Nature：对同卵双胞胎的研究揭示多发性硬化症的环境和遗传影响

2022年2月26日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自瑞士苏黎世大学和德国慕尼黑大学医院的研究人员研究了成对同卵双胞胎的免疫系统，以确定环境和遗传对多发性硬化症的影响。在这个过程中，他们可能发现了导致这种疾病的T细胞的前体细胞。相关研究结果于2022年2月16日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Twin study reveals non-heritable immune perturbations in multiple sclerosis”。

多发性硬化症（MS）是一种中枢神经系统的慢性炎症性疾病，是青年人神经系统损伤的最常见原因。在多发性硬化症中，患者自身的免疫系统攻击大脑和脊髓，导致累积的神经系统缺陷，如视力受损、感觉障碍、运动障碍（如限制行走能力）以及认知障碍。尽管多发性硬化症的病因仍不清楚，但多种遗传风险因素和环境影响已经与该疾病有关。

遗传易感性本身并不导致多发性硬化症

近年来的研究已清楚地表明，遗传风险变体是患上多发性硬化症的一个必要条件。论文共同第一作者、苏黎世大学实验免疫学研究所博士生Florian Ingelfinger说，“基于我们的研究，我们能够证实我们的免疫系统的组成大约有一半是由遗传学决定的。”这项研究发现，这些遗传影响虽然总是存在于多发性硬化症患者身上，但其本身并不足以引发多发性硬化症。

在这项新的研究中，这些作者招募了61对同卵双胞胎，其中在每队同卵双胞胎中，一人受多发性硬化症影响，而另一人是健康的。从遗传学的角度来看，每对双胞胎是相同的。论文共同第一作者、慕尼黑大学医院的Lisa Ann Gerdes说，“尽管健康的双胞胎也有最大的多发性硬化症遗传风险，但他们没有表现出这种疾病的临床症状。”

双胞胎研究消除了遗传因素的影响

由于这个全球独一无二的同卵双胞胎队列，这些作者能够通过比较患有和不患有多发性硬化症的双胞胎来排除遗传因素的影响。

论文通讯作者、苏黎世大学实验免疫学研究所教授Burkhard Becher博士解释说，“我们正在探索一个核心问题，即两个基因相同的人的免疫系统如何在一个病例中导致重大炎症和大规模神经损伤，而在另一个病例中则完全没有损伤。”使用同卵双胞胎可使这些作者能够排除遗传的影响，并跟踪最终负责触发一个双胞胎患上多发性硬化症的免疫系统变化。

前沿的单细胞技术和人工智能

这些作者利用最先进的技术来极其详细地描述这些成对双胞胎的免疫谱。Ingelfinger解释说，“我们将质谱流式细胞技术和最新的遗传学方法与机器学习相结合，不仅确定每个病例中患病双胞胎的免疫细胞中的特征蛋白，而且还解码这些细胞中开启的所有基因的总体情况。”

图片来自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-04419-4。

论文共同作者、慕尼黑大学医院单细胞基因组学专家Eduardo Beltrán补充说，“这确保了我们从这些有价值的样本中获得目前技术上尽可能多的信息。”这些作者使用多种基于人工智能的定制算法，从这个巨大的数据集中提取相关的新见解。

免疫细胞通信中的错误

Ingelfinger说，“令人惊讶的是，我们发现受多发性硬化症影响的双胞胎的免疫谱存在的最大差异在于细胞因子受体上，即免疫细胞之间的通信方式。细胞因子网络就像免疫系统的语言。”

这些作者发现对某些细胞因子的敏感性增加导致多发性硬化症患者血液中的T细胞遭受更大的激活。这些T细胞更有可能迁移到患者的中枢神经系统并在那里造成损害。他们发现这些细胞具有最近被激活的产生致病性T细胞的前体细胞的特征。Becher说，“我们可能在这项研究中发现了多发性硬化症的细胞大爆炸---产生致病性T细胞的前体细胞。”

了解遗传和环境对多发性硬化症影响的重要基础

Becher说，“与之前没有对遗传易感性进行控制的多发性硬化症研究相比，这项研究的结果特别有价值。因此，我们能够发现多发性硬化症中的哪一部分免疫功能障碍受到遗传因素的影响，哪一部分受到环境因素的影响。这对了解该疾病的产生具有根本的重要性。”

这些参与这项研究的双胞胎是在慕尼黑大学医院招募的。Ann Gerdes说，“这一解开遗传和环境对多发性硬化症影响的独特机会完全归功于我们的患者，他们同意加入这项研究。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Florian Ingelfinger et al. Twin study reveals non-heritable immune perturbations in multiple sclerosis. Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-04419-4.