固有免疫細胞在肺移植中的研究進展

李彬鈺，肖漓（中國人民解放軍總醫(yī)院第八醫(yī)學中心呼吸與危重癥醫(yī)學部研究所，北京市器官移植與免疫調(diào)節(jié)重點實驗室，北京 100091）

肺移植是許多終末期肺病患者的唯一選擇治療手段，但是其成功率遠低于其他實體器官。肺移植早期缺血/再灌注引發(fā)機體先天性免疫反應(yīng)，導致原發(fā)性移植物失功（primary graft dysfunction，PGD）是重要的影響因素之一，且可能導致晚期的慢性同種異體肺移植物功能障礙（chronic lung allograft dysfunction，CLAD）［1］。另外，由于肺臟直接與外界環(huán)境相通，所以發(fā)生感染的風險較高，且環(huán)境中許多病原菌可激活機體的免疫系統(tǒng)，導致排斥反應(yīng)的發(fā)生［2］。雖然外科手術(shù)技術(shù)和術(shù)后管理水平的進步及新型免疫抑制劑的不斷應(yīng)用，使得肺移植受者術(shù)后生存率有所提升，但與其他實體器官移植相比，仍不夠理想。術(shù)后出現(xiàn)的多種并發(fā)癥，包括PGD、急性排斥反應(yīng)、CLAD 和感染等，仍然是影響肺移植受者術(shù)后短期和長期生存的重要因素。近年來，隨著對肺移植免疫的深入研究，固有免疫細胞在肺移植中的重要作用也日益凸顯。本文旨在闡述近年來關(guān)于固有免疫細胞在肺移植中的主要研究進展。

最近的研究表明，固有免疫系統(tǒng)能夠識別異基因，并且異基因識別的部分機制已經(jīng)被揭示。同種異體免疫反應(yīng)是實現(xiàn)移植器官長期存活的主要障礙，同種異體識別即免疫系統(tǒng)區(qū)分自我和非我，在啟動同種異體反應(yīng)之前是必需的。因此，深刻理解固有免疫細胞在啟動和維持同種異體免疫反應(yīng)中的作用十分關(guān)鍵［3］。

2022 年，Neupane 等［4］在活體顯微鏡下觀察了小鼠的免疫細胞在體內(nèi)平衡、損傷和感染期間肺臟、肝臟等組織中的固有免疫應(yīng)答過程中的特點，發(fā)現(xiàn)了肺泡巨噬細胞、中性粒細胞和固有NK 細胞等的新動態(tài)變化規(guī)律。

單核細胞和巨噬細胞屬單核吞噬細胞系統(tǒng)，是先天免疫的組成部分。單核細胞由骨髓粒-單系祖細胞發(fā)育分化而成，約占血液的3%～8%，在血液和脾臟中循環(huán)。單核細胞在血液中僅停留12 ～24 h，進入結(jié)締組織器官可分化為巨噬細胞。肺臟包含兩種不同的巨噬細胞群：肺泡巨噬細胞和間質(zhì)巨噬細胞，它們分別占肺常駐巨噬細胞池的 80% 和 20%［5］。肺泡巨噬細胞排列在肺泡表面，是肺臟中的長期駐留細胞。肺泡巨噬細胞主要來源于胎兒肝臟內(nèi)的胚胎造血祖細胞。然而，最近的研究表明，肺泡巨噬細胞也可以來源于循環(huán)骨髓的單核細胞，可能在肺纖維化的發(fā)展中發(fā)揮作用［6］。間質(zhì)巨噬細胞位于肺泡上皮和血管內(nèi)皮之間的狹窄空間，主要來源于循環(huán)血液中的單核細胞，并通過單核細胞更新維持。還有一些研究認為，一部分間質(zhì)巨噬細胞可能來源于卵黃囊造血祖細胞［7］。

單核細胞可分經(jīng)典的炎性單核細胞和非經(jīng)典的巡邏單核細胞，其特征是能夠通過模式識別受體進而識別危險信號。經(jīng)典單核細胞監(jiān)測肺實質(zhì)，并被CCL2、CX3CL1 和CCR5 配體募集到炎癥部位。非經(jīng)典單核細胞以爬行型運動巡邏肺內(nèi)皮，并被CX3CL1 募集到炎癥部位［8-9］。Chiu 等［8］研究證明了肺移植后，單核和巨噬細胞在對宿主損傷機制應(yīng)答中發(fā)揮重要作用。肺移植術(shù)后患者容易遭受多種感染和炎癥性損傷，包括缺血/再灌注損傷（ischemia reperfusion injury，IRI）、機械通氣、以及共生病原體和肺部病原體感染。① 當病原體侵襲肺泡間隙時，首先被激活的就是肺泡巨噬細胞，其通過釋放趨化因子和細胞因子來招募單核細胞和中性粒細胞。隨后中性粒細胞被募集到感染部位后，能夠脫顆粒并產(chǎn)生中性粒細胞胞外陷阱（neutrophil extracellular trap，NET），從而對抗感染。② 在機械通氣過程中，牽張性損傷會激活內(nèi)皮細胞、肺泡巨噬細胞和上皮細胞，引起經(jīng)典和非經(jīng)典單核細胞的招募并激活，以及中性粒細胞的招募。③ 缺血/再灌注期間，肺泡巨噬細胞和單核細胞被激活，通過招募中性粒細胞到肺移植物而增強IRI，如果損傷足夠嚴重，可導致PGD［8］。

Kopecky 等［10］研究認為，供體來源的巨噬細胞參與了肺移植后的同種異體移植器官損傷，并可能導致發(fā)生慢性排斥反應(yīng)。研究報道由于供體肺泡巨噬細胞在同種異體肺移植物中的壽命長，可以作為供體抗原的長期來源，在供體特異性抗體刺激后分泌促炎細胞因子，表明供體肺泡巨噬細胞有助于抗體介導的肺排斥反應(yīng)［11］。具體而言，在肺泡巨噬細胞中誘導鋅指和含有蛋白質(zhì) 7a 的BTB 結(jié)構(gòu)域（一種有助于調(diào)節(jié)淋巴細胞和組織駐留巨噬細胞發(fā)育的轉(zhuǎn)錄因子）是供體特異性抗體誘導的慢性排斥反應(yīng)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)［12］。但仍需要進一步研究供體巨噬細胞參與同種異體移植排斥反應(yīng)的其他機制。

中性粒細胞是最早來源于骨髓的造血干細胞，隨后分化為成熟的中性粒細胞，通過上調(diào)CXC 趨化 因 子 受 體2（cxc-chemokine receptor 2，CXCR2）、下調(diào)CXCR4，從而促進成熟的中性粒細胞從骨髓釋放到外周血中。中性粒細胞是血液循環(huán)中最豐富的白細胞，占血液白細胞的60%～70%，但存活期短，約為2 ～3 d。越來越多的研究顯示中性粒細胞具有異質(zhì)性，當小鼠和人發(fā)生感染、炎癥和癌癥時，會存在不同作用的中性粒細胞亞群，但目前沒有一個標準可以明確定義［13-14］。中性粒細胞有多種死亡方式，主要包括凋亡、壞死、NET 誘導的死亡以及在肝脾或骨髓中被巨噬細胞吞噬破壞。

中性粒細胞具備趨化、吞噬以及殺菌作用，在固有免疫中至關(guān)重要。此外，中性粒細胞被激活后可產(chǎn)生白細胞介素（interleukin，IL）-6、IL-8 和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等多種炎性因子，能夠動員其他免疫細胞共同參與免疫應(yīng)答。在過去幾年中，中性粒細胞在促進同種異體移植器官損傷中的作用得到了廣泛的研究［15］。造成肺移植術(shù)后早期肺功能損害的諸多因素中，尤為重要的是大量的中性粒細胞浸潤所造成的肺實質(zhì)炎癥性損害。中性粒細胞壞死或者凋亡后可以形成一種特殊結(jié)構(gòu)，是由其DNA 以及顆粒蛋白構(gòu)成的，即中性粒細胞胞外殺菌網(wǎng)絡(luò)（neutrophil extracellular traps，NETs），可對血管內(nèi)皮細胞造成損傷。NETs 已被證明在肺移植后可加重急性肺損傷，在PGD 模型中會促進炎癥反應(yīng)［16］。研究已經(jīng)報道了中性粒細胞可以通過Fas 配體表達來募集活化的CD8+T 細胞，還可以通過MHC-Ⅱ類和共刺激分子的表達來促進抗原呈遞細胞的活性，這對T 細胞的活化和分化至關(guān)重要［17-18］。使用原位肺移植小鼠模型，發(fā)現(xiàn)在同種異體肺移植中，受體衍生的中性粒細胞與供體樹突狀細胞之間存在長時間的相互作用，這種接觸依賴性機制促進了樹突狀細胞產(chǎn)生IL-12 以及γ-干擾素（interferon-γ，IFN-γ）+ T 細胞的擴增，這證明了中性粒細胞在肺移植后增強了適應(yīng)性免疫［19］。此外，在呼吸道細菌感染期，移植物浸潤的中性粒細胞能夠通過上調(diào)共刺激分子CD80 和CD86，從而促進T 細胞的活化并引發(fā)同種異體肺移植排斥反應(yīng)［20］。

自然殺傷細胞（natural killer cell，NK）來源于骨髓淋巴樣干細胞，其分化、發(fā)育依賴于骨髓或胸腺微環(huán)境，主要分布于外周血和脾臟，在淋巴結(jié)和其他組織中也有少量存在。NK 細胞占外周血淋巴細胞總數(shù)的5%～20%，小鼠肺中大約10%的淋巴細胞是NK 細胞。在肺部炎癥期間，額外的NK 細胞從外周血或其他部位流入肺部。NK 細胞在肺移植耐受和免疫防御中的重要性日益被認識到。NK 細胞對非自身細胞的反應(yīng)是通過穿孔素、顆粒酶TNF 家族效應(yīng)分子介導的直接細胞毒性，以及效應(yīng)細胞因子如IFN-γ 的產(chǎn)生來完成［21］。在肺內(nèi)，支氣管上皮細胞分泌的IL-15 能夠促進NK 細胞的活化和增殖，而肺泡巨噬細胞分泌的轉(zhuǎn)化生長因子（transforming growth factor-β，TGF-β）能夠抑制NK 細胞的活化和增殖。NK 細胞在宿主對抗感染的反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，尤其是在肺部。NK 細胞具有區(qū)分自身、改變自身或缺失自身的能力，以及強大而多樣的效應(yīng)能力，這使得NK 細胞與肺移植特別相關(guān)。不同的受體陣列導致NK 細胞可能通過多種機制來改變肺移植受者臨床結(jié)果。

據(jù)研究，NK 細胞可以促進耐受性，例如通過耗盡供體抗原提呈細胞，還可能通過消除同種異體T 細胞來促進移植物的耐受［22］。另外，這些細胞可以分別通過殺傷細胞免疫球蛋白樣受體（killer cell immunoglobulin-like receptor，KIR）或NKG2D 受體連接，對被識別為“非自我”或“應(yīng)激”的異體移植組織產(chǎn)生細胞毒性作用，從而驅(qū)動排斥反應(yīng)［23］。Calabrese 研究組證明了NK 細胞可能通過移植物特異性抗體誘導的CD16A Fc 受體依賴激活途徑，從而介導了補體依賴抗體介導的異體移植物排斥反應(yīng)［24］。此外，NK 細胞在感染反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，特別是通過CD94/NKG2C 受體介導巨細胞病毒感染。盡管這些對異體移植物功能的影響有時相互矛盾，但NK細胞的計數(shù)在診斷異體移植物功能障礙方面可能有重要作用。對NK 細胞功能動態(tài)的進一步研究可能會找到促進耐受性NK 細胞功能的策略，同時降低異體移植物毒性。對肺移植受者NK 細胞生物學的進一步了解，可能使這些細胞成為移植物損傷的生物標志物和治療靶點。

肥大細胞（mast cells，MC）是由CD34+/CD117+多能造血干細胞經(jīng)血液循環(huán)遷移到外周組織，在各種組織特異性因子如細胞外基質(zhì)蛋白、黏附分子、細胞因子和趨化因子的影響下，進一步分化成熟而形成的［25］。微環(huán)境的改變可以影響局部MC 的大小、結(jié)構(gòu)以及對刺激的敏感性，所以不同器官之間或內(nèi)部的MC 可表現(xiàn)出顯著的表型異質(zhì)性。MC 存在于所有組織中，在肺和消化道等組織和黏膜中尤為豐富，。既往研究發(fā)現(xiàn)，MC 可以快速產(chǎn)生多種炎癥介質(zhì)，包括生物胺、細胞因子以及脂質(zhì)代謝產(chǎn)物、ATP、神經(jīng)肽、生長因子、一氧化氮等，在先天性和獲得性免疫反應(yīng)、組織損傷和修復(fù)過程等機制中至關(guān)重要［26］。

MC 作為關(guān)鍵的免疫和炎癥前哨點，會遇到外界病原體的刺激，通過快速激活I(lǐng)gE 依賴和獨立的先天免疫通路，啟動和塑造炎癥反應(yīng)。MC 可以產(chǎn)生生長因子，共刺激分子，以及大量的促炎和抗炎介質(zhì)。移植的肺不斷暴露于空氣傳播的抗原中，這些抗原可能激活局部免疫反應(yīng)，從而調(diào)節(jié)MC 活性［27-28］。例如，被激活的MC 釋放IL-2、IL-7、IL-3、IL-6、IL-9、IL-10、IFN-γ、TNF-α 和趨化因子（CXCL8、CCL2 和CCL5）都與器官移植和排斥反應(yīng)有關(guān)［29-32］。實驗研究肺IRI 的各種動物模型已顯示，MC 不僅被募集到受傷的肺部，而且還通過釋放血栓素B2、白三烯B4、前列腺素D2、TNF-α 和IL-6 促進炎癥微環(huán)境。MC 可通過誘導肺、腎和心臟中的纖維化途徑來促進慢性排斥反應(yīng)［33］。在肺組織MC 附近發(fā)現(xiàn)固有淋巴細胞（innate lymphoid cell，ILC）2，這兩種類型的細胞可以相互通信［34］。MC 通過分泌ILC2 相互作用的介質(zhì)，還可以通過調(diào)節(jié)同種異體T 細胞反應(yīng)或協(xié)助調(diào)節(jié)性T 細胞活性，從而調(diào)節(jié)肺移植的結(jié)果。

除上述之外，ILC 是一種由胎兒肝臟和骨髓中常見淋巴祖細胞發(fā)展而來的新型細胞，是近年來逐漸得到深入研究的固有免疫細胞，在炎癥反應(yīng)、免疫防御和組織修復(fù)中起著重要作用［35］。ILC 來源于共同淋巴樣祖細胞，屬于淋巴細胞譜系且具有典型的淋巴細胞形態(tài)，因其細胞表面缺乏抗原特異性識別受體，故不能直接介導特異性免疫反應(yīng)［36］。ILC 主要存在于黏膜組織，在腸、肺、肝、子宮、胸腺、皮膚和扁桃體等臟器中均有分布，是抵御感染的首道防線［37］。根據(jù)ILC 表達的轉(zhuǎn)錄因子及分泌的細胞因子，其可分為ILC1、ILC2、ILC3 和調(diào)節(jié)性固有淋巴細胞（ILCreg）4 個亞群，分別與輔助性T 細胞1（helper T cells，Th1）、Th2、Th17 和調(diào)節(jié)性T 細胞互為“鏡像細胞”［38］。

Monticelli 等［39］研究發(fā)現(xiàn)在無PGD 患者的預(yù)灌注活檢中，缺乏NKp44 表達 （NCR2）的ILC1 的比例高于PGD 患者，這表明這種“活性較低”的ILC1 群體的存在可能與缺血/再灌注引起的移植物功能障礙的保護有關(guān)。需要進一步的研究來確定肺內(nèi) ILC1 如何促進PGD 的發(fā)展。相比之下，ILC2 在肺組織損傷和修復(fù)中的潛在作用更為明顯。研究報道利用小鼠模型已經(jīng)證明，ILC2 對于調(diào)節(jié)致敏原引起的病理性炎癥（通過IL-5 和IL-13）或嚴重肺損傷后促進宿主保護性氣道修復(fù)（通過雙調(diào)素-表皮生長因子受體相互作用）之間的平衡至關(guān)重要［40-41］。Monticelli 等［39］研究觀察到在沒有PGD 的患者中ILC2 升高，在PGD患者中移植物再灌注后顯著減少，這表明這些“組織保護性” ILC2 的頻率降低可能會損害供體肺在移植后修復(fù)和恢復(fù)組織穩(wěn)態(tài)的能力。

動物實驗表明，肺ILC2 尤其具有雙重作用，既作為快速“第一反應(yīng)者”，又作為關(guān)鍵的“守門人”細胞，能夠啟動組織炎癥與修復(fù)的更廣泛免疫級聯(lián)反應(yīng)。ILC2 產(chǎn)生的細胞因子和生長因子可以通過刺激炎性細胞募集，在組織中產(chǎn)生即時的局部效應(yīng)，但它們也可以通過啟動適應(yīng)性免疫反應(yīng)或促進肺組織重塑的形態(tài)學變化引起長期后果。但仍需要進行更多的研究，以確定移植物中觀察到的ILC頻率失調(diào)與促進PGD 發(fā)展的確切機制［41］。這些發(fā)現(xiàn)為新的免疫途徑提供了初步證據(jù)，這些途徑可能是改進治療策略以防止肺移植受者發(fā)生 PGD 的有效靶點。

綜上所述，肺臟具有獨特的區(qū)域性免疫特點，因此肺移植術(shù)后的早期快速觸發(fā)固有免疫反應(yīng)，一方面對病原體或損傷產(chǎn)生高度動態(tài)的免疫反應(yīng)，多種固有免疫細胞參與協(xié)同清除病原體或受傷組織，并恢復(fù)體內(nèi)平衡。另一方面增強適應(yīng)性同種異體排斥免疫，最終促進慢性同種異體肺移植物功能障礙的發(fā)展。未來需進一步研究肺移植的分子機制，如闡明涉及肺移植術(shù)后的固有免疫細胞死亡、缺血/再灌注損傷和呼吸道感染的信號通路等，以便開發(fā)新的療法策略來消除移植肺損傷并提高長期存活。