Sci Adv | 周慧婷/汪健团队揭示CCR5ʰⁱ单核细胞介导生命早期训练免疫长效抵御脓毒症的机制

脓毒症是由感染引起宿主反应失调所致的危及生命的器官功能障碍，新生儿、老年人及免疫功能低下人群尤其易感。目前，脓毒症治疗仍以抗感染、器官功能支持和对症处理为主，针对宿主免疫功能的有效预防与干预策略仍然有限。传统观点认为，免疫记忆主要由适应性免疫系统产生。近年来，“训练免疫”（trained immunity）概念的提出改变了这一认识：单核细胞、巨噬细胞等固有免疫细胞在经历初次刺激后，可通过代谢和表观遗传重编程形成一种“记忆样”状态，并在再次遭遇病原体时产生更为迅速、强烈的防御反应。然而，训练免疫能否对脓毒症形成持久保护？其关键效应细胞及具体代谢—表观遗传调控机制仍不清楚。

近日，苏州大学附属儿童医院周慧婷研究员、汪健教授与美国得克萨斯大学西南医学中心唐道林教授团队在Science Advances发表题为Metabolic-epigenetic rewiring of CCR5hi monocytes sustains long-term trained immunity against lethal sepsis的研究论文。该研究发现，卡介苗（BCG）联合细菌脂蛋白（BLP）诱导的训练免疫可产生从生命早期延续至成年期的抗脓毒症长效保护，鉴定出CCR5hi记忆样单核细胞这一关键效应细胞，并揭示“乳酸—KAT2B—H3K18la”代谢—表观遗传轴维持长期固有免疫记忆的分子机制。

从生命早期到成年：训练免疫建立抗脓毒症长效保护

研究团队在7日龄新生小鼠中建立BCG联合BLP训练免疫模型，并于免疫后3天采用盲肠内容物悬液（cecal slurry，CS）诱导多菌性脓毒症。结果显示，BCG联合BLP训练显著提高了脓毒症新生小鼠的存活率，由对照组的20%提升至90%。训练后小鼠表现出更强的细菌清除能力，血液及肺、脾、肝等组织中的细菌负荷明显下降，血清LDH、ALT等组织损伤指标降低，肺和肝脏病理损伤也明显减轻。更重要的是，这种保护并非短暂存在。

研究人员在BCG+BLP训练后2周和7周，分别于幼年和成年阶段再次诱导脓毒症，发现训练小鼠仍保持明显的生存优势、更有效的细菌清除以及更轻的组织损伤。此外，在大肠杆菌感染、盲肠结扎穿孔（CLP）以及老年小鼠CLP模型中，也观察到类似的保护效应。这些结果表明，BCG+BLP不仅增强了BCG诱导训练免疫的保护强度，还将其抗脓毒症保护从生命早期延续至成年期。

单细胞测序结合功能验证：锁定CCR5hi记忆样单核细胞

为了明确长期训练免疫的关键效应细胞，研究团队对BCG联合BLP免疫后的外周免疫细胞进行了单细胞RNA测序。研究共分析31,132个细胞，并进一步将单核细胞划分为13个不同亚群。结果显示，其中Mon5单核细胞亚群高表达CCR5，并在BCG+BLP训练后明显扩增；其比例在训练后第14天和第28天仍可在外周血、脾脏和骨髓中维持较高水平，提示该细胞群具有长期维持特征。但仅有数量增加并不能证明这些细胞真正介导训练免疫。进一步分选CCR5hi和CCR5lo单核细胞进行功能验证发现，来自BCG+BLP训练小鼠的CCR5hi单核细胞具有更强的细菌吞噬和吞噬体酸化能力，并在再次受到LPS刺激时产生更高水平的IL-6和TNF-α，呈现出典型的训练免疫“二次应答增强”特征。

随后，研究团队采用细胞过继转移、CCR5药理阻断和条件性基因敲除等多种手段进行因果验证。细胞过继转移实验显示，将BCG+BLP训练后的CCR5hi单核细胞转移至未经免疫的小鼠，可提高受体小鼠的脓毒症生存率、降低血液及多器官细菌负荷并减轻组织损伤。使用CCR5拮抗剂Maraviroc（MVC）阻断CCR5信号后，BCG+BLP诱导的CCR5hi单核细胞扩增受到抑制，同时细菌清除能力下降，提示CCR5信号参与该训练细胞群的形成和功能。进一步在髓系细胞特异性Ccr5基因敲除小鼠中发现，BCG+BLP所带来的生存保护、细菌清除和组织保护作用均明显减弱，而且这种影响不仅出现在训练后早期，在免疫后2周和7周的幼年及成年阶段同样存在。由此证实，CCR5hi记忆样单核细胞是介导BCG+BLP训练免疫长期保护的重要效应细胞。

代谢—表观遗传重塑机制：“乳酸—KAT2B—H3K18la”轴

训练免疫的形成通常伴随细胞代谢改变。研究团队对分选获得的CCR5hi单核细胞进行了代谢通量分析。Seahorse检测显示，BCG+BLP训练后的CCR5hi单核细胞糖酵解水平、糖酵解能力和糖酵解储备均明显升高，整体代谢更倾向于糖酵解。机制研究发现，BCG+BLP激活AKT–mTOR–HIF-1α信号轴，促进细胞代谢向糖酵解重编程，并导致细胞乳酸积累。使用2-脱氧葡萄糖（2-DG）抑制糖酵解，或使用乳酸脱氢酶抑制剂草氨酸钠（sodium oxamate）抑制乳酸生成后，CCR5hi单核细胞的细胞因子产生和吞噬功能均受到明显抑制；补充外源性乳酸则可部分恢复这些功能。这说明乳酸并非单纯的糖酵解终末产物，而是连接代谢重编程与训练免疫功能的重要信号分子。

过去，乳酸更多被看作糖酵解产生的代谢终产物，但近年来越来越多研究表明，乳酸同样能够作为信号分子参与表观遗传调控。研究团队检测了CCR5hi单核细胞中的组蛋白乳酰化水平，发现BCG+BLP训练显著提高了整体赖氨酸乳酰化水平，而在多个组蛋白位点中，组蛋白H3第18位赖氨酸乳酰化（H3K18la）尤为显著。使用2-DG抑制糖酵解后，H3K18la水平明显下降，而补充外源性乳酸可部分恢复这一修饰；抑制乳酸生成或阻断CCR5信号同样可降低H3K18la水平。由此表明，BCG+BLP诱导的糖酵解—乳酸代谢重编程可进一步转化为H3K18乳酰化这一表观遗传标记。

随后，研究团队对可能参与乳酰化修饰的酶进行筛选，单细胞转录组和蛋白检测结果共同指向赖氨酸乙酰转移酶KAT2B。BCG+BLP训练后KAT2B蛋白明显升高，外源乳酸可进一步促进KAT2B表达，而抑制乳酸生成则降低KAT2B水平。进一步在Kat2b基因敲除小鼠中发现，CCR5hi单核细胞的H3K18la水平显著下降，吞噬能力和细胞因子应答受到抑制，BCG+BLP对脓毒症的保护作用也明显减弱，表明KAT2B是连接乳酸代谢与H3K18乳酰化的关键表观遗传“写入”因子。为了进一步明确H3K18乳酰化如何改变CCR5hi单核细胞功能，研究团队将H3K18la CUT&Tag与RNA测序进行联合分析。结果显示，BCG+BLP训练后H3K18la在基因转录起始位点附近明显富集，其中约40%的峰位于启动子区域；进一步筛选出33个同时表现为H3K18la富集增加和转录上调的候选基因，包括Cd81、Nr4a1、Fosb和Orm1等与吞噬、炎症应答及免疫调控相关的基因。

人脐带血验证：支持研究的潜在转化价值

为了评估这一机制在人新生儿免疫系统中的适用性，研究团队进一步使用新生儿脐带血样本开展体外验证。BCG联合BLP训练后，人脐带血中CCR5hi单核细胞比例明显增加。分选获得的CCR5hi单核细胞在再次接受刺激时，表现出更强的细胞因子应答和细菌吞噬能力，同时伴随KAT2B表达和H3K18la水平升高。这些结果提示，人新生儿单核细胞中同样可能存在与小鼠相似的CCR5hi训练免疫特征及“乳酸—KAT2B—H3K18la”代谢—表观遗传程序。该研究目前人源验证仅来自小样本脐带血细胞的体外训练，尚需在更大规模人群和临床相关场景中验证其生理意义、长期安全性与转化价值。

综上，该研究从“保护效应—关键细胞—分子机制—人源验证”四个层面建立了较为完整的证据链：生命早期BCG联合BLP免疫可将抗脓毒症保护延续至成年期；CCR5hi记忆样单核细胞是维持这一长效训练免疫的重要效应细胞；AKT–mTOR–HIF-1α驱动的糖酵解和乳酸积累，则通过KAT2B介导H3K18乳酰化，持续激活吞噬及炎症应答相关基因。该工作不仅为“短暂免疫刺激如何转化为跨发育阶段的固有免疫记忆”提供了代谢—表观遗传解释，也提示增强或靶向CCR5hi单核细胞，可能为新生儿等脓毒症高风险人群提供宿主导向的免疫预防新思路。

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aee1634

制版人： 十一

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