2025年12月，《自然-神经科学》发表的一项研究，首次系统性地解码了哺乳动物中枢神经系统中损伤响应增强子（IRENs）的调控“语法”。研究发现，这些增强子通过整合通用的应激信号与细胞谱系特异性的身份程序，实现了对损伤后胶质细胞状态的精准调控。更重要的是，利用这一原理，研究者成功开发出能在体特异性标记“反应性星形胶质细胞”的基因递送载体，为多种神经系统疾病的精准治疗开辟了新路径。
中枢神经系统损伤后，驻留的胶质细胞（如星形胶质细胞、小胶质细胞等）会进入一种“反应性”状态，这一过程对限制损伤、清除碎片和启动修复至关重要。然而，这种反应的异质性——不同细胞类型、甚至同一细胞类型在不同损伤阶段表现出截然不同的转录程序——长期以来阻碍了针对特定细胞状态的治疗策略开发。核心瓶颈在于，我们不清楚控制这些动态基因表达程序的基因组“开关”——增强子——是如何被调控的。
来自瑞典卡罗林斯卡医学院的研究团队，利用单核多组学（snRNA-seq + snATAC-seq）技术，绘制了小鼠脊髓挫伤后从急性期到慢性期的高分辨率细胞图谱，并聚焦于胶质细胞的动态变化。他们鉴定出数万个在损伤后特异获得染色质可及性的IRENs，并发现这些元件具有惊人的细胞类型特异性——即使调控的是不同胶质细胞共有的损伤响应基因，它们在不同的细胞中也是由各自独特的IRENs所驱动。
解码IREN的调控“语法”：AP-1与谱系因子的协同作用
为了理解IRENs的选择性是如何编码在DNA序列中的，研究者训练了深度学习模型（ChromBPNet），以仅从DNA序列预测不同细胞状态下的染色质可及性。模型分析揭示了一个简洁而强大的规则：IRENs的活性是由“通用的应激响应因子”与“细胞谱系特异性的身份因子”协同结合所决定的。
- 通用的“警报”信号：在所有胶质细胞的IRENs中，AP-1转录因子家族（如Jun、Fos）的结合基序均高度富集，其表达在损伤后迅速上调。这构成了损伤响应的通用“启动”模块。
- 特异的“身份”标签：同时，IRENs序列中还编码了结合谱系特异性转录因子的基序。例如，在星形胶质细胞中是SOX9和NFI，在少突胶质细胞中是SOX10，在小胶质细胞中则是ELK3和CEBPA。
这种“通用应激模块+特异身份模块”的增强子架构，确保了损伤信号能够以细胞类型特异性的方式被解读和执行。深度学习模型和后续的SOX9 CUT&Tag实验均证实，AP-1基序和谱系因子基序在功能性IRENs上存在显著的共现和协同结合。
从解码到应用：精准靶向“反应性星形胶质细胞”
基于这一原理，研究者探索了利用IRENs开发精准基因递送载体的可能性。他们聚焦于一种在多种CNS损伤中均扮演核心角色的细胞状态——反应性星形胶质细胞。
通过模型预测和体内增强子筛选，研究者鉴定出一个高效的候选增强子IREN5（位于Cd44基因附近）。将IREN5克隆入系统性递送的AAV-PHP.eB病毒载体后，在小鼠脊髓损伤和脑皮层穿刺伤模型中均观察到惊人结果：
- 高度特异性：IREN5驱动的报告基因（eYFP）仅在损伤部位周围的反应性星形胶质细胞中表达，而在未受伤区域或远端正常星形胶质细胞中完全不表达（特异性高达85-98%）。
- 时空精准性：其表达模式与损伤诱导的反应性胶质增生区域完美重合，而在损伤远端或对侧半球则无信号。
- 超越传统增强子：作为对照的泛星形胶质细胞增强子虽然能标记整个CNS的星形胶质细胞，但其活性在损伤区域反而略有下降，无法实现状态特异性靶向。
增强子“语法”的体内功能验证
为了最终验证“AP-1+谱系因子”协同作用的增强子语法，研究者对IREN5进行了序列突变和人工合成，并在体内测试其功能：
- AP-1基序是活性的核心：突变AP-1结合位点几乎完全消除了IREN5驱动报告基因表达的能力。
- 谱系基序决定特异性：突变SOX9/NFI结合位点后，虽然仍有部分活性，但细胞类型特异性显著丧失，开始在非星形胶质细胞中异位表达。
- 语法本身驱动功能：一个通过计算机算法生成的、保留了AP-1和SOX9/NFI基序语法但其余序列完全打乱的合成增强子，竟能完美模拟内源IREN5的活性和特异性。
这强有力地证明，增强子的功能确实由其序列中编码的转录因子结合位点组合语法所决定。
总结与展望
这项研究在基础理论和转化应用两个层面均取得了重要突破：
- 基础理论层面：它揭示了CNS损伤后细胞状态特异性转录程序的关键调控逻辑——即通过通用的应激响应因子与细胞类型特异性因子的协同作用，在增强子层面实现基因表达的精准时空控制。这一“语法”规则的发现，为理解发育、衰老和疾病中细胞状态转变的基因调控提供了普适性框架。
- 转化应用层面：它为开发精准靶向病变细胞状态的下一代基因治疗载体提供了全新的设计策略和可直接使用的元件（如IREN5）。由于反应性星形胶质细胞是脊髓损伤、脑外伤、中风乃至多种神经退行性疾病共有的核心病理特征，利用IRENs驱动治疗性基因（如神经营养因子、抗炎因子）在损伤局部、在正确的细胞中精准表达，有望最大限度地提高疗效并避免全身性或脱靶副作用。
未来的研究可进一步探索针对其他关键反应性细胞状态（如小胶质细胞的特定亚群）的IRENs，并利用增强子语法的设计原则，从头设计具有特定靶向能力的合成增强子，从而真正实现对中枢神经系统疾病细胞状态的可编程化干预。
参考文献：
Position-independent emergence of neocortical neuron molecular identity, connectivity and function. Nat Neurosci 29, 337–349 (2026).
相关阅读：
- Mich, J. K. et al. Enhancer-AAVs allow genetic access to oligodendrocytes and diverse populations of astrocytes across species. Preprint at bioRxiv (2025).
- Graybuck, L. T. et al. Enhancer viruses for combinatorial cell-subclass-specific labeling. Neuron 109, 1449–1464.e13 (2021).
- Nair, S. et al. Transcription factor stoichiometry, motif affinity and syntax regulate single-cell chromatin dynamics during fibroblast reprogramming to pluripotency. Preprint at bioRxiv (2023).