3型固有淋巴細(xì)胞在兒童氣道免疫中的作用

黃永霞, 熊 燚

(遵義醫(yī)科大學(xué)附屬婦幼保健院 兒科, 貴州 遵義, 563000)

兒童呼吸道免疫系統(tǒng)發(fā)育不成熟，氣道時(shí)刻暴露于空氣中，易受各種病原微生物的感染，常引起下呼吸道感染累及氣管、支氣管及肺部，嚴(yán)重影響兒童生命健康。在適應(yīng)性免疫應(yīng)答不成熟的情況下，先天性免疫在抵抗下呼吸道感染中占據(jù)主導(dǎo)地位, 3型固有淋巴細(xì)胞(ILC3)是最早在黏膜組織(包括新生兒肺)中定居的淋巴細(xì)胞之一[1], 是肺部數(shù)量最多的固有淋巴細(xì)胞亞集，在穩(wěn)定狀態(tài)下對(duì)肺部進(jìn)行免疫監(jiān)視，在宿主暴露于病原體后立即提供先天性保護(hù)。ILC3不僅能分泌白細(xì)胞介素(IL)-17、IL-22及粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GM-CSF)抵抗病原微生物感染，維持黏膜屏障穩(wěn)態(tài)，還能通過(guò)促進(jìn)T細(xì)胞的增殖、分化來(lái)調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫應(yīng)答，在肺黏膜免疫中發(fā)揮著重要作用。

1 ILC3發(fā)育及功能

根據(jù)轉(zhuǎn)錄因子、分泌效應(yīng)細(xì)胞因子表達(dá)之間的差異，固有淋巴細(xì)胞(ILCs)可分為3個(gè)亞群: ILC1s、ILC2s和ILC3s, ILC3s包括淋巴組織誘導(dǎo)細(xì)胞(LTi)和3型固有淋巴細(xì)胞(ILC3)2個(gè)亞型[2]。ILCs起源于胎兒肝臟、骨髓中的造血干細(xì)胞(HSCs), HSCs進(jìn)一步分化為表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子T細(xì)胞因子(TCF)的固有淋巴細(xì)胞早期祖細(xì)胞(EILPs), 同時(shí)EILPs也表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子核因子白介素3調(diào)節(jié)蛋白(NFIL3)、胸腺細(xì)胞選擇相關(guān)高遷移率群盒蛋白(TOX)、DNA結(jié)合抑制子2(ID2)和runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子3(RUNX3)[3], 這些轉(zhuǎn)錄因子對(duì)ILCs的發(fā)育至關(guān)重要, EILPs發(fā)育為共同淋巴祖細(xì)胞前體細(xì)胞(CHILPs)[4], CHILPs在轉(zhuǎn)錄因子ID2、GATA結(jié)合因子3(GATA3)的調(diào)控下發(fā)育為共同淋巴祖細(xì)胞(ILCP)[5], 表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子早幼粒白血病鋅指蛋白16(ZBTB16)的ILCP是ILC的前體細(xì)胞, ZBTB16+ILC在轉(zhuǎn)錄因子視黃酸相關(guān)孤核受體-γt(RORγt)的作用下分化為ILC3[4]。ILC3根據(jù)是否表達(dá)細(xì)胞毒性受體(NCR)分為NCR+ILC3、NCR-ILC3, NCR+ILC3分泌IL-22, NCR-ILC3產(chǎn)生IL-17A和IL-22, 但不產(chǎn)生穿孔素和顆粒酶[6]。ILC3和LTi細(xì)胞在胎兒8～9周大時(shí)就存于胎兒腸系膜和淋巴結(jié)中[7], 與ILC3不同的是, LTi細(xì)胞在胎兒期參與次級(jí)淋巴組織的形成。有證據(jù)表明在分化因子視黃酸、多酚類及腸道微生物菌群的影響下, ILC3前體細(xì)胞能從骨髓遷移至腸道，在腸道黏膜固有層中發(fā)育成熟[8], 在趨化因子受體驅(qū)動(dòng)下遷移到腸道相關(guān)淋巴組織的特定部位，如腸系膜淋巴結(jié)(CCR7)、微絨毛(CXCR6)、固有層(CCR9)[9]。而且腸道共生菌可通過(guò)小腸內(nèi)的CD103+CD11b+樹突狀細(xì)胞誘導(dǎo)表達(dá)的趨化因子受體CCR4向肺部選擇性運(yùn)輸ILC3[10], 促進(jìn)肺部免疫防御系統(tǒng)的發(fā)育，可見(jiàn)腸道微生物與肺部免疫系統(tǒng)息息相關(guān)。此外，人類的ILC3細(xì)胞表面表達(dá)toll樣受體，可檢測(cè)到toll樣受體1、2、5、6、7和9mRNA表達(dá)[11], 這意味著人ILC3能直接接受細(xì)菌或其產(chǎn)物的調(diào)節(jié)。

ILC3在IL-1β、IL-23、IL-18和腫瘤壞死因子刺激下產(chǎn)生IL-22、IL-17和GM-CSF。IL-17能增強(qiáng)中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞的吞噬活性，清除肺部的病原體，參與細(xì)菌性肺炎的免疫應(yīng)答[12]; IL-22通過(guò)促進(jìn)上皮細(xì)胞更新[13]、誘導(dǎo)產(chǎn)生緊密連接蛋白、抗菌肽和黏蛋白維持黏膜屏障的完整性[14]; GM-CSF在過(guò)敏性氣道炎癥、肺部抗感染及肺泡表面活性物質(zhì)的動(dòng)態(tài)平衡中有重要意義[15]。因此，ILC3及其分泌的細(xì)胞因子在抗感染、維持肺黏膜免疫屏障穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著十分重要的作用。

2 ILC3活性調(diào)控

2.1 細(xì)胞因子活化ILC3

ILC3細(xì)胞表面無(wú)抗原特異性識(shí)別分子，不能識(shí)別抗原觸發(fā)免疫應(yīng)答，但可直接接受細(xì)胞因子刺激發(fā)揮效應(yīng)功能。肺部感染時(shí)病原菌可誘導(dǎo)樹突狀細(xì)胞產(chǎn)生IL-23, 進(jìn)而誘導(dǎo)ILC3產(chǎn)生IL-22和IL-17[16]。同時(shí)，其還能誘導(dǎo)腸道巨噬細(xì)胞產(chǎn)生IL-1β, 在IL-1β刺激下ILC3產(chǎn)生GM-CSF[17], 促進(jìn)抗菌蛋白的產(chǎn)生、上皮細(xì)胞增殖、黏膜屏障修復(fù)及募集中性粒細(xì)胞至炎癥感染部位，從而加速清除病原體。在高脂肪飲食的肥胖小鼠中, IL-1β可促進(jìn)肺組織中CCR6+ILC3的增殖，產(chǎn)生IL-17A誘導(dǎo)氣道高反應(yīng)性[18]。固有淋巴細(xì)胞各個(gè)亞群之間存在異質(zhì)性，可在特定的轉(zhuǎn)化條件下互相轉(zhuǎn)化，如在IL-1β、IL-23聯(lián)合刺激下ILC1可分化為ILC3; 在囊性纖維化患者的鼻息肉或銀屑病患者的皮損中的ILC2在IL-1β、IL-23和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β的刺激下轉(zhuǎn)分化為ILC3[19-20]。

2.2 脂質(zhì)受體活化ILC3

2.2.1 芳基烴受體: 肺是高表達(dá)芳基烴受體(AHR)的器官，以上皮細(xì)胞、免疫細(xì)胞為主，參與肺臟黏液的分泌及免疫平衡。研究[21]發(fā)現(xiàn)，肺孢子菌感染的AHR缺陷小鼠肺組織中的ILC3數(shù)量減少，使小鼠易感染肺孢子菌，從而長(zhǎng)期暴露于臭氧下的小鼠的AHR可促進(jìn)ILC3募集到肺組織中[22], 可見(jiàn)在肺組織中AHR對(duì)ILC3的生存及生物學(xué)行為有重要調(diào)控作用。AHR也是腸道黏膜屏障接受環(huán)境刺激的感受器，能調(diào)節(jié)ILC3功能。ILC3分泌IL-22能激活A(yù)HR, 活化后的AHR可促進(jìn)腸上皮細(xì)胞產(chǎn)生L-犬尿氨酸刺激IL-22+ILC3的增殖[23], 形成良性循環(huán)，而缺乏AHR的小鼠腸道ILC3的數(shù)量減少，對(duì)腸道檸檬酸桿菌的易感性增加[24], 而且AHR激動(dòng)劑可促進(jìn)人類ILC3產(chǎn)生IL-22[25]。另外，乳酸桿菌分解色氨酸產(chǎn)生AHR配體, AHR配體依賴Notch信號(hào)途徑促進(jìn)ILC3的存活和增殖[26], AHR配體缺乏的小鼠ILC3產(chǎn)生的IL-22水平降低[27], 可見(jiàn)AHR-AHR配體軸是促進(jìn)ILC3增殖活化的重要調(diào)節(jié)分子，不僅能促進(jìn)ILC3細(xì)胞的增殖，還能驅(qū)動(dòng)其遷移至感染部位。

2.2.2 游離脂肪酸受體2(FFAR2): ILC3是小腸、結(jié)腸中占優(yōu)勢(shì)地位的固有淋巴細(xì)胞。ILC3細(xì)胞表面表達(dá)短鏈脂肪酸受體，即微生物代謝調(diào)節(jié)受體FFAR2。腸道細(xì)菌分解膳食纖維產(chǎn)生短鏈脂肪酸，包括乙酸鹽、丁酸鹽和丙酸鹽，為小鼠補(bǔ)充乙酸鹽、丙酸鹽，可以促進(jìn)結(jié)腸中ILC3產(chǎn)生IL-22, 這個(gè)過(guò)程由ILC3細(xì)胞表面的G蛋白偶聯(lián)受體FFAR2介導(dǎo)[28]，說(shuō)明食物在腸道微生物的分解下可通過(guò)FFAR2間接促進(jìn)ILC3活化。最新研究[29]發(fā)現(xiàn), ILC3存在于肺縱膈引流淋巴結(jié)內(nèi)，但FFAR2缺陷并不會(huì)影響肺縱隔引流淋巴結(jié)內(nèi)ILC3的活性。

2.3 誘導(dǎo)型T細(xì)胞共刺激分子(ICOS)活化ILC3

人類和小鼠的ILC3細(xì)胞表面表達(dá)誘導(dǎo)型T細(xì)胞共刺激分子(ICOS)。正常情況下，肺組織中的ILC3部分表達(dá)ICOS、ICOS-ILC3和ICOS+ILC3可以相互轉(zhuǎn)換。研究[30]發(fā)現(xiàn)，在肺炎克雷伯桿菌感染前給予ICOS中和抗體后, ICOS及IL-17、IL-22的表達(dá)量均下降，從肺炎克雷伯桿菌感染小鼠體內(nèi)分離的ILC3與ICOS配體體外培養(yǎng)后可促進(jìn)ILC3細(xì)胞增殖，可見(jiàn)ICOS-ICOS配體軸可調(diào)節(jié)ILC3的功能，缺乏ICOS可減弱ILC3抗感染的能力。人類和小鼠的ILC2也表達(dá)共刺激分子ICOS-ICOS配體，肺臟中ILC3和ILC2是否存在協(xié)同關(guān)系，其在肺部感染時(shí)發(fā)揮的作用有待進(jìn)一步深入研究。

2.4 ILC3活化的抑制因子

胸腺基質(zhì)淋巴生成素在哮喘、細(xì)菌性肺炎患者的外周血中明顯升高，可使TH1/TH2平衡向2型免疫反應(yīng)傾斜，抑制ILC3活化。研究[31]發(fā)現(xiàn)，高濃度胸腺基質(zhì)淋巴生成素導(dǎo)致ILC3產(chǎn)生的IL-22減少，使用抗體中和胸腺基質(zhì)淋巴生成素后IL-22的分泌增多。

3 ILC3與兒童呼吸道炎性疾病

3.1 肺炎

肺組織中的ILC3能在刺激下迅速產(chǎn)生IL-22和IL-17，IL-22在呼吸道感染病原入侵后發(fā)揮維持肺黏膜屏障穩(wěn)態(tài)、促進(jìn)炎癥后損傷修復(fù)及清除病原菌的作用，在肺臟的免疫防御中占重要地位，任何改變IL-22分泌的因素都將影響肺黏膜免疫，而且肺組織中早期分泌IL-22的免疫細(xì)胞是ILC3, 所以ILC3在肺臟中的免疫調(diào)節(jié)功能是不可忽視的。研究[32]發(fā)現(xiàn)，母體孕期頻繁使用抗生素會(huì)改變新生兒腸道共生菌群，還會(huì)增高患肺炎的風(fēng)險(xiǎn)。動(dòng)物研究[10]發(fā)現(xiàn)，暴露在抗生素下的新生小鼠腸道中的共生菌數(shù)量減少，肺組織和支氣管肺泡灌洗液中的細(xì)菌載量明顯增加，當(dāng)用白喉毒素耗盡表達(dá)白喉毒素受體的新生小鼠體內(nèi)的ILC3時(shí)，肺組織中ILC3的數(shù)量減少，支氣管肺泡灌洗液中IL-22的含量減少，小鼠對(duì)肺炎鏈球菌肺炎的易感性增加，將ILC3過(guò)繼轉(zhuǎn)移到ILC3缺乏的小鼠體內(nèi)后，小鼠恢復(fù)抵抗肺炎鏈球菌感染的能力，說(shuō)明了ILC3在機(jī)體抵御肺部感染中發(fā)揮重要作用。同時(shí)，人類新生兒的支氣管肺泡灌洗液中也發(fā)現(xiàn)IL-22濃度降低, IL-22+ILC3的數(shù)量減少，而且新生兒期腸道共生菌群的定植失敗與兒童期過(guò)敏原所致的氣道高反應(yīng)性有關(guān)[33]。IL-17也在肺部感染中發(fā)揮著強(qiáng)大抗炎作用，在T、B淋巴細(xì)胞缺陷的重組激活基因2敲除(Rag2-/-)小鼠中, IL-17主要來(lái)源于ILC3, 使用IL-17受體拮抗劑后發(fā)現(xiàn)感染肺炎克雷伯菌的Rag2-/-小鼠IL-17表達(dá)量明顯下降、肺部感染加重[34]。ILC3在細(xì)菌性肺炎中發(fā)揮著重要免疫保護(hù)作用，分泌IL-22和IL-17能夠促進(jìn)黏膜屏障修復(fù)和清除病原微生物，在新生兒肺炎中有重要保護(hù)意義。

3.2 支氣管-肺發(fā)育不良(BPD)

新生兒期是肺發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，肺發(fā)育中斷會(huì)阻遏黏膜防御系統(tǒng)的發(fā)育，導(dǎo)致呼吸道感染及炎性疾病的風(fēng)險(xiǎn)增大。BPD是肺發(fā)育中斷的代表性疾病，以肺泡發(fā)育中斷和反復(fù)呼吸道感染為特征。研究發(fā)現(xiàn)，患有BPD的嬰兒支氣管灌洗液中的胰島素樣生長(zhǎng)因子1轉(zhuǎn)錄物減少，胰島素樣生長(zhǎng)因子1濃度減少6倍以上。胰島素樣生長(zhǎng)因子1是調(diào)節(jié)ILC3的前體細(xì)胞ZBTB16+ILC增殖分化的重要因子，因此ILC3數(shù)量隨之減少。在高氧誘導(dǎo)的小鼠BPD模型中，新生小鼠肺組織中胰島素樣生長(zhǎng)因子1細(xì)胞數(shù)量減少, ILC3數(shù)量減少4倍，對(duì)肺炎鏈球菌易感性增加[35]。新生兒期的肺發(fā)育中斷也使ILC3的發(fā)育停止，使機(jī)體易患細(xì)菌性肺炎，這也可能是BPD患兒下呼吸道反復(fù)感染的重要原因。另一項(xiàng)研究[36]表明，炎癥狀態(tài)下肺組織中ILC3數(shù)量明顯增多，同期IL-17和IL-22水平明顯升高，趨勢(shì)與ILC3增加水平一致，炎癥早期ILC3分泌IL-17募集中性粒細(xì)胞至肺組織，促進(jìn)炎癥發(fā)展，后期分泌IL-22促進(jìn)上皮細(xì)胞增殖以修復(fù)受損組織。這些研究成果也提示了調(diào)控ILC3的活性可能成為治療BPD的方案之一。

3.3 肺結(jié)核

肺結(jié)核是結(jié)核分枝桿菌感染引起的呼吸道傳染性疾病，兒童不成熟免疫系統(tǒng)成為了結(jié)核分支桿菌播散的有利條件，年齡越小的兒童病情越易向重癥發(fā)展，而且兒童期感染結(jié)核分枝桿菌往往是成人發(fā)病的重要因素之一。因此，深入研究肺黏膜免疫與結(jié)核分支桿菌之間相互作用成為當(dāng)下研究熱點(diǎn)。研究表明, ILC3在結(jié)核分支桿菌感染的早期免疫反應(yīng)中有重要的保護(hù)作用。肺結(jié)核患者缺乏ILC3會(huì)導(dǎo)致肺部結(jié)核桿菌細(xì)菌載量增加, IL-17和IL-22的產(chǎn)生減少，不利于控制結(jié)核桿菌引起的肺部感染。在結(jié)核桿菌感染的小鼠肺組織中，同樣也檢測(cè)到大量ILC3, 在IL-23的刺激下產(chǎn)生IL-22、IL-17。研究還發(fā)現(xiàn)，肺結(jié)核患者肺組織中的ILC3上調(diào)了孤兒核受體、天然細(xì)胞毒性受體3和編碼促炎細(xì)胞因子的基因，這些基因與募集固有淋巴細(xì)胞至炎癥感染部位有關(guān)，而ILC3在CXCL13-CXCR5軸驅(qū)動(dòng)下遷移至感染部位及結(jié)核肉芽腫中[37]。這些研究成果表明ILC3參與了抗結(jié)核桿菌感染，調(diào)節(jié)ILC3的活性可以增強(qiáng)機(jī)體抵抗結(jié)核桿菌感染的能力，可能成為治療肺結(jié)核的免疫新療法。

3.4 支氣管哮喘

支氣管哮喘是以氣道高反應(yīng)性為特征的慢性氣道疾病，在兒童時(shí)期有著較高的發(fā)病率，呼吸道病毒感染是引起哮喘急性發(fā)作、導(dǎo)致患兒住院治療的重要原因。在以卵清蛋白致敏的動(dòng)物哮喘模型中，卵清蛋白單獨(dú)處理組、呼吸道合胞病毒感染組及卵清蛋白和呼吸道合胞病毒共同處理組的小鼠肺組織及支氣管肺泡灌洗液中的ILC3數(shù)量均增加[38], 在屋塵螨致敏的小鼠模型中ILC3缺失的小鼠肺實(shí)質(zhì)、支氣管肺泡灌洗液中嗜酸性粒細(xì)胞水平顯著增高，黏液分泌增多和氣道高反應(yīng)性明顯增加[29], 表明ILC3在控制過(guò)敏性氣道炎癥和哮喘的發(fā)病中起著關(guān)鍵作用。同時(shí)研究[39]也發(fā)現(xiàn)，哮喘患者痰液中除了ILC2數(shù)量增加, ILC1和ILC3的數(shù)量也顯著增加，其中ILC2是嗜酸性粒細(xì)胞增多型哮喘的重要致病細(xì)胞, ILC3參與非嗜酸性粒細(xì)胞增多型哮喘的免疫應(yīng)答。最新研究發(fā)現(xiàn)，重癥哮喘患者痰液中NCR+ILC3的數(shù)量低于健康組，病情越嚴(yán)重, NCR+ILC3的數(shù)量越少，而且痰液中NCR+ILC3的數(shù)量與患者肺功能、氣道中微生物的多樣性呈正相關(guān)。因此, NCR+ILC3數(shù)量減少、氣道微生物多樣性的降低可作為重癥哮喘的預(yù)測(cè)因素[40], NCR+ILC3-氣道微生物軸或可為難治性哮喘的治療提供新思路。

4 小 結(jié)

ILC3是駐留于肺黏膜組織中的先天性免疫細(xì)胞，通過(guò)分泌細(xì)胞因子發(fā)揮維持呼吸道黏膜屏障穩(wěn)態(tài)、清除病原體發(fā)揮免疫保護(hù)的作用，并能夠減輕炎癥損傷。雖然固有淋巴細(xì)胞在黏膜免疫中的作用逐漸受到學(xué)者重視，但I(xiàn)LC3在呼吸道感染及氣道免疫中的作用有待深入研究。因此，進(jìn)一步研究ILC3在兒童氣道炎癥中的作用及其相關(guān)調(diào)控機(jī)制，能夠?yàn)殡y治性、耐藥性氣道炎癥疾病的臨床治療提供新方案。