COVID-19 大流行 這清楚地表明了一件事：人們可以以截然不同的方式經歷相同的感染。有些人有輕微症狀。雖然有些人可能患有嚴重的疾病。這些好壞參半的結果提出了根本性問題。為什麼接觸同一種細菌的兩個人的反應如此不同？
答案很大程度上在於遺傳學的差異。這些因素通過稱為表觀遺傳修飾的微小化學變化影響細胞行為。這些分子變化有助於確定哪些基因是活躍的或沉默的。這決定了細胞如何在不改變底層 DNA 序列的情況下工作。
索爾克研究所的研究人員創建了詳細的表觀遺傳學目錄。這表明遺傳特徵和遺傳的生活經歷影響不同類型的免疫細胞。以不同的方式？細胞類型特定數據庫發表於 自然遺傳學 2026 年 1 月 27 日，對於為什麼個體之間的免疫反應差異如此之大提供了新的見解。它還指出了未來可以根據每個人獨特的生物學特徵定制的治療方法。
“我們的免疫細胞包含我們基因和生活經歷的分子記錄。這兩種力量以非常不同的方式塑造免疫系統，”索爾克國際遺傳學委員會主席、教授、教授約瑟夫·埃克博士說。醫學研究所研究員霍華德休斯說：“這項工作表明，感染和環境暴露會產生持久的表觀遺傳指紋，影響免疫細胞的行為。通過逐個細胞地糾正這些影響。我們可以開始將遺傳和表觀遺傳風險因素與疾病實際開始的特定免疫細胞聯繫起來。”
什麼是表觀基因組？為什麼它很重要？
人體中的每個細胞都具有相同的 DNA，但細胞的外觀和行為可能完全不同。這取決於這些細胞的作用。這種多樣性部分是由表觀遺傳標記驅動的。它們是附著在 DNA 上的小分子標籤，有助於控制單個細胞中哪些基因被打開或關閉。所有這些標記共同構成了細胞的表觀基因組。
與 DNA 不同，表觀基因組會隨著時間的推移而發生變化。一些表觀遺傳模式受到遺傳基因差異的強烈影響。而其他格式則是由一生的經驗決定的。免疫細胞受到兩種力量的影響。但直到現在，科學家們仍然不知道遺傳和經驗驅動的表觀遺傳變化是否以同樣的方式塑造免疫細胞。
“先天與後天的爭論是生物學和社會領域長期存在的爭論，”共同第一作者、埃克實驗室的科學家王文亮博士說。我們的基因遺傳和環境因素都會影響我們。我們想確切地知道這如何在我們的免疫細胞中體現並影響我們的健康。 ”
生活經歷如何在免疫細胞上留下分子印記。
為了揭示遺傳和經驗的影響，研究小組分析了 110 名來自不同背景的人的血液樣本。這些樣本反映了廣泛的遺傳變異和生命風險。包括流感、HIV-1、MRSA、MSSA 和 SARS-CoV-2 感染；炭疽疫苗接種和接觸有機磷殺蟲劑。
科學家們檢查了四種主要類型的免疫細胞。眾所周知，T 細胞和 B 細胞可以維持長期免疫記憶。另一方面，單核細胞和自然殺傷細胞對威脅做出快速反應。通過比較這些細胞中的表觀遺傳模式，該團隊創建了一個全面的表觀遺傳標記目錄。也稱為每種類型免疫細胞的差異甲基化區域 (DMR)。
“通過繪製這些聯繫，我們發現與疾病相關的遺傳變異通常通過改變特定類型免疫細胞中的 DNA 甲基化來發揮作用，”共同第一作者、Ecker 實驗室的博士後研究員 Wubin Ding 博士說。我們可以開始確定哪些細胞和分子途徑可能受到疾病風險基因的影響。這可能為更有針對性的治療開闢新途徑。 ”
區分遺傳性和經驗驅動的表觀遺傳變化。
該研究的一個關鍵進展是能夠區分遺傳相關的表觀遺傳變化（gDMR）和生活經歷相關的變化（eDMR）。研究人員發現，這兩種類型的標記往往出現在表觀基因組的不同部分。遺傳性變化通常出現在穩定基因區域附近。對於長壽的 T 細胞和 B 細胞尤其如此。相反，與經驗相關的變化側重於控制快速免疫反應的靈活監管環境。
這些模式表明遺傳學有助於塑造長期免疫計劃。而經驗可以改善免疫細胞對特定情況的反應。需要更多的研究來充分了解它們如何影響免疫系統在健康和疾病方面的表現。
“我們的人類群體免疫細胞圖譜將成為未來傳染病和遺傳疾病機制研究的極好資源，包括診斷和預後，”共同第一作者、埃克實驗室的資深科學家 Manoj Hariharan 博士說。我們無法立即確定事件的原因或嚴重程度。我們開發的表觀遺傳特徵為分類和評估這些情況提供了指導。 ”
預測疾病結果和個人護理
這些發現強調了遺傳學和生活經歷如何影響免疫細胞身份和免疫系統行為。新目錄還為設計更加個性化的治療和預防方法提供了起點。
埃克指出，隨著數據庫隨著患者樣本的增加而增長，它可以幫助預測一個人對未來感染的反應。例如，如果一名 COVID-19 患者提供足夠的信息，研究人員可能會發現倖存者共享 eDMR，這是一種常見的防禦措施。然後醫生可以分析新患者的免疫細胞，看看是否存在保護性標記。如果它們缺失，科學家們也許能夠針對相關的監管途徑來改善結果。
“我們的工作為製定傳染病的精準預防策略奠定了基礎，”王說。 “對於 COVID-19、流感或其他感染，有一天我們也許能夠幫助預測一個人在接觸感染之前將如何應對感染。隨著範圍和模型的不斷擴大。但我們可以利用他們的基因組來預測感染將如何影響他們的表觀基因組。然後我們預測這些表觀遺傳變化將如何影響他們的症狀。”
作者和資助
其他作者包括索爾克的 Anna Bartlett、Cesar Barragan、Vince Rotheberg、Haili Song、Joseph Nryer、Jordan Altshul、Mia Kenworthy、Flag Liu、Wei Tiian、Jingtian Zhou、Qurui Zeng 和 Huming Chen；杜克大學的 Andrew Aldridge、Lisa L. Satterwhite、Thomas W. Burke、Elizabeth A. Petzold 和 Vance G. Fowler Jr.；斯坦福大學的貝偉和威廉·J·格林利夫；來自薩爾大學的irem B. Gündüz 和Fabian Müller；佛羅里達人類和機器認知研究所的托德·諾雷爾 (Todd Norell) 和蒂莫西·J·布羅德里克 (Timothy J. Broderick)；杜克大學和達勒姆退伍軍人事務醫療中心的 Micah T. Mcclain 和 Christopher W. Woods；沉西嶺，Tersaki 生物醫學創新研究所；來自埃默里大學的 Parinya Panuwet 和 Dana B. Barr；巴特爾紀念研究所的 Jennifer L. Beare、Anthony K. Smith 和 Rachel R. Spurbeck；西奈山伊坎醫學院的 Sindhu、Irene Ramos、German Nudelman 和 Stuart C. Sealfo；美國衛生與公共服務部的弗洛拉·卡斯特利諾 (Flora Castellino)；以及 vaccitech plc 的 Anna Maria Wallek 和 Evans。
這項工作得到了國防高級研究計劃局的支持。 (N6600119C4022) 通過美國陸軍研究辦公室 (W911NF-19-2-0185) 美國國立衛生研究院 (P50-HG007735、UM1-HG009442、UM1-HG009436、1R01AI165671) 和國家科學基金會 (1548562) 1540931, 2005632)
