敏感性誘導(dǎo)因子（DSIF）和正轉(zhuǎn)錄延伸因子-b（P-TEFb）。在源自生化研究的經(jīng)典暫停釋放模型中，四亞基NELF復(fù)合物結(jié)合并將Pol II保留在啟動(dòng)子近端區(qū)域。暫停釋放被認(rèn)為是由細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶9（CDK9）和細(xì)胞周期蛋白T1組成的異二聚體P-TEFb復(fù)合物對(duì)NELF的信號(hào)誘導(dǎo)磷酸化所觸發(fā)的，這導(dǎo)致NELF從啟動(dòng)子中消失。此外，P-TEFb磷酸化DSIF，將其從暫停轉(zhuǎn)化為延長(zhǎng)促進(jìn)因子，并在Pol II C末端結(jié)構(gòu)域（也被CDK12靶向）中的七肽重復(fù)序列中的絲氨酸2殘基，這被認(rèn)為共同促進(jìn)Pol II進(jìn)入基因體并產(chǎn)生轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)。
轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)后調(diào)控涉及關(guān)鍵的生物學(xué)過(guò)程，包括胚胎發(fā)生和發(fā)育。啟動(dòng)后機(jī)制對(duì)免疫細(xì)胞功能的貢獻(xiàn)尚未得到廣泛認(rèn)可，盡管一些開(kāi)創(chuàng)性研究已經(jīng)提供了強(qiáng)有力的證據(jù)，證明存在這種類型的調(diào)節(jié)，特別是在對(duì)環(huán)境線索快速反應(yīng)的細(xì)胞如巨噬細(xì)胞中。TLR4的連接，然后是NF?kB募集，導(dǎo)致P-TEFb與許多基因位點(diǎn)結(jié)合。事實(shí)上，我們和其他人的研究表明，P-TEFb負(fù)載和轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)是如何被炎癥的負(fù)調(diào)節(jié)因子（包括糖皮質(zhì)激素受體和其他轉(zhuǎn)錄抑制因子）靶向的，這突出了早期延長(zhǎng)期間免疫基因調(diào)節(jié)的生理重要性。盡管如此，這些研究主要集中于感興趣基因的特定亞群，而轉(zhuǎn)錄對(duì)巨噬細(xì)胞激活的啟動(dòng)后控制的特征和全球影響仍有待深入研究。
在這里，通過(guò)采用基因組、藥理學(xué)和生物化學(xué)方法，我們?nèi)胬L制了巨噬細(xì)胞激活過(guò)程中啟動(dòng)后轉(zhuǎn)錄景觀。我們描述了巨噬細(xì)胞炎癥激活過(guò)程中“暫停因子”NELF與染色質(zhì)的驚人的全局和動(dòng)態(tài)相互作用，以及譜系決定轉(zhuǎn)錄因子PU.1對(duì)這一過(guò)程的意外貢獻(xiàn)。利用巨噬細(xì)胞中Nelfb的基因破壞，我們鑒定了一組功能和轉(zhuǎn)錄多樣的NELF調(diào)節(jié)基因，這些基因?qū)ρ装Y信號(hào)做出異常反應(yīng)，并定義了一種將NELF直接轉(zhuǎn)錄控制下的暫停基因與其免疫系統(tǒng)中下游效應(yīng)器連接起來(lái)的途徑。最后，我們描述了體內(nèi)巨噬細(xì)胞特異性NELF耗竭的后果，從而確立了NELF在哺乳動(dòng)物炎癥反應(yīng)中的生理作用。
為了全面定義與小鼠原代骨髓源性巨噬細(xì)胞（BMDM）中信號(hào)誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄相關(guān)的全局Pol II暫停模式，我們進(jìn)行了Pol II染色質(zhì)免疫沉淀，隨后進(jìn)行了高通量測(cè)序（染色質(zhì)免疫共沉淀（ChIP）-seq）和精確核運(yùn)行測(cè)序（PRO seq）。在10076個(gè)由RNA-seq（下文稱為“BMDM轉(zhuǎn)錄組”）定義的BMDM中表達(dá)的獨(dú)特基因中，絕大多數(shù)基因顯示了啟動(dòng)子-近端暫停的特征，如根據(jù)TSS區(qū)域與基因體區(qū)域中的Pol II ChIP-seq信號(hào)計(jì)算的高暫停指數(shù)（PI）所定義的。高度暫停（PI?≥?3，第1組）和適度暫停（1.5?≤?圓周率?