不同細胞和物種之間的基因表達差異塑造先天性免疫

在一項新的研究中，來自英國威康基金會桑格研究所和歐洲分子生物學實驗室（EMBL）歐洲生物信息學研究所等研究機構的研究人員對六種哺乳動物物種中的25萬多個細胞的基因進行測序，證實了免疫反應中的基因如何在不同的細胞之間和不同的物種之間具有不同的活活性。相關研究結果于2018年10月24日在線發表在Nature期刊上，論文標題為“Gene expression variability across cells and species shapes innate immunity”。

這些研究人員以前所未有的細節研究了在細胞對病原體入侵作出的初始反應--先天性免疫反應（innate immune response）---中激活的基因。他們利用單細胞基因組學技術測量了25萬多個細胞中數千個基因的活性來繪制抗病毒和抗細菌免疫的進化。

之前的研究已表明，先天性免疫反應中的許多基因在脊椎動物中快速地進化。這被認為是由來自細菌和病毒等病原體的無情攻擊壓力造成的。這些基因包括產生細胞因子和趨化因子分子的基因，它們以多種方式起作用---一些分子是提醒身體危險存在的炎癥分子；其他的分子限制病原體增殖的能力；還有一些分子誘導細胞死亡。它們代表了一種成功的宿主策略來抵抗快速進化的病原體。

這些研究人員證實這些基因在不同的物種之間快速地進化，而且在單個組織內的不同細胞中也具有高度可變的活性。相比之下，他們發現在不同物種之間保守的并調節免疫反應的基因在單個組織的不同細胞之間中更加一致性地被激活。這些基因可能受到更嚴格的限制，這是因為它們參與細胞內的許多不同功能。但是，它們也是病毒的靶標。這些受到更嚴格限制的基因代表著致命弱點，可被病原體用來破壞免疫系統。

論文**作者、威康基金會桑格研究所研究員Tzachi Hagai博士說，“我們認為這種激活模式---一些基因受到嚴格控制，而另一些基因具有更多的可變活性---已進化成了一種對先天性免疫反應加以微調的方式。它是高效的，但又是平衡的。基因能夠經進化后協助細胞控制入侵者，而且對這些基因的使用能夠因細胞而異，因此周圍組織不會受到大量攻擊的影響。”

論文通信作者、威康基金會桑格研究所細胞遺傳學主任Sarah Teichmann博士說，“在單細胞分辨率下DNA測序的強大功能意味著開展這種類型的研究如今是可行的。據估計，人體有37萬億個細胞，每個細胞具有相同的遺傳密碼。但是不同的細胞具有不同的表現，它們以不同的方式使用遺傳密碼。通過研究單個細胞，我們能夠理解生命的這些基礎的構成單元（building block，這里指的是細胞）以及它們如何一起合作，包括它們如何抵抗病原體。”