“发炎一次,记你一辈子!《Science》《Nature》齐发:炎症在干细胞中留下终身表观遗传记忆,增加癌症风险”


组织中存有炎症的记忆,这些记忆会增强对未来各种侵袭的敏感度。至于这些适应机制是否能持续发挥作用并随着细胞分裂而延续,目前仍不清楚。

2026年3月26日,洛克菲勒大学Elaine Fuchs团队在Science 在线发表题为“Distinctive DNA sequence features define epigenetic longevity of inflammatory memory”的研究论文,该研究发现,在小鼠中,表皮干细胞会保存终身有效的、具有功能性的银屑病样皮肤发作的表观遗传记录。通过应用深度学习来研究这些染色质动态变化,该研究发现胞嘧啶-鸟嘌呤二核苷酸密度是记忆持久性的主要驱动因素。

尽管对于炎症诱导的转录因子打开并建立记忆并非必要,但随后富含胞嘧啶-鸟嘌呤序列的区域就变得至关重要,通过整合 DNA 去甲基化、甲基化敏感型转录因子、序列固有的核小体不亲和性以及核小体破坏型组蛋白变体 H2A.Z,增强了跨细胞代的可及性。因此,一旦被炎症诱导的转录因子激活,DNA 序列就会协调持久的平衡状态,赋予对压力敏感的基因长期的记忆,并深刻影响回忆时组织的适应能力。

另外,2026年3月25日,哈佛医学院Jason D. Buenrostro团队在Nature 在线发表题为“Epigenetic memory of colitis promotes tumour growth”的研究论文,该研究通过使用结肠炎的小鼠模型,证明结肠干细胞在疾病痊愈后仍保留着炎症的表观遗传记忆,这种记忆持续时间超过 100 天。该研究发现结肠炎的记忆特征是激活蛋白 1(AP-1)转录因子活性的累积增加,以及染色质可及性的持久性变化。该研究结果揭示了慢性炎症与恶性肿瘤之间的机制联系,阐明了再生组织中长期存在的表观遗传变化如何可能增加疾病易感性,并提出了针对患有慢性炎症疾病的患者的潜在诊断和治疗策略,以降低癌症风险。


生物会根据环境压力进行适应并从中学习。那些能抵御一种病原体的植物会增强对其他病原体的抵抗力。暴露于急性炎症中的皮肤在未来的伤口愈合过程中会更快恢复。尽管从进化角度来看这些记忆是有益的,但它们也可能变得不利,从而增加慢性疾病的风险,对于皮肤而言,这可能意味着银屑病或特应性皮炎;对于肺部而言,可能意味着哮喘和慢性呼吸系统疾病;对于肠道而言,则可能意味着炎症性肠病。越来越多的证据表明,炎症记忆还可能促使和维持癌症的发生。随着我们的组织面对不断变化的环境,减少不利记忆并增强有益记忆的方法变得至关重要,这就需要了解其中涉及的分子机制。

与适应性免疫不同,“训练免疫”完全由表观遗传学驱动,并且其作用范围不仅限于免疫细胞,还延伸至其他细胞类型和组织。在炎症过程中,特定刺激的转录因子(TFs)与通用应激 TF c-FOS/c-JUN [即激活蛋白 1(AP1)]协同作用,以打开目标应激反应基因周围的染色质,建立与增强子相关的组蛋白修饰,并招募转录机器。细胞类型特异性的 TFs 利用这种可访问状态,并且随着炎症的消退,它们保持记忆染色质处于开放状态并处于转录准备状态,直到未来的压力再次触发 c-FOS/c-JUN 以启动相关基因的过度激活。

关于压力的表观遗传记忆持久性的形成机制模型(图源自Science

暴露于类似银屑病的皮肤炎症中的表皮干细胞会获得表观遗传记忆,这些记忆在病理状况和转录恢复至正常水平后仍会持续存在。通过研究这些记忆在两年时间内的留存情况,了解到虽然大多数记忆会逐渐消失,但约有 10%的记忆会持续存在,并带来长期的功能性影响。通过单细胞测序,研究人员发现这些适应性变化并不局限于很少分裂的细胞或特定的区域。

为了寻找与细胞分裂相适应的机制,研究人员运用深度学习技术来研究从未受炎症影响状态到炎症状态再到炎症消退后的状态下的染色质动态变化。该研究发现,CpG 二核苷酸密度是记忆持久性的重要驱动因素。富含 CpG 的记忆区域在炎症发生后会持续去甲基化,与 DNA 甲基化敏感的转录因子结合,表现出序列内在的核小体不亲和性,并容易获得和维持破坏核小体结构、对抗甲基化的组蛋白变体 H2A.Z。这种集体的表观遗传特征使得炎症记忆能够在时间上和细胞分裂过程中稳定地传递下去。通过对公开可用数据的分析,得出结论:这种机制可能在多种细胞类型和炎症环境中形成持久的记忆。

总之,该研究结果表明,一旦受到炎症诱导的转录因子的激活,这些 DNA 序列会形成持续的稳定状态,赋予对压力敏感的基因以持久的记忆,并对组织的健康状况产生深远的影响。

参考消息:https://www.science.org/doi/10.1126/science.adz6830


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