Ⅱ型固有淋巴细胞在慢性阻塞性肺疾病中的研究进展

姜敏 王晶 张洪平 田戈 伊合帕尔·吐依洪 丁剑冰新疆医科大学附属中医医院国家中医临床研究基地 新疆呼吸病研究重点实验室,乌鲁木齐830000;新疆医科大学基础医学院,乌鲁木齐8300

COPD 的疾病进展与气道和肺脏对有毒颗粒或气体的慢性炎性反应增强有关,疾病的发生、发展与免疫紊乱密切相关[1]。研究证实,中性粒细胞、CD4+T 细胞、CD8+T 细胞、巨噬细胞和树突状细胞参与诱发COPD 肺部炎症反应[2-3]。近期研究还发现,Ⅱ型固有淋巴细胞 (typeⅡinnate lymphoid cells,ILC2s)也参与COPD的发生和发展。

1 ILC2s的生物学特征

1.1 ILC2s的发现 2001年,Fort等[4]在用IL-25刺激小鼠T、B细胞缺陷的脾脏细胞时,发现了一种能分泌IL-5、IL-13,但不分泌IL-4,并且特异性表达抗体IgE 和Ig A 的新型细胞,并证实其表面表达膜分子MHCⅡhighCD11cdullF4/80lowCD4-CD8a-。2010 年,Moro等[5]在小鼠肠道脂肪相关的淋巴簇中发现了表型为Lin-c-Kit+Sca-1+的一群细胞,此外,这群细胞还表达IL-33 的受体 (IL-33R)和IL-25的受体 (IL-17RB),当机体受到IL-33刺激或寄生虫感染时,这群细胞可以分泌IL-5 和IL-13,有助于机体抗寄生虫感染,这群细胞最终被命名为 “天然辅助细胞”。Neill等[6]和Price等[7]在小鼠的肝脏、脾脏、骨髓、肠系膜淋巴结、肺脏、腹膜等中分别独立发现了ν细胞和固有Ⅱ型辅助细胞,ν 细胞表型为Lin-T1/ST2+IL-25R+ICOS+,固有Ⅱ型辅助细胞的表型为Lin-c-Sca-1-Kit+,他们都能在IL-25或IL-33的作用下分泌IL-5和IL-13,从而帮助机体抵御蠕虫感染。

天然辅助细胞、ν细胞和固有Ⅱ型辅助细胞因其相似的表型和生物学功能,被统称为ILC2s[8]。与动物结果相类似,人ILC2s广泛分布于皮肤、肺脏、肠道、肠系膜、血液、脾、肝等,尤其在肺黏膜组织较为丰富,并且是早期免疫应答中Th2型细胞因子的主要来源[9]。

1.2 ILC2s的发育及其调控 ILC2s是由髓样淋巴祖细胞(common lymphoid progenitors,CLP)发育而来,发育过程中受到多种因素的影响。DNA 结合抑制因子2能够抑制CLP 前体分化为T、B 细胞,促进其向ILCs 祖细胞分化[10]。小鼠体外实验证实,Notch信号在这个过程中也起着重要的作用,Notch 信号转导时间和持续时间是ILC2s发育的关键,此信号通路对于人ILC2s的发育同样重要,但是鲜有体内实验证据报道Notch信号通路对ILC2s的作用。另外有研究证实,白介素3 介导核因子 (nuclear factor interleukin 3,Nfil3)也可能通过调控CLP 向共同ILCs祖细胞方向分化发挥功能。Nfil3 缺陷小鼠中ILC2s和ILC3s的数量相比正常小鼠明显减少,提示Nfil3 在ILC2s的发育过程中也发挥功能[11]。

研究证实,在ILCs祖细胞向ILC2s分化过程中起重要作用的转录因子包括维甲酸相关孤核受体α (retinoic acid receptor related orphan receptorα,RORα)和GATA 结合因3 (GATA-binding factor 3,GATA3)。ILC2s在RORα自然突变小鼠 (RORαsg/sg)中发育严重受损,并且骨髓中ILC2s前体细胞 (CD127+CD25+ST2+CD69lowCXCR4lowCD122low)的数量明显减少,而其他的固有淋巴细胞亚群并不受影响,这表明RORα缺陷将严重影响ILC2s细胞的分化。但是,IL-33仍能刺激RORαsg/sg小鼠的免疫应答反应,因此RORα 调控ILC2s 细胞的机制仍需深入研究[12]。GATA3在ILC2s的发育中也十分重要。在GATA3缺失的情况下,CLP 细胞将不能发育成为ILC2s[13]。当GATA3表达减少时,ILC2s会降低对IL-25、IL-33和胸腺基质淋巴细胞生成素 (Thymic stromal lymphopoietin,TSLP)的反应,相应地细胞因子分泌也减少[14],可见GATA3对ILC2s细胞发挥生物学作用也是不可或缺的[15]。

此外,独立生长因子1 (growth factor impendence1,GFi1)[13]和T 细胞因子-1 (T cell factor-1,TCF-1)[16]均被证明与ILC2s的发育有关。GFi1可通过调控GATA3参与ILC2s的发育,缺乏GFi1可导致GATA3表达受损进而影响ILC2s 的发育。TCF-1 通过GATA3 或调控IL-2R、IL-7R、IL-17BR 等受体的表达来控制ILC2s的发育。

细胞因子IL-7[5]、IL-9[17]、干扰素γ (interferon-γ,IFN-γ)、IL-27等对于ILC2s的发育也至关重要。研究发现,IL-7缺陷的小鼠中ILC2s 发育受损,IFN-γ 能抑制ILC2s的增殖、帮助机体减少Th2型免疫反应、减轻嗜酸粒细胞的浸润和气道高反应。最新证明,IL-27通过直接作用ILC2s抑制Th2 型免疫应答反应,这些细胞因子作用ILC2s的新证据,揭示了不同的ILC2s负调控的免疫作用机制[18]。

另外,研究表明,ILC2s可同时表达可诱导共刺激分子 (inducible co-stimulate,ICOS)及其配体 (inducible costimulate ligand,ICOSL),两者可共同作用促进ILC2s的生存及细胞因子的分泌;当这种作用被阻断后,可显著减轻气道高反应和肺部炎症性反应[19]。IL-12-IL-12R 通路能影响ILC2s的功能,并在其增殖和分化中发挥作用[20]。

1.3 ILC2s的激活与抑制 IL-25、IL-33和TSLP 能激活ILC2s细胞的免疫应答反应。人外周血、胎儿的肠道、胎儿和成人肺组织中的ILC2s细胞被IL-33刺激后产生IL-13,表明人的ILC2s 细胞被IL-33 激活[8]。体外实验证实,TSLP 通过增强GATA-3 的表达来单独激活人外周血的ILC2s[8]。然而,Salimi等[21]发现,人皮肤来源的ILC2s在体内只能被IL-33直接激活,而在体外同时存在IL-25、TSLP时会增强IL-33诱导的细胞因子生成。

也有研究表明,ILC2s可被脂质递质半胱氨酰白三烯(cysteinylleukotrienes, Cys LT )、 前 列 腺 素 D2(prostaglandin D2,PGD2)和TNF 相似配体1 (TNF-like ligand 1A,TL1A)激活。PGD2可通过激活肥大细胞诱导人皮肤和血液的ILC2s迁移并激活ILC2s,促进其产生IL-4、IL-5、IL-13等细胞因子。CysLT 也可以强有力的激活ILC2s,促进Th2型细胞因子的生成[9]。但是,前列腺素I2和脂质A4 则抑制ILC2s激活。在小鼠模型中发现,前列腺素I2 抑制ILC2s 分泌细胞因子并减少其扩散。Barnig等[22]发现脂质A4是ILC2s的负调节因子。

2 ILC2s在COPD中的作用

2.1 ILC2s在COPD 慢性炎症反应 COPD 是一种异质性疾病,其主要特征是进行性和不可逆转的肺功能丧失,吸烟是导致COPD 最重要的原因之一[23]。Kearley等[24]在烟雾暴露小鼠模型中发现,吸烟能 “沉默”ILC2s细胞的功能,其进一步研究证实ILC2s细胞在COPD 患者中表现出功能可塑性,ILC2s经IL-12 和IL-18等信号途径调控,其转录因子GATA3 表达明显降低,向ILC1 样细胞表型转换,执行ILC1 细胞的功能[25]。Silver等[26]研究也表明,在COPD 患者外周血中ILC2s 细胞的数量显著降低而ILC1s细胞数量明显增加,同时疾病严重程度也随之增加。吸烟暴露试验和COPD 患者中均检测到高表达的IL-1家族细胞因子如IL-1、IL-18 和IL-33,这些细胞因子能增加ILC2s细胞的功能可塑性,使其向ILC1s细胞转换,并且ILC1细胞转换的频率与COPD 的严重程度及其加重易感性相关。与此相反,Wu 等[27]结果表明ILC2 细胞在COPD患者外周血中比例增加。De Grove等[25]证实ILC1、ILC2、NCR+和NCR-ILC3 细胞在肺组织中存在,但仅检测到NCR-ILC3细胞在COPD 患者肺组织中的比例增加,ILC1和ILC2细胞比例并未增加。另外,Monticelli等[28]发现,不同疾病状态的COPD 患者肺组织中ILC1、ILC2和ILC3细胞的数量并没有差异,但在ILC 亚群中检测到不同数量的IL-33R+ILC2细胞和高表达的分泌双调蛋白,Arg1 在流感病毒感染后的肺脏组织修复过程中发挥重要作用。

研究发现,由呼吸道病毒诱发的鼠急性加重期COPD(acute exacerbation of COPD,AECOPD)模型,伴随着小鼠肺部组织的ILCs的积累。H3N1感染可引起小鼠气道高反应,但此过程并不涉及适应性免疫系统,进一步发现IL-33受体ST2的缺陷可显著减轻气道高反应,最终机制研究表明ILC2s细胞分泌IL-13 而促进气道高反应[29]。Xia等[30]和Byers等[31]发现,COPD 患者肺上皮细胞可产生大量IL-33,促进IL-13和黏液的高表达。使用抗CD90.2中和抗体处理后的小鼠,在呼吸道病毒感染的情况下,肺泡灌洗液中嗜酸粒细胞的数量和肺组织中IL-5、IL-13m RNA 表达急剧下降。由于IL-33是在小鼠的呼吸道病毒感染后激活ILC 激活的一个关键因素,因此推测IL-33的释放并随后激活ILC2s会导致在AECOPD 中IL-5/IL-13表达和嗜酸性的增加。

进一步研究发现,ILC2s细胞不仅在AECOPD 患者中发挥作用,而且在早期的COPD 患者中也可以发挥作用。Heijink等[32]证实,在香烟烟雾刺激引起的气道炎症的小鼠模型中,气道上皮细胞大量脱落,虽然在这个模型中,未检测IL-33的表达情况,但是肺泡灌洗液中IL-5的含量显著升高,IL-5在COPD 病程中发挥重要的作用[33],这也提示ILC2s细胞被激活,ILC2s细胞参与早期气道炎症反应。

2.2 ILC2s对COPD 适应性免疫反应的调节作用 von Burg等[34]发现,ILC2s不仅在早期固有免疫中起重要作用,而且能改变CD4+T 细胞分化的方向从而调节适应性细胞免疫,共同参与免疫过程。ILC2s既能通过分泌细胞因子调节CD4+T 细胞的分化[35],又能通过表达MHCⅡ类分子和共刺激分子调节CD4+T 细胞的分化[34]。Halim等[36]发现,ILC2s与CD4 naïve T 细胞共培养,加入IL-12,细胞朝着Th1 方向分化,加入IL-4 时,则向Th2 方向分化,另外,在Th2型细胞因子的参与下通过树突状细胞决定CD4+T 细胞的分化;ILC2s细胞发挥出抗原递呈细胞的能力,通过表达OX40L、ICOS、ICOSL 和共刺激分子CD80、CD86以及MHCⅡ类分子调节CD4+T 细胞的分化。既往研究证实适应性免疫功能紊乱参与COPD 免疫失衡、炎性反应过程。许多学者和我们前期的研究表明COPD 患者CD4+T 细胞数量降低,适应性免疫细胞比例失衡[37]。最新研究发现,慢性炎性反应疾病患者较正常人肺组织中ILC2s下降了13.8%[25],Th2细胞功能下降,同时Th1细胞的功能增强;AECOPD 患者血清中IL-33水平显著低于健康人群对照组,同时也低于其稳定期患者,AECOPD IL-33 水平下降从而下调Th2 细胞。这说明COPD 的固有免疫功能及适应性免疫功能中ILC2s 与CD4+T 细胞之间数量和状态的变化存在一定的相关性。ILC2s可能调控COPD 适应性免疫共同参与COPD 的发展进程。

3 展望

已有研究证实,ILC2s在流感病毒感染、哮喘、寄生虫感染过程中的作用研究取得了重大突破。COPD 的疾病进展与气道和肺脏对有毒颗粒或气体的慢性炎性反应增强有关,疾病的发生、发展与免疫紊乱密切相关,但其具体发病机制尚未完全阐明。ILC2s的发现使我们对固有免疫系统有了更深入的了解。ILC2s作为固有免疫细胞家族的新成员,在维持COPD 肺脏黏膜免疫耐受中处于优势地位,研究ILC2s对于COPD 具有重要的临床意义,为深入了解COPD 的发病机制及开发治疗临床药物指明了方向。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突