2型固有淋巴细胞在哮喘发生中的作用研究进展

刘北星，朱文文，王 佳，赵 娜，刘炜炜

(中国医科大学基础医学院 病原生物学教研室，辽宁 沈阳 110122)

支气管哮喘是一种严重危害公众健康的呼吸道异质性疾病。据统计全球约有 3亿人不同程度受到哮喘的困扰。WHO预测随着环境污染等不利因素的加剧，至2025年哮喘患者将增至4亿人。我国哮喘患者已从10年前的不足2 000万增至3 000万，且发病率及由哮喘导致的死亡人数仍呈逐年上升趋势。哮喘发病机制复杂，诸多因素包括遗传及环境因素等均可导致哮喘的形成或诱发哮喘发作。在哮喘发病相关机制研究中，免疫学相关机制最为引人关注且研究较为深入。通常认为存在于几乎所有哮喘患者，尤其是过敏性哮喘患者肺组织内的变应原特异性CD4+Th2细胞、嗜酸粒细胞及嗜碱粒细胞是气道炎症(Airway inflammation)和气道高反应性(Airway hyper-reactivity, AHR)的主要效应细胞[1]。有文献报道CD4+Th2细胞来源的Th2型细胞因子在支气管哮喘发生发展中占有重要地位。Th2细胞分泌的白细胞介素(IL)-4可活化变应原特异性B淋巴细胞，诱导其产生抗原特异性IgE抗体；CD4+Th2细胞也可分泌IL-5、IL-9及IL-13，促进肥大细胞和嗜酸粒细胞的分化与成熟，或增加呼吸道黏液分泌及气道高反应性[2-4]等。然而，尽管CD4+Th2细胞可能在多数具有典型特征的哮喘发生中处于重要地位，诸多临床实际病例和实验结果证实，哮喘发病机制多样且复杂，而不单纯是Th2细胞及其介导的Th2优势应答。由环境因素，如空气污染 (烟、汽车尾气和臭氧等)、应激、肥胖和病毒感染诱发的非过敏性哮喘，似乎就与Th2细胞无关[5-7]。IFN-γ、IL-17、中性粒细胞等非Th2型因子和细胞也经常在哮喘患者，尤其是皮质类固醇抗性哮喘患者的肺组织中被发现[8]。在很多情况下，以Th2为靶点的治疗，如使用抗IL-4单克隆抗体或使用IL-5拮抗剂的哮喘患者并未达到理想的治疗效果[9]，提示除Th2细胞外，尚有其他固有或适应性免疫细胞在哮喘的形成和发作中发挥重要作用。非T、非B的2型固有淋巴细胞(Type 2 innate lymphoid cells, ILC2s)在2010年被发现。现已明确ILC2s是参与Th2型应答及介导Th2型应答相关疾病发生发展的关键固有免疫细胞。本文将围绕ILC2s，阐述其在支气管哮喘发生发展中的作用及相关作用机制。

1 ILC2s的来源、组织分布及特性

2型固有淋巴细胞隶属于缺乏抗原识别受体、无法针对抗原产生特异性免疫应答的ILCs家族。ILCs来源于共同淋巴样前体细胞(Common lymphoid progenitors, CLPs)[10]。共同淋巴样前体细胞在发育微环境中的多种因子作用下，经过自然杀伤细胞前体细胞及共同辅助性固有淋巴样细胞前体细胞(Common helper innate lymphoid progenitors, ChILP)阶段，最终分化发育为固有淋巴样细胞，即ILCs。依据其转录因子的不同，ILCs可分为3个主要细胞亚群，即表达T-bet分泌IFN-γ的ILC1s亚群；表达GATA3分泌IL-5和IL-13的ILC2s亚群，以及表达RORγ分泌IL-17和IL-22的ILC3s亚群[11]。

2010年，ILCs中的2型固有淋巴细胞亚群在肠脂肪相关组织-脂肪相关淋巴簇(Fat-associated lymphoid clusters, FALC)中被发现[12]。FALC中的2型固有淋巴细胞数量庞大，占FALC细胞总数的20%～40%。之后，ILC2s又相继在啮齿类动物的脾、肺、淋巴结等组织中被检测到[13-14]。人体内的ILC2s主要分布于肠、肺、腭扁桃体和外周血，新生儿体内的ILC2s数量明显高于成年人。文献报道ILC2s在新生儿肺部总细胞的占比约为0.2%，而肠道中的ILC2s比例可高达2%。但在成年人组织器官中ILC2s比例较低，通常不足0.1%，外周血中ILC2s数量更为稀少，仅占总血细胞数量的0.01%～0.03%[15]。

作为非T、非B的淋巴样细胞，2型固有淋巴细胞低表达或不表达包括CD3、CD4、CD5、CD8、CD11b、Gr-1、CD19、B220、NK1.1、TCRδ等在内的Lineage标识分子，但c-Kit、Sca-1、Thy1.2及IL-33受体ST2表达于ILC2s表面。IL-25、IL-33或胸腺基质淋巴生成素(TSLP)是ILC2s的经典活化因子，可诱导ILC2s活化并刺激其扩增及大量分泌IL-5、IL-9、IL-13等Th2型细胞因子[12-14,16]。鉴于ILC2s强大的Th2型细胞因子分泌能力以及辅助B细胞产生抗体的能力，此类细胞最初曾被称为天然辅助细胞、Nuocytes或2型多能祖细胞[12-14]。

2 ILC2s生物学功能及其活化调控因子

尽管ILC2s总细胞数量远不如机体内的CD4+Th2细胞数量庞大，但活化后的ILC2s具有比CD4+Th2细胞更强大的生物学活性。利用真菌或木瓜蛋白酶变应原诱发的哮喘实验动物模型，研究者发现小鼠肺组织内ILC2s数量明显增多，且大量分泌Th2型细胞因子IL-5和IL-13，导致气道嗜酸细胞增多和黏液分泌亢进[17-18]。在卵清蛋白或屋尘螨诱发的过敏性哮喘中，肺组织ILC2s与CD4+T细胞同为IL-5和IL-13的重要来源细胞[19]。活化ILC2s来源的IL-13也是介导糖脂类抗原诱发的气道高反应性关键因子[20]。有文献报道，即便缺少适应性免疫应答，ILC2s仍可针对IL-33发生应答，进而分泌Th2型细胞因子，诱发气道炎症和气道高反应性[17-18]。

ILC2s生物学效应的发挥依赖其活化后分泌的细胞因子、生物活性介质，以及其表达的关键膜分子。ILC2s活化后分泌的细胞因子主要为Th2型细胞因子，如IL-4、IL-5、IL-9和IL-13[17-20]。生物活性介质包括双调蛋白(Amphiregulin, AREG)及新近发现的通过CRTH2受体以autologous形式促进ILC2s功能的前列腺素D2[21-22]。活化的ILC2s也可高表达MHCII类分子及OX40L参与抗原提呈，诱导适应性CD4+T细胞活化[23]。

隶属于IL-1家族成员的IL-33是ILC2s的经典活化因子，其特异性配体是广泛表达于多种组织细胞表面的ST2。ILC2s高水平表达IL-33受体ST2，是IL-33作用的重要靶细胞。ILC2s可在IL-33刺激下大量分泌Th2型细胞因子，尤其是IL-5和IL-13，介导变应原诱导的Th2型应答[24]。TNF超家族成员也提供给ILC2s活化的强信号。TNF样细胞因子1A通过死亡受体3诱导ILC2s分泌IL-5和IL-13[25-26]。ILC2s表达糖皮质激素诱导的TNFR相关蛋白(GITR)，针对GITR的激动剂增强人ILC2s IL-5和IL-13分泌能力[27]。鉴于死亡受体3和GITR共享NF-kB和MAPK 信号通路，故推测这些ILC2s活化因子可能主要是通过NF-kB 和MAPK信号通路活化ILC2s[28]。

ILC2s活化调控蛋白包括IL-25、TSLP、类花生酸类物质，以及神经介质U(NMU)、血管活性肠肽(VIP)和降钙素基因相关多肽(CGRP)等多种神经肽。研究证实肺组织细胞所分泌的神经多肽能直接刺激肺局部停驻的ILC2s，诱导其活化并分泌Th2型细胞因子IL-5[29]。血管活性肠肽也能刺激肠道内ILC2s活化，促进其分泌IL-5，进而调控肠组织内嗜酸细胞稳态[30]。

3 ILC2s与过敏性支气管哮喘

有证据表明ILC2s参与了小鼠及人类的过敏性哮喘[31-32]。在吸入木瓜蛋白酶或重组IL-33诱发的嗜酸性哮喘实验动物模型中，缺乏T、B及ILC2s的Rag2-/-Il2rg-/-鼠的气道炎性反应明显轻于缺乏T、B细胞但存在ILC2s的Rag2-/-鼠。将鼠来源的ILC2s回输至Rag2-/-Il2rg-/-鼠，可显著提高木瓜蛋白酶或重组IL-33诱发的气道炎症和气道高反应性，提示ILC2s可独立诱发气道炎性反应，而不依赖于适应性免疫[31]。临床研究也发现哮喘患者外周血及支气管肺泡灌洗液中ILC2s数量明显高于健康对照人群，且肺泡灌洗液中ILC2s增加程度与肺功能的下降程度密切相关。此外，激素依赖型重症嗜酸性哮喘患者外周血及痰液中也可检测到大量ILC2s[32]，进一步证实ILC2s在支气管哮喘形成和发作中的关键地位。

在变应原诱发的过敏性气道炎症中，ILC2s的生物学活性受到其他固有或适应性免疫细胞的影响。例如，嗜碱性粒细胞通过分泌IL-4活化肺ILC2s[33]；IL-33激活的肥大细胞不仅可以通过释放如白三烯D4和前列腺素D2等生物活性介质诱导ILC2s活化，也可通过诱导Treg增殖抑制ILC2s生物学活性[31]；在小鼠过敏性哮喘模型中，ILC2s表达的OX40L与活化CD4+T细胞表面的OX40相互作用，激活CD4+Th2细胞，诱导其分泌Th2型细胞因子[34]。ILC2s也可表达MHC-II类分子，参与抗原提呈，诱导抗原特异性CD4+细胞活化；而T细胞来源的IL-2又反过来作用于ILC2s，促进其进一步增殖并分泌IL-13[35]。研究发现ILC2s来源的IL-13对活化肺树突状细胞向引流淋巴结游走起了至关重要的作用[36]。最近有文献报道在蠕虫介导的肺炎症应答中，ILC2s对启动和激活Th2细胞的作用似乎并不明显及必需[37]。因此，深入探讨ILC2s在不同实验动物模型及临床疾病中的作用，对加深认识和进一步了解ILC2s在相关疾病形成及发展中的作用地位十分重要。

4 ILC2s与呼吸道合胞病毒感染诱发的非过敏性哮喘

研究证实某些病毒感染呼吸道上皮细胞后，可诱导其分泌前炎性细胞因子或警示因子如IL-25、IL-33，活化呼吸道局部ILC2s，导致气道Th2优势应答，并与哮喘的发作或加重密切相关。在病毒感染加重或诱发的支气管哮喘中，呼吸道合胞病毒(Respiratory syncytial virus, RSV)感染诱发的急性哮喘最为常见。

RSV是引起婴幼儿毛细支气管炎和肺炎的主要病原体，可导致感染患儿出现呼吸困难、喘息、哮鸣以及紫绀等哮喘样症状。临床统计数据显示，2岁以内的婴幼儿几乎都罹患过呼吸道合胞病毒感染，其中相当一部分患儿需入院治疗。婴幼儿期严重RSV下呼吸道感染如RSV毛细支气管炎和肺炎，显著增加了儿童期及青少年期哮喘和过敏性疾病的患病率。究其原因，可能与RSV感染诱导与过敏性疾患密切相关的Th2型细胞因子分泌及特异性IgE抗体产生有关[38-39]。然而，也有相反研究证实初次RSV感染可在BALB/c鼠体内诱导较强的Th1型免疫应答，产生高水平的Th1型细胞因子IFN-γ和TNF-α，下调Th2型免疫反应[40]。近年来研究发现，RSV感染能否影响变应原诱导的免疫应答并预兆以后哮喘的发生，与RSV感染和变应原暴露的时间间隔密切相关。OVA致敏前的RSV感染可通过IFN-γ调节机制，降低变应原诱导的气道高反应，抑制IL-13产生，减轻嗜酸性粒细胞肺组织浸润[41]；OVA致敏期间的RSV感染抑制OVA诱导的Th2型细胞因子分泌，显著减低IL-13 表达水平[42]；而OVA致敏激发豚鼠后感染RSV，则气道反应性显著升高，Th2型细胞因子分泌增多，嗜酸性粒细胞肺组织浸润程度加深[43]。我们的研究也发现RSV初次感染若发生在变应原致敏前，则可降低变应原所诱导的IL-4、IL-5分泌，下调血清特异性IgE和IgG1抗体的产生[44]。这些研究结果均提示呼吸道合胞病毒感染与气道高反应性和气道炎症应答的关联性。

病毒感染诱发或加重哮喘的免疫学机制之一是病毒感染导致的ILC2s活化。我们研究发现，在RSV感染诱发的急性非过敏性哮喘中，肺ILC2s在感染早期便快速活化、扩增，并大量分泌Th2型细胞因子IL-13；过继回输肺ILC2s导致RSV急性哮喘鼠肺组织内IL-5、IL-13水平明显增加，嗜酸细胞肺浸润程度加重，气道高反应性也显著上升，提示ILC2s是介导RSV急性哮喘的关键效应细胞[45-46]。ILC2s不能识别特异性抗原或病原体相关分子模式(Pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)[47-48]，因此在感染早期快速活化ILC2s的因素中，ILC2s经典活化因子IL-33最引人注意。研究显示，RSV感染可增加BALB/c鼠肺组织内IL-33表达水平；分选肺ILC2s体外与重组IL-33共培养可观测到ILC2s生物学活性的增强；体内中和IL-33可一定程度上阻断RSV急性哮喘鼠肺ILC2s的扩增及其IL-5、IL-13分泌活性[45-46]，提示在RSV感染诱发急性非过敏性哮喘发生过程中，IL-33活化的ILC2s发挥重要作用。

ILC2s不仅参与病毒感染诱发的肺组织病理，也可通过分泌双调蛋白维持肺稳态。有研究发现耗竭ILCs导致小鼠气道上皮完整性丧失、肺功能减退和气道重塑的受损，而这些改变均可通过ILC2s分泌的双调蛋白得以修正[49]。ILC2s似乎具有双重作用，或诱导炎症或维持气道上皮完整性，其作用的发挥取决于病原体感染强度或感染时间。

5 展 望

作为一种新型固有淋巴细胞，ILC2s的发现为深入了解Th2优势应答在过敏性及非过敏性哮喘形成和发作中的免疫学机制研究，提供了新思路和新靶标。尽管近些年对ILC2s在哮喘发病中的作用研究取得了令人欣慰的研究结果，但尚有许多问题没有解决。例如肺组织内ILC2s的分化和来源，在哮喘发生过程中ILC2s与其他免疫细胞的相互作用及作用机制，调控ILC2s活化的调控因子，以及在不同临床相关疾病中ILC2s的作用地位等，均有待于进一步研究探索。

鉴于ILC2s强大的Th2型细胞因子分泌能力，以ILC2s为靶点的哮喘相关研究必将为临床支气管哮喘的预防和治疗提供更多的选择。阻断ILC2s活化调控因子或膜分子进而抑制ILC2s活化的单克隆抗体、可阻断ILC2s活化信号通路的小分子抑制剂等均有望开发研制成为新型抗哮喘药物。深入研究探讨ILC2s的生物学作用及相关作用机制，对进一步阐明哮喘免疫学发病机制以及开发研制哮喘治疗新药具有重要意义。