固有免疫细胞在肺移植中的研究进展

李彬钰，肖漓（中国人民解放军总医院第八医学中心呼吸与危重症医学部研究所，北京市器官移植与免疫调节重点实验室，北京 100091）

肺移植是许多终末期肺病患者的唯一选择治疗手段，但是其成功率远低于其他实体器官。肺移植早期缺血/再灌注引发机体先天性免疫反应，导致原发性移植物失功（primary graft dysfunction，PGD）是重要的影响因素之一，且可能导致晚期的慢性同种异体肺移植物功能障碍（chronic lung allograft dysfunction，CLAD）［1］。另外，由于肺脏直接与外界环境相通，所以发生感染的风险较高，且环境中许多病原菌可激活机体的免疫系统，导致排斥反应的发生［2］。虽然外科手术技术和术后管理水平的进步及新型免疫抑制剂的不断应用，使得肺移植受者术后生存率有所提升，但与其他实体器官移植相比，仍不够理想。术后出现的多种并发症，包括PGD、急性排斥反应、CLAD 和感染等，仍然是影响肺移植受者术后短期和长期生存的重要因素。近年来，随着对肺移植免疫的深入研究，固有免疫细胞在肺移植中的重要作用也日益凸显。本文旨在阐述近年来关于固有免疫细胞在肺移植中的主要研究进展。

最近的研究表明，固有免疫系统能够识别异基因，并且异基因识别的部分机制已经被揭示。同种异体免疫反应是实现移植器官长期存活的主要障碍，同种异体识别即免疫系统区分自我和非我，在启动同种异体反应之前是必需的。因此，深刻理解固有免疫细胞在启动和维持同种异体免疫反应中的作用十分关键［3］。

2022 年，Neupane 等［4］在活体显微镜下观察了小鼠的免疫细胞在体内平衡、损伤和感染期间肺脏、肝脏等组织中的固有免疫应答过程中的特点，发现了肺泡巨噬细胞、中性粒细胞和固有NK 细胞等的新动态变化规律。

单核细胞和巨噬细胞属单核吞噬细胞系统，是先天免疫的组成部分。单核细胞由骨髓粒-单系祖细胞发育分化而成，约占血液的3%～8%，在血液和脾脏中循环。单核细胞在血液中仅停留12 ～24 h，进入结缔组织器官可分化为巨噬细胞。肺脏包含两种不同的巨噬细胞群：肺泡巨噬细胞和间质巨噬细胞，它们分别占肺常驻巨噬细胞池的 80% 和 20%［5］。肺泡巨噬细胞排列在肺泡表面，是肺脏中的长期驻留细胞。肺泡巨噬细胞主要来源于胎儿肝脏内的胚胎造血祖细胞。然而，最近的研究表明，肺泡巨噬细胞也可以来源于循环骨髓的单核细胞，可能在肺纤维化的发展中发挥作用［6］。间质巨噬细胞位于肺泡上皮和血管内皮之间的狭窄空间，主要来源于循环血液中的单核细胞，并通过单核细胞更新维持。还有一些研究认为，一部分间质巨噬细胞可能来源于卵黄囊造血祖细胞［7］。

单核细胞可分经典的炎性单核细胞和非经典的巡逻单核细胞，其特征是能够通过模式识别受体进而识别危险信号。经典单核细胞监测肺实质，并被CCL2、CX3CL1 和CCR5 配体募集到炎症部位。非经典单核细胞以爬行型运动巡逻肺内皮，并被CX3CL1 募集到炎症部位［8-9］。Chiu 等［8］研究证明了肺移植后，单核和巨噬细胞在对宿主损伤机制应答中发挥重要作用。肺移植术后患者容易遭受多种感染和炎症性损伤，包括缺血/再灌注损伤（ischemia reperfusion injury，IRI）、机械通气、以及共生病原体和肺部病原体感染。① 当病原体侵袭肺泡间隙时，首先被激活的就是肺泡巨噬细胞，其通过释放趋化因子和细胞因子来招募单核细胞和中性粒细胞。随后中性粒细胞被募集到感染部位后，能够脱颗粒并产生中性粒细胞胞外陷阱（neutrophil extracellular trap，NET），从而对抗感染。② 在机械通气过程中，牵张性损伤会激活内皮细胞、肺泡巨噬细胞和上皮细胞，引起经典和非经典单核细胞的招募并激活，以及中性粒细胞的招募。③ 缺血/再灌注期间，肺泡巨噬细胞和单核细胞被激活，通过招募中性粒细胞到肺移植物而增强IRI，如果损伤足够严重，可导致PGD［8］。

Kopecky 等［10］研究认为，供体来源的巨噬细胞参与了肺移植后的同种异体移植器官损伤，并可能导致发生慢性排斥反应。研究报道由于供体肺泡巨噬细胞在同种异体肺移植物中的寿命长，可以作为供体抗原的长期来源，在供体特异性抗体刺激后分泌促炎细胞因子，表明供体肺泡巨噬细胞有助于抗体介导的肺排斥反应［11］。具体而言，在肺泡巨噬细胞中诱导锌指和含有蛋白质 7a 的BTB 结构域（一种有助于调节淋巴细胞和组织驻留巨噬细胞发育的转录因子）是供体特异性抗体诱导的慢性排斥反应的关键结构［12］。但仍需要进一步研究供体巨噬细胞参与同种异体移植排斥反应的其他机制。

中性粒细胞是最早来源于骨髓的造血干细胞，随后分化为成熟的中性粒细胞，通过上调CXC 趋化 因 子 受 体2（cxc-chemokine receptor 2，CXCR2）、下调CXCR4，从而促进成熟的中性粒细胞从骨髓释放到外周血中。中性粒细胞是血液循环中最丰富的白细胞，占血液白细胞的60%～70%，但存活期短，约为2 ～3 d。越来越多的研究显示中性粒细胞具有异质性，当小鼠和人发生感染、炎症和癌症时，会存在不同作用的中性粒细胞亚群，但目前没有一个标准可以明确定义［13-14］。中性粒细胞有多种死亡方式，主要包括凋亡、坏死、NET 诱导的死亡以及在肝脾或骨髓中被巨噬细胞吞噬破坏。

中性粒细胞具备趋化、吞噬以及杀菌作用，在固有免疫中至关重要。此外，中性粒细胞被激活后可产生白细胞介素（interleukin，IL）-6、IL-8 和肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等多种炎性因子，能够动员其他免疫细胞共同参与免疫应答。在过去几年中，中性粒细胞在促进同种异体移植器官损伤中的作用得到了广泛的研究［15］。造成肺移植术后早期肺功能损害的诸多因素中，尤为重要的是大量的中性粒细胞浸润所造成的肺实质炎症性损害。中性粒细胞坏死或者凋亡后可以形成一种特殊结构，是由其DNA 以及颗粒蛋白构成的，即中性粒细胞胞外杀菌网络（neutrophil extracellular traps，NETs），可对血管内皮细胞造成损伤。NETs 已被证明在肺移植后可加重急性肺损伤，在PGD 模型中会促进炎症反应［16］。研究已经报道了中性粒细胞可以通过Fas 配体表达来募集活化的CD8+T 细胞，还可以通过MHC-Ⅱ类和共刺激分子的表达来促进抗原呈递细胞的活性，这对T 细胞的活化和分化至关重要［17-18］。使用原位肺移植小鼠模型，发现在同种异体肺移植中，受体衍生的中性粒细胞与供体树突状细胞之间存在长时间的相互作用，这种接触依赖性机制促进了树突状细胞产生IL-12 以及γ-干扰素（interferon-γ，IFN-γ）+ T 细胞的扩增，这证明了中性粒细胞在肺移植后增强了适应性免疫［19］。此外，在呼吸道细菌感染期，移植物浸润的中性粒细胞能够通过上调共刺激分子CD80 和CD86，从而促进T 细胞的活化并引发同种异体肺移植排斥反应［20］。

自然杀伤细胞（natural killer cell，NK）来源于骨髓淋巴样干细胞，其分化、发育依赖于骨髓或胸腺微环境，主要分布于外周血和脾脏，在淋巴结和其他组织中也有少量存在。NK 细胞占外周血淋巴细胞总数的5%～20%，小鼠肺中大约10%的淋巴细胞是NK 细胞。在肺部炎症期间，额外的NK 细胞从外周血或其他部位流入肺部。NK 细胞在肺移植耐受和免疫防御中的重要性日益被认识到。NK 细胞对非自身细胞的反应是通过穿孔素、颗粒酶TNF 家族效应分子介导的直接细胞毒性，以及效应细胞因子如IFN-γ 的产生来完成［21］。在肺内，支气管上皮细胞分泌的IL-15 能够促进NK 细胞的活化和增殖，而肺泡巨噬细胞分泌的转化生长因子（transforming growth factor-β，TGF-β）能够抑制NK 细胞的活化和增殖。NK 细胞在宿主对抗感染的反应中发挥关键作用，尤其是在肺部。NK 细胞具有区分自身、改变自身或缺失自身的能力，以及强大而多样的效应能力，这使得NK 细胞与肺移植特别相关。不同的受体阵列导致NK 细胞可能通过多种机制来改变肺移植受者临床结果。

据研究，NK 细胞可以促进耐受性，例如通过耗尽供体抗原提呈细胞，还可能通过消除同种异体T 细胞来促进移植物的耐受［22］。另外，这些细胞可以分别通过杀伤细胞免疫球蛋白样受体（killer cell immunoglobulin-like receptor，KIR）或NKG2D 受体连接，对被识别为“非自我”或“应激”的异体移植组织产生细胞毒性作用，从而驱动排斥反应［23］。Calabrese 研究组证明了NK 细胞可能通过移植物特异性抗体诱导的CD16A Fc 受体依赖激活途径，从而介导了补体依赖抗体介导的异体移植物排斥反应［24］。此外，NK 细胞在感染反应中发挥重要作用，特别是通过CD94/NKG2C 受体介导巨细胞病毒感染。尽管这些对异体移植物功能的影响有时相互矛盾，但NK细胞的计数在诊断异体移植物功能障碍方面可能有重要作用。对NK 细胞功能动态的进一步研究可能会找到促进耐受性NK 细胞功能的策略，同时降低异体移植物毒性。对肺移植受者NK 细胞生物学的进一步了解，可能使这些细胞成为移植物损伤的生物标志物和治疗靶点。

肥大细胞（mast cells，MC）是由CD34+/CD117+多能造血干细胞经血液循环迁移到外周组织，在各种组织特异性因子如细胞外基质蛋白、黏附分子、细胞因子和趋化因子的影响下，进一步分化成熟而形成的［25］。微环境的改变可以影响局部MC 的大小、结构以及对刺激的敏感性，所以不同器官之间或内部的MC 可表现出显著的表型异质性。MC 存在于所有组织中，在肺和消化道等组织和黏膜中尤为丰富，。既往研究发现，MC 可以快速产生多种炎症介质，包括生物胺、细胞因子以及脂质代谢产物、ATP、神经肽、生长因子、一氧化氮等，在先天性和获得性免疫反应、组织损伤和修复过程等机制中至关重要［26］。

MC 作为关键的免疫和炎症前哨点，会遇到外界病原体的刺激，通过快速激活IgE 依赖和独立的先天免疫通路，启动和塑造炎症反应。MC 可以产生生长因子，共刺激分子，以及大量的促炎和抗炎介质。移植的肺不断暴露于空气传播的抗原中，这些抗原可能激活局部免疫反应，从而调节MC 活性［27-28］。例如，被激活的MC 释放IL-2、IL-7、IL-3、IL-6、IL-9、IL-10、IFN-γ、TNF-α 和趋化因子（CXCL8、CCL2 和CCL5）都与器官移植和排斥反应有关［29-32］。实验研究肺IRI 的各种动物模型已显示，MC 不仅被募集到受伤的肺部，而且还通过释放血栓素B2、白三烯B4、前列腺素D2、TNF-α 和IL-6 促进炎症微环境。MC 可通过诱导肺、肾和心脏中的纤维化途径来促进慢性排斥反应［33］。在肺组织MC 附近发现固有淋巴细胞（innate lymphoid cell，ILC）2，这两种类型的细胞可以相互通信［34］。MC 通过分泌ILC2 相互作用的介质，还可以通过调节同种异体T 细胞反应或协助调节性T 细胞活性，从而调节肺移植的结果。

除上述之外，ILC 是一种由胎儿肝脏和骨髓中常见淋巴祖细胞发展而来的新型细胞，是近年来逐渐得到深入研究的固有免疫细胞，在炎症反应、免疫防御和组织修复中起着重要作用［35］。ILC 来源于共同淋巴样祖细胞，属于淋巴细胞谱系且具有典型的淋巴细胞形态，因其细胞表面缺乏抗原特异性识别受体，故不能直接介导特异性免疫反应［36］。ILC 主要存在于黏膜组织，在肠、肺、肝、子宫、胸腺、皮肤和扁桃体等脏器中均有分布，是抵御感染的首道防线［37］。根据ILC 表达的转录因子及分泌的细胞因子，其可分为ILC1、ILC2、ILC3 和调节性固有淋巴细胞（ILCreg）4 个亚群，分别与辅助性T 细胞1（helper T cells，Th1）、Th2、Th17 和调节性T 细胞互为“镜像细胞”［38］。

Monticelli 等［39］研究发现在无PGD 患者的预灌注活检中，缺乏NKp44 表达 （NCR2）的ILC1 的比例高于PGD 患者，这表明这种“活性较低”的ILC1 群体的存在可能与缺血/再灌注引起的移植物功能障碍的保护有关。需要进一步的研究来确定肺内 ILC1 如何促进PGD 的发展。相比之下，ILC2 在肺组织损伤和修复中的潜在作用更为明显。研究报道利用小鼠模型已经证明，ILC2 对于调节致敏原引起的病理性炎症（通过IL-5 和IL-13）或严重肺损伤后促进宿主保护性气道修复（通过双调素-表皮生长因子受体相互作用）之间的平衡至关重要［40-41］。Monticelli 等［39］研究观察到在没有PGD 的患者中ILC2 升高，在PGD患者中移植物再灌注后显著减少，这表明这些“组织保护性” ILC2 的频率降低可能会损害供体肺在移植后修复和恢复组织稳态的能力。

动物实验表明，肺ILC2 尤其具有双重作用，既作为快速“第一反应者”，又作为关键的“守门人”细胞，能够启动组织炎症与修复的更广泛免疫级联反应。ILC2 产生的细胞因子和生长因子可以通过刺激炎性细胞募集，在组织中产生即时的局部效应，但它们也可以通过启动适应性免疫反应或促进肺组织重塑的形态学变化引起长期后果。但仍需要进行更多的研究，以确定移植物中观察到的ILC频率失调与促进PGD 发展的确切机制［41］。这些发现为新的免疫途径提供了初步证据，这些途径可能是改进治疗策略以防止肺移植受者发生 PGD 的有效靶点。

综上所述，肺脏具有独特的区域性免疫特点，因此肺移植术后的早期快速触发固有免疫反应，一方面对病原体或损伤产生高度动态的免疫反应，多种固有免疫细胞参与协同清除病原体或受伤组织，并恢复体内平衡。另一方面增强适应性同种异体排斥免疫，最终促进慢性同种异体肺移植物功能障碍的发展。未来需进一步研究肺移植的分子机制，如阐明涉及肺移植术后的固有免疫细胞死亡、缺血/再灌注损伤和呼吸道感染的信号通路等，以便开发新的疗法策略来消除移植肺损伤并提高长期存活。