ILC2在炎癥性疾病中作用的研究進展①

毋夢林 牛志國 曹 旗 黃青松

(新鄉(xiāng)醫(yī)學院醫(yī)學檢驗學院，河南省免疫與靶向藥物重點實驗室，新鄉(xiāng) 453003)

固有淋巴細胞(innate lymphoid cells,ILCs)是對抗感染的關鍵免疫防御系統(tǒng)之一，具有典型淋巴細胞的形態(tài)特征，是一類非B細胞、非T細胞的淋巴細胞，但又可產(chǎn)生與輔助性T細胞亞群匹配的效應細胞因子，且ILC表面高表達細胞因子受體亞單位，包括IL-2受體α亞單位(CD25)和IL-7受體α亞單位(CD127)等[1]。由于ILC不表達抗原特異性識別受體BCR或TCR，而是通過對損傷誘導的信號做出反應，如對上皮細胞產(chǎn)生的細胞因子信號誘導做出反應，與自然殺傷(natural killer，NK)細胞和淋巴組織誘導(lymphtissue inducer，LTi)細胞統(tǒng)稱為固有淋巴細胞，參與免疫反應、組織發(fā)育及重塑[2]。ILC和T細胞相互調(diào)節(jié)，放大或限制免疫應答。ILC來源于共同淋巴祖細胞(common lymphoid progenitor，CLP)，轉(zhuǎn)錄因子DNA抑制子2(Id2)能夠抑制CLP向T、B細胞分化，上調(diào)CD161和早幼粒細胞白血病鋅指蛋白表達，維持CD127表達，并促進其向共同ILC祖細胞分化，最后通過轉(zhuǎn)錄因子T-bet、GATA結(jié)合蛋白3(GATA binding protein 3,GATA3)、維甲酸相關孤核受體γt(retinoid acid receptor related orphan receptor γt,RORγt)等將ILC 祖細胞分為ILC1、ILC2和ILC3 3個亞群，并且這3個亞群與輔助性T細胞亞群Th1、Th2 、Th17功能平行，并形成類似的細胞因子受體表達模式。ILC1在IL-12、IL-15和IL-18的刺激下，可分泌IFN-γ和TNF，在抗胞內(nèi)菌及抗寄生蟲感染中發(fā)揮重要作用[3-5]；ILC2在IL-25和IL-33等刺激因子作用下產(chǎn)生Th2，如IL-4、IL-5、IL-9和IL-13，在多種炎癥環(huán)境中調(diào)節(jié)固有免疫和適應性免疫反應[6]；ILC3在IL-1β和IL-23刺激后產(chǎn)生IFN-γ、IL-17和IL-22，并參與慢性炎癥反應和組織修復等[7]。

1 ILC2的發(fā)育與調(diào)控

ILC2作為固有免疫細胞的一員，是介于固有免疫和適應性免疫應答的跨界細胞，其表達的表面分子有CD25、CD90、CD117、CD127、ST2(IL-1R1)、IL17RB及NKp30受體等，可以非特異地保護機體免受多種生物體侵害，如寄生蟲、細菌、病毒、真菌和過敏原[8]。然而，當免疫調(diào)節(jié)作用失控時，它們可以促發(fā)慢性炎癥，如由ILC2促發(fā)的過敏和哮喘[9,10]。ILC2作為小鼠和人類2型免疫反應的中樞調(diào)節(jié)因子之一，主要分布于黏膜組織(肺和腸道)、非淋巴器官(肝、腎和內(nèi)臟脂肪組織)、淋巴器官(脾、骨髓)及血液，有助于宿主防御、組織修復及抗炎癥性疾病[11，12]。ILC2在轉(zhuǎn)錄因子Id2、RORα和GATA3的調(diào)控下發(fā)育成熟，實驗表明ILC2的發(fā)育依賴GATA3的產(chǎn)生，GATA3可直接調(diào)節(jié)ILC2的增殖及其生存相關基因，即使在ILC2完全成熟后，GATA3對其晚期發(fā)育維持和存活也具有重要作用[13]。ILC2活化的主要途徑是通過其表面受體ST2/T1或IL-17受體等接受IL-33、IL-25 以及胸腺基質(zhì)淋巴細胞生成素(thymic stromal lymphopoietin，TSLP)刺激，進而主要產(chǎn)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)刺激下還可產(chǎn)生IL-4、IL-9和雙調(diào)蛋白，主要介導2型免疫應答。ILC2的表型、激活狀態(tài)和功能可因其所在的組織及細胞因子微環(huán)境的改變而改變[14]。此外，ILC2還可以被脂質(zhì)遞質(zhì)半胱氨酰白三烯(cysteinyl leukotrienes， CysLT)、前列腺素 D2(prostaglandin D2， PGD-2)、TNF相似配體1(TNF-like ligand 1 A，TL-1-A)及癌細胞激活[15-17]。而脂質(zhì) 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]。免疫反應在體內(nèi)無處不在，ILC2在體內(nèi)與脂類代謝、寄生蟲感染、過敏性炎癥、皮膚炎癥等炎癥性疾病密切相關[19-22]。

2 ILC2的作用

2.1ILC2與消化系統(tǒng)的關系 ILC2并不是一個統(tǒng)一的種群，其表達的標記也存在不一致性，這主要取決于驅(qū)動其激活的細胞因子[23]。自然性ILC2(nILC2)和炎癥性ILC2(iILC2)是最近發(fā)現(xiàn)的2個亞群，iILC2在全身受到刺激時，僅存在于肺臟，在炎癥過程中受趨化信號作用在組織間遷移，nILC2和iILC2的主要區(qū)別在于細胞因子受體的表達模式，nILC2對IL-33的刺激保持穩(wěn)定狀態(tài)并表達ST2，低表達類似于致死細胞凝集素受體G1(KLRG1)， iILC2在IL-25刺激或感染后表達大量的活化標記KLRG1和IL-25受體(IL-17RB)，但不表達ST2[24]。iILC2的發(fā)展依賴于IL2Rγ和IL-17Rα，且iILC2在蠕蟲感染期間是nILC2的暫時態(tài)祖細胞，最終將轉(zhuǎn)化為nILC2或者ILC3，有助于對抗蠕蟲和真菌引起的免疫反應[24]。ILC2分泌大量IL-13和雙調(diào)蛋白(amphiregulin，Areg)，IL-13使杯狀細胞分泌黏液并通過平滑肌收縮清除寄生蟲，雙調(diào)蛋白通過激活上皮細胞表面的表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)進而促進上皮細胞的增殖和修復[25]。炎癥性腸道疾病的特點是Th1/Th2類細胞因子比例失衡，Th1型免疫反應促進炎癥發(fā)展，Th2型免疫反應是宿主對抗寄生蟲的防御反應。IL-25或寄生蟲誘導下發(fā)生的Th2型免疫反應的發(fā)生機制是來源于腸道固有層中駐留的nILC2能夠不依賴T/B細胞介導的免疫反應，而依賴于1-磷酸鞘氨醇(S1P)介導的趨化反應，通過淋巴管上皮細胞進入淋巴管，并通過血液循環(huán)遷移至外周組織，分泌Th2型細胞因子發(fā)揮抗炎反應，ILC2的腸-肺循環(huán)就是腸道中nILC2遷移至肺部成為iILC2，由于nILC2數(shù)量較少，增殖速度低于iILC2，因此iILC2是ILC2細胞對抗寄生蟲感染的重要來源[26]。研究發(fā)現(xiàn)，ILC的另一個新型調(diào)節(jié)細胞亞群(ILCregs)不同于ILC和調(diào)節(jié)性T細胞(Treg)，其表達Id3和Sox4等轉(zhuǎn)錄因子而缺乏ILC2和Treg的典型轉(zhuǎn)錄因子(如RORα、GATA3和Foxp3)，在腸道炎癥的發(fā)生和調(diào)節(jié)中起重要作用[27]。在炎癥刺激作用下，腸內(nèi)ILCregs增多，該細胞通過分泌IL-10抑制ILC1和ILC3的活化，從而抑制ILC1和ILC3分泌的IFN-γ以及IL-17A對腸道黏膜的損傷作用，但并不抑制ILC2在腸道炎癥過程中的功能。以上結(jié)論提示ILCregs對腸道炎癥起保護作用。

2.2ILC2與呼吸系統(tǒng)的關系

2.2.1肺炎 呼吸道黏膜與外界環(huán)境直接相通，時刻接受病原體、理化因素及變應原等刺激因素的影響，是多種病原體感染和炎癥的病變部位。ILC2廣泛存在于機體的各組織，其中黏膜組織，尤其是肺臟黏膜組織，是人類和小鼠ILC2的主要聚集地，占主導地位。急性和慢性肺炎通過抑制精氨酸酶-1(Arg1)活性發(fā)生，小鼠和人ILC2內(nèi)的Arg1活性被抑制，破壞了ILC2的代謝過程，抑制了ILC2的增殖和細胞因子產(chǎn)生，從而破壞了ILC2在肺部的抗炎反應，表明Arg1是ILC2 的關鍵調(diào)控因子[28]。在慢性呼吸系統(tǒng)疾病加重期，ILC2與NK細胞和肺泡巨噬細胞相互作用，ILC2產(chǎn)生大量IL-5，并在感染期間誘導嗜酸性粒細胞生成，從而引發(fā)哮喘。ILC2和Treg可促進肺炎時肺上皮細胞損傷后的修復[29,30]。ILC2高表達RORα，RORα敲除的小鼠均缺乏ILC2，缺乏ILC2的小鼠雖然擁有正常的Th2細胞免疫應答，但不能對蛋白酶抗原產(chǎn)生快速的肺部炎癥反應，ILC2是肺損傷后修復的中樞調(diào)節(jié)因子，可恢復肺組織急性損傷后的穩(wěn)態(tài)[31]。研究發(fā)現(xiàn)，細胞間黏附分子1(ICAM-1)缺陷小鼠骨髓和周圍組織中的ILC2水平明顯降低，且ILC2功能受損，Th2型細胞因子的分泌也顯著降低，在給予ICAM-1缺陷小鼠過敏原刺激后，肺中ILC2的數(shù)量減少導致氣道炎癥明顯緩解，這些結(jié)果將ICAM-1確定為ILC2的調(diào)節(jié)器[32]。有研究發(fā)現(xiàn)ILC2釋放的IL-13可驅(qū)動血吸蟲感染引起的肺炎、肺纖維化和膠原沉積，敲除 IL-25或其受體IL-17RB可減輕肉芽腫體積和血吸蟲卵數(shù)量，提示IL-25和ILC2可能是治療血吸蟲感染引起的肺炎及肺纖維化的靶標[33]。

2.2.2哮喘 ILC2釋放大量Th2型細胞因子，如IL-4、IL-5、IL-13，驅(qū)動2型免疫反應發(fā)揮對蠕蟲的防御作用，但如果不嚴格控制ILC2，則可引發(fā)病理性的2型免疫應答，過敏性氣道炎癥就是其中之一。過敏性哮喘是一種氣道慢性炎癥性疾病，通常是無害的過敏原或病原體接觸患者，表現(xiàn)為Th2 細胞、肥大細胞和嗜酸性粒細胞高度活化，IgE水平顯著升高，并作出不恰當?shù)腡h2反應。ILC2誘導哮喘患者Th2相關細胞因子活性上調(diào)，導致哮喘控制的頑固性狀態(tài)，被過敏原破壞或激活的上皮細胞產(chǎn)生IL-33、TSLP和IL-25，激活ILC2，產(chǎn)生IL-5、IL-9和IL-13，引起過敏性哮喘，其中IL-4可促使Th0細胞向Th2細胞轉(zhuǎn)化，還可促進B細胞分泌抗體[34,35]；IL-5可以募集并活化嗜酸性粒細胞；IL-13可以促進杯狀細胞分泌黏液，并觸發(fā)氣道高反應的顯著變化[36]。人類在呼吸道疾病的發(fā)病率和嚴重程度上存在顯著的性別差異，淋巴細胞限制雌激素受體α缺陷提示，是雄性激素調(diào)節(jié)ILC2在肺和骨髓的功能，且ILC2由于雄性激素的過量而減少，表明雄性激素抑制ILC前體向ILC2的轉(zhuǎn)變，也提示了女性哮喘患病率比男性高2倍的原因[37]。ILC2是哮喘免疫反應最重要的調(diào)節(jié)因子，骨髓源性抑制細胞骨髓源性抑制細胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)因其免疫抑制活性備受關注，早期研究表明，Th2細胞因子的增加與MDSCs有關。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及其特有的細胞因子或轉(zhuǎn)錄因子顯著增強。同時，在哮喘患者中發(fā)現(xiàn)一種以Th2為主的細胞，這種Th2極化與ILC2和MDSCs之間的協(xié)同作用密切相關，并增強了氣道的高反應性，因此ILC2和MDSCs可能是哮喘的治療的新方向[38]。

2.3ILC2與神經(jīng)系統(tǒng)的關系 有研究發(fā)現(xiàn)人和小鼠腸道中的ILC2具有豐富的β2-腎上腺素能受體，腎上腺素能神經(jīng)元與ILC2共定位，在機體受到寄生蟲、真菌或其他病原菌感染時，腸道中的腎上腺素能神經(jīng)元會產(chǎn)生大量腎上腺素，后者與小腸ILC2中的β2-腎上腺素能受體結(jié)合，抑制ILC2增殖，減弱2型免疫反應，從而保護寄生蟲[39]。在此基礎上，該課題組還發(fā)現(xiàn)了小鼠胃腸道中ILC2與表達神經(jīng)肽U(NMU)的膽堿能神經(jīng)元共定位，ILC2選擇性地表達NMU受體1(NMUR1)[40]。ILC2受NMU誘導后細胞快速活化、增殖，分泌Th2型細胞因子IL-5 、IL-9和IL-13，從而增強2型免疫作用，發(fā)揮抗寄生蟲反應，最終保護腸道免受寄生蟲感染，即哺乳動物的神經(jīng)系統(tǒng)已經(jīng)進化出雙重機制，可快速激活或抑制ILC2，以保護宿主免受各種炎癥因子刺激。說明神經(jīng)系統(tǒng)可對免疫系統(tǒng)中的ILC2發(fā)揮免疫調(diào)控作用，同時提供了治療寄生蟲感染的重要靶點。

2.4ILC2與循環(huán)系統(tǒng)的關系 循環(huán)系統(tǒng)相關研究表明，ILC2可促進B細胞增殖及抗體分泌，該機制主要是由于ILC2細胞產(chǎn)生IL-5，引起B(yǎng)細胞增殖并產(chǎn)生天然的IgM發(fā)揮抗炎反應[41,42]。動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)是導致心血管疾病的主要原因，ILC1細胞存在于AS中，并以TLR4依賴的方式增加促炎細胞因子表達，從而加重AS[43]。但ILC2是Th2型細胞因子IL-5和IL-13的重要來源，IL-5和IL-13通過不同的機制調(diào)控小鼠AS的發(fā)展[44]。ILC2是限制AS發(fā)展的主要細胞類型，通過對缺乏ILC2的小鼠研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源性ILC2在控制AS進展方面發(fā)揮重要作用，這種作用依賴于ILC2產(chǎn)生的IL-5和IL-13，其他細胞類型產(chǎn)生的IL-5和IL-13無法彌補ILC2來源的細胞因子(尤其是IL-13)的缺乏及其AS的保護作用。IL-13可通過增加膠原沉積保護斑塊發(fā)展、促進斑塊的穩(wěn)定性，并促使巨噬細胞表型(M1)向選擇性活化巨噬細胞(M2)轉(zhuǎn)換，IL-5通過抑制巨噬細胞對低密度脂蛋白(LDL)的攝取阻止AS形成。實驗中高脂肪喂養(yǎng)小鼠，ILC2數(shù)量顯著降低，并伴隨AS加速。在AS模型中，每天給予載脂蛋白E缺陷小鼠IL-25可大幅增加脾臟中ILC2數(shù)量和提高血清中IL-5水平，通過擴增ILC2，增加IL-5分泌和提高血清中IgM的水平，可限制AS的發(fā)展，提示IL-25和ILC2分泌的Th2型細胞因子作為抗炎因子可抑制AS發(fā)展[45，46]。

2.5ILC2與泌尿系統(tǒng)的關系 慢性腎病(chronic kidney disease,CKD)是心血管疾病的主要危險因素，腎小球損傷可導致蛋白尿、腎小球硬化及腎功能惡化[47]。腎臟纖維化是各種慢性腎臟疾病終末期的病理改變，主要為腎小球硬化和腎間質(zhì)纖維化。腎臟纖維化的主要原因是腎臟各種細胞分化為肌成纖維細胞，過度產(chǎn)生腎細胞外基質(zhì)，而腎細胞外基質(zhì)的過度堆積可引發(fā)腎臟纖維化。研究證明IL-33受體ST2陽性ILC2是健康人及小鼠腎臟的主要ILC亞型，IL-33是一種擴增組織ILC2的治療方法，ILC2定位于上皮細胞附近，并對受損或者死亡上皮細胞釋放的細胞因子報警信號做出反應[48]。腎臟組織發(fā)生炎癥時，給予IL-33治療后，定位于腎臟腎小管間質(zhì)的ILC2大量擴增，ILC2保護腎臟組織免受進行性損傷的機制包括ILC2分泌的IL-5誘導嗜酸性粒細胞增多，并促進組織再生[49]；ILC2分泌的IL-13誘導巨噬細胞替代活化，可促進腎臟組織再生，進而可防止進展性腎小球硬化和腎功能喪失[50，51]。ILC2對腎損傷模型有促進修復作用，課題組在腎缺血再灌注中發(fā)現(xiàn)IL-25及IL-33誘導的ILC2增多可減少腎缺血再灌注損傷，與之前Hams等[33]提出IL-25誘導ILC2釋放的IL-13可驅(qū)動血吸蟲感染的肺纖維化模型膠原沉積的結(jié)論相左，但考慮到其模型為血吸蟲感染肉芽腫纖維化模型，與無病原體的腎缺血再灌注存在巨大差異，課題組認為ILC2極有可能是一把雙刃劍，這種作用依賴于器官特異性、病程或者其他應激因素[52-54]。近期研究發(fā)現(xiàn)了一種混合免疫調(diào)節(jié)細胞因子IL-233(IL-2和IL-33的混合細胞因子)，可增強Treg和ILC2的功能，防止腎損傷。接受IL-233治療的小鼠在所有方案中都表現(xiàn)出不良反應減少、腎臟損傷和腎纖維化程度降低。即使在小鼠阿霉素注射2周后給予IL-233，也能完全恢復腎功能，同時減少促炎因子，增加抗炎因子。Treg和ILC2都具有產(chǎn)生雙調(diào)蛋白的機制，并有助于損傷的上皮細胞再生，即IL-233是治療腎炎的有效策略，增強Treg和ILC2不僅可以抑制腎損傷，還可以促進組織再生[55]。因此，ILC2作為治療腎纖維化的靶點，為臨床治療腎病腎間質(zhì)纖維化提供理論依據(jù)。

2.6ILC2與其他疾病的關系 研究發(fā)現(xiàn)，關節(jié)炎患者的血液和關節(jié)組織中ILC2明顯增加，且與疾病嚴重程度呈負相關。在動物關節(jié)炎模型中，過繼性輸入ILC2可顯著減輕關節(jié)炎，該機制通過ILC2分泌的IL-4/13發(fā)揮作用，IL-4/13可以抑制巨噬細胞功能，相應地減少促炎細胞因子IL-1β 和 TNF-α的分泌，從而緩解關節(jié)炎[56]。ILC2與關節(jié)組織中調(diào)節(jié)性T細胞(Treg)密切相關，其可以通過分泌IL-9促進Treg活化從而發(fā)揮抗炎作用。缺乏IL-9可導致ILC2誘導的Treg增殖和活化功能受損，導致慢性關節(jié)炎，提示ILC2在關節(jié)炎癥方面發(fā)揮重要作用[57]。

3 展望

ILC2在不同的炎癥性疾病中扮演不同角色，既往研究發(fā)現(xiàn)人和小鼠腸道中的ILC2存在豐富的β2-腎上腺素能受體，當機體發(fā)生感染，腸道中的腎上腺素能神經(jīng)元會產(chǎn)生大量腎上腺素，后者與小腸ILC2中的β2-腎上腺素能受體結(jié)合，抑制ILC2的增殖，減弱2型免疫反應，從而保護寄生蟲。課題組根據(jù)以上結(jié)論猜測，β2-腎上腺素可能在阻塞性腎病中與腎臟組織ILC2中的β2-腎上腺素能受體結(jié)合，抑制ILC2增殖，β2-腎上腺素可能會改善腎纖維化進程。相應的腸道發(fā)生感染時，來源于腸道中的ILC2依賴S1P介導的趨化反應，通過淋巴管上皮細胞進入淋巴管并通過血液循環(huán)遷移至外周組織分泌Th2型細胞因子發(fā)揮抗炎作用，那么腎炎患者腎組織中的ILC2能否也依賴S1P介導的趨化作用發(fā)揮抗炎效應，最終改善腎炎引發(fā)的一系列疾病仍有待驗證。