肺臟的區(qū)域免疫特性及其在感染性疾病中的調(diào)控機(jī)制研究進(jìn)展①

雷澤慧 張馨文 汪 靜 劉翠華

（中國(guó)科學(xué)院微生物研究所病原微生物與免疫學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101）

肺臟是人體呼吸系統(tǒng)中最重要的器官，承載著氣體交換的功能，而這一功能也決定了其與外界環(huán)境相通，且長(zhǎng)期暴露于病原微生物等潛在有害的環(huán)境中。因此，為了抵御病原感染并避免炎癥損傷，肺臟形成了一套完善的免疫防御體系，其中包括黏膜上皮細(xì)胞、組織駐留固有和適應(yīng)性免疫細(xì)胞，及其產(chǎn)生的黏液、抗體和細(xì)胞因子等免疫效應(yīng)分子。這些免疫組分之間協(xié)同作用，構(gòu)成了抵御外來(lái)抗原的物理、化學(xué)及免疫屏障，從而共同維持肺臟免疫微環(huán)境穩(wěn)態(tài)［1］。然而，部分病原微生物在與肺臟免疫防御體系搏斗的過(guò)程中，可以突破上述屏障，從而導(dǎo)致肺臟局部的免疫穩(wěn)態(tài)失衡，并引發(fā)感染性疾病。目前，由呼吸道病原體導(dǎo)致的呼吸系統(tǒng)感染性疾病仍然是全球死亡的主要風(fēng)險(xiǎn)因素之一，幼兒、老年人及免疫功能低下者尤易發(fā)生此類感染［2］。因此，了解感染性疾病發(fā)生過(guò)程中的肺臟區(qū)域免疫應(yīng)答機(jī)制并恢復(fù)其免疫穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。近年來(lái)，新型單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)等新技術(shù)的發(fā)展拓展了人們對(duì)生理及病理?xiàng)l件下肺臟區(qū)域免疫特性的了解，為肺部感染性疾病的防治提供了重要的科學(xué)依據(jù)和理論指導(dǎo)［3-5］。本文將總結(jié)歸納肺臟的區(qū)域免疫特性，包括固有和適應(yīng)性免疫特性及其涉及的黏膜免疫特性，并重點(diǎn)闡釋感染性疾病中的肺臟區(qū)域免疫特征以及探討其對(duì)感染性疾病防治的指導(dǎo)意義，旨在為肺臟區(qū)域免疫特性的深入研究以及揭示區(qū)域免疫特性與感染性疾病的內(nèi)在聯(lián)系提供參考，并提供防治感染性疾病的免疫新靶點(diǎn)及新途徑。

1 肺臟的區(qū)域免疫特性

肺臟長(zhǎng)期接受外來(lái)抗原的刺激，是炎癥性疾病的高發(fā)器官。為了維持肺臟局部微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，其中的黏膜上皮、免疫細(xì)胞及基質(zhì)細(xì)胞等共同構(gòu)成了肺臟獨(dú)特的固有及適應(yīng)性免疫應(yīng)答體系，以發(fā)揮免疫監(jiān)視和免疫防御功能（圖1）。

圖1 肺臟的區(qū)域免疫特性Fig.1 Lung regional immunity

1.1 肺臟的固有免疫特性 肺臟的固有免疫應(yīng)答是由黏膜上皮和固有免疫細(xì)胞共同執(zhí)行的一種非特異性免疫防御機(jī)制，其可對(duì)多種抗原物質(zhì)快速反應(yīng)，并對(duì)激活隨后的適應(yīng)性免疫應(yīng)答至關(guān)重要。

1.1.1 肺臟黏膜上皮 肺臟的黏膜上皮是抵御病原微生物入侵的首要物理及免疫化學(xué)屏障。一方面，纖毛上皮細(xì)胞、杯狀細(xì)胞、克拉拉細(xì)胞及基底細(xì)胞等緊密連接形成完整的上皮屏障以抵御外來(lái)微生物入侵，纖毛上皮細(xì)胞還可通過(guò)纖毛的擺動(dòng)促進(jìn)病原微生物外排。另一方面，杯狀細(xì)胞、克拉拉細(xì)胞及肺泡上皮細(xì)胞等通過(guò)分泌抗菌肽、溶菌酶、蛋白酶抑制劑及表面活性物質(zhì)等黏液組分，覆蓋于上皮表面進(jìn)一步抵御病原微生物感染［6］。肺臟黏膜上皮細(xì)胞還可表達(dá)系列模式識(shí)別受體（pattern recognition receptors，PRRs），以識(shí)別病毒、細(xì)菌、真菌等的病原體相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs），感知病原體感染并分泌多種細(xì)胞因子和趨化因子等，招募固有及適應(yīng)性免疫細(xì)胞啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的免疫應(yīng)答［7］。近年的一項(xiàng)研究系統(tǒng)分析了肺臟上皮細(xì)胞的PRRs 被激活后的轉(zhuǎn)錄組和分泌組數(shù)據(jù)，鑒定出多個(gè)與炎癥免疫反應(yīng)相關(guān)的調(diào)節(jié)基因和分泌蛋白，證明了此類細(xì)胞在協(xié)調(diào)炎癥應(yīng)答中的重要免疫調(diào)控作用，并提示上皮細(xì)胞可通過(guò)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)組成及外泌體釋放進(jìn)而影響其與免疫細(xì)胞間的通訊［8］。此外，值得一提的是，肺臟的黏膜上皮表面被復(fù)雜而動(dòng)態(tài)的微生物群定植，上皮細(xì)胞可與微生物組及其代謝物相互作用以維持肺部黏膜免疫微環(huán)境穩(wěn)態(tài)，其失調(diào)將導(dǎo)致慢性阻塞性肺疾病等肺部疾病的發(fā)生；而且，由于黏膜免疫系統(tǒng)的共通性，腸道微生物群在肺臟免疫應(yīng)答及相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中也發(fā)揮重要調(diào)控作用［9］。然而，目前此類研究仍處于初步階段，急需利用微生物組學(xué)、代謝組學(xué)等多組學(xué)方法，對(duì)肺部上皮細(xì)胞和微生物群間的相互作用及其對(duì)肺部黏膜免疫微環(huán)境的調(diào)控作用予以闡釋。綜上，肺臟的黏膜上皮不再是傳統(tǒng)觀點(diǎn)中的靜態(tài)屏障性結(jié)構(gòu)，而是可感知和響應(yīng)微環(huán)境變化，并與微生物群和免疫細(xì)胞等相互作用以塑造肺臟免疫應(yīng)答的動(dòng)態(tài)組織結(jié)構(gòu)。

1.1.2 肺臟的組織駐留固有免疫細(xì)胞 肺臟的固有免疫應(yīng)答除依賴于黏膜上皮外，還受到與上皮細(xì)胞相互作用的組織駐留固有免疫細(xì)胞的精細(xì)調(diào)控，主要包括：巨噬細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞（dendritic cells，DCs）、固有淋巴樣細(xì)胞（innate lymphoid cells，ILCs）和自然殺傷（natural killer，NK）細(xì)胞等。巨噬細(xì)胞是重要的肺臟組織駐留免疫細(xì)胞，包括肺泡巨噬 細(xì)胞（alveolar macrophages，AMs）和間質(zhì)巨噬細(xì)胞（interstitial macrophages，IMs）。其中，AMs在感染早期通過(guò)上調(diào)細(xì)胞表面的吞噬性受體以及招募其他炎癥細(xì)胞抵御病原體感染；而在感染晚期，AMs 促進(jìn)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）等抑炎因子產(chǎn)生以限制感染過(guò)程中的炎癥反應(yīng)，并促進(jìn)感染后肺組織修復(fù)［10-11］。IMs具有很強(qiáng)的可塑性，其能根據(jù)不同的疾病表現(xiàn)出不同的表型及功能［12］。在過(guò)敏原等刺激狀態(tài)下，IMs 持續(xù)表達(dá)IL-10 等免疫調(diào)控因子，以減輕過(guò)敏性炎癥的發(fā)展［13-14］。在組織修復(fù)過(guò)程中，IMs通過(guò)表達(dá)損傷修復(fù)相關(guān)因子抑制組織的瘢痕化［15］。DCs是專職抗原提呈細(xì)胞，肺臟中的DCs 包括漿細(xì)胞樣DCs（plasmacytoid DCs，pDCs）和 傳 統(tǒng)DCs（conventional DCs，cDCs），cDCs 可進(jìn)一步細(xì)分為cDC1s 和cDC2s，不同的DC 亞群具有不同的免疫功能。pDCs 通過(guò)增強(qiáng)Th2 型免疫應(yīng)答調(diào)控肺部過(guò)敏性炎癥，以及通過(guò)產(chǎn)生Ⅰ型IFN 參與抗病毒免疫應(yīng)答［16-17］。cDC1s 通過(guò)產(chǎn)生IL-12 和IL-2 等調(diào)節(jié)過(guò)敏或感染條件下的Th2和Th17型免疫應(yīng)答［18-19］。CDC2s可運(yùn)輸抗原到引流淋巴結(jié)，協(xié)調(diào)Th2 型免疫應(yīng)答以應(yīng)對(duì)感染［20］。ILCs是維持肺組織穩(wěn)態(tài)的另一重要免疫亞群，包括ILC1s、ILC2s 和ILC3s。ILC1s 發(fā)揮免疫監(jiān)視及控制感染的作用，其在流感病毒等感染的早期產(chǎn)生IFN-γ促進(jìn)病毒早期清除［21-22］。ILC2s 分泌IL-13、IL-5 等Th2 型細(xì)胞因子，在肺臟的過(guò)敏性應(yīng)答及清除寄生蟲(chóng)感染過(guò)程中發(fā)揮重要作用［23］；其還是感染后肺組織修復(fù)的重要遞質(zhì)，但調(diào)控作用受細(xì)胞所處微環(huán)境的影響［24］。ILC3s是人肺臟中最豐富的ILC 亞群，可以快速分泌肺臟免疫關(guān)鍵分子IL-17 和IL-22，對(duì)于清除病原體感染至關(guān)重要［25-27］。NK 細(xì)胞近年來(lái)也被發(fā)現(xiàn)可在肺臟中駐留，主要通過(guò)上調(diào)脫顆粒/細(xì)胞毒性標(biāo)志物CD107a 的表達(dá)，并產(chǎn)生顆粒酶B（granzyme B，GZMB）和IFN-γ 以 清 除 被 感 染 的 巨 噬細(xì)胞［28］。

除上述常規(guī)的組織駐留固有免疫細(xì)胞外，γδ T 細(xì)胞、黏膜相關(guān)恒定T（mucosal-associated invariant T，MAIT）細(xì)胞和恒定自然殺傷性T（invariant natural killer T，iNKT）細(xì)胞是三類發(fā)揮固有免疫效應(yīng)的非典型T細(xì)胞，遍布肺部和氣道的黏膜層，參與調(diào)控抗病原體免疫應(yīng)答。肺臟中的γδ T 細(xì)胞主要通過(guò)分泌IL-17 促進(jìn)病原體清除并減輕組織病理?yè)p傷［29］。MAIT細(xì)胞可被IL-12和IL-18等炎癥細(xì)胞因子激活，進(jìn)一步分泌IFN-γ 和TNF-α 等Th1 型細(xì)胞因子以及IL-17A 和IL-22 等Th17 型細(xì)胞因子，并釋放GZMB和穿孔素以溶解感染的細(xì)胞［30］。肺臟中的iNKT 細(xì)胞主要包括NKT1 和NKT17，其可被趨化因子激活，并以CD1d 依賴性的方式識(shí)別糖脂抗原，進(jìn)而產(chǎn)生IFN-γ 和IL-17 以抵抗呼吸道病原體感染［31］。此外，中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞及骨髓來(lái)源的抑制性細(xì)胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）等不在肺組織中駐留，但可在急性肺部炎癥期間由外周血被招募至肺臟發(fā)揮免疫調(diào)控作用，在此不予詳述。

1.1.3 肺臟的訓(xùn)練免疫 近年越來(lái)越多的研究表明，固有免疫細(xì)胞除在初次接受刺激時(shí)發(fā)揮效應(yīng)外，也能通過(guò)表觀遺傳學(xué)改變和代謝重塑產(chǎn)生免疫記憶，并在接受同源或非同源抗原刺激時(shí)引起迅速而強(qiáng)烈的免疫應(yīng)答，此現(xiàn)象稱為訓(xùn)練免疫。研究發(fā)現(xiàn)肺臟固有免疫應(yīng)答也具有訓(xùn)練免疫特性，其形成主要包括兩種途徑。一方面，在γ 皰疹病毒感染條件下，肺臟駐留的肺泡巨噬細(xì)胞可被循環(huán)的單核細(xì)胞替代，并被訓(xùn)練為具有免疫記憶的巨噬細(xì)胞，以抵御螨蟲(chóng)誘導(dǎo)的哮喘發(fā)生［32］。另一方面，腺病毒感染條件下，肺泡巨噬細(xì)胞可依賴于CD8+T 細(xì)胞釋放的IFN-γ 促進(jìn)其表觀遺傳學(xué)改變和代謝重塑，進(jìn)而形成免疫記憶，此機(jī)制提供了一種適應(yīng)性免疫逆向調(diào)控固有免疫記憶形成的新范式［33］。除肺泡巨噬細(xì)胞外，ILC2s 也被證明可以形成免疫記憶，記憶性ILC2s與記憶性CD8+T細(xì)胞具有相似的基因特征，且可在肺臟縱隔引流淋巴結(jié)中長(zhǎng)期駐留，提示ILC2s的免疫記憶具有適應(yīng)性免疫的特性［34］。除了上述兩類細(xì)胞以外，肺臟中的其他固有免疫細(xì)胞以及上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等是否也具有訓(xùn)練免疫特性及其形成機(jī)制仍有待闡明。

綜上，肺臟固有免疫應(yīng)答在肺部感染早期發(fā)揮重要調(diào)控作用，但其是一把雙刃劍，過(guò)度的免疫應(yīng)答可能造成組織炎癥性損傷。因此，需深入闡明各種細(xì)胞的時(shí)空動(dòng)態(tài)調(diào)控特征，以根據(jù)其特點(diǎn)選擇合適的免疫治療策略。此外，研究表明，流感病毒等感染條件下，肺臟DCs 產(chǎn)生的IL-12 和IL-18 可以促進(jìn)ILC2s轉(zhuǎn)化為ILC1s樣細(xì)胞［35］，因此肺臟駐留固有免疫細(xì)胞間存在動(dòng)態(tài)相互作用，但更多的免疫細(xì)胞、上皮細(xì)胞及基質(zhì)細(xì)胞間的相互動(dòng)態(tài)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)仍有待揭示。

1.2 肺臟的適應(yīng)性免疫特性 固有免疫應(yīng)答發(fā)生后，肺臟中被激活的DCs 可遷移至鼻相關(guān)淋巴組織（nasopharynx-associated lymphoid tissue，NALT）和支氣管相關(guān)淋巴組織（bronchus-associated lymphoid tissue，BALT），并在此向T 細(xì)胞提呈抗原，同時(shí)募集與促進(jìn)B細(xì)胞分化，誘導(dǎo)適應(yīng)性免疫應(yīng)答。

1.2.1 T細(xì)胞免疫應(yīng)答 T細(xì)胞免疫應(yīng)答是肺臟區(qū)域免疫特性的重要組成部分，其由CD4+和CD8+T 細(xì)胞以及后形成的組織駐留記憶性T（tissue-resident memory T，TRM）細(xì)胞共同介導(dǎo)。CD4+T 細(xì)胞在抗原刺激下分化為功能不同的效應(yīng)亞群并通過(guò)產(chǎn)生免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞因子發(fā)揮作用，其亞群主要包括：Th1、Th2、Th17、濾泡輔助T（follicular helper T cell，Tfh） 細(xì)胞、調(diào)節(jié)性T（T regulatory，Treg）細(xì)胞以及新發(fā)現(xiàn)的駐留輔助性T（resident helper T，TRH）細(xì)胞［36］。Th1亞群主要識(shí)別胞內(nèi)病原體感染的巨噬細(xì)胞表面所提呈的抗原，并通過(guò)釋放IFN-γ 激活巨噬細(xì)胞，增強(qiáng)巨噬細(xì)胞清除病原體的能力。Th2 亞群通過(guò)產(chǎn)生IL-4、IL-5、IL-9、IL-10 和IL-13 等，促進(jìn)嗜酸性粒細(xì)胞和肥大細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答以控制胞外寄生蟲(chóng)感染并調(diào)節(jié)炎癥強(qiáng)度。Th17 亞群可產(chǎn)生IL-17 和IL-22 促進(jìn)中性粒細(xì)胞對(duì)胞外細(xì)菌和真菌的清除。與Th1、Th2 和Th17 不同，Tfh 則主要在淋巴濾泡中輔助B細(xì)胞生發(fā)中心形成及高親和力抗體產(chǎn)生。而不同于促進(jìn)病原體清除的效應(yīng)T 細(xì)胞，Treg 細(xì)胞主要在肺部炎癥的晚期被招募，并通過(guò)產(chǎn)生IL-10 和TGF-β 抑制過(guò)度的免疫應(yīng)答。此外，近年來(lái)在肺臟中發(fā)現(xiàn)了一類具有濾泡性輔助T 細(xì)胞和TRM 細(xì)胞特性的新型CD4+T細(xì)胞亞群TRH細(xì)胞，其可在黏膜組織中促進(jìn)B 細(xì)胞和CD8+T 細(xì) 胞免疫應(yīng)答［37-38］。與CD4+T 細(xì)胞通過(guò)增強(qiáng)其他細(xì)胞效應(yīng)功能而發(fā)揮間接殺菌作用不同，CD8+T 細(xì)胞被活化為細(xì)胞毒性效應(yīng)細(xì)胞后，可通過(guò)釋放穿孔素、顆粒酶等直接作用于被感染的靶細(xì)胞誘導(dǎo)其死亡以清除病原體，但此過(guò)程的過(guò)度活化會(huì)導(dǎo)致肺組織病理?yè)p傷。

在炎癥免疫應(yīng)答后期，CD4+和CD8+T 細(xì)胞可以轉(zhuǎn)變?yōu)镃D69+和CD103+的TRM 細(xì)胞。肺臟中長(zhǎng)期駐留針對(duì)細(xì)菌或病毒的特異性TRM 細(xì)胞，可在再次受到同源抗原刺激時(shí)于原位迅速產(chǎn)生免疫應(yīng)答［39］。與CD8+TRM 細(xì)胞相比，CD4+TRM 細(xì)胞在肺臟中更為豐富，且發(fā)揮主要的免疫監(jiān)視作用［40］。值得一提的是，肺臟中病毒特異性的CD8+TRM 細(xì)胞可被細(xì)菌性抗原刺激后產(chǎn)生的IL-12 和IL-18 激活，并進(jìn)一步招募中性粒細(xì)胞以清除抗原并減輕肺部損傷，提示肺臟中的TRM 細(xì)胞不僅可發(fā)揮適應(yīng)性免疫應(yīng)答效應(yīng)，還具備固有免疫特性，參與非同源抗原誘導(dǎo)的免疫應(yīng)答［41］。除TRM 細(xì)胞外，此前研究還發(fā)現(xiàn)了 一類未經(jīng)特異性抗原刺激，利用自身免疫性產(chǎn)生記憶細(xì)胞特征的虛擬記憶T（virtual memory T，TVM）細(xì)胞，可在呼吸道病原體感染早期進(jìn)入肺組織并增殖分化，最終發(fā)育為TRM 細(xì)胞［42］。該研究表明TVM細(xì)胞可作為固有免疫與適應(yīng)性免疫的橋梁，在感染早期發(fā)揮非特異性免疫清除功能，并可進(jìn)一步發(fā)育為TRM細(xì)胞，以快速響應(yīng)病原的再次入侵。

值得一提的是，適應(yīng)性T 細(xì)胞免疫應(yīng)答的特異性依賴于其表面表達(dá)的T細(xì)胞受體（T cell receptors，TCRs）與抗原主要組織相容性復(fù)合體（major histocompatibility complex，MHC）的相互作用。TCR 譜是所有T 細(xì)胞的TCR 總和，會(huì)隨著機(jī)體的健康狀態(tài)而發(fā)生變化，因此TCR 是個(gè)體免疫狀態(tài)的重要指標(biāo)。研究表明，具有高TCR 譜系多樣性的多功能T 細(xì)胞應(yīng)答與更有利的呼吸系統(tǒng)疾病結(jié)局密切相關(guān)［43-44］。因此，繪制感染或疫苗接種后TCR 譜多樣性的變化圖譜，對(duì)于確定適應(yīng)性免疫應(yīng)答效率和T 細(xì)胞應(yīng)答能力至關(guān)重要，且也是評(píng)估疫苗有效性和感染后反應(yīng)的重要指標(biāo)。

1.2.2 B 細(xì)胞免疫應(yīng)答 B 細(xì)胞通過(guò)發(fā)揮抗體依賴與非依賴的效應(yīng)調(diào)控肺臟免疫微環(huán)境。一方面，當(dāng)肺臟被感染或有慢性炎癥發(fā)生時(shí)，B 細(xì)胞會(huì)被招募至肺臟的三級(jí)淋巴樣結(jié)構(gòu)（tertiary lymphoid structures，TLS）——誘導(dǎo)性支氣管相關(guān)淋巴組織（induced BALT，iBALT）中，在此形成生發(fā)中心并分化為漿細(xì)胞產(chǎn)生高親和力的IgG、IgA 和IgM，進(jìn)一步通過(guò)調(diào)節(jié)吞噬活性或中和毒素等作用促進(jìn)病原體清除［45］。另一方面，B 細(xì)胞可以不依賴于抗體，通過(guò)產(chǎn)生細(xì)胞因子以調(diào)控免疫穩(wěn)態(tài)，如淋巴毒素可以促進(jìn)次級(jí)淋巴器官生成、穩(wěn)態(tài)維持和iBALT 發(fā)育；IL-6、IFN-γ 和TNF-α 可以影響效應(yīng)和記憶CD4+T 細(xì)胞形成及免疫功能；IL-10 和IL-35 則在炎癥免疫應(yīng)答中發(fā)揮負(fù)向調(diào)控作用，抑制炎癥因子的過(guò)度產(chǎn)生及其導(dǎo)致的組織損傷［46］。更重要的是，B 細(xì)胞表面表達(dá)MHC 分子，可作為抗原提呈細(xì)胞將加工處理過(guò)的抗原提呈至T細(xì)胞，促進(jìn)T細(xì)胞活化［47］。

與T 細(xì)胞一樣，在炎癥免疫應(yīng)答過(guò)程中，B 細(xì)胞也可以分化為高表達(dá)CXCR3和CD69的組織駐留記憶B（resident memory B，BRM）細(xì)胞。研究表明，小鼠感染流感病毒后，其肺組織中存在大量的BRM 細(xì)胞，且可在同源抗原再次刺激時(shí)快速分化為漿細(xì)胞［48］。此類細(xì)胞表達(dá)肺臟駐留標(biāo)志物CXCR3、CCR6和CD69，位于肺臟的iBALT 中，具有不同于循環(huán)或脾臟中記憶B細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄譜［49］。近年發(fā)現(xiàn)病毒感染的小鼠肺臟中存在兩種不同的BRM 細(xì)胞亞群，其中一類為傳統(tǒng)的BRM 細(xì)胞受到病毒再次刺激后，可立即分化為漿細(xì)胞并分泌可抵御病毒的抗體；而另一類為非特異的旁觀BRM 細(xì)胞并不能直接識(shí)別病毒，而是通過(guò)一種特定的受體與傳統(tǒng)BRM 細(xì)胞產(chǎn)生的抗體及其免疫復(fù)合物結(jié)合，進(jìn)而發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)，增強(qiáng)肺臟中的抗病毒記憶反應(yīng)［50］。除參與抗病毒感染免疫應(yīng)答外，研究發(fā)現(xiàn)肺炎球菌等細(xì)菌性病原體感染也可誘導(dǎo)肺部BRM 細(xì)胞生成，此類細(xì)胞表達(dá)CD69、PD-L2、CD80 和CD73 等獨(dú)特的表面標(biāo)志物，可在受到病原菌刺激后迅速分泌抗體，以保護(hù)機(jī)體免受病原菌的再次感染［51］。綜上，BRM 細(xì)胞是經(jīng)歷病原體感染的肺組織的共同特征，是肺臟適應(yīng)性免疫應(yīng)答的重要組成部分。但針對(duì)該細(xì)胞的研究仍處于初級(jí)階段，其在肺臟免疫應(yīng)答中的多效調(diào)控作用及分子機(jī)制仍有待深入研究。

綜上，肺臟的固有及適應(yīng)性免疫系統(tǒng)間相互交叉、相互作用，形成復(fù)雜而嚴(yán)密的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)共同維持肺臟的免疫穩(wěn)態(tài)。而目前上述研究多局限于某一類細(xì)胞的免疫調(diào)控功能，而整個(gè)肺組織的細(xì)胞類型和位置信息及其相互作用圖譜仍有待揭示。

2 感染性疾病中的肺臟區(qū)域免疫特性

病原體感染導(dǎo)致肺臟炎癥免疫穩(wěn)態(tài)失衡進(jìn)而引發(fā)肺部感染性疾病，其可依據(jù)發(fā)病速度及病程長(zhǎng)短分為急性和慢性感染性疾病，而此兩類疾病在發(fā)病過(guò)程中也表現(xiàn)出不同的肺臟區(qū)域免疫特性（圖2）。

圖2 急性與慢性感染性疾病中的肺臟區(qū)域免疫Fig.2 Lung regional immunity in acute and chronic infectious diseases

2.1 急性感染性疾病中的肺臟區(qū)域免疫特性 肺炎鏈球菌、流感病毒、新型冠狀病毒等主要引起肺部的急性感染。對(duì)此，若肺臟可產(chǎn)生有效且適度的固有及適應(yīng)性免疫應(yīng)答，則機(jī)體能夠自發(fā)控制感染，并建立長(zhǎng)期的免疫記憶。然而，此類病原微生物感染往往誘發(fā)肺臟免疫穩(wěn)態(tài)失衡，進(jìn)而導(dǎo)致肺炎。新型冠狀病毒感染導(dǎo)致的肺炎（以下簡(jiǎn)稱新冠肺炎）的高死亡率及持續(xù)大流行，促使人們思考急性感染條件下的宿主肺臟保護(hù)性免疫機(jī)制。借助于單細(xì)胞測(cè)序等組學(xué)技術(shù)發(fā)展，這一機(jī)制逐步獲得揭示。在此，本文將以新冠肺炎為例，對(duì)急性感染性疾病中的肺臟區(qū)域免疫特性予以討論。

固有免疫系統(tǒng)的過(guò)度活化是肺臟急性感染性疾病的主要特征。研究表明，新冠肺炎患者的肺臟中密集浸潤(rùn)大量異?；罨膯魏思?xì)胞衍生的巨噬細(xì)胞及組織駐留的AMs，此類細(xì)胞能夠快速持續(xù)產(chǎn)生IL-1β 和IL-6 等促炎細(xì)胞因子，從而導(dǎo)致感染局部的高炎癥性微環(huán)境［4］。除產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子外，巨噬細(xì)胞還可分泌CCL2、CCL4等趨化因子，以招募單核和中性粒細(xì)胞，進(jìn)而導(dǎo)致炎癥加重［52］。此外，新冠肺炎死亡患者肺臟中性粒細(xì)胞及其介導(dǎo)的免疫通路高度活化，與新冠病毒入侵相關(guān)的蛋白cathepsins B/L 以及炎癥應(yīng)答調(diào)控蛋白S100A8/A9 表達(dá)上調(diào)，也提示肺臟局部過(guò)度活化的免疫微環(huán)境。值得一提的是，研究發(fā)現(xiàn)新冠肺炎死亡患者的肺臟中病毒載量極低，提示是患者免疫系統(tǒng)過(guò)度活化導(dǎo)致的病理?yè)p傷，而非病毒大量擴(kuò)增導(dǎo)致了患者死亡［53］。不同于固有免疫系統(tǒng)的過(guò)度活化，新冠肺炎患者的T 細(xì)胞免疫功能受損［4，54］。而在康復(fù)患者的呼吸道中可觀察到功能性B 細(xì)胞以及CD4+和CD8+TRM細(xì)胞，但老年恢復(fù)期患者CD8+TRM細(xì)胞的應(yīng)答異?？赡軐?dǎo)致肺功能受損等后遺癥［55］。由于免疫系統(tǒng)過(guò)度活化導(dǎo)致了嚴(yán)重的肺臟病理?yè)p傷，肺組織修復(fù)障礙及纖維化是肺臟急性感染性疾病的另一重要特征。人類的Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞（alveolar type Ⅱ，AT2）通過(guò)自我更新和轉(zhuǎn)分化為Ⅰ型肺泡上皮細(xì)胞（alveolar type Ⅰ，AT1）參與肺組織的修復(fù)與再生［56］。而在新冠肺炎患者肺臟中鑒定到一類AT2向AT1 分化過(guò)程中的過(guò)渡態(tài)細(xì)胞類型，具有損傷相關(guān)瞬時(shí)祖細(xì)胞（damage-associated transient progenitors，DATPs）特征，因而導(dǎo)致肺上皮細(xì)胞再生受損［4，57］。此外，研究發(fā)現(xiàn)新冠肺炎患者的肺臟中纖維化通路相關(guān)基因表達(dá)上調(diào)，病理性成纖維細(xì)胞比例升高，可在肺組織中迅速形成疤痕，且肺臟的纖維化程度隨病程延長(zhǎng)逐漸加重［4，53］。進(jìn)一步機(jī)制學(xué)研究實(shí)驗(yàn)表明，低氧應(yīng)答因子HIF-1α（hypoxia- inducible factor 1α）的持續(xù)激活及組織再生相關(guān)因子FOXO3（Forkhead box protein O3）的表達(dá)沉默可能是成纖維細(xì)胞向病理性成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素［57］。人源AT2 細(xì)胞可在肺臟發(fā)生纖維化時(shí)轉(zhuǎn)分化為功能性的基底細(xì)胞，進(jìn)而促進(jìn)肺組織自我更新［58］。值得注意的是，上述揭示的新冠肺炎患者的肺臟區(qū)域免疫特性多是基于單個(gè)時(shí)間點(diǎn)的肺組織采集分析結(jié)果，因此僅能代表感染特定時(shí)期的免疫應(yīng)答特點(diǎn)，而疾病發(fā)生發(fā)展過(guò)程中不同階段的肺臟區(qū)域免疫應(yīng)答動(dòng)態(tài)特征值得進(jìn)一步探究。

2.2 慢性感染性疾病中的肺臟區(qū)域免疫特性 病原微生物若在急性感染期間不能被及時(shí)有效地清除，將與宿主長(zhǎng)期共存進(jìn)而引發(fā)慢性感染性疾病，此類疾病的發(fā)生、發(fā)展與轉(zhuǎn)歸取決于病原微生物與宿主之間長(zhǎng)期而復(fù)雜的相互作用。結(jié)核分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis，Mtb）感染導(dǎo)致的結(jié)核?。╰uberculosis，TB）是重要的肺部慢性感染性疾病，長(zhǎng)期嚴(yán)重威脅全球人類健康。本文將以TB為例，對(duì)慢性感染性疾病中的肺臟區(qū)域免疫特性予以討論。

保護(hù)性免疫功能抑制是肺臟慢性感染性疾病的主要特征。Mtb 主要由呼吸道入侵機(jī)體并在肺部誘發(fā)肉芽腫，此病理性結(jié)構(gòu)是由巨噬細(xì)胞、粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和成纖維細(xì)胞等組成的動(dòng)態(tài)空間屏障結(jié)構(gòu)，是Mtb 的主要生態(tài)微環(huán)境。斯坦福大學(xué)的 MICHAEL ANGELO 團(tuán)隊(duì)通過(guò)收集TB患者的肺組織石蠟包埋樣本，進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行多重成像（multiplexed ion beam imaging by time of flight，MIBI-TOF）繪制TB 患者的肉芽腫免疫調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)T 細(xì)胞、單核/巨噬細(xì)胞和DCs 為主要細(xì)胞類型，其中活化的T 細(xì)胞比例較低，發(fā)揮免疫負(fù)調(diào)控作用的Treg 細(xì)胞增殖增加，單核/巨噬細(xì)胞和DCs 高表達(dá)免疫抑制 分子PD-L1（programmed cell death-ligand-1）和IDO1（indoleamine 2，3-dioxygenase-1）；且肉芽腫中的免疫抑制分子TGF-β 表達(dá)上調(diào)，而發(fā)揮抗Mtb 活性的IFN-γ 減少，綜合上述結(jié)果表明TB 患者的肉芽腫為免疫抑制性微環(huán)境［5］。與此一致的是，基于病原與宿主互作界面的非原位研究也證實(shí)Mtb慢性感染過(guò)程中的肺臟免疫抑制特性。AMs是Mtb的主要宿主細(xì)胞，可通過(guò)吞噬、自噬、激活細(xì)胞的炎癥信號(hào)通路及死亡信號(hào)通路等促進(jìn)病原菌清除。而被Mtb感染的AMs 往往表現(xiàn)為免疫抑制狀態(tài)，根源在于Mtb 可以利用其真核樣蛋白磷酸酶或激酶等效應(yīng)蛋白劫持或抑制AMs 的上述免疫應(yīng)答功能，從而保障病原菌的胞內(nèi)存活［59-60］。此外，Mtb感染可抑制DCs成熟并通過(guò)多種機(jī)制干擾有效的抗原提呈以延遲適應(yīng)性免疫應(yīng)答［61］。且T 細(xì)胞也表達(dá)PD-1（programmed cell death protein-1）和CTLA-4（cytotoxic T lymphocyte-associated protein 4）等抑制性受體，使其免疫應(yīng)答活性減弱［62］。因此，慢性感染過(guò)程中固有免疫應(yīng)答效能較弱，抗原提呈效率低，進(jìn)而導(dǎo)致適應(yīng)性免疫應(yīng)答被延遲且活性差，最終導(dǎo)致病原菌難以被清除，長(zhǎng)期存在于機(jī)體導(dǎo)致慢性感染。值得一提的是，除保護(hù)性免疫功能被抑制外，TB 患者的肺組織也會(huì)出現(xiàn)干酪樣壞死、空洞化等免疫病理?yè)p傷。近年有研究提示壞死性凋亡在Mtb感染導(dǎo)致的組織損傷及病原菌播散過(guò)程中發(fā)揮重要調(diào)控作用，但其中的免疫動(dòng)態(tài)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)仍遠(yuǎn)未清晰［63］。此外，慢性感染條件下，機(jī)體與病原菌的長(zhǎng)期相互作用可能會(huì)重塑肺臟免疫微環(huán)境，進(jìn)而影響慢性阻塞性肺疾病、肺癌等肺部疾病的發(fā)展以及肺部乃至機(jī)體的黏膜微生態(tài)?，F(xiàn)有研究表明Mtb慢性感染與其他肺部疾病的轉(zhuǎn)歸具有相關(guān)性，且會(huì)引起肺部及腸道黏膜微生態(tài)變化［64］。其中的因果關(guān)系及精細(xì)的分子調(diào)控機(jī)制仍有待深入研究。

3 肺臟區(qū)域免疫特性對(duì)感染性疾病防治的啟示

肺臟作為呼吸道病原體入侵的主要門戶，在感染性疾病發(fā)生時(shí)具有不同于全身系統(tǒng)性免疫的區(qū)域免疫特性，與疾病的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)歸密切相關(guān)。而目前針對(duì)呼吸道感染性疾病的防治方法仍主要局限于系統(tǒng)性免疫應(yīng)答，此類方法雖然能防止重癥，但難以預(yù)防黏膜感染且存在持久性差的問(wèn)題。因此，急需研發(fā)基于肺臟區(qū)域免疫特性的急性和慢性感染性疾病的防治新策略，以有效提升宿主的保護(hù)性免疫機(jī)能進(jìn)而抑制疾病的發(fā)生或減緩發(fā)病過(guò)程中的免疫功能紊亂及病理?yè)p傷。本文從以下兩方面提出基于肺臟區(qū)域免疫特性的感染性疾病防治思路。

3.1 新型疫苗研發(fā)中免疫原及免疫路徑的合理選擇 感染性疾病過(guò)程中肺臟區(qū)域免疫特性的形成依賴于病原體與肺臟獨(dú)特的解剖結(jié)構(gòu)間的相互作用，因此疫苗研發(fā)過(guò)程中免疫原及免疫路徑的選擇至關(guān)重要。研究表明，腹腔注射滅活的流感病毒可以產(chǎn)生特異性的中和抗體，而滴鼻感染弱毒力的流感病毒則可以產(chǎn)生肺臟區(qū)域的病毒特異性T細(xì)胞免疫應(yīng)答，并產(chǎn)生CD4+和CD8+TRM 細(xì)胞以提供針對(duì)流感病毒的長(zhǎng)期免疫保護(hù)［65］。值得一提的是，由于全身各系統(tǒng)及器官間的潛在聯(lián)系，并非僅有滴鼻免疫途徑才可以誘發(fā)肺臟區(qū)域免疫特性形成。研究發(fā)現(xiàn)，靜脈注射卡介苗（bacillus calmette-Guerin，BCG）也可以促進(jìn)肺臟CD4+TRM 細(xì)胞的產(chǎn)生并誘導(dǎo)組織駐留免疫記憶形成，而皮內(nèi)注射BCG 產(chǎn)生此免疫效應(yīng)的能力較弱［66］。因此，應(yīng)基于病原體及其誘導(dǎo)的肺臟區(qū)域免疫應(yīng)答特性，選擇合適的免疫原及免疫路徑進(jìn)行新型疫苗研發(fā)，并發(fā)展基于肺臟區(qū)域免疫特性的疫苗免疫評(píng)價(jià)新手段。

3.2 感染過(guò)程中肺部區(qū)域免疫應(yīng)答的穩(wěn)態(tài)調(diào)控 肺臟急性和慢性感染性疾病均表現(xiàn)為免疫功能的紊亂。急性感染條件下，免疫系統(tǒng)過(guò)度活化可能是由于病原體的載量較大或毒力較強(qiáng)導(dǎo)致。因此，應(yīng)在感染早期及時(shí)利用抗病原體藥物對(duì)其予以清除，并結(jié)合可促進(jìn)宿主自噬等過(guò)程的免疫調(diào)節(jié)類藥物以減輕死亡的病原體可能造成的免疫損傷。而基于免疫系統(tǒng)過(guò)度活化的特性，在進(jìn)行疫苗研發(fā)時(shí)，應(yīng)以誘導(dǎo)適度且有效的免疫應(yīng)答為原則進(jìn)行免疫原設(shè)計(jì)。慢性感染條件下，免疫功能抑制多是由病原體的免疫負(fù)調(diào)控因子而導(dǎo)致的，因此可基于已闡明的病原因子對(duì)宿主免疫功能的調(diào)控機(jī)制，進(jìn)行靶向免疫負(fù)調(diào)控因子的疫苗設(shè)計(jì)及基于病原-宿主互作界面的藥物研發(fā)。免疫細(xì)胞表面抑制性受體的高表達(dá)及激活性受體的低表達(dá)可能是導(dǎo)致慢性感染條件下免疫抑制的另一重要因素，因此可分析肺臟關(guān)鍵固有及適應(yīng)性免疫細(xì)胞表面激活及抑制性受體的表達(dá)情況，并開(kāi)發(fā)基于此的疾病防治新策略。此外，慢性感染條件下適應(yīng)性免疫應(yīng)答出現(xiàn)延遲，可能由于固有免疫應(yīng)答的強(qiáng)度不足以及抗原提呈過(guò)程受抑制，因此可通過(guò)揭示其中的具體調(diào)控機(jī)制，以開(kāi)發(fā)可提升肺臟AMs、ILCs及DCs等固有免疫細(xì)胞活性的防治新策略。另外，需注意的是，研究發(fā)現(xiàn)肺臟的組織駐留記憶細(xì)胞，尤其是TRM 細(xì)胞可以提供更長(zhǎng)效的免疫記憶且能夠在病原體再次感染時(shí)快速啟動(dòng)免疫應(yīng)答，因此誘導(dǎo)功能性的肺臟TRM 和BRM 細(xì)胞生成也是感染性疾病防治策略的重要方向［67］。除適應(yīng)性免疫記憶外，固有免疫細(xì)胞的訓(xùn)練免疫也可促進(jìn)病原體清除并具有廣譜性，因此，可鑒定能夠誘導(dǎo)肺臟固有免疫細(xì)胞訓(xùn)練免疫形成的特定成分（如β-glucan 等），并開(kāi)發(fā)基于此的疾病防治新策略［68］。值得一提的是，近年發(fā)現(xiàn)肺臟除了其固有的免疫系統(tǒng)外，還擁有復(fù)雜的微生物組分且在感染性疾病中發(fā)揮重要調(diào)控作用，因此基于肺部微生物及其代謝物的相關(guān)制劑也將有機(jī)會(huì)用于感染性疾病防治［69］。綜上，平衡且適度、長(zhǎng)效且廣譜、整體協(xié)同的肺部區(qū)域免疫應(yīng)答是防治感染性疾病的重要宗旨。

4 展望

肺臟區(qū)域免疫是機(jī)體依賴于肺臟獨(dú)特的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)、生理功能和組織微環(huán)境而進(jìn)化出的一套多樣而復(fù)雜的防御體系，與肺部眾多疾病的發(fā)生發(fā)展緊密相關(guān)。近年來(lái)，基于多組學(xué)技術(shù)和體外研究模型的發(fā)展，人們對(duì)生理及病理?xiàng)l件下的肺臟區(qū)域免疫特性獲得了一定認(rèn)識(shí)。然而，疾病發(fā)生條件下異常的肺臟區(qū)域免疫特性表明對(duì)此認(rèn)識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，針對(duì)該領(lǐng)域的研究才初具成果，仍有一系列問(wèn)題亟待探索。如呼吸系統(tǒng)感染性疾病發(fā)生發(fā)展過(guò)程中肺臟區(qū)域免疫的時(shí)空動(dòng)態(tài)調(diào)控特征是什么，其又如何決定疾病的轉(zhuǎn)歸？肺臟的保護(hù)性免疫、病理?yè)p傷及組織修復(fù)機(jī)制如何，在疾病的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中如何對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控以實(shí)現(xiàn)平衡的免疫應(yīng)答？肺部黏膜微生態(tài)與肺部區(qū)域免疫的關(guān)聯(lián)和分子機(jī)制如何，其對(duì)呼吸系統(tǒng)感染性疾病的發(fā)生發(fā)展又發(fā)揮何種調(diào)控作用？晝夜節(jié)律、衰老等生理過(guò)程對(duì)肺臟區(qū)域免疫特性的調(diào)控作用如何，其又如何影響呼吸系統(tǒng)感染性疾病的發(fā)生？更重要的是，針對(duì)此系列問(wèn)題的研究，不能僅限于基于表型的相關(guān)性，應(yīng)該深入探尋其中的因果關(guān)系，并揭示這些調(diào)控作用受到哪些遺傳因子的調(diào)控。此外，在用小鼠模型進(jìn)行系列研究時(shí)，應(yīng)對(duì)其與人體的一致性予以充分考量。近年來(lái)，高分辨空間轉(zhuǎn)錄組、單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)、代謝組、遺傳譜系追蹤、類器官和人源化小鼠等新技術(shù)和新手段的發(fā)展為肺臟區(qū)域免疫特性的揭示帶來(lái)了重大機(jī)遇?；诖耍瑧?yīng)充分利用已有的研究平臺(tái)，并對(duì)多學(xué)科、多領(lǐng)域的研究方法和思路予以交叉整合，全面深入探索肺臟區(qū)域免疫在生理及感染性疾病過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變化及其精細(xì)的分子調(diào)控機(jī)制，從而為感染性疾病防治新策略的研發(fā)提供新思路和新靶點(diǎn)，并期望此系列研究體系和理論知識(shí)可用于其他肺部及肺外重大疾病的機(jī)制闡明和防治策略研發(fā)。