腸道免疫調(diào)節(jié)細胞在維持腸黏膜穩(wěn)態(tài)中作用的研究進展*

馮鐘生 劉占舉 吳 維

同濟大學(xué)附屬第十人民醫(yī)院消化內(nèi)科(200072)

胃腸道黏膜和腸道相關(guān)淋巴組織[包括派爾集合淋巴結(jié)(Peyer’s patches, PP)、獨立淋巴濾泡、腸系膜淋巴結(jié)]構(gòu)成了機體一個特殊的“免疫器官”，通過協(xié)調(diào)固有性免疫應(yīng)答與適應(yīng)性免疫應(yīng)答，一方面防御各種有害病原體的入侵，另一方面避免對無害的細菌、食物等抗原產(chǎn)生過強的免疫反應(yīng)。腸道免疫調(diào)節(jié)細胞包括調(diào)節(jié)性T細胞(Treg細胞)、調(diào)節(jié)性B細胞(Breg細胞)、調(diào)節(jié)性樹突細胞(DC)、M2型巨噬細胞、固有淋巴樣細胞(ILC)、成纖維網(wǎng)狀細胞(FRC)等，在維持腸道免疫應(yīng)答的平衡中發(fā)揮重要作用。哺乳動物的腸道容納了大量微生物，包括細菌、真菌、病毒等，腸道菌群失調(diào)與多種疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，如炎癥性腸病、糖尿病、心血管疾病甚至腫瘤。目前大量研究表明免疫調(diào)節(jié)細胞與腸道菌群的相互作用是維持腸道黏膜穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文就腸道免疫調(diào)節(jié)細胞在維持腸黏膜穩(wěn)態(tài)中的作用及其研究進展作一綜述。

一、Treg細胞

Treg細胞是最早發(fā)現(xiàn)的具有免疫抑制功能的淋巴細胞，根據(jù)其分化途徑可分為胸腺內(nèi)產(chǎn)生的Treg細胞(tTreg細胞)和外周誘導(dǎo)產(chǎn)生的Treg細胞(pTreg細胞)。Treg細胞的基本功能包括:分泌抑制性細胞因子IL-10、IL-35、TGF-β等；產(chǎn)生顆粒酶等誘導(dǎo)靶細胞裂解；干擾細胞正常代謝；與效應(yīng)T細胞競爭IL-2；通過核苷酸酶CD39和CD73產(chǎn)生具有免疫抑制效應(yīng)的腺苷；調(diào)控抗原呈遞細胞(如DC等)間接影響效應(yīng)T細胞的活化。

Treg細胞對腸道菌群的調(diào)節(jié)是其維持腸黏膜穩(wěn)態(tài)的重要途徑。一方面，Treg細胞能限制機體對腸道菌群的過度細胞免疫反應(yīng)，促進共生菌在腸道內(nèi)的定植。Campbell等[1]發(fā)現(xiàn)Foxp3GFPΔCNS1小鼠(pTreg產(chǎn)生缺陷)腸黏膜內(nèi)細菌引起的Th2型免疫反應(yīng)明顯增強，進而干擾Mucispirillumschaedleri、Lactobacillusjohnsonii等邊界定居菌的正常定植。另一方面，在PP等部位Treg細胞可促進濾泡輔助性T細胞(TfH)和IgA+B細胞分化，提高腸腔內(nèi)IgA濃度，從而限制腸腔內(nèi)定植的細菌(如節(jié)段絲狀細菌)向深部組織移位，避免機體產(chǎn)生全身性免疫反應(yīng)[2-3]。此外，Povoleri等[4]發(fā)現(xiàn)結(jié)腸固有層中全反式視黃酸誘導(dǎo)產(chǎn)生的CD161+Treg細胞亞型能促進腸黏膜損傷修復(fù)。

Xu等[5]發(fā)現(xiàn)腸道Treg細胞的發(fā)育和功能依賴轉(zhuǎn)錄因子c-Maf，條件性敲除c-Maf基因后Treg細胞限制腸道細菌特異性Th17細胞反應(yīng)的能力明顯受損；Neumann等[6]發(fā)現(xiàn)c-Maf可直接調(diào)控IL-10、CTLA4等基因轉(zhuǎn)錄，證實其對Treg細胞的功能具有重要作用。

二、Breg細胞

目前已發(fā)現(xiàn)多種具有免疫抑制功能的B細胞表型，小鼠體內(nèi)包括過渡性2期邊緣區(qū)前體(T2-MZP)細胞，CD5+CD1dhiB細胞(即B10細胞)，邊緣區(qū)(MZ)B細胞，Tim-1+B細胞，CD138+漿細胞；人體內(nèi)包括CD19+CD24hiCD38hiCD1dhi細胞(相當(dāng)于小鼠T2-MZP細胞)，CD19+CD24hiCD27+細胞(相當(dāng)于小鼠B10細胞)。

Breg細胞的免疫調(diào)節(jié)功能可能主要由IL-10介導(dǎo)，Yuan等[7]利用小鼠細胞移植實驗發(fā)現(xiàn)B10細胞可通過產(chǎn)生IL-10抑制腸系膜淋巴結(jié)中Th1細胞作用，從而減輕DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎癥。Breg細胞也能誘導(dǎo)產(chǎn)生Treg細胞，該作用依賴于CD80/86等介導(dǎo)的細胞直接接觸[8]。此外，Breg細胞能抑制DC分泌促炎細胞因子，進而阻止CD4+T細胞向Th1/Th17細胞分化[9]。Oleinika等[10]發(fā)現(xiàn)CD1d+Breg細胞通過呈遞脂質(zhì)抗原誘導(dǎo)恒定自然殺傷T細胞(invariant natural killer T cells，iNKT細胞)的產(chǎn)生，并進一步抑制Th1和Th17細胞介導(dǎo)的自身免疫反應(yīng)并減輕實驗性關(guān)節(jié)炎反應(yīng)。實驗表明以α-半乳糖神經(jīng)酰胺等糖脂激活CD1d限制性NKT細胞能改善DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎癥[11]，但該過程是否必須依賴于Breg細胞的參與還有待進一步研究。

Toll樣受體(Toll-like receptors, TLRs)信號參與對Breg細胞的調(diào)節(jié)。脂多糖(LPS)聯(lián)合佛波酯、離子霉素能誘導(dǎo)B細胞分化成CD5+CD1dhiB10細胞。Lino等[12]通過直接給予小鼠靜脈注射LPS，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一群體內(nèi)天然存在的LAG3+CD138+漿細胞受到TLRs刺激后能迅速產(chǎn)生大量IL-10。此外，在一個MHC-Ⅰ不匹配的皮膚移植模型中，將常規(guī)設(shè)備而非無菌設(shè)備中飼養(yǎng)小鼠的B細胞移植至皮膚受體小鼠能延長皮膚移植物的存活期，表明腸道細菌有助于小鼠B細胞獲得免疫抑制和促進移植耐受的能力[13]。Rosser等[14]進一步發(fā)現(xiàn)腸道菌群刺激巨噬細胞和DC產(chǎn)生IL-1β和IL-6，從而誘導(dǎo)Breg細胞分化和IL-10產(chǎn)生。上述體內(nèi)和體外研究均表明腸道菌群對Breg細胞正常發(fā)揮作用非常重要。但關(guān)于Breg細胞調(diào)節(jié)腸道菌群免疫耐受的機制目前知之甚少，今后需行更深入的研究來闡明。

三、巨噬細胞

哺乳動物腸道中有大量巨噬細胞定居，多數(shù)位于黏膜固有層。腸道巨噬細胞可有多種來源：在胚胎發(fā)育過程中，巨噬細胞起源于卵黃囊；出生后腸道巨噬細胞的更新主要依賴于血液循環(huán)中Ly6Chi單核細胞的遷移分化。

在穩(wěn)定狀態(tài)下，腸道巨噬細胞在清除入侵微生物的同時并不會產(chǎn)生大量促炎因子而引發(fā)過強的炎癥反應(yīng)，這非常有利于腸黏膜的穩(wěn)態(tài)。早期體外研究[15]證實腸道固有層巨噬細胞不僅可分泌IL-10，在TGF-β存在的條件下還能高效誘導(dǎo)Foxp3+Treg細胞的產(chǎn)生，表明腸道巨噬細胞可主動發(fā)揮抗炎效應(yīng)。Krause等[16]利用小鼠檸檬酸桿菌腸道感染模型證實結(jié)腸巨噬細胞是感染后IL-10的主要來源，IL-10不僅能調(diào)節(jié)單核細胞、粒細胞向腸道募集，還能以自分泌或旁分泌的方式抑制巨噬細胞IL-23的產(chǎn)生，從而避免過度炎癥反應(yīng)對自身組織的損傷；且IL-10+巨噬細胞高表達與血管發(fā)育、組織再生相關(guān)的基因。有研究亦證實腸上皮隱窩周圍的巨噬細胞通過產(chǎn)生前列腺素E2(PGE2)等方式促進干細胞增生[17]。上述研究均表明巨噬細胞有助于感染后期的組織修復(fù)和創(chuàng)傷愈合，促進腸黏膜穩(wěn)態(tài)恢復(fù)。此外，Kim等[18]亦發(fā)現(xiàn)，在特異性去除小鼠腸道CX3CR1+巨噬細胞后無法正常誘導(dǎo)對卵清蛋白的口服耐受。

越來越多的研究顯示腸道細菌與巨噬細胞之間存在多方面的作用。Ueda等[19]發(fā)現(xiàn)腸道細菌通過TLRs刺激結(jié)腸巨噬細胞產(chǎn)生IL-10，進而以旁分泌或自分泌的方式激活STAT3、抑制IκB激酶等產(chǎn)生抗炎效應(yīng)。而腸道菌群的代謝產(chǎn)物丁酸通過抑制HDAC，亦能限制結(jié)腸固有層巨噬細胞中促炎細胞因子的產(chǎn)生[20]。Yang等[21]通過給予無菌小鼠進行糞菌移植發(fā)現(xiàn)腸道細菌能促進腸嗜鉻細胞分泌5-羥色胺，進而促進腸道運動和巨噬細胞向M2型轉(zhuǎn)變。Kim等[18]發(fā)現(xiàn)在應(yīng)用抗菌藥物清除大部分腸道菌群后，腸黏膜內(nèi)CX3CR1+巨噬細胞不再能抑制沙門菌感染引起的過度Th1型反應(yīng)，亦不能誘導(dǎo)移植的初始OTⅡ T細胞分化成Treg細胞，表明巨噬細胞發(fā)揮調(diào)節(jié)功能需要腸道菌群的存在；該研究還證實腸道細菌的作用依賴于其對腸上皮組織的黏附，但具體機制有待進一步研究。

總之，腸黏膜內(nèi)的成熟巨噬細胞主要表現(xiàn)為一種抗炎表型，通過產(chǎn)生IL-10等抑制性細胞因子、促進Treg細胞產(chǎn)生等方式參與誘導(dǎo)對共生菌以及食物抗原的免疫耐受；在感染引發(fā)的炎癥反應(yīng)后期亦能產(chǎn)生PGE2等因子促進組織修復(fù)，有利于腸黏膜穩(wěn)態(tài)的重建。而在一些腸道持續(xù)慢性炎癥過程中(如炎癥性腸病)，巨噬細胞的正常分化受到影響而轉(zhuǎn)變?yōu)榇傺妆硇?，?dǎo)致局部炎癥和組織損傷加重。因此，通過確定影響巨噬細胞功能的關(guān)鍵細胞內(nèi)外因子，人為調(diào)控巨噬細胞分化，可能為炎癥性腸病等的治療提供新的手段。

四、DC

作為專職的抗原呈遞細胞，DC在聯(lián)系固有性免疫和適應(yīng)性免疫應(yīng)答中發(fā)揮重要作用。越來越多的研究顯示腸道中存在一群具有免疫調(diào)節(jié)功能的DC，即調(diào)節(jié)性DC。目前各種體內(nèi)、體外實驗確定的調(diào)節(jié)性DC的作用機制包括：分泌IL-10、TGF-β、IL-27等免疫抑制性細胞因子；產(chǎn)生穿孔素、顆粒酶等物質(zhì)清除效應(yīng)T細胞；表達吲哚胺2，3-雙加氧酶(indoleamine-2,3-dioxygenase, IDO)，催化色氨酸產(chǎn)生犬尿氨酸，通過芳烴受體(aryl hydrocarbon receptor, AhR)促進Treg細胞分化同時抑制效應(yīng)T細胞增殖；產(chǎn)生PDL-1、FasL、TRAIL等誘導(dǎo)效應(yīng)T細胞的失能和(或)凋亡[22-24]。DC對腸黏膜穩(wěn)態(tài)的作用可能主要在于維持Treg細胞與效應(yīng)T細胞的平衡。CD103+DC通過抗原呈遞并以TGF-β和視黃酸依賴的方式誘導(dǎo)CD4+T細胞向Treg細胞分化。Nakahashi-Oda等[25]發(fā)現(xiàn)分布于腸上皮細胞周圍的CX3CR1+CD103+CD11b+DC識別細菌成分(如LPS)后產(chǎn)生的IFN-β亦能促進結(jié)腸Treg細胞增殖。近年通過各種條件性基因敲除實驗發(fā)現(xiàn)Notch受體[26]、熱休克蛋白gp96(TLR的分子伴侶)[27]、TLR下游信號分子TRAF6[28]等對調(diào)節(jié)性DC正常發(fā)揮作用具有重要作用，去除DC中的上述分子會導(dǎo)致其促進Treg細胞分化和增殖的能力降低，腸道Treg細胞與效應(yīng)T細胞的平衡被破壞。

Fung等[29]發(fā)現(xiàn)，腸系膜淋巴結(jié)等部位的淋巴組織定居共生菌可定植于DC內(nèi)部，促進DC產(chǎn)生IL-10，在穩(wěn)定狀態(tài)下限制對共生菌的Th17細胞反應(yīng)，在腸道面臨損傷時(如DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎模型中)還能增強腸上皮的屏障功能，減輕腸道和全身炎癥反應(yīng)。Martínez-López等[30]證實PP中的DC通過C型凝集素受體(C-type lectin receptor, CLR)Mincle識別黏膜定居共生菌，經(jīng)下游SyK激酶信號通路產(chǎn)生IL-6和IL-23，最終促進Th17和ILC3分泌IL-22，從而增強腸上皮屏障功能。

DC作為重要的抗原呈遞細胞，通過呈遞細菌抗原和提供各種細胞因子，促進效應(yīng)T細胞和Treg細胞分化，維持兩者的平衡，保證了在清除入侵細菌的同時不影響共生菌的正常定植，這是腸黏膜免疫系統(tǒng)維持自身穩(wěn)定的重要手段。

五、ILC

目前ILC主要分為3類：ILC1受轉(zhuǎn)錄因子T-bet調(diào)控，主要產(chǎn)生IFN-γ等細胞因子；ILC2受轉(zhuǎn)錄因子GATA3調(diào)控，主要產(chǎn)生IL-4、IL-5、IL-13等細胞因子；ILC3受轉(zhuǎn)錄因子RORγt調(diào)控，產(chǎn)生IL-22、IL-17、粒-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)等細胞因子。其中，ILC3主要參與腸道免疫調(diào)節(jié)。ILC3可進一步分成2種亞型：CCR6+群體，即淋巴組織誘導(dǎo)細胞(LTi細胞)；CCR6-群體，表達自然細胞毒性受體，如Nkp44、Nkp46等。CCR6-ILC3亦可表達T-bet并分泌IFN-γ，參與抵抗腸道病原體(如沙門菌)感染。

ILC3可通過多種方式介導(dǎo)免疫調(diào)節(jié)功能：在PP和腸系膜淋巴結(jié)等部位的ILC3表達MHCⅡ同時缺乏CD80/86等共刺激分子，通過抗原呈遞清除特異性識別腸道共生菌的效應(yīng)T細胞，發(fā)揮類似胸腺內(nèi)陰性選擇的作用[31]；腸道內(nèi)ILC3受IL-1β作用后分泌的GM-CSF能增強固有層CD103+調(diào)節(jié)性DC促進Treg細胞產(chǎn)生的能力[32]；腸系膜淋巴結(jié)中定居濾泡間區(qū)域的ILC3可抑制TfH產(chǎn)生IL-4，進而限制B細胞反應(yīng)[33]。

早期研究已證實ILC3對腸道獨立淋巴濾泡形成和T細胞非依賴性IgA的產(chǎn)生至關(guān)重要，而清除ILC3會導(dǎo)致共生菌向體內(nèi)播散和全身炎癥的發(fā)生。Melo-Gonzalez等[33]的研究證實腸系膜淋巴結(jié)中濾泡間ILC3能限制特異性識別“邊界定居細菌”的T細胞依賴性IgA產(chǎn)生;Goto等[34]發(fā)現(xiàn)ILC3分泌的淋巴毒素α能促進小腸上皮細胞表面的多糖發(fā)生巖藻糖基化，這些作用有利于共生菌在腸黏膜表面的正常定植。因此，ILC3能非常精確地調(diào)控腸道細菌的定植和生長。此外，在生理狀態(tài)下，腸黏膜IL-22具有促進腸上皮細胞再生、抗菌肽產(chǎn)生、杯狀細胞黏液分泌等多種效應(yīng)，而ILC3是IL-22的重要來源之一。TLR2信號刺激能促進LTi ILC3分泌IL-22。最近Chun等[35]的研究發(fā)現(xiàn)結(jié)腸中細菌代謝產(chǎn)生的短鏈脂肪酸可激活GPR43，進而通過AKT/STAT3通路促進CCR6+ILC3的增殖以及IL-22產(chǎn)生。有研究[36]表明在腸道獨立淋巴濾泡等部位神經(jīng)膠質(zhì)細胞分泌的神經(jīng)營養(yǎng)因子能以旁分泌的方式促進ILC3表達IL-22，從而增強腸屏障功能，提示免疫系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)之間的相互作用對維持腸黏膜穩(wěn)態(tài)亦非常重要。

總之，ILC3在誘導(dǎo)黏膜相關(guān)淋巴組織形成、維持腸上皮屏障完整性、維持對共生菌的免疫耐受等過程中均發(fā)揮重要作用。ILC3的免疫調(diào)節(jié)功能很大程度上依賴于MHCⅡ的表達以及細菌抗原的呈遞(如對效應(yīng)T細胞的調(diào)節(jié)[31]，對TfH的調(diào)節(jié)[33])，然而ILC3獲取共生菌抗原的途徑目前尚不清楚，需行更多的研究來闡明。

六、基質(zhì)細胞

越來越多的研究表明淋巴結(jié)內(nèi)的基質(zhì)細胞也具有免疫調(diào)節(jié)功能，如FRC。FRC是淋巴組織中一種特化的肌成纖維細胞，亦可見于腸系膜淋巴結(jié)和小腸PP中。FRC介導(dǎo)免疫耐受的機制包括：以MHC依賴的方式清除T細胞；產(chǎn)生一氧化氮等抑制效應(yīng)T細胞增殖；產(chǎn)生視黃酸促進pTreg細胞分化等[37]。有研究[38]發(fā)現(xiàn)在給小鼠提供缺乏維生素A的飲食時，腸系膜淋巴結(jié)中FRC的視黃醛脫氫酶活性明顯下降，而腸道固有層中FRC仍能正常表達視黃醛脫氫酶，說明不同的微環(huán)境中FRC可表現(xiàn)出不同的特性。此外，Gil-Cruz等[39]發(fā)現(xiàn)腸系膜淋巴結(jié)和PP中的FRC在穩(wěn)定狀態(tài)下產(chǎn)生IL-15，以維持ILC1和自然殺傷細胞(NK細胞)生存；而感染病毒時，F(xiàn)RC通過TLR7識別病毒RNA后下調(diào)IL-15表達，限制ILC1和NK細胞參與免疫反應(yīng)，表明淋巴結(jié)中FRC能幫助機體避免在急性感染等炎癥反應(yīng)過程中出現(xiàn)對自身組織的損傷。目前發(fā)現(xiàn)腸道微生物對FRC等基質(zhì)細胞具有一定的影響。Vicente-Suarez等[38]發(fā)現(xiàn)無菌小鼠腸道固有層中FRC不能正常產(chǎn)生視黃酸；Pezoldt等[40]證實在腸道微生物的參與下，初生小鼠腸系膜淋巴結(jié)中的FRC即獲得了促進Treg細胞產(chǎn)生的能力，這種特性即使在感染和炎癥狀態(tài)下亦能穩(wěn)定維持，因而有助于控制炎癥發(fā)展，促進腸道穩(wěn)態(tài)恢復(fù)。

七、結(jié)論與展望

綜上所述，免疫調(diào)節(jié)細胞作為腸道免疫系統(tǒng)重要的組成部分，其與腸道菌群之間的協(xié)調(diào)作用對維持腸黏膜穩(wěn)態(tài)非常關(guān)鍵，但作用機制目前尚不完全明確。未來仍需要利用更多新的疾病模型與研究技術(shù)進一步探討免疫調(diào)節(jié)細胞在腸道穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮的作用，以及可能存在的表觀遺傳學(xué)和基因表達譜變化，從而為各種腸道黏膜炎癥相關(guān)疾病的治療提供新的理論依據(jù)。