ILC2在炎症性疾病中作用的研究进展①

毋梦林 牛志国 曹 旗 黄青松

(新乡医学院医学检验学院，河南省免疫与靶向药物重点实验室，新乡 453003)

固有淋巴细胞(innate lymphoid cells,ILCs)是对抗感染的关键免疫防御系统之一，具有典型淋巴细胞的形态特征，是一类非B细胞、非T细胞的淋巴细胞，但又可产生与辅助性T细胞亚群匹配的效应细胞因子，且ILC表面高表达细胞因子受体亚单位，包括IL-2受体α亚单位(CD25)和IL-7受体α亚单位(CD127)等[1]。由于ILC不表达抗原特异性识别受体BCR或TCR，而是通过对损伤诱导的信号做出反应，如对上皮细胞产生的细胞因子信号诱导做出反应，与自然杀伤(natural killer，NK)细胞和淋巴组织诱导(lymphtissue inducer，LTi)细胞统称为固有淋巴细胞，参与免疫反应、组织发育及重塑[2]。ILC和T细胞相互调节，放大或限制免疫应答。ILC来源于共同淋巴祖细胞(common lymphoid progenitor，CLP)，转录因子DNA抑制子2(Id2)能够抑制CLP向T、B细胞分化，上调CD161和早幼粒细胞白血病锌指蛋白表达，维持CD127表达，并促进其向共同ILC祖细胞分化，最后通过转录因子T-bet、GATA结合蛋白3(GATA binding protein 3,GATA3)、维甲酸相关孤核受体γt(retinoid acid receptor related orphan receptor γt,RORγt)等将ILC 祖细胞分为ILC1、ILC2和ILC3 3个亚群，并且这3个亚群与辅助性T细胞亚群Th1、Th2 、Th17功能平行，并形成类似的细胞因子受体表达模式。ILC1在IL-12、IL-15和IL-18的刺激下，可分泌IFN-γ和TNF，在抗胞内菌及抗寄生虫感染中发挥重要作用[3-5]；ILC2在IL-25和IL-33等刺激因子作用下产生Th2，如IL-4、IL-5、IL-9和IL-13，在多种炎症环境中调节固有免疫和适应性免疫反应[6]；ILC3在IL-1β和IL-23刺激后产生IFN-γ、IL-17和IL-22，并参与慢性炎症反应和组织修复等[7]。

1 ILC2的发育与调控

ILC2作为固有免疫细胞的一员，是介于固有免疫和适应性免疫应答的跨界细胞，其表达的表面分子有CD25、CD90、CD117、CD127、ST2(IL-1R1)、IL17RB及NKp30受体等，可以非特异地保护机体免受多种生物体侵害，如寄生虫、细菌、病毒、真菌和过敏原[8]。然而，当免疫调节作用失控时，它们可以促发慢性炎症，如由ILC2促发的过敏和哮喘[9,10]。ILC2作为小鼠和人类2型免疫反应的中枢调节因子之一，主要分布于黏膜组织(肺和肠道)、非淋巴器官(肝、肾和内脏脂肪组织)、淋巴器官(脾、骨髓)及血液，有助于宿主防御、组织修复及抗炎症性疾病[11，12]。ILC2在转录因子Id2、RORα和GATA3的调控下发育成熟，实验表明ILC2的发育依赖GATA3的产生，GATA3可直接调节ILC2的增殖及其生存相关基因，即使在ILC2完全成熟后，GATA3对其晚期发育维持和存活也具有重要作用[13]。ILC2活化的主要途径是通过其表面受体ST2/T1或IL-17受体等接受IL-33、IL-25 以及胸腺基质淋巴细胞生成素(thymic stromal lymphopoietin，TSLP)刺激，进而主要产生并分泌IL-5和IL-13，而在豆蔻酰佛波醇乙酯(phorbol-12-myristate-13-acetate，PMA)刺激下还可产生IL-4、IL-9和双调蛋白，主要介导2型免疫应答。ILC2的表型、激活状态和功能可因其所在的组织及细胞因子微环境的改变而改变[14]。此外，ILC2还可以被脂质递质半胱氨酰白三烯(cysteinyl leukotrienes， CysLT)、前列腺素 D2(prostaglandin D2， PGD-2)、TNF相似配体1(TNF-like ligand 1 A，TL-1-A)及癌细胞激活[15-17]。而脂质 A4(lipoxin A4，LXA4)、前列腺素E和前列腺素 I2(prostaglandin I2， PGI2)可以抑制ILC2激活[18]。免疫反应在体内无处不在，ILC2在体内与脂类代谢、寄生虫感染、过敏性炎症、皮肤炎症等炎症性疾病密切相关[19-22]。

2 ILC2的作用

2.1ILC2与消化系统的关系 ILC2并不是一个统一的种群，其表达的标记也存在不一致性，这主要取决于驱动其激活的细胞因子[23]。自然性ILC2(nILC2)和炎症性ILC2(iILC2)是最近发现的2个亚群，iILC2在全身受到刺激时，仅存在于肺脏，在炎症过程中受趋化信号作用在组织间迁移，nILC2和iILC2的主要区别在于细胞因子受体的表达模式，nILC2对IL-33的刺激保持稳定状态并表达ST2，低表达类似于致死细胞凝集素受体G1(KLRG1)， iILC2在IL-25刺激或感染后表达大量的活化标记KLRG1和IL-25受体(IL-17RB)，但不表达ST2[24]。iILC2的发展依赖于IL2Rγ和IL-17Rα，且iILC2在蠕虫感染期间是nILC2的暂时态祖细胞，最终将转化为nILC2或者ILC3，有助于对抗蠕虫和真菌引起的免疫反应[24]。ILC2分泌大量IL-13和双调蛋白(amphiregulin，Areg)，IL-13使杯状细胞分泌黏液并通过平滑肌收缩清除寄生虫，双调蛋白通过激活上皮细胞表面的表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)进而促进上皮细胞的增殖和修复[25]。炎症性肠道疾病的特点是Th1/Th2类细胞因子比例失衡，Th1型免疫反应促进炎症发展，Th2型免疫反应是宿主对抗寄生虫的防御反应。IL-25或寄生虫诱导下发生的Th2型免疫反应的发生机制是来源于肠道固有层中驻留的nILC2能够不依赖T/B细胞介导的免疫反应，而依赖于1-磷酸鞘氨醇(S1P)介导的趋化反应，通过淋巴管上皮细胞进入淋巴管，并通过血液循环迁移至外周组织，分泌Th2型细胞因子发挥抗炎反应，ILC2的肠-肺循环就是肠道中nILC2迁移至肺部成为iILC2，由于nILC2数量较少，增殖速度低于iILC2，因此iILC2是ILC2细胞对抗寄生虫感染的重要来源[26]。研究发现，ILC的另一个新型调节细胞亚群(ILCregs)不同于ILC和调节性T细胞(Treg)，其表达Id3和Sox4等转录因子而缺乏ILC2和Treg的典型转录因子(如RORα、GATA3和Foxp3)，在肠道炎症的发生和调节中起重要作用[27]。在炎症刺激作用下，肠内ILCregs增多，该细胞通过分泌IL-10抑制ILC1和ILC3的活化，从而抑制ILC1和ILC3分泌的IFN-γ以及IL-17A对肠道黏膜的损伤作用，但并不抑制ILC2在肠道炎症过程中的功能。以上结论提示ILCregs对肠道炎症起保护作用。

2.2ILC2与呼吸系统的关系

2.2.1肺炎 呼吸道黏膜与外界环境直接相通，时刻接受病原体、理化因素及变应原等刺激因素的影响，是多种病原体感染和炎症的病变部位。ILC2广泛存在于机体的各组织，其中黏膜组织，尤其是肺脏黏膜组织，是人类和小鼠ILC2的主要聚集地，占主导地位。急性和慢性肺炎通过抑制精氨酸酶-1(Arg1)活性发生，小鼠和人ILC2内的Arg1活性被抑制，破坏了ILC2的代谢过程，抑制了ILC2的增殖和细胞因子产生，从而破坏了ILC2在肺部的抗炎反应，表明Arg1是ILC2 的关键调控因子[28]。在慢性呼吸系统疾病加重期，ILC2与NK细胞和肺泡巨噬细胞相互作用，ILC2产生大量IL-5，并在感染期间诱导嗜酸性粒细胞生成，从而引发哮喘。ILC2和Treg可促进肺炎时肺上皮细胞损伤后的修复[29,30]。ILC2高表达RORα，RORα敲除的小鼠均缺乏ILC2，缺乏ILC2的小鼠虽然拥有正常的Th2细胞免疫应答，但不能对蛋白酶抗原产生快速的肺部炎症反应，ILC2是肺损伤后修复的中枢调节因子，可恢复肺组织急性损伤后的稳态[31]。研究发现，细胞间黏附分子1(ICAM-1)缺陷小鼠骨髓和周围组织中的ILC2水平明显降低，且ILC2功能受损，Th2型细胞因子的分泌也显著降低，在给予ICAM-1缺陷小鼠过敏原刺激后，肺中ILC2的数量减少导致气道炎症明显缓解，这些结果将ICAM-1确定为ILC2的调节器[32]。有研究发现ILC2释放的IL-13可驱动血吸虫感染引起的肺炎、肺纤维化和胶原沉积，敲除 IL-25或其受体IL-17RB可减轻肉芽肿体积和血吸虫卵数量，提示IL-25和ILC2可能是治疗血吸虫感染引起的肺炎及肺纤维化的靶标[33]。

2.2.2哮喘 ILC2释放大量Th2型细胞因子，如IL-4、IL-5、IL-13，驱动2型免疫反应发挥对蠕虫的防御作用，但如果不严格控制ILC2，则可引发病理性的2型免疫应答，过敏性气道炎症就是其中之一。过敏性哮喘是一种气道慢性炎症性疾病，通常是无害的过敏原或病原体接触患者，表现为Th2 细胞、肥大细胞和嗜酸性粒细胞高度活化，IgE水平显著升高，并作出不恰当的Th2反应。ILC2诱导哮喘患者Th2相关细胞因子活性上调，导致哮喘控制的顽固性状态，被过敏原破坏或激活的上皮细胞产生IL-33、TSLP和IL-25，激活ILC2，产生IL-5、IL-9和IL-13，引起过敏性哮喘，其中IL-4可促使Th0细胞向Th2细胞转化，还可促进B细胞分泌抗体[34,35]；IL-5可以募集并活化嗜酸性粒细胞；IL-13可以促进杯状细胞分泌黏液，并触发气道高反应的显著变化[36]。人类在呼吸道疾病的发病率和严重程度上存在显著的性别差异，淋巴细胞限制雌激素受体α缺陷提示，是雄性激素调节ILC2在肺和骨髓的功能，且ILC2由于雄性激素的过量而减少，表明雄性激素抑制ILC前体向ILC2的转变，也提示了女性哮喘患病率比男性高2倍的原因[37]。ILC2是哮喘免疫反应最重要的调节因子，骨髓源性抑制细胞骨髓源性抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)因其免疫抑制活性备受关注，早期研究表明，Th2细胞因子的增加与MDSCs有关。在哮喘患者、慢性阻塞性肺疾病或呼吸道病毒感染患者的外周血中，ILC2或MDSCs及其特有的细胞因子或转录因子显著增强。同时，在哮喘患者中发现一种以Th2为主的细胞，这种Th2极化与ILC2和MDSCs之间的协同作用密切相关，并增强了气道的高反应性，因此ILC2和MDSCs可能是哮喘的治疗的新方向[38]。

2.3ILC2与神经系统的关系 有研究发现人和小鼠肠道中的ILC2具有丰富的β2-肾上腺素能受体，肾上腺素能神经元与ILC2共定位，在机体受到寄生虫、真菌或其他病原菌感染时，肠道中的肾上腺素能神经元会产生大量肾上腺素，后者与小肠ILC2中的β2-肾上腺素能受体结合，抑制ILC2增殖，减弱2型免疫反应，从而保护寄生虫[39]。在此基础上，该课题组还发现了小鼠胃肠道中ILC2与表达神经肽U(NMU)的胆碱能神经元共定位，ILC2选择性地表达NMU受体1(NMUR1)[40]。ILC2受NMU诱导后细胞快速活化、增殖，分泌Th2型细胞因子IL-5 、IL-9和IL-13，从而增强2型免疫作用，发挥抗寄生虫反应，最终保护肠道免受寄生虫感染，即哺乳动物的神经系统已经进化出双重机制，可快速激活或抑制ILC2，以保护宿主免受各种炎症因子刺激。说明神经系统可对免疫系统中的ILC2发挥免疫调控作用，同时提供了治疗寄生虫感染的重要靶点。

2.4ILC2与循环系统的关系 循环系统相关研究表明，ILC2可促进B细胞增殖及抗体分泌，该机制主要是由于ILC2细胞产生IL-5，引起B细胞增殖并产生天然的IgM发挥抗炎反应[41,42]。动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)是导致心血管疾病的主要原因，ILC1细胞存在于AS中，并以TLR4依赖的方式增加促炎细胞因子表达，从而加重AS[43]。但ILC2是Th2型细胞因子IL-5和IL-13的重要来源，IL-5和IL-13通过不同的机制调控小鼠AS的发展[44]。ILC2是限制AS发展的主要细胞类型，通过对缺乏ILC2的小鼠研究发现，内源性ILC2在控制AS进展方面发挥重要作用，这种作用依赖于ILC2产生的IL-5和IL-13，其他细胞类型产生的IL-5和IL-13无法弥补ILC2来源的细胞因子(尤其是IL-13)的缺乏及其AS的保护作用。IL-13可通过增加胶原沉积保护斑块发展、促进斑块的稳定性，并促使巨噬细胞表型(M1)向选择性活化巨噬细胞(M2)转换，IL-5通过抑制巨噬细胞对低密度脂蛋白(LDL)的摄取阻止AS形成。实验中高脂肪喂养小鼠，ILC2数量显著降低，并伴随AS加速。在AS模型中，每天给予载脂蛋白E缺陷小鼠IL-25可大幅增加脾脏中ILC2数量和提高血清中IL-5水平，通过扩增ILC2，增加IL-5分泌和提高血清中IgM的水平，可限制AS的发展，提示IL-25和ILC2分泌的Th2型细胞因子作为抗炎因子可抑制AS发展[45，46]。

2.5ILC2与泌尿系统的关系 慢性肾病(chronic kidney disease,CKD)是心血管疾病的主要危险因素，肾小球损伤可导致蛋白尿、肾小球硬化及肾功能恶化[47]。肾脏纤维化是各种慢性肾脏疾病终末期的病理改变，主要为肾小球硬化和肾间质纤维化。肾脏纤维化的主要原因是肾脏各种细胞分化为肌成纤维细胞，过度产生肾细胞外基质，而肾细胞外基质的过度堆积可引发肾脏纤维化。研究证明IL-33受体ST2阳性ILC2是健康人及小鼠肾脏的主要ILC亚型，IL-33是一种扩增组织ILC2的治疗方法，ILC2定位于上皮细胞附近，并对受损或者死亡上皮细胞释放的细胞因子报警信号做出反应[48]。肾脏组织发生炎症时，给予IL-33治疗后，定位于肾脏肾小管间质的ILC2大量扩增，ILC2保护肾脏组织免受进行性损伤的机制包括ILC2分泌的IL-5诱导嗜酸性粒细胞增多，并促进组织再生[49]；ILC2分泌的IL-13诱导巨噬细胞替代活化，可促进肾脏组织再生，进而可防止进展性肾小球硬化和肾功能丧失[50，51]。ILC2对肾损伤模型有促进修复作用，课题组在肾缺血再灌注中发现IL-25及IL-33诱导的ILC2增多可减少肾缺血再灌注损伤，与之前Hams等[33]提出IL-25诱导ILC2释放的IL-13可驱动血吸虫感染的肺纤维化模型胶原沉积的结论相左，但考虑到其模型为血吸虫感染肉芽肿纤维化模型，与无病原体的肾缺血再灌注存在巨大差异，课题组认为ILC2极有可能是一把双刃剑，这种作用依赖于器官特异性、病程或者其他应激因素[52-54]。近期研究发现了一种混合免疫调节细胞因子IL-233(IL-2和IL-33的混合细胞因子)，可增强Treg和ILC2的功能，防止肾损伤。接受IL-233治疗的小鼠在所有方案中都表现出不良反应减少、肾脏损伤和肾纤维化程度降低。即使在小鼠阿霉素注射2周后给予IL-233，也能完全恢复肾功能，同时减少促炎因子，增加抗炎因子。Treg和ILC2都具有产生双调蛋白的机制，并有助于损伤的上皮细胞再生，即IL-233是治疗肾炎的有效策略，增强Treg和ILC2不仅可以抑制肾损伤，还可以促进组织再生[55]。因此，ILC2作为治疗肾纤维化的靶点，为临床治疗肾病肾间质纤维化提供理论依据。

2.6ILC2与其他疾病的关系 研究发现，关节炎患者的血液和关节组织中ILC2明显增加，且与疾病严重程度呈负相关。在动物关节炎模型中，过继性输入ILC2可显著减轻关节炎，该机制通过ILC2分泌的IL-4/13发挥作用，IL-4/13可以抑制巨噬细胞功能，相应地减少促炎细胞因子IL-1β 和 TNF-α的分泌，从而缓解关节炎[56]。ILC2与关节组织中调节性T细胞(Treg)密切相关，其可以通过分泌IL-9促进Treg活化从而发挥抗炎作用。缺乏IL-9可导致ILC2诱导的Treg增殖和活化功能受损，导致慢性关节炎，提示ILC2在关节炎症方面发挥重要作用[57]。

3 展望

ILC2在不同的炎症性疾病中扮演不同角色，既往研究发现人和小鼠肠道中的ILC2存在丰富的β2-肾上腺素能受体，当机体发生感染，肠道中的肾上腺素能神经元会产生大量肾上腺素，后者与小肠ILC2中的β2-肾上腺素能受体结合，抑制ILC2的增殖，减弱2型免疫反应，从而保护寄生虫。课题组根据以上结论猜测，β2-肾上腺素可能在阻塞性肾病中与肾脏组织ILC2中的β2-肾上腺素能受体结合，抑制ILC2增殖，β2-肾上腺素可能会改善肾纤维化进程。相应的肠道发生感染时，来源于肠道中的ILC2依赖S1P介导的趋化反应，通过淋巴管上皮细胞进入淋巴管并通过血液循环迁移至外周组织分泌Th2型细胞因子发挥抗炎作用，那么肾炎患者肾组织中的ILC2能否也依赖S1P介导的趋化作用发挥抗炎效应，最终改善肾炎引发的一系列疾病仍有待验证。