3型固有淋巴細胞在兒童氣道免疫中的作用

黃永霞, 熊 燚

(遵義醫科大學附屬婦幼保健院 兒科, 貴州 遵義, 563000)

兒童呼吸道免疫系統發育不成熟，氣道時刻暴露于空氣中，易受各種病原微生物的感染，常引起下呼吸道感染累及氣管、支氣管及肺部，嚴重影響兒童生命健康。在適應性免疫應答不成熟的情況下，先天性免疫在抵抗下呼吸道感染中占據主導地位, 3型固有淋巴細胞(ILC3)是最早在黏膜組織(包括新生兒肺)中定居的淋巴細胞之一[1], 是肺部數量最多的固有淋巴細胞亞集，在穩定狀態下對肺部進行免疫監視，在宿主暴露于病原體后立即提供先天性保護。ILC3不僅能分泌白細胞介素(IL)-17、IL-22及粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)抵抗病原微生物感染，維持黏膜屏障穩態，還能通過促進T細胞的增殖、分化來調節適應性免疫應答，在肺黏膜免疫中發揮著重要作用。

1 ILC3發育及功能

根據轉錄因子、分泌效應細胞因子表達之間的差異，固有淋巴細胞(ILCs)可分為3個亞群: ILC1s、ILC2s和ILC3s, ILC3s包括淋巴組織誘導細胞(LTi)和3型固有淋巴細胞(ILC3)2個亞型[2]。ILCs起源于胎兒肝臟、骨髓中的造血干細胞(HSCs), HSCs進一步分化為表達轉錄因子T細胞因子(TCF)的固有淋巴細胞早期祖細胞(EILPs), 同時EILPs也表達轉錄因子核因子白介素3調節蛋白(NFIL3)、胸腺細胞選擇相關高遷移率群盒蛋白(TOX)、DNA結合抑制子2(ID2)和runt相關轉錄因子3(RUNX3)[3], 這些轉錄因子對ILCs的發育至關重要, EILPs發育為共同淋巴祖細胞前體細胞(CHILPs)[4], CHILPs在轉錄因子ID2、GATA結合因子3(GATA3)的調控下發育為共同淋巴祖細胞(ILCP)[5], 表達轉錄因子早幼粒白血病鋅指蛋白16(ZBTB16)的ILCP是ILC的前體細胞, ZBTB16+ILC在轉錄因子視黃酸相關孤核受體-γt(RORγt)的作用下分化為ILC3[4]。ILC3根據是否表達細胞毒性受體(NCR)分為NCR+ILC3、NCR-ILC3, NCR+ILC3分泌IL-22, NCR-ILC3產生IL-17A和IL-22, 但不產生穿孔素和顆粒酶[6]。ILC3和LTi細胞在胎兒8～9周大時就存于胎兒腸系膜和淋巴結中[7], 與ILC3不同的是, LTi細胞在胎兒期參與次級淋巴組織的形成。有證據表明在分化因子視黃酸、多酚類及腸道微生物菌群的影響下, ILC3前體細胞能從骨髓遷移至腸道，在腸道黏膜固有層中發育成熟[8], 在趨化因子受體驅動下遷移到腸道相關淋巴組織的特定部位，如腸系膜淋巴結(CCR7)、微絨毛(CXCR6)、固有層(CCR9)[9]。而且腸道共生菌可通過小腸內的CD103+CD11b+樹突狀細胞誘導表達的趨化因子受體CCR4向肺部選擇性運輸ILC3[10], 促進肺部免疫防御系統的發育，可見腸道微生物與肺部免疫系統息息相關。此外，人類的ILC3細胞表面表達toll樣受體，可檢測到toll樣受體1、2、5、6、7和9mRNA表達[11], 這意味著人ILC3能直接接受細菌或其產物的調節。

ILC3在IL-1β、IL-23、IL-18和腫瘤壞死因子刺激下產生IL-22、IL-17和GM-CSF。IL-17能增強中性粒細胞、單核細胞的吞噬活性，清除肺部的病原體，參與細菌性肺炎的免疫應答[12]; IL-22通過促進上皮細胞更新[13]、誘導產生緊密連接蛋白、抗菌肽和黏蛋白維持黏膜屏障的完整性[14]; GM-CSF在過敏性氣道炎癥、肺部抗感染及肺泡表面活性物質的動態平衡中有重要意義[15]。因此，ILC3及其分泌的細胞因子在抗感染、維持肺黏膜免疫屏障穩態中發揮著十分重要的作用。

2 ILC3活性調控

2.1 細胞因子活化ILC3

ILC3細胞表面無抗原特異性識別分子，不能識別抗原觸發免疫應答，但可直接接受細胞因子刺激發揮效應功能。肺部感染時病原菌可誘導樹突狀細胞產生IL-23, 進而誘導ILC3產生IL-22和IL-17[16]。同時，其還能誘導腸道巨噬細胞產生IL-1β, 在IL-1β刺激下ILC3產生GM-CSF[17], 促進抗菌蛋白的產生、上皮細胞增殖、黏膜屏障修復及募集中性粒細胞至炎癥感染部位，從而加速清除病原體。在高脂肪飲食的肥胖小鼠中, IL-1β可促進肺組織中CCR6+ILC3的增殖，產生IL-17A誘導氣道高反應性[18]。固有淋巴細胞各個亞群之間存在異質性，可在特定的轉化條件下互相轉化，如在IL-1β、IL-23聯合刺激下ILC1可分化為ILC3; 在囊性纖維化患者的鼻息肉或銀屑病患者的皮損中的ILC2在IL-1β、IL-23和轉化生長因子-β的刺激下轉分化為ILC3[19-20]。

2.2 脂質受體活化ILC3

2.2.1 芳基烴受體: 肺是高表達芳基烴受體(AHR)的器官，以上皮細胞、免疫細胞為主，參與肺臟黏液的分泌及免疫平衡。研究[21]發現，肺孢子菌感染的AHR缺陷小鼠肺組織中的ILC3數量減少，使小鼠易感染肺孢子菌，從而長期暴露于臭氧下的小鼠的AHR可促進ILC3募集到肺組織中[22], 可見在肺組織中AHR對ILC3的生存及生物學行為有重要調控作用。AHR也是腸道黏膜屏障接受環境刺激的感受器，能調節ILC3功能。ILC3分泌IL-22能激活AHR, 活化后的AHR可促進腸上皮細胞產生L-犬尿氨酸刺激IL-22+ILC3的增殖[23], 形成良性循環，而缺乏AHR的小鼠腸道ILC3的數量減少，對腸道檸檬酸桿菌的易感性增加[24], 而且AHR激動劑可促進人類ILC3產生IL-22[25]。另外，乳酸桿菌分解色氨酸產生AHR配體, AHR配體依賴Notch信號途徑促進ILC3的存活和增殖[26], AHR配體缺乏的小鼠ILC3產生的IL-22水平降低[27], 可見AHR-AHR配體軸是促進ILC3增殖活化的重要調節分子，不僅能促進ILC3細胞的增殖，還能驅動其遷移至感染部位。

2.2.2 游離脂肪酸受體2(FFAR2): ILC3是小腸、結腸中占優勢地位的固有淋巴細胞。ILC3細胞表面表達短鏈脂肪酸受體，即微生物代謝調節受體FFAR2。腸道細菌分解膳食纖維產生短鏈脂肪酸，包括乙酸鹽、丁酸鹽和丙酸鹽，為小鼠補充乙酸鹽、丙酸鹽，可以促進結腸中ILC3產生IL-22, 這個過程由ILC3細胞表面的G蛋白偶聯受體FFAR2介導[28]，說明食物在腸道微生物的分解下可通過FFAR2間接促進ILC3活化。最新研究[29]發現, ILC3存在于肺縱膈引流淋巴結內，但FFAR2缺陷并不會影響肺縱隔引流淋巴結內ILC3的活性。

2.3 誘導型T細胞共刺激分子(ICOS)活化ILC3

人類和小鼠的ILC3細胞表面表達誘導型T細胞共刺激分子(ICOS)。正常情況下，肺組織中的ILC3部分表達ICOS、ICOS-ILC3和ICOS+ILC3可以相互轉換。研究[30]發現，在肺炎克雷伯桿菌感染前給予ICOS中和抗體后, ICOS及IL-17、IL-22的表達量均下降，從肺炎克雷伯桿菌感染小鼠體內分離的ILC3與ICOS配體體外培養后可促進ILC3細胞增殖，可見ICOS-ICOS配體軸可調節ILC3的功能，缺乏ICOS可減弱ILC3抗感染的能力。人類和小鼠的ILC2也表達共刺激分子ICOS-ICOS配體，肺臟中ILC3和ILC2是否存在協同關系，其在肺部感染時發揮的作用有待進一步深入研究。

2.4 ILC3活化的抑制因子

胸腺基質淋巴生成素在哮喘、細菌性肺炎患者的外周血中明顯升高，可使TH1/TH2平衡向2型免疫反應傾斜，抑制ILC3活化。研究[31]發現，高濃度胸腺基質淋巴生成素導致ILC3產生的IL-22減少，使用抗體中和胸腺基質淋巴生成素后IL-22的分泌增多。

3 ILC3與兒童呼吸道炎性疾病

3.1 肺炎

肺組織中的ILC3能在刺激下迅速產生IL-22和IL-17，IL-22在呼吸道感染病原入侵后發揮維持肺黏膜屏障穩態、促進炎癥后損傷修復及清除病原菌的作用，在肺臟的免疫防御中占重要地位，任何改變IL-22分泌的因素都將影響肺黏膜免疫，而且肺組織中早期分泌IL-22的免疫細胞是ILC3, 所以ILC3在肺臟中的免疫調節功能是不可忽視的。研究[32]發現，母體孕期頻繁使用抗生素會改變新生兒腸道共生菌群，還會增高患肺炎的風險。動物研究[10]發現，暴露在抗生素下的新生小鼠腸道中的共生菌數量減少，肺組織和支氣管肺泡灌洗液中的細菌載量明顯增加，當用白喉毒素耗盡表達白喉毒素受體的新生小鼠體內的ILC3時，肺組織中ILC3的數量減少，支氣管肺泡灌洗液中IL-22的含量減少，小鼠對肺炎鏈球菌肺炎的易感性增加，將ILC3過繼轉移到ILC3缺乏的小鼠體內后，小鼠恢復抵抗肺炎鏈球菌感染的能力，說明了ILC3在機體抵御肺部感染中發揮重要作用。同時，人類新生兒的支氣管肺泡灌洗液中也發現IL-22濃度降低, IL-22+ILC3的數量減少，而且新生兒期腸道共生菌群的定植失敗與兒童期過敏原所致的氣道高反應性有關[33]。IL-17也在肺部感染中發揮著強大抗炎作用，在T、B淋巴細胞缺陷的重組激活基因2敲除(Rag2-/-)小鼠中, IL-17主要來源于ILC3, 使用IL-17受體拮抗劑后發現感染肺炎克雷伯菌的Rag2-/-小鼠IL-17表達量明顯下降、肺部感染加重[34]。ILC3在細菌性肺炎中發揮著重要免疫保護作用，分泌IL-22和IL-17能夠促進黏膜屏障修復和清除病原微生物，在新生兒肺炎中有重要保護意義。

3.2 支氣管-肺發育不良(BPD)

新生兒期是肺發育的關鍵時期，肺發育中斷會阻遏黏膜防御系統的發育，導致呼吸道感染及炎性疾病的風險增大。BPD是肺發育中斷的代表性疾病，以肺泡發育中斷和反復呼吸道感染為特征。研究發現，患有BPD的嬰兒支氣管灌洗液中的胰島素樣生長因子1轉錄物減少，胰島素樣生長因子1濃度減少6倍以上。胰島素樣生長因子1是調節ILC3的前體細胞ZBTB16+ILC增殖分化的重要因子，因此ILC3數量隨之減少。在高氧誘導的小鼠BPD模型中，新生小鼠肺組織中胰島素樣生長因子1細胞數量減少, ILC3數量減少4倍，對肺炎鏈球菌易感性增加[35]。新生兒期的肺發育中斷也使ILC3的發育停止，使機體易患細菌性肺炎，這也可能是BPD患兒下呼吸道反復感染的重要原因。另一項研究[36]表明，炎癥狀態下肺組織中ILC3數量明顯增多，同期IL-17和IL-22水平明顯升高，趨勢與ILC3增加水平一致，炎癥早期ILC3分泌IL-17募集中性粒細胞至肺組織，促進炎癥發展，后期分泌IL-22促進上皮細胞增殖以修復受損組織。這些研究成果也提示了調控ILC3的活性可能成為治療BPD的方案之一。

3.3 肺結核

肺結核是結核分枝桿菌感染引起的呼吸道傳染性疾病，兒童不成熟免疫系統成為了結核分支桿菌播散的有利條件，年齡越小的兒童病情越易向重癥發展，而且兒童期感染結核分枝桿菌往往是成人發病的重要因素之一。因此，深入研究肺黏膜免疫與結核分支桿菌之間相互作用成為當下研究熱點。研究表明, ILC3在結核分支桿菌感染的早期免疫反應中有重要的保護作用。肺結核患者缺乏ILC3會導致肺部結核桿菌細菌載量增加, IL-17和IL-22的產生減少，不利于控制結核桿菌引起的肺部感染。在結核桿菌感染的小鼠肺組織中，同樣也檢測到大量ILC3, 在IL-23的刺激下產生IL-22、IL-17。研究還發現，肺結核患者肺組織中的ILC3上調了孤兒核受體、天然細胞毒性受體3和編碼促炎細胞因子的基因，這些基因與募集固有淋巴細胞至炎癥感染部位有關，而ILC3在CXCL13-CXCR5軸驅動下遷移至感染部位及結核肉芽腫中[37]。這些研究成果表明ILC3參與了抗結核桿菌感染，調節ILC3的活性可以增強機體抵抗結核桿菌感染的能力，可能成為治療肺結核的免疫新療法。

3.4 支氣管哮喘

支氣管哮喘是以氣道高反應性為特征的慢性氣道疾病，在兒童時期有著較高的發病率，呼吸道病毒感染是引起哮喘急性發作、導致患兒住院治療的重要原因。在以卵清蛋白致敏的動物哮喘模型中，卵清蛋白單獨處理組、呼吸道合胞病毒感染組及卵清蛋白和呼吸道合胞病毒共同處理組的小鼠肺組織及支氣管肺泡灌洗液中的ILC3數量均增加[38], 在屋塵螨致敏的小鼠模型中ILC3缺失的小鼠肺實質、支氣管肺泡灌洗液中嗜酸性粒細胞水平顯著增高，黏液分泌增多和氣道高反應性明顯增加[29], 表明ILC3在控制過敏性氣道炎癥和哮喘的發病中起著關鍵作用。同時研究[39]也發現，哮喘患者痰液中除了ILC2數量增加, ILC1和ILC3的數量也顯著增加，其中ILC2是嗜酸性粒細胞增多型哮喘的重要致病細胞, ILC3參與非嗜酸性粒細胞增多型哮喘的免疫應答。最新研究發現，重癥哮喘患者痰液中NCR+ILC3的數量低于健康組，病情越嚴重, NCR+ILC3的數量越少，而且痰液中NCR+ILC3的數量與患者肺功能、氣道中微生物的多樣性呈正相關。因此, NCR+ILC3數量減少、氣道微生物多樣性的降低可作為重癥哮喘的預測因素[40], NCR+ILC3-氣道微生物軸或可為難治性哮喘的治療提供新思路。

4 小 結

ILC3是駐留于肺黏膜組織中的先天性免疫細胞，通過分泌細胞因子發揮維持呼吸道黏膜屏障穩態、清除病原體發揮免疫保護的作用，并能夠減輕炎癥損傷。雖然固有淋巴細胞在黏膜免疫中的作用逐漸受到學者重視，但ILC3在呼吸道感染及氣道免疫中的作用有待深入研究。因此，進一步研究ILC3在兒童氣道炎癥中的作用及其相關調控機制，能夠為難治性、耐藥性氣道炎癥疾病的臨床治療提供新方案。