Cell 子刊：喝酒之害深入骨髓，通过改变骨髓造血干细胞影响免疫稳态

美国加州大学欧文分校的 Ilhem Messaoudi 团队在 Stem Cell Reports 期刊发表了题为：Integrated single cell analysis shows chronic alcohol drinking disrupts monocyte differentiation in the bone marrow 的研究论文，该研究从「骨子里」解释了长期饮酒为何会破坏机体免疫稳态。

该研究以恒河猴为模型。为了适应「喝酒」，在实验前 30 天，恒河猴的酒精摄入量从 0 g/kg/d 逐渐增加到 1.5 g/kg/d。随后，科研人员为恒河猴制定了「饮酒」时间表：自由获取，连续饮用含 4%（w/v）酒精的水 12 个月，后换回正常饮水 1 个月，以模拟长期酗酒后再戒酒。数据显示，恒河猴「饮酒」期间的酒精摄入量均在 4.0 g/kg/d 左右。

Ilhem Messaoudi 团队前期研究就已经发现，长期饮酒后，恒河猴外周单核细胞和组织驻留的巨噬细胞在受到多聚糖（LPS）刺激后肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的分泌量会上升。

那么，「戒酒」一个月后，恒河猴体内的单核细胞会不会恢复到常态呢？

结果令人意外。研究人员收集了恒河猴的外周血单核细胞（PBMC），用细菌 Toll-样受体（TLR）的配体刺激后进行胞内细胞因子染色：TNF-α/IL-6 分泌型单核细胞的比例依然处于高位。

难道长期饮酒影响了动物骨髓造血祖细胞的分化？

于是研究人员将目光关注到持续「饮酒」12 个月的恒河猴的骨髓组织。有趣的是，流式细胞分析结果显示，持续「饮酒」并没有改变骨髓中经典单核细胞（CD14+CD16-）、中间型单核细胞（CD14+CD16+）、非经典单核细胞（CD14-CD16+）和巨噬细胞（CD169+）的相对比例；单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）可根据经典分子标记将细胞分为 11 个亚群，但持续「饮酒」也没有改变经典单核细胞、中间型单核细胞和非经典单核细胞的相对丰度。

数量没变，那可能是质量出了问题。研究人员随后分析了单核细胞群的基因差异表达情况。结果显示，持续「饮酒」会使经典、中间型和非经典单核细胞的 HSPA8、CCL4L1、EGR1、MAMU-DQA1 和  SELENOP 基因的表达水平下降，IL1B、S100A9、THBS1、HIF1A 和 IFI27 基因的表达水平上升（图 1I）。

在经典单核细胞，持续「饮酒」会引起 CCR2（与单核细胞迁移出骨髓相关）、趋化作用相关基因（CSF3R、VEGFA）、伤口响应基因（CD44、FN1）、慢性炎症反应基因（S100A8、S100A9）上调表达。而共刺激因子 CD80 的高表达则提示单核细胞活性增强（图 1M）。

在非经典单核细胞，持续「饮酒」会引起防御反应相关基因（MRC1、STAT1）和干细胞分化相关基因（MEF2C、CITED2）下调表达，伤口愈合相关基因（SERPINA1、THBS1）和细胞迁移相关基因（MIF、FN1）上调表达。

以上结果均提示，持续「饮酒」会改变骨髓驻留单核细胞的转录组，对单核细胞活性和从骨髓迁出产生潜在影响。

图 1. 持续「饮酒」会引起恒河猴骨髓驻留单核细胞转录组发生变化

随后，通过集落形成单位实验（colony-forming unit assay），研究人员证实，持续「饮酒」会使骨髓中的 CD34+祖细胞更偏向粒细胞/单核细胞谱系方向分化。scRNA-seq 结果显示，CD34+祖细胞分化形成的单核细胞更具炎性反应性，抗原递呈功能下降。用 TLR 配体体外孵育也会使上述 CD34+祖细胞分泌更高水平的 TNF-α、IL-6、IL-1β、G-CSF、CCL3 和 IL-2（图 2）。

图 2. 持续「饮酒」促进骨髓造血祖细胞向促炎性单核细胞分化

进一步的研究表明，持续「饮酒」会使骨髓中的造血干/祖细胞（hematopoietic stem cell progenitors，HSCPs）和共同髓系祖细胞（common myeloid progenitors，CMP）比例呈中等程度升高，而多能祖细胞比例上升更加显著。

再次运用 scRNA-seq，论文作者发现，持续「饮酒」也改变了 CD34+祖细胞的转录组，细胞增殖相关基因表达水平下降，氧化应激、炎症/细胞活化相关基因表达水平上升（图 3）。

图 3. 持续「饮酒」引起 CD34+骨髓髓样祖细胞转录组发生变化

最后，研究人员还进行了单细胞 ATAC 测序（scATAC-seq），发现持续「饮酒」同样会使单核细胞的祖细胞在表观遗传层面发生改变。

综上所述，该研究构建了非人灵长动物的长期「饮酒」模型，并通过流式细胞分析、scRNA-seq 和 scATAC-seq 等方法证实，长期「饮酒」会引起骨髓造血祖细胞在表观遗传修饰、转录组水平发生改变，促使祖细胞向炎性单核细胞方向分化，为我们理解长期饮酒对健康，尤其是免疫功能的影响提供了更深入的视角。