Ⅱ型固有淋巴細胞在慢性阻塞性肺疾病中的研究進展

姜敏 王晶 張洪平 田戈 伊合帕爾·吐依洪 丁劍冰新疆醫科大學附屬中醫醫院國家中醫臨床研究基地 新疆呼吸病研究重點實驗室,烏魯木齊830000;新疆醫科大學基礎醫學院,烏魯木齊8300

COPD 的疾病進展與氣道和肺臟對有毒顆粒或氣體的慢性炎性反應增強有關,疾病的發生、發展與免疫紊亂密切相關[1]。研究證實,中性粒細胞、CD4+T 細胞、CD8+T 細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞參與誘發COPD 肺部炎癥反應[2-3]。近期研究還發現,Ⅱ型固有淋巴細胞 (typeⅡinnate lymphoid cells,ILC2s)也參與COPD的發生和發展。

1 ILC2s的生物學特征

1.1 ILC2s的發現 2001年,Fort等[4]在用IL-25刺激小鼠T、B細胞缺陷的脾臟細胞時,發現了一種能分泌IL-5、IL-13,但不分泌IL-4,并且特異性表達抗體IgE 和Ig A 的新型細胞,并證實其表面表達膜分子MHCⅡhighCD11cdullF4/80lowCD4-CD8a-。2010 年,Moro等[5]在小鼠腸道脂肪相關的淋巴簇中發現了表型為Lin-c-Kit+Sca-1+的一群細胞,此外,這群細胞還表達IL-33 的受體 (IL-33R)和IL-25的受體 (IL-17RB),當機體受到IL-33刺激或寄生蟲感染時,這群細胞可以分泌IL-5 和IL-13,有助于機體抗寄生蟲感染,這群細胞最終被命名為 “天然輔助細胞”。Neill等[6]和Price等[7]在小鼠的肝臟、脾臟、骨髓、腸系膜淋巴結、肺臟、腹膜等中分別獨立發現了ν細胞和固有Ⅱ型輔助細胞,ν 細胞表型為Lin-T1/ST2+IL-25R+ICOS+,固有Ⅱ型輔助細胞的表型為Lin-c-Sca-1-Kit+,他們都能在IL-25或IL-33的作用下分泌IL-5和IL-13,從而幫助機體抵御蠕蟲感染。

天然輔助細胞、ν細胞和固有Ⅱ型輔助細胞因其相似的表型和生物學功能,被統稱為ILC2s[8]。與動物結果相類似,人ILC2s廣泛分布于皮膚、肺臟、腸道、腸系膜、血液、脾、肝等,尤其在肺黏膜組織較為豐富,并且是早期免疫應答中Th2型細胞因子的主要來源[9]。

1.2 ILC2s的發育及其調控 ILC2s是由髓樣淋巴祖細胞(common lymphoid progenitors,CLP)發育而來,發育過程中受到多種因素的影響。DNA 結合抑制因子2能夠抑制CLP 前體分化為T、B 細胞,促進其向ILCs 祖細胞分化[10]。小鼠體外實驗證實,Notch信號在這個過程中也起著重要的作用,Notch 信號轉導時間和持續時間是ILC2s發育的關鍵,此信號通路對于人ILC2s的發育同樣重要,但是鮮有體內實驗證據報道Notch信號通路對ILC2s的作用。另外有研究證實,白介素3 介導核因子 (nuclear factor interleukin 3,Nfil3)也可能通過調控CLP 向共同ILCs祖細胞方向分化發揮功能。Nfil3 缺陷小鼠中ILC2s和ILC3s的數量相比正常小鼠明顯減少,提示Nfil3 在ILC2s的發育過程中也發揮功能[11]。

研究證實,在ILCs祖細胞向ILC2s分化過程中起重要作用的轉錄因子包括維甲酸相關孤核受體α (retinoic acid receptor related orphan receptorα,RORα)和GATA 結合因3 (GATA-binding factor 3,GATA3)。ILC2s在RORα自然突變小鼠 (RORαsg/sg)中發育嚴重受損,并且骨髓中ILC2s前體細胞 (CD127+CD25+ST2+CD69lowCXCR4lowCD122low)的數量明顯減少,而其他的固有淋巴細胞亞群并不受影響,這表明RORα缺陷將嚴重影響ILC2s細胞的分化。但是,IL-33仍能刺激RORαsg/sg小鼠的免疫應答反應,因此RORα 調控ILC2s 細胞的機制仍需深入研究[12]。GATA3在ILC2s的發育中也十分重要。在GATA3缺失的情況下,CLP 細胞將不能發育成為ILC2s[13]。當GATA3表達減少時,ILC2s會降低對IL-25、IL-33和胸腺基質淋巴細胞生成素 (Thymic stromal lymphopoietin,TSLP)的反應,相應地細胞因子分泌也減少[14],可見GATA3對ILC2s細胞發揮生物學作用也是不可或缺的[15]。

此外,獨立生長因子1 (growth factor impendence1,GFi1)[13]和T 細胞因子-1 (T cell factor-1,TCF-1)[16]均被證明與ILC2s的發育有關。GFi1可通過調控GATA3參與ILC2s的發育,缺乏GFi1可導致GATA3表達受損進而影響ILC2s 的發育。TCF-1 通過GATA3 或調控IL-2R、IL-7R、IL-17BR 等受體的表達來控制ILC2s的發育。

細胞因子IL-7[5]、IL-9[17]、干擾素γ (interferon-γ,IFN-γ)、IL-27等對于ILC2s的發育也至關重要。研究發現,IL-7缺陷的小鼠中ILC2s 發育受損,IFN-γ 能抑制ILC2s的增殖、幫助機體減少Th2型免疫反應、減輕嗜酸粒細胞的浸潤和氣道高反應。最新證明,IL-27通過直接作用ILC2s抑制Th2 型免疫應答反應,這些細胞因子作用ILC2s的新證據,揭示了不同的ILC2s負調控的免疫作用機制[18]。

另外,研究表明,ILC2s可同時表達可誘導共刺激分子 (inducible co-stimulate,ICOS)及其配體 (inducible costimulate ligand,ICOSL),兩者可共同作用促進ILC2s的生存及細胞因子的分泌;當這種作用被阻斷后,可顯著減輕氣道高反應和肺部炎癥性反應[19]。IL-12-IL-12R 通路能影響ILC2s的功能,并在其增殖和分化中發揮作用[20]。

1.3 ILC2s的激活與抑制 IL-25、IL-33和TSLP 能激活ILC2s細胞的免疫應答反應。人外周血、胎兒的腸道、胎兒和成人肺組織中的ILC2s細胞被IL-33刺激后產生IL-13,表明人的ILC2s 細胞被IL-33 激活[8]。體外實驗證實,TSLP 通過增強GATA-3 的表達來單獨激活人外周血的ILC2s[8]。然而,Salimi等[21]發現,人皮膚來源的ILC2s在體內只能被IL-33直接激活,而在體外同時存在IL-25、TSLP時會增強IL-33誘導的細胞因子生成。

也有研究表明,ILC2s可被脂質遞質半胱氨酰白三烯(cysteinylleukotrienes, Cys LT )、 前 列 腺 素 D2(prostaglandin D2,PGD2)和TNF 相似配體1 (TNF-like ligand 1A,TL1A)激活。PGD2可通過激活肥大細胞誘導人皮膚和血液的ILC2s遷移并激活ILC2s,促進其產生IL-4、IL-5、IL-13等細胞因子。CysLT 也可以強有力的激活ILC2s,促進Th2型細胞因子的生成[9]。但是,前列腺素I2和脂質A4 則抑制ILC2s激活。在小鼠模型中發現,前列腺素I2 抑制ILC2s 分泌細胞因子并減少其擴散。Barnig等[22]發現脂質A4是ILC2s的負調節因子。

2 ILC2s在COPD中的作用

2.1 ILC2s在COPD 慢性炎癥反應 COPD 是一種異質性疾病,其主要特征是進行性和不可逆轉的肺功能喪失,吸煙是導致COPD 最重要的原因之一[23]。Kearley等[24]在煙霧暴露小鼠模型中發現,吸煙能 “沉默”ILC2s細胞的功能,其進一步研究證實ILC2s細胞在COPD 患者中表現出功能可塑性,ILC2s經IL-12 和IL-18等信號途徑調控,其轉錄因子GATA3 表達明顯降低,向ILC1 樣細胞表型轉換,執行ILC1 細胞的功能[25]。Silver等[26]研究也表明,在COPD 患者外周血中ILC2s 細胞的數量顯著降低而ILC1s細胞數量明顯增加,同時疾病嚴重程度也隨之增加。吸煙暴露試驗和COPD 患者中均檢測到高表達的IL-1家族細胞因子如IL-1、IL-18 和IL-33,這些細胞因子能增加ILC2s細胞的功能可塑性,使其向ILC1s細胞轉換,并且ILC1細胞轉換的頻率與COPD 的嚴重程度及其加重易感性相關。與此相反,Wu 等[27]結果表明ILC2 細胞在COPD患者外周血中比例增加。De Grove等[25]證實ILC1、ILC2、NCR+和NCR-ILC3 細胞在肺組織中存在,但僅檢測到NCR-ILC3細胞在COPD 患者肺組織中的比例增加,ILC1和ILC2細胞比例并未增加。另外,Monticelli等[28]發現,不同疾病狀態的COPD 患者肺組織中ILC1、ILC2和ILC3細胞的數量并沒有差異,但在ILC 亞群中檢測到不同數量的IL-33R+ILC2細胞和高表達的分泌雙調蛋白,Arg1 在流感病毒感染后的肺臟組織修復過程中發揮重要作用。

研究發現,由呼吸道病毒誘發的鼠急性加重期COPD(acute exacerbation of COPD,AECOPD)模型,伴隨著小鼠肺部組織的ILCs的積累。H3N1感染可引起小鼠氣道高反應,但此過程并不涉及適應性免疫系統,進一步發現IL-33受體ST2的缺陷可顯著減輕氣道高反應,最終機制研究表明ILC2s細胞分泌IL-13 而促進氣道高反應[29]。Xia等[30]和Byers等[31]發現,COPD 患者肺上皮細胞可產生大量IL-33,促進IL-13和黏液的高表達。使用抗CD90.2中和抗體處理后的小鼠,在呼吸道病毒感染的情況下,肺泡灌洗液中嗜酸粒細胞的數量和肺組織中IL-5、IL-13m RNA 表達急劇下降。由于IL-33是在小鼠的呼吸道病毒感染后激活ILC 激活的一個關鍵因素,因此推測IL-33的釋放并隨后激活ILC2s會導致在AECOPD 中IL-5/IL-13表達和嗜酸性的增加。

進一步研究發現,ILC2s細胞不僅在AECOPD 患者中發揮作用,而且在早期的COPD 患者中也可以發揮作用。Heijink等[32]證實,在香煙煙霧刺激引起的氣道炎癥的小鼠模型中,氣道上皮細胞大量脫落,雖然在這個模型中,未檢測IL-33的表達情況,但是肺泡灌洗液中IL-5的含量顯著升高,IL-5在COPD 病程中發揮重要的作用[33],這也提示ILC2s細胞被激活,ILC2s細胞參與早期氣道炎癥反應。

2.2 ILC2s對COPD 適應性免疫反應的調節作用 von Burg等[34]發現,ILC2s不僅在早期固有免疫中起重要作用,而且能改變CD4+T 細胞分化的方向從而調節適應性細胞免疫,共同參與免疫過程。ILC2s既能通過分泌細胞因子調節CD4+T 細胞的分化[35],又能通過表達MHCⅡ類分子和共刺激分子調節CD4+T 細胞的分化[34]。Halim等[36]發現,ILC2s與CD4 na?ve T 細胞共培養,加入IL-12,細胞朝著Th1 方向分化,加入IL-4 時,則向Th2 方向分化,另外,在Th2型細胞因子的參與下通過樹突狀細胞決定CD4+T 細胞的分化;ILC2s細胞發揮出抗原遞呈細胞的能力,通過表達OX40L、ICOS、ICOSL 和共刺激分子CD80、CD86以及MHCⅡ類分子調節CD4+T 細胞的分化。既往研究證實適應性免疫功能紊亂參與COPD 免疫失衡、炎性反應過程。許多學者和我們前期的研究表明COPD 患者CD4+T 細胞數量降低,適應性免疫細胞比例失衡[37]。最新研究發現,慢性炎性反應疾病患者較正常人肺組織中ILC2s下降了13.8%[25],Th2細胞功能下降,同時Th1細胞的功能增強;AECOPD 患者血清中IL-33水平顯著低于健康人群對照組,同時也低于其穩定期患者,AECOPD IL-33 水平下降從而下調Th2 細胞。這說明COPD 的固有免疫功能及適應性免疫功能中ILC2s 與CD4+T 細胞之間數量和狀態的變化存在一定的相關性。ILC2s可能調控COPD 適應性免疫共同參與COPD 的發展進程。

3 展望

已有研究證實,ILC2s在流感病毒感染、哮喘、寄生蟲感染過程中的作用研究取得了重大突破。COPD 的疾病進展與氣道和肺臟對有毒顆粒或氣體的慢性炎性反應增強有關,疾病的發生、發展與免疫紊亂密切相關,但其具體發病機制尚未完全闡明。ILC2s的發現使我們對固有免疫系統有了更深入的了解。ILC2s作為固有免疫細胞家族的新成員,在維持COPD 肺臟黏膜免疫耐受中處于優勢地位,研究ILC2s對于COPD 具有重要的臨床意義,為深入了解COPD 的發病機制及開發治療臨床藥物指明了方向。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突