3型固有淋巴细胞在儿童气道免疫中的作用

黄永霞, 熊 燚

(遵义医科大学附属妇幼保健院 儿科, 贵州 遵义, 563000)

儿童呼吸道免疫系统发育不成熟，气道时刻暴露于空气中，易受各种病原微生物的感染，常引起下呼吸道感染累及气管、支气管及肺部，严重影响儿童生命健康。在适应性免疫应答不成熟的情况下，先天性免疫在抵抗下呼吸道感染中占据主导地位, 3型固有淋巴细胞(ILC3)是最早在黏膜组织(包括新生儿肺)中定居的淋巴细胞之一[1], 是肺部数量最多的固有淋巴细胞亚集，在稳定状态下对肺部进行免疫监视，在宿主暴露于病原体后立即提供先天性保护。ILC3不仅能分泌白细胞介素(IL)-17、IL-22及粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)抵抗病原微生物感染，维持黏膜屏障稳态，还能通过促进T细胞的增殖、分化来调节适应性免疫应答，在肺黏膜免疫中发挥着重要作用。

1 ILC3发育及功能

根据转录因子、分泌效应细胞因子表达之间的差异，固有淋巴细胞(ILCs)可分为3个亚群: ILC1s、ILC2s和ILC3s, ILC3s包括淋巴组织诱导细胞(LTi)和3型固有淋巴细胞(ILC3)2个亚型[2]。ILCs起源于胎儿肝脏、骨髓中的造血干细胞(HSCs), HSCs进一步分化为表达转录因子T细胞因子(TCF)的固有淋巴细胞早期祖细胞(EILPs), 同时EILPs也表达转录因子核因子白介素3调节蛋白(NFIL3)、胸腺细胞选择相关高迁移率群盒蛋白(TOX)、DNA结合抑制子2(ID2)和runt相关转录因子3(RUNX3)[3], 这些转录因子对ILCs的发育至关重要, EILPs发育为共同淋巴祖细胞前体细胞(CHILPs)[4], CHILPs在转录因子ID2、GATA结合因子3(GATA3)的调控下发育为共同淋巴祖细胞(ILCP)[5], 表达转录因子早幼粒白血病锌指蛋白16(ZBTB16)的ILCP是ILC的前体细胞, ZBTB16+ILC在转录因子视黄酸相关孤核受体-γt(RORγt)的作用下分化为ILC3[4]。ILC3根据是否表达细胞毒性受体(NCR)分为NCR+ILC3、NCR-ILC3, NCR+ILC3分泌IL-22, NCR-ILC3产生IL-17A和IL-22, 但不产生穿孔素和颗粒酶[6]。ILC3和LTi细胞在胎儿8～9周大时就存于胎儿肠系膜和淋巴结中[7], 与ILC3不同的是, LTi细胞在胎儿期参与次级淋巴组织的形成。有证据表明在分化因子视黄酸、多酚类及肠道微生物菌群的影响下, ILC3前体细胞能从骨髓迁移至肠道，在肠道黏膜固有层中发育成熟[8], 在趋化因子受体驱动下迁移到肠道相关淋巴组织的特定部位，如肠系膜淋巴结(CCR7)、微绒毛(CXCR6)、固有层(CCR9)[9]。而且肠道共生菌可通过小肠内的CD103+CD11b+树突状细胞诱导表达的趋化因子受体CCR4向肺部选择性运输ILC3[10], 促进肺部免疫防御系统的发育，可见肠道微生物与肺部免疫系统息息相关。此外，人类的ILC3细胞表面表达toll样受体，可检测到toll样受体1、2、5、6、7和9mRNA表达[11], 这意味着人ILC3能直接接受细菌或其产物的调节。

ILC3在IL-1β、IL-23、IL-18和肿瘤坏死因子刺激下产生IL-22、IL-17和GM-CSF。IL-17能增强中性粒细胞、单核细胞的吞噬活性，清除肺部的病原体，参与细菌性肺炎的免疫应答[12]; IL-22通过促进上皮细胞更新[13]、诱导产生紧密连接蛋白、抗菌肽和黏蛋白维持黏膜屏障的完整性[14]; GM-CSF在过敏性气道炎症、肺部抗感染及肺泡表面活性物质的动态平衡中有重要意义[15]。因此，ILC3及其分泌的细胞因子在抗感染、维持肺黏膜免疫屏障稳态中发挥着十分重要的作用。

2 ILC3活性调控

2.1 细胞因子活化ILC3

ILC3细胞表面无抗原特异性识别分子，不能识别抗原触发免疫应答，但可直接接受细胞因子刺激发挥效应功能。肺部感染时病原菌可诱导树突状细胞产生IL-23, 进而诱导ILC3产生IL-22和IL-17[16]。同时，其还能诱导肠道巨噬细胞产生IL-1β, 在IL-1β刺激下ILC3产生GM-CSF[17], 促进抗菌蛋白的产生、上皮细胞增殖、黏膜屏障修复及募集中性粒细胞至炎症感染部位，从而加速清除病原体。在高脂肪饮食的肥胖小鼠中, IL-1β可促进肺组织中CCR6+ILC3的增殖，产生IL-17A诱导气道高反应性[18]。固有淋巴细胞各个亚群之间存在异质性，可在特定的转化条件下互相转化，如在IL-1β、IL-23联合刺激下ILC1可分化为ILC3; 在囊性纤维化患者的鼻息肉或银屑病患者的皮损中的ILC2在IL-1β、IL-23和转化生长因子-β的刺激下转分化为ILC3[19-20]。

2.2 脂质受体活化ILC3

2.2.1 芳基烃受体: 肺是高表达芳基烃受体(AHR)的器官，以上皮细胞、免疫细胞为主，参与肺脏黏液的分泌及免疫平衡。研究[21]发现，肺孢子菌感染的AHR缺陷小鼠肺组织中的ILC3数量减少，使小鼠易感染肺孢子菌，从而长期暴露于臭氧下的小鼠的AHR可促进ILC3募集到肺组织中[22], 可见在肺组织中AHR对ILC3的生存及生物学行为有重要调控作用。AHR也是肠道黏膜屏障接受环境刺激的感受器，能调节ILC3功能。ILC3分泌IL-22能激活AHR, 活化后的AHR可促进肠上皮细胞产生L-犬尿氨酸刺激IL-22+ILC3的增殖[23], 形成良性循环，而缺乏AHR的小鼠肠道ILC3的数量减少，对肠道柠檬酸杆菌的易感性增加[24], 而且AHR激动剂可促进人类ILC3产生IL-22[25]。另外，乳酸杆菌分解色氨酸产生AHR配体, AHR配体依赖Notch信号途径促进ILC3的存活和增殖[26], AHR配体缺乏的小鼠ILC3产生的IL-22水平降低[27], 可见AHR-AHR配体轴是促进ILC3增殖活化的重要调节分子，不仅能促进ILC3细胞的增殖，还能驱动其迁移至感染部位。

2.2.2 游离脂肪酸受体2(FFAR2): ILC3是小肠、结肠中占优势地位的固有淋巴细胞。ILC3细胞表面表达短链脂肪酸受体，即微生物代谢调节受体FFAR2。肠道细菌分解膳食纤维产生短链脂肪酸，包括乙酸盐、丁酸盐和丙酸盐，为小鼠补充乙酸盐、丙酸盐，可以促进结肠中ILC3产生IL-22, 这个过程由ILC3细胞表面的G蛋白偶联受体FFAR2介导[28]，说明食物在肠道微生物的分解下可通过FFAR2间接促进ILC3活化。最新研究[29]发现, ILC3存在于肺纵膈引流淋巴结内，但FFAR2缺陷并不会影响肺纵隔引流淋巴结内ILC3的活性。

2.3 诱导型T细胞共刺激分子(ICOS)活化ILC3

人类和小鼠的ILC3细胞表面表达诱导型T细胞共刺激分子(ICOS)。正常情况下，肺组织中的ILC3部分表达ICOS、ICOS-ILC3和ICOS+ILC3可以相互转换。研究[30]发现，在肺炎克雷伯杆菌感染前给予ICOS中和抗体后, ICOS及IL-17、IL-22的表达量均下降，从肺炎克雷伯杆菌感染小鼠体内分离的ILC3与ICOS配体体外培养后可促进ILC3细胞增殖，可见ICOS-ICOS配体轴可调节ILC3的功能，缺乏ICOS可减弱ILC3抗感染的能力。人类和小鼠的ILC2也表达共刺激分子ICOS-ICOS配体，肺脏中ILC3和ILC2是否存在协同关系，其在肺部感染时发挥的作用有待进一步深入研究。

2.4 ILC3活化的抑制因子

胸腺基质淋巴生成素在哮喘、细菌性肺炎患者的外周血中明显升高，可使TH1/TH2平衡向2型免疫反应倾斜，抑制ILC3活化。研究[31]发现，高浓度胸腺基质淋巴生成素导致ILC3产生的IL-22减少，使用抗体中和胸腺基质淋巴生成素后IL-22的分泌增多。

3 ILC3与儿童呼吸道炎性疾病

3.1 肺炎

肺组织中的ILC3能在刺激下迅速产生IL-22和IL-17，IL-22在呼吸道感染病原入侵后发挥维持肺黏膜屏障稳态、促进炎症后损伤修复及清除病原菌的作用，在肺脏的免疫防御中占重要地位，任何改变IL-22分泌的因素都将影响肺黏膜免疫，而且肺组织中早期分泌IL-22的免疫细胞是ILC3, 所以ILC3在肺脏中的免疫调节功能是不可忽视的。研究[32]发现，母体孕期频繁使用抗生素会改变新生儿肠道共生菌群，还会增高患肺炎的风险。动物研究[10]发现，暴露在抗生素下的新生小鼠肠道中的共生菌数量减少，肺组织和支气管肺泡灌洗液中的细菌载量明显增加，当用白喉毒素耗尽表达白喉毒素受体的新生小鼠体内的ILC3时，肺组织中ILC3的数量减少，支气管肺泡灌洗液中IL-22的含量减少，小鼠对肺炎链球菌肺炎的易感性增加，将ILC3过继转移到ILC3缺乏的小鼠体内后，小鼠恢复抵抗肺炎链球菌感染的能力，说明了ILC3在机体抵御肺部感染中发挥重要作用。同时，人类新生儿的支气管肺泡灌洗液中也发现IL-22浓度降低, IL-22+ILC3的数量减少，而且新生儿期肠道共生菌群的定植失败与儿童期过敏原所致的气道高反应性有关[33]。IL-17也在肺部感染中发挥着强大抗炎作用，在T、B淋巴细胞缺陷的重组激活基因2敲除(Rag2-/-)小鼠中, IL-17主要来源于ILC3, 使用IL-17受体拮抗剂后发现感染肺炎克雷伯菌的Rag2-/-小鼠IL-17表达量明显下降、肺部感染加重[34]。ILC3在细菌性肺炎中发挥着重要免疫保护作用，分泌IL-22和IL-17能够促进黏膜屏障修复和清除病原微生物，在新生儿肺炎中有重要保护意义。

3.2 支气管-肺发育不良(BPD)

新生儿期是肺发育的关键时期，肺发育中断会阻遏黏膜防御系统的发育，导致呼吸道感染及炎性疾病的风险增大。BPD是肺发育中断的代表性疾病，以肺泡发育中断和反复呼吸道感染为特征。研究发现，患有BPD的婴儿支气管灌洗液中的胰岛素样生长因子1转录物减少，胰岛素样生长因子1浓度减少6倍以上。胰岛素样生长因子1是调节ILC3的前体细胞ZBTB16+ILC增殖分化的重要因子，因此ILC3数量随之减少。在高氧诱导的小鼠BPD模型中，新生小鼠肺组织中胰岛素样生长因子1细胞数量减少, ILC3数量减少4倍，对肺炎链球菌易感性增加[35]。新生儿期的肺发育中断也使ILC3的发育停止，使机体易患细菌性肺炎，这也可能是BPD患儿下呼吸道反复感染的重要原因。另一项研究[36]表明，炎症状态下肺组织中ILC3数量明显增多，同期IL-17和IL-22水平明显升高，趋势与ILC3增加水平一致，炎症早期ILC3分泌IL-17募集中性粒细胞至肺组织，促进炎症发展，后期分泌IL-22促进上皮细胞增殖以修复受损组织。这些研究成果也提示了调控ILC3的活性可能成为治疗BPD的方案之一。

3.3 肺结核

肺结核是结核分枝杆菌感染引起的呼吸道传染性疾病，儿童不成熟免疫系统成为了结核分支杆菌播散的有利条件，年龄越小的儿童病情越易向重症发展，而且儿童期感染结核分枝杆菌往往是成人发病的重要因素之一。因此，深入研究肺黏膜免疫与结核分支杆菌之间相互作用成为当下研究热点。研究表明, ILC3在结核分支杆菌感染的早期免疫反应中有重要的保护作用。肺结核患者缺乏ILC3会导致肺部结核杆菌细菌载量增加, IL-17和IL-22的产生减少，不利于控制结核杆菌引起的肺部感染。在结核杆菌感染的小鼠肺组织中，同样也检测到大量ILC3, 在IL-23的刺激下产生IL-22、IL-17。研究还发现，肺结核患者肺组织中的ILC3上调了孤儿核受体、天然细胞毒性受体3和编码促炎细胞因子的基因，这些基因与募集固有淋巴细胞至炎症感染部位有关，而ILC3在CXCL13-CXCR5轴驱动下迁移至感染部位及结核肉芽肿中[37]。这些研究成果表明ILC3参与了抗结核杆菌感染，调节ILC3的活性可以增强机体抵抗结核杆菌感染的能力，可能成为治疗肺结核的免疫新疗法。

3.4 支气管哮喘

支气管哮喘是以气道高反应性为特征的慢性气道疾病，在儿童时期有着较高的发病率，呼吸道病毒感染是引起哮喘急性发作、导致患儿住院治疗的重要原因。在以卵清蛋白致敏的动物哮喘模型中，卵清蛋白单独处理组、呼吸道合胞病毒感染组及卵清蛋白和呼吸道合胞病毒共同处理组的小鼠肺组织及支气管肺泡灌洗液中的ILC3数量均增加[38], 在屋尘螨致敏的小鼠模型中ILC3缺失的小鼠肺实质、支气管肺泡灌洗液中嗜酸性粒细胞水平显著增高，黏液分泌增多和气道高反应性明显增加[29], 表明ILC3在控制过敏性气道炎症和哮喘的发病中起着关键作用。同时研究[39]也发现，哮喘患者痰液中除了ILC2数量增加, ILC1和ILC3的数量也显著增加，其中ILC2是嗜酸性粒细胞增多型哮喘的重要致病细胞, ILC3参与非嗜酸性粒细胞增多型哮喘的免疫应答。最新研究发现，重症哮喘患者痰液中NCR+ILC3的数量低于健康组，病情越严重, NCR+ILC3的数量越少，而且痰液中NCR+ILC3的数量与患者肺功能、气道中微生物的多样性呈正相关。因此, NCR+ILC3数量减少、气道微生物多样性的降低可作为重症哮喘的预测因素[40], NCR+ILC3-气道微生物轴或可为难治性哮喘的治疗提供新思路。

4 小 结

ILC3是驻留于肺黏膜组织中的先天性免疫细胞，通过分泌细胞因子发挥维持呼吸道黏膜屏障稳态、清除病原体发挥免疫保护的作用，并能够减轻炎症损伤。虽然固有淋巴细胞在黏膜免疫中的作用逐渐受到学者重视，但ILC3在呼吸道感染及气道免疫中的作用有待深入研究。因此，进一步研究ILC3在儿童气道炎症中的作用及其相关调控机制，能够为难治性、耐药性气道炎症疾病的临床治疗提供新方案。