皮肤是人体最大最外层的器官，通过形成物理屏障和免疫感应来不断地对环境做出反应并对病原体进行防御。皮肤的物理屏障由角质层组成，角质层是位于基底层的表皮干细胞和祖细胞分化形成的，这些角质形成细胞离开基底层，退出细胞周期，经历不同的分化阶段，最终到达皮肤的最外层形成分化状态的角质层。除了形成物理屏障外，角质形成细胞还充当免疫传感器的角色，通过表达模式识别受体(pattern recognition receptors, PRRs)，如toll样受体(TLRs)和视黄酸诱导基因-1 (RIG-1)样受体对来自外部环境或组织损伤的病原体作出反应。我们的皮肤每天都在接受着外界各种不同促炎因素的刺激，但目前尚不清楚为什么它没有因为这种暴露而持续发炎。2024年9月30日 加州大学圣地亚哥分校George Sen团队在Immunity上发表了题为The transcription regulators ZNF750 and LSD1/KDM1A dampen inflammation on the skin’s surface by silencing pattern recognition receptors 的研究论文。该研究揭示了转录因子ZNF750 协同组蛋白去甲基化酶LSD1/KDM1A 通过沉默模式识别受体PRRs来抑制皮肤表面炎症的分子机制。
研究人员首先将人的角质形成细胞在未分化和分化两种条件下培养，并给予双链RNA 类似物聚肌胞苷酸(poly(IC))的免疫刺激来检测在病毒感染模型下不同的分化状态的角质细胞的免疫应答，他们发现位于表皮深层的未分化角质细胞可以引发强烈的炎症反应，因为它们通过高表达模式识别受体(PRRs)来检测损伤或病原体。随着角质形成细胞的分化， PRRs表达降低，从而导致免疫反应减弱。ZNF750是一种仅在分化的角质细胞中表达的锌指蛋白类转录因子【1】，由于分化状态的角质细胞表现出免疫抑制的状态，因此提示ZNF750可能直接调控免疫炎症反应过程。作者在分化的角质细胞中敲低ZNF750的表达后发现，角质细胞产生了强烈的免疫反应，PRRs基因表达显著上调并分泌大量的细胞因子和趋化因子。相反地，在未分化的角质细胞中过表达ZNF750 则可以抑制免疫反应的产生。因此揭示了ZNF750在抑制免疫反应中发挥着充分且必要的作用。接着作者构建了他莫昔芬诱导的表皮特异性敲除的Zfp750小鼠 （Zfp750flox/flox, K14-CreERtam），对其进行UVB照射诱导皮肤炎症。之前研究表明UVB照射的角质形成细胞释放U1剪接体RNA(DAMPs)并形成dsRNA，随后被PRRs （TLR3, MDA-5, RIG-1）所识别，促进角质形成细胞的先天免疫反应【2】。与对照组相比，Zfp750敲除小鼠的皮肤经UVB照射后皮肤炎症显著增加。为了探究Zfp750的缺失是否会导致持续的炎症反应，小鼠在接受UVB照射后，让其恢复六天再取样，发现对照组小鼠炎症基本消退而Zfp750敲除小鼠仍存在持续炎症反应并表现出银屑病的皮肤特征。为了进一步阐明ZNF750在皮肤炎症中的作用，作者利用咪喹莫特诱导的小鼠银屑病模型，发现Zfp750敲除小鼠有更严重的皮肤炎症，中性粒细胞大量聚集在表皮，并伴随皮肤浸润型淋巴结肿大和Th17细胞的增多。这些结果表明ZNF750能够促进皮肤的免疫耐受，具有抑制长期和过度皮肤炎症的功能。分子调控层面，作者通过染色质免疫共沉淀测序 (ChIP-Seq)实验和转录结合位点分析发现ZNF750通过其经典的binding motif (CCTCAGGC) 实现对PRRs和其他干扰素调节因子的调控。为了证明ZNF750通过调控PRR中的Toll样受体 3（TLR3）来调节免疫应答，作者对角质形成细胞进行ZNF750和TLR3的双敲减。在TLR3缺失的情况下，ZNF750缺失的细胞不再对Poly (IC)产生炎症反应。另外， Zfp750和Tlr3 的双敲小鼠相比于Zfp750敲除鼠，经UVB照射后的炎症显著减少，说明 ZNF750通过抑制TLR3的表达来抑制皮肤炎症。已有研究表明ZNF750通过招募组蛋白去甲基化酶KDM1A/LSD1抑制表皮祖基因的表达，从而促进细胞分化过程【3】。这表明ZNF750可能也通过募集KDM1A来潜在地抑制炎症基因。随后作者通过免疫共沉淀、KDM1A ChIP-Seq等实验发现，KDM1A结合的基因与ZNF750结合的基因存在高度重叠，这些基因包括PRRs和干扰素通路相关基因。随后作者通过一系列验证发现ZNF750通过招募KDM1A来沉默编码PRRs的基因。为了研究体内是否需要KDM1A来抑制皮肤的免疫反应，作者构建了表皮特异性敲除的Kdm1a小鼠（Kdm1aflox/flox, K14-CreERtam），在UVB照射和咪喹莫特银屑病模型中得到了和Zfp750敲除鼠类似的表型，说明KDM1A是抑制皮肤炎症反应的关键因子。
图一. 转录因子ZNF750和组蛋白去甲基化酶KDM1A抑制皮肤炎症的作用机制综上所述，本研究发现锌指蛋白类转录因子ZNF750通过招募组蛋白去甲基化酶KDM1A/LSD1来沉默编码PRRs(TLR3、IFIH1/MDA-5、DDX58/RIG-1)的基因。ZNF750或KDM1A在人角质形成细胞或小鼠表皮中的缺失导致持续和过度的炎症，呈现类似于银屑病皮肤的特征，在TLR3沉默后可以恢复到稳态状态。因此该研究揭示了皮肤表面的表皮如何通过ZNF750和KDM1A介导的PRRs抑制来防止过度炎症反应的发生。加州大学圣迭戈分校George Sen教授是该研究论文的通讯作者，加州大学圣迭戈分校的博士后刘烨博士为该论文的第一作者。https://doi.org/10.1016/j.immuni.2024.09.0021. Sen, G. L., Boxer, L. D., Webster, D. E., Bussat, R. T., Qu, K., Zarnegar, B. J., ... & Khavari, P. A. (2012). ZNF750 is a p63 target gene that induces KLF4 to drive terminal epidermal differentiation. Developmental cell, 22(3), 669-677.
https://doi.org/10.1016/j.devcel.2011.12.001
2. Bernard, J., Cowing-Zitron, C., Nakatsuji, T. et al. Ultraviolet radiation damages self noncoding RNA and is detected by TLR3. Nat Med 18, 1286–1290 (2012). https://doi.org/10.1038/nm.2861
3. Boxer, L. D., Barajas, B., Tao, S., Zhang, J., & Khavari, P. A. (2014). ZNF750 interacts with KLF4 and RCOR1, KDM1A, and CTBP1/2 chromatin regulators to repress epidermal progenitor genes and induce differentiation genes. Genes & development, 28(18), 2013-2026.https://doi.org/10.1101/gad.246579.114
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