Ⅱ型固有淋巴细胞在气道疾病中的研究进展

徐婷婷 俞琪珺 吴桢珍 吉宁飞 黄茂

1南京医科大学第一附属医院呼吸与危重症医学科210029;2南京医科大学附属无锡市人民医院呼吸与危重症医学科214000

固有淋巴细胞 (innate lymphoid cells,ILCs)是新发现的淋巴细胞亚群,主要分布在屏障组织的黏膜部位,如肠道、皮肤、肺等。ILCs功能多样,可产生细胞因子及炎性介质,启动调节固有免疫、抵御疾病、维持体内稳态。与适应性免疫的淋巴细胞不同,ILCs缺乏抗原特异受体,可被微环境中多种信号分子激活,以抗原非依赖的方式迅速产生应答。动物模型上发现的Ⅱ型固有淋巴细胞 (type 2 innate lymphoid cells,ILC2s)与气道炎症有关[1],最新研究发现,ILCs在多种气道疾病发生、发展过程中扮演重要角色[2]。

1 ILC2s

1.1ILCs分类 ILCs与T 细胞类似,根据所需的转录因子、产生的细胞因子及功能可分为杀伤性ILCs和辅助类ILCs[3]。杀伤性ILCs即自然杀伤 (natural killer,NK)细胞,与CD8+T 细胞类似,依赖转录因子脱中胚蛋白产生干扰素γ (interferon-γ,IFN-γ),参与早期抗病毒、细菌感染及免疫监视过程。辅助类ILCs包括ILC1s、ILC2s、ILC3s和 调 节 性ILCs。ILC1s 与1 型 辅 助 性T 细 胞 (T helper 1 cell,Th1)细胞类似,依赖T 盒子转录因子产生IFN-γ,抗胞内细菌、病毒感染。ILC2s与Th2类似,依赖转录因子GATA 结合蛋白-3 (GATA binding protein-3,GATA-3)和维甲酸相关孤核受体α (retinoid acid receptor related orphan receptor-α,ROR-α)产生2型细胞因子,如IL-4、IL-5、IL-9、IL-13、双调蛋白,介导组织修复、参与抗寄生虫免疫、导致2 型免疫疾病。高度异质性的ILC3s与Th17 类似,依赖转录因子RORγt产生IL-17、IL-22,其中淋巴组织诱导细胞可诱导形成淋巴样器官,维持肠道稳态[4]。在人和小鼠肠道中发现与调节性T 细胞(regulatory T cell,Treg)类似的辅助样ILCs,命名为调节性ILCs[5]。

1.2ILC2s的生成及发育 ILC2s是ILCs中定义最明确的,2001年,Fort等[6]用IL-25 刺激敲除重组激活基因(recombination activating gene,RAG)的小鼠 (缺乏T、B细胞),首次发现一种产生2型细胞因子的辅助细胞。2008年,Kondo等[7]用IL-33 鼻内刺激RAG-2-/-小鼠,在缺乏T、B细胞的小鼠肺内,发现一种产生2型细胞因子的固有免疫细胞。2010年,相继发现4种可产生2型细胞因子的非T、B细胞,这些产生2型细胞因子的细胞如今被归类为ILC2s[8]。

ILC2s能 分 泌2 型 细 胞 因 子 如IL-4、IL-5、IL-9、IL-13介导炎症,IL-5诱导嗜酸粒细胞增多,IL-9促进肥大细胞增生及杯状细胞化生,IL-4、IL-13在趋化因子3作用下募集嗜酸粒细胞、巨噬细胞、B 细胞,导致黏液分泌增加、结构重塑。此外,ILC2s还分泌双调蛋白 (表皮生长因子受体配体),介导组织修复和重塑[3,9]。

ILC2s发育与T、B淋巴细胞相似。在小鼠体内,多能造血干细胞发育成淋巴细胞祖细胞[10],继而分化为T、B前体细胞及共同ILCs祖细胞。共同ILCs祖细胞分化成NK 祖细胞及共同辅助ILCs祖细胞,共同辅助ILCs祖细胞在DNA 结合抑制因子2、GATA-3、ROR-α、独立生长因子1、B 细胞慢性淋巴细胞白血病/淋巴瘤 (B-cell lymphoma and B-cell chronic lymphocytic leukemia,Bcl)-11b和成红细胞特异性转化因子1 等转录因子调控下分化ILC2s祖细胞[11-13],最终分化为成熟的ILC2s。Notch信号通路影响ILCs分化,非定型CD34+人胸腺祖细胞在Notch信号强度弱时发育成T 细胞,在Notch 信号强时发育成ILC2s[14],表明微环境影响ILCs分化。

1.3ILC2s的活化 ILC2s受到外界致敏原刺激时,可产生大量细胞因子迅速唤起免疫应答。与传统淋巴细胞不同,ILC2s缺乏抗原特异性受体,可被多种信号激活。

1.3.1细胞因子激活ILC2s ILC2s可被不同的细胞因子激活,尤其是上皮来源的细胞因子,表达多种细胞因子受体,如IL-25、IL-33和胸腺基质淋巴细胞生成素 (thymic stromal lymphopoietin,TSLP)[15]。

IL-25主要来源于上皮细胞,如肠道簇细胞、孤化学感应细胞及气道刷细胞,与ILC2s表面的白细胞介素17受体B(IL-17 receptor B,IL-17RB)受体结合后,通过丝裂原活化蛋白激酶 (mitogen-activated protein kinase,MAPK)信号通路活化激活蛋白1[16-18]。IL-33由上皮细胞、成纤维细胞、内皮细胞释放,与ILC2s 表面的致癌性抑制基因(suppression of tumorigenicity 2,ST2)受体结合后,通过肿瘤坏死因子受体相关因子6通路激活核因子κB (nuclear factor-κB,NF-κB)通路。除IL-33外,IL-1家族其他细胞因 子 如IL-1β、IL-18 分 别 与ILC2s 表 面 受 体IL-1R1、IL-18R结合后,同样可激活ILC2s产生IL-5和IL-13[19]。

肿瘤坏死因子 1A (tumor necrosis factor-1A,TNF-1A)是肿瘤坏死因子超家族细胞因子,能与ILC2s表面的死亡受体结合,促进其增殖、活化、分泌2型细胞因子[20]。ILC2s 还 表 达TNF 受 体Ⅱ和NF-κB 激 活 蛋 白(receptor activator of nuclear factorκB,RANK),分别与配 体 TNF、NF-κB 激 活 蛋 白 配 体 (RANK-ligand,RANK-L)结合可激活ILC2s产生2型细胞因子[21]。

IL-4、IL-9以自分泌方式激活ILC2s。嗜酸粒细胞分泌的IL-4与IL-33结合后可激活ILC2s分泌IL-5,IL-5可反过来诱导嗜酸粒细胞分泌IL-4[19];由肥大细胞等分泌的IL-9可上调抗凋亡蛋白Bcl-3 表达,延长ILC2s寿命并产生IL-5和IL-13[22],同时ILC2s也可以产生大量的IL-9。

单独用IL-25/IL-33激活小鼠ILC2s作用较微弱,完全激活ILC2s还需共刺激因子如IL-2、IL-7、IL-9、TSLP的共同参与[9]。这些共刺激因子本身无法激活ILC2s,但与ILC2s表面相应受体结合后,通过信号转导及转录激活蛋白1 (signal transducer and activator of transcription 1,STAT1)、STAT3和STAT5 途径可以增强IL-1β、IL-18、IL-25、IL-33、TNF等激活ILC2s的能力,产生大量的2型细胞因子[19]。

1.3.2脂质介质激活ILC2s 与细胞因子激活ILC2s不同,脂质介质如前列腺素D2 (prostaglandin D2,PGD2)、半胱氨酰白三烯 (cysteinyl leukotrienes,CysLTs)等通过活化T 细胞因子 (nuclear factor of activated T-cells,NFAT)途径激活ILC2s后,产生大量IL-4[23]。过敏原特异性免疫球蛋白E (immunoglobulin E,IgE)诱导肥大细胞、嗜酸粒细胞分泌PGD2,与ILC2s表面特征性标志物PGD2受体结合可诱导趋化ILC2s[23-24],增加IL-33 和IL-25受体的表达,协同IL-33和IL-25促进人ILC2s产生2型细胞因子[23]。Cys LTs 如白三烯C4 (leukotrienes C4,LTC4)、LTD4、LTE4与ILC2s表面白三烯受体 (Cys LT1和CysLT2受体)结合,促进ILC2s活化、迁徙,抑制其凋亡[25]。

1.3.3其他因子激活ILC2s T 细胞诱导共刺激分子(inducible costimulator,ICOS)与其配体诱导共刺激分子配体 (ICOS-ligand,ICOS-L)结合,通过STAT5 途径间接激活ILC2s产生2型细胞因子,延长ILC2s寿命[26]。在IL-25/IL-33刺激下,肺神经内分泌细胞分泌的降钙素基因相关肽可作为共刺激分子刺激ILC2s产生IL-5[27]。神经元细胞与ILC2s也存在相互作用,感觉神经元细胞分泌的血管活性肠肽 (vasoactive intestinal peptide,VIP)与鼠ILC2s表面受体结合可激活ILC2s产生IL-5,而IL-5反过来又可促进感觉神经元细胞产生VIP[28]。胆碱能神经元细胞分泌的神经肽与ILC2s表面受体结合,通过MAPK 及NFAT 途径直接激活ILC2s产生IL-5、IL-13,促进ILC2s增殖[29]。

1.3.4抑制ILC2s的激活 Treg产生的IL-10、转化生长因子β可抑制IL-33和TSLP激活ILC2s的通路,减少2型细胞因子如IL-4、IL-5、IL-13产生[30]。Ⅰ型IFN (IFN-α、IFN-β)、Ⅱ型IFN (IFN-γ)和IL-27均可与ILC2s相对应的受体结合,抑制ILC2s的激活,导致2型细胞因子产生减少[31]。脂质介质如PGI2、PGE2 及肾上腺素-β2 受体激动剂可活化腺苷酸环化酶-环磷酸腺苷-蛋白激酶A 途径抑制ILC2s 增殖,从而减少2 型细胞因子[32]。人和小鼠ILC2s均表达共抑制受体程序性死亡受体1 (programmed cell death 1,PD-1),与其受体程序性死亡受体配体(programmed cell death 1-ligand,PD-L1)结合后抑制ILC2s增殖[33]。类固醇激素如地塞米松、5-α-双氢睾酮与ILCs表面受体结合直接抑制其活化,导致IL-5、IL-13降低[32]。

1.3.5ILC2s的可塑性及异质性 ILC2s可转变为其他类型的ILCs,称为可塑性。如前所述,IL-1β、IL-18 激活ILC2s产 生2 型 细 胞 因 子,当IL-1β 与IL-12 或IL-18 与IL-12共同刺激时,诱导人ILC2s转分化为产生IFN-γ 的ILC1s,也称前体ILC2s[34]。在Notch 通路、Cys LTs 及IL-1β、IL-23、转化生长因子β 共同刺激时,则诱导鼠ILC2s转化为产生IL-17 的ILC3s[35]。不同来源的小鼠ILC2s单细胞测序发现,来自骨髓、肺及脂肪组织的ILC2s高表达IL-33受体 (IL-33 receptor,IL-33R),来自肠道的ILC2s 高表达IL-25R,来自皮肤的ILC2s 高表达IL-18R[36],但目前还无法通过ILC2s表达的受体推断其组织来源。

2 ILC2s与气道疾病

IL-33、IL-25、TSLP等上皮源性警报素刺激下,人肺ILC2s以固有、过敏原非特异方式被直接激活,快速产生2型细胞因子IL-5、IL-13等,诱导嗜酸粒细胞浸润,参与2型免疫应答、抗寄生虫感染及流感后组织修复过程,还参与呼吸道疾病的发生、发展过程。

2.1ILC2s和过敏性鼻炎 过敏性鼻炎是最常见的过敏性疾病,是由于吸入花粉、动物皮屑等抗原刺激鼻黏膜产生IgE介导的2型炎症。给予过敏原滴鼻,过敏性鼻炎患者外周血、鼻腔刮除标本中ILC2s数量增加,且与嗜酸粒细胞、IL-13水平呈正相关[37-38],花粉过敏的季节性过敏性鼻炎患者,在花粉季节外周血中ILC2s增多,给予脱敏治疗后,花粉季节外周血ILC2s不再增多[39]。和艾蒿花粉相比,屋尘螨过敏的过敏性鼻炎患者外周血ILC2s增加更明显[40],过敏性鼻炎患者遇过敏原刺激时,Ig E 介导肥大细胞脱颗粒迅速释放PGD2 和LTs,这些脂质介质可趋化、激活ILC2s[41]。过敏性鼻炎患者鼻黏膜内检测到IL-25 和TSLP升高,表明过敏性鼻炎患者ILC2s从局部到全身都升高,且升高程度与过敏反应有关,不同过敏原激活ILC2s能力不同,脂质介质、IL-25和TSLP等因子参与这一过程。

2.2ILC2s和慢性鼻窦炎 (chronic rhinosinusitis,CRS) CRS是上呼吸道常见慢性炎症,可分为2类：慢性鼻窦炎不伴鼻息肉 (CRS without nasal polyps,CRSsNP)和慢性鼻窦炎伴有鼻息肉 (CRS with nasal polyps,CRSw NP)。CRSw NP患者鼻息肉是首次发现ILC2s的组织,ILC2s是鼻息肉型中占主导地位的ILCs,且鼻黏膜中ILC2s数量较CRSsNP患者更高[42-43]。部分CRSw NP未见到嗜酸粒细胞浸润,这些患者鼻息肉中未见明显ILC2s增多,日本学者发现只有在嗜酸粒细胞浸润的鼻息肉中,ILC2s才明显升高,外周血ILC2s未见升高[44]。此外,在CRSw NP 患者的鼻息肉中,检测到LTC4、PDG2、TSLP 显著增高,表明脂质介质与共刺激分子TSLP协同作用激活鼻息肉中的ILC2s产生2型细胞因子[45-46],参与CRSw NP的2型炎症过程。

2.3ILC2s和COPD COPD 是慢性气道疾病,吸烟是其危险因素,特征为肺功能不可逆、进行性下降。COPD 与1 型免疫应答相关, 患者支气管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid,BALF)中检测到IL-12、IFN-γ升高,外周血ILC1s 升高,且ILC1s 增多程度与ILC2s减少、病情严重程度相关,可能由于ILC2s暴露于高水平的IL-12转分化为ILC1s(前体ILC2s)[34]。烟草诱导气道上皮细胞产生IL-1、IL-18、IL-33等细胞因子环境,增加ILC2s可塑性,使得ILC2s不断转化为ILC1s,可能驱动COPD 病情进展[47]。

2.4ILC2s和肺纤维化/囊性纤维化 气道上皮细胞受损后修复屏障的过程中产生瘢痕,形成肺纤维化。IL-13是小鼠促纤维化因子[48],特发性肺纤维化患者的BALF 中IL-13、IL-25及ILC2s均升高,表明纤维化过程中的IL-13可能由ILC2s分泌[49]。囊性纤维化是由于囊性纤维化跨膜转导调节因子基因突变导致的遗传病,主要表现为肺黏液分泌过多、频繁的呼吸道感染。与野生型小鼠相比,烟曲霉刺激的囊性纤维化小鼠肺中ILC2s数目明显增加,BALF中IL-13 增加,表明囊性纤维化患者局部ILC2s 活化增加[50]。

2.5ILC2s和哮喘 哮喘是复杂的炎性气道疾病,可分为高Th2 (嗜酸性)、低Th2 (非嗜酸性)型哮喘。稳定期哮喘患者受到过敏原刺激后24 h 内,痰中IL-5+IL-13+的ILC2s逐渐增加,外周血中ILC2s数目下降[51],表明哮喘患者肺ILC2s明显活化,可能是外周血ILC2s迁徙到气道。与健康对照组相比,哮喘患者尤其是高Th2型重度哮喘患者的外周血和痰中ILC2s 增高[52]。且哮喘严重程度与ILC2s水平高低相关,与轻度哮喘患者相比,未控制重度哮喘患 者 痰 中 产IL-5 和IL-13 的ILC2s 更 多[53]。IL-25、IL-33、TSLP等上皮细胞产生的警报素和脂质介质等可激活ILC2s产生IL-13,破坏鼠肺支气管上皮细胞完整性,导致气道2型炎症和哮喘急性加重[54]。女性比男性更易患哮喘,可能与男性雄激素睾酮抑制ILC2s激活有关[55]。此外,TSLP不仅能激活ILC2s还能诱导ILC2s产生激素抵抗,可能与部分哮喘患者糖皮质激素抵抗有关。表观基因组研究揭示ILC2s的基因调控机制与哮喘遗传基础紧密相关[56],也提示ILC2s在过敏性哮喘患者中的致病作用。

尽管许多细胞因子可以激活ILC2s,但不同的致敏原倾向于产生特定的细胞因子。如屋尘螨和真菌致敏原通过分泌IL-33活化ILC2s,呼吸道合胞病毒通过TSLP途径活化ILC2s,甲壳素或迁移性蠕虫感染致敏呼吸道时,诱导肺泡Ⅱ型上皮细胞产生IL-33和TSLP,激活ILC2s[57-60]。

3 气道疾病的治疗与展望

临床常见的气道疾病如过敏性鼻炎、CRSw NP、COPD、肺纤维化/囊性纤维化和哮喘表现各异,发病机制尚不明确。越来越多的研究提示IL-25、IL-33等致敏原可激活ILC2s,产生2型细胞因子如IL-5、IL-13等,导致嗜酸粒细胞增多、黏液分泌增加、气道重塑,参与人类气道炎性疾病。针对气道炎性疾病的治疗,多采用吸入糖皮质激素抗炎,但各种气道疾病治疗反应不同,关于阻断ILC2s激活等方法治疗2型气道疾病的相关机制仍待进一步探索,目前抗ILC2s 生成介质的单抗如IL-5 单抗、IL-5Rα单抗、IL-13单抗、IL-4Rα单抗正处于Ⅲ期临床试验阶段,未来可能逐步应用于2型气道炎性疾病的靶向治疗,在欧洲和美国,IL-1β单抗、TNF 单抗、RANK-L 单抗已被批准用于治疗类风湿性关节炎及银屑病[61],其他如TSLP单抗、IL-33单抗目前仍处于Ⅱ期临床试验阶段[62]。因此,抑制ILC2s的激活及其产生的细胞因子有望为气道疾病提供靶向治疗的新思路。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突