主要观点总结
本文系统性地研究了核受体（NR）在免疫系统中的作用，运用Rainbow-CRISPR筛选技术揭示了NR家族成员在免疫细胞发育、分化和稳态维持中的影响。重点阐述了视黄酸受体（RAR/RXR）在调控腹腔巨噬细胞（LPM）命运中的不同分子机制，为免疫相关疾病的治疗提供了新的靶点和策略。文章还提到了核受体在癌症和代谢性疾病中的功能和应用，以及未来可能的治疗应用前景。
关键观点总结
关键观点1: 核受体（NR）在免疫系统中发挥关键的调控作用。
研究人员运用Rainbow-CRISPR筛选技术，系统性地研究了NR在免疫细胞发育、分化和稳态维持中的影响，揭示了NR家族成员如何调控不同免疫细胞的命运。
关键观点2: 视黄酸受体（RAR/RXR）在调控腹腔巨噬细胞（LPM）命运中具有重要作用。
RARγ和RXRα通过不同的分子机制调控LPM细胞的发育、分化和存活。RXRα通过经典的转录功能调控基因表达，而RARγ则独立于转录调控，直接调控炎症小体活化和炎性细胞死亡来影响LPM的生死。
关键观点3: 核受体在癌症和代谢性疾病中的功能和应用。
核受体在癌症的发生发展和转移中扮演重要角色，是多种癌症的潜在治疗靶点和诊断标志物。此外，核受体在能量、脂质和糖代谢中发挥关键作用，并参与细胞自噬的启动和调控。
正文
核受体（NR）是重要的转录因子，它们通过与配体结合调控基因表达，影响细胞的生长、分化、代谢和凋亡等多种生物学过程。近年来，研究人员深入探索了NR在癌症和代谢等方面的功能和应用。在癌症研究中，NR在肿瘤的发生发展和转移中扮演重要角色，是多种癌症的潜在治疗靶点和诊断标志物。如雌激素受体（ER）和雄激素受体（AR）是乳腺癌和前列腺癌治疗的主要靶点，相关的药物如他莫昔芬和恩杂鲁胺已被广泛应用于临床。在代谢疾病方面，NR在能量、脂质和糖代谢中发挥关键作用，并通过调节自噬相关基因的表达，参与细胞自噬的启动和调控，使其成为治疗代谢性疾病的重要靶点。此外，一些NR在免疫系统中也发挥重要作用，如糖皮质激素通过其受体GR具有显著的抗炎效果，RORγ在淋巴器官的形成及先天性淋巴细胞和T细胞的分化中起关键作用。然而，目前对NR在免疫细胞发育、分化与稳态维持中的作用尚未进行系统性研究。近日，哈佛医学院的Christophe Benoist课题组在Immunity杂志上发表了一篇题为A pan-family screen of nuclear receptors in immunocytes reveals ligand-dependent inflammasome control的文章。该研究运用体内Rainbow-CRISPR筛选技术，系统性地研究NR家族成员如何调控免疫细胞的命运。他们发现NR不仅能通过影响早期造血干细胞（HSC）的功能，广泛影响其子代免疫细胞的发育和分化，还能特异性地作用于某一特定细胞类型。其中，视黄酸受体（RA）成员（RAR/RXR）具有最广泛的调节作用，尤其对GATA6+腹腔巨噬细胞（LPM）的影响最为显著。研究人员发现，一方面RXRα通过经典的转录功能调控LPM细胞发育和分化，另一方面RARγ通过配体依赖性方式调控炎症小体的组装和活化，从而控制LPM的生死。这一机制从转录和非转录两个层面准确阐释了RA如何调控LPM的命运，为后续研究NR在免疫系统中的功能及其潜在的治疗应用提供了新的视角。在筛选过程中，研究人员首先在表达Cas9蛋白的HSC中感染特定的gRNA以敲除NR表达，然后通过HSC移植技术在免疫缺陷小鼠中重建免疫细胞分化和发育。通过免疫表型和转录组学分析，评估了35种NR在28种不同天然免疫和适应性免疫细胞发育、分化及稳态维持中的影响。每只骨髓嵌合体（BMC）小鼠接受了三种不同的HSC群体，两种NR突变体和一种野生型对照（WT），直接比较相同环境下分化出的WT和NR失活细胞。每个NR基因敲除都使用了针对同一基因的三种不同gRNA以提高敲除效率，这些gRNA带有相同的荧光报告基因，但三种HSCs及其子代细胞都带有不同的荧光报告基因。在允许免疫细胞重建和分化后（髓系细胞需4周，淋巴细胞需10周），通过流式细胞术检测三种荧光蛋白（绿色、红色和蓝色荧光蛋白）在不同免疫细胞中的相对丰度，评估NR对免疫细胞的影响（图1）。若NR对免疫细胞的发育和分化没有影响，其gRNA的相对丰度在所有免疫细胞中不会有显著变化；若NR对某一特定细胞类型起正调控作用，相比其他细胞类型特定细胞类型中其gRNA相对丰度下调；相反，若是负调控作用，则其gRNA的相对丰度会上调。Rainbow-CRISPR筛选揭示了一些NR的已知功能，如RORγt和NR1H2（LXRβ）对脾脏中αβT细胞数量的影响，这一发现与之前关于它们在胸腺T细胞发育中作用的研究结果相一致，进一步证实了筛选系统的有效性。一些NR可以通过影响HSC的发育分化，广泛影响其子代免疫细胞的数量。此外，它们也可以特异性地调控某一特定细胞或多种免疫细胞的发育和分化，包括总B细胞及其亚群（边缘区（MZ）和生发中心（GC）B细胞）、调节性T细胞（Treg）、嗜中性粒细胞和巨噬细胞等。RA受体（RXRα或RARγ）失活显著减少LPM数量，转录组学分析也显示RXRα或RARγ失活也导致LPM相关基因表达显著下调。几乎所有组织驻留巨噬细胞（TRMs）都表达RA受体，尽管其表达水平存在差异。当小鼠被喂以维生素A缺乏（RA缺乏）的饲料时，几乎所有TRMs的数量都受到影响。进一步的Rainbow-CRISPR筛选发现，RA通过其受体（RARα、RARγ、RXRα或RXRβ）影响TRMs的发育和分化。有趣的是，RXRα对不同TRMs（如Kupffer细胞、肺泡巨噬细胞、脾脏巨噬细胞、CD226+腹腔巨噬细胞）表现出广泛的调控作用，而RARγ则特异性地调控LPM。因此，研究人员将后续研究的重点放在了RXRα和RARγ如何调控LPM命运的分子机制上。
腹腔巨噬细胞是驻留在腹腔中的一类巨噬细胞，具有重要的免疫功能和组织修复作用，同时还参与调节肿瘤微环境，对肿瘤的生长和转移产生影响。scRNA-seq测序分析CD11b+CD115+腹腔巨噬细胞揭示了10个细胞亚群，进一步划分为LPM（GATA6+F4/80hi），SPM（CD226+IRF4+）和LPM前体细胞（LYVE1+CD206+）。鉴于RXRα和RARγ失活对LPM数量和基因表达产生了相似的影响，研究人员进一步利用scRNA-seq分析，深入研究了RXRα和RARγ失活对腹腔巨噬细胞不同亚群的影响。结果表明，RARγ和RXRα失活都导致了所有LPM亚群的显著减少。然而，与WT对比，RXRα失活显著减少了LPM前体细胞，而RARγ失活对LPM前体细胞无显著影响。结合RNA-seq和ChIP-seq数据进一步分析发现，RXRα直接调控LPM前体细胞中LPM标志性基因的表达。这些结果表明，尽管RXRα和RARγ都控制LPM的数量，但它们的作用机制不同：RXRα作为一个经典的转录因子，通过结合并激活对LPM标志性基因表达来实现功能。而相比之下，RARγ允许LPM前体细胞的正常成熟，其缺失对转录的影响有限，其调控作用在维持成熟LPM稳态中体现。通过对调节RA受体活性的小分子化合物进行筛选，研究人员发现RARγ拮抗剂LY2955303（简称LY）能显著减少LPM的数量。LY对LPM的作用非常迅速，腹腔注射10分钟内即可观察到LPM表面CD11b和F4/80表达下调、GATA6蛋白降解及大量细胞死亡。这些变化远快于转录变化所能解释的速度，表明RARγ对LPM的调控不依赖于基因转录。后续多方面的实验证明了LY的作用并非简单的毒性或脱靶效应。首先，使用另一种独立的RARγ拮抗剂MM11253处理也观察到相同结果。其次，LY处理均未显著减少其他腹腔细胞类型的数量（包括SPM、B细胞，嗜中性粒细胞和3%巯基乙酸盐肉汤诱导的腹腔巨噬细胞），LY 对诱导LPM细胞死亡高度特异，且依赖于GATA6的表达。第三，也是最直接的证据，LY对 LPM 的作用被RARγ激动剂CD43767和BMS961所抑制，表明拮抗剂影响可被相应激动剂配体特异性逆转。进一步研究发现，LY处理LPM可激活Caspase-1，并诱导下游Caspase-3/7/8和GSDMD的活化，从而触发LPM细胞焦亡和凋亡。与RARγ拮抗剂诱导炎症小体活化不同，RARγ激动剂显著抑制了由不同刺激物诱导的炎症小体激活，包括NLRP1、NLRP3、AIM2和NLRC4，表明RARγ对炎症小体的不同调控作用取决于不同配体的结合。通过免疫共沉淀实验，研究人员发现RARγ与炎症小体复合物中的关键接头蛋白ASC结合，而这种结合受其配体结合的影响。进一步机制研究表明，RARγ通过与ASC结合来阻断ASC寡聚化，从而抑制炎症小体的组装和活化。综上所述，该研究运用体内Rainbow-CRISPR筛选技术，系统性地揭示了NR家族成员在不同免疫细胞发育、分化与稳态维持中的作用，并阐释了RA调控LPM命运的不同机制：RXRα通过经典的转录功能调控LPM细胞发育和分化，RARγ通过配体依赖性方式调控炎症小体的组装和活化，从而影响LPM细胞的存活。这些发现不仅加深了对NR在免疫调节中作用的理解，也为其在治疗应用中的潜力提供了新的线索。该研究通讯作者Christophe Benoist为哈佛大学医学院免疫学系教授，美国和法国科学院院士，Immunological Genome Project (ImmGen) 的项目负责人。第一作者王宇涛为哈佛大学医学院博士后。蒋争凡 (北京大学-清华大学生命科学联合中心研究员，)核受体（NR）是一类至关重要的配体依赖性转录因子，在细胞的生长、发育、分化、新陈代谢中发挥着重要作用。此外，NR也是重要的药理学靶点，占美国食品药品监督管理局（FDA）批准的小分子药物的16%。2004年，Pierre Chambon、Ronald Evans和Elwood Jensen因揭示NR超家族及其调控机制而共同获得了阿尔伯特·拉斯克基础医学研究奖。他们的研究阐明了激素如睾酮、雌激素和皮质醇等如何通过与核受体结合来调控基因表达，进而影响胚胎发育和代谢途径。这些发现不仅改变了我们对信号传导和内分泌学的理解，还为药物发现提供了新的策略。NR在免疫系统中同样也发挥着关键的调控作用，一些 NR对免疫细胞功能的调控作用已被广泛认知。尽管许多NR在不同免疫细胞中都有表达，但其在免疫系统中的全部功能尚未被完全揭示。本研究采用Rainbow-CRISPR筛选技术，全面揭示了NR家族成员在28种不同先天和适应性免疫细胞的发育、分化及稳态维持中的作用。相较于传统的基于下一代测序的筛选方法，Rainbow-CRISPR筛选在定量分析时采用流式细胞分析技术，所需的细胞数量更少，从而在研究稀有细胞类型时展现出更大的优势。此外，该技术能够对不同免疫细胞中某一NR功能进行多重分析。这些发现为开发新的免疫调节策略和治疗免疫相关疾病提供了理论基础和潜在靶点。通过创新性的实验设计和多层次的数据支持，本研究首次详细阐释了视黄酸（RA）调控 GATA6+腹腔巨噬细胞（LPM） 命运的不同分子机制。与以往认为RA受体家族成员通过形成异源二聚体（RXR/RAR）发挥功能的观点不同，本研究揭示了RXRα和RARγ截然不同的功能。RXRα通过经典的转录功能调控基因表达，从而影响LPM的发育和分化，而RARγ则独立于转录调控，直接调控炎症小体活化和炎性细胞死亡来影响LPM的生死。值得注意的是，RARγ对 LPM 生死的调控作用非常迅速，并且依赖于其与不同配体的结合。这一发现深化了NR 家族非经典转录调控功能的理解，为调控 LPM 细胞命运和相关疾病治疗提供了新的靶点和策略。https://www.cell.com/immunity/abstract/S1074-7613(24)00490-4
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