三型固有淋巴細胞對動物腸黏膜免疫的調節作用研究進展

郭美薇，張海波，廖曉鵬，關瑋琨，黎力之*，郭冬生*

（1.宜春學院生命科學與資源環境學院，江西省高等學校硒農業工程技術研究中心，宜春市功能農業與生態環境重點實驗室，江西宜春 336000；2.宜春學院繼續教育學院，江西宜春 336000）

腸黏膜免疫系統主要由腸道菌群、腸道消化液、腸黏膜上皮層、淋巴細胞等構成，是機體重要免疫屏障，其在維持腸道微生物穩態、抑制炎癥因子、參與機體免疫調節等方面發揮重要作用[1-2]。在小腸黏膜固有層及上皮層中，分布著多種淋巴細胞，如T 細胞、B 細胞和固有淋巴樣細胞（Innate Lymphoid Cell，ILCs）等[2]。這些淋巴細胞共同維持小腸內環境穩態，調節機體免疫反應。其中，ILCs 作為動物重要的固有免疫細胞，具有調節免疫、修復組織損傷及抵御外來病原體入侵等功能[3]。相較于T 細胞和B 細胞，ILCs 缺少特異性抗原受體，能迅速對入侵腸道的病原微生物進行免疫反應，在維持動物腸道穩態中處于重要地位[4]。三型固有淋巴細 胞（Group 3 Innate Lymphoid Cell，ILC3）是ILCs的亞型，對腸黏膜免疫具有雙向調節作用，其分泌的白介素（IL）-22、IL-17 在維護機體腸道免疫系統中具有重要功能，而非正常激活ILC3 致使IL-22 過量分泌會加重動物腸道炎癥[4-5]。由此，ILC3 成為動物自身免疫的研究熱點，但目前較缺乏關于ILC3 調節腸黏膜免疫的系統綜述。因此，本文重點闡述ILC3 在動物腸黏膜免疫中的作用機理，為ILC3 在動物腸道疾病治療中提供新思路。

1 ILC3 來源

ILCs 功能類似于T 細胞，具有監視腫瘤細胞、清除細菌病毒的作用，因此有學者認為ILCs 即自然殺傷細胞（Natural Killer Cell，NK）[5]。近年來通過深入研究，學者們發現ILCs 的發育途徑及作用機制與T 細胞有所區別，故將ILCs 定義為輔助性天然淋巴細胞[6]。根據ILCs 亞群分泌細胞因子及生物學功能不同等作用，將其分為6 類亞群，即NK、ILC1、ILC2、ILC3、組織淋巴誘導（Lymphoid Tissue Inducer，LTi）細胞和調節性固有淋巴細胞（Regulatory Innate Lymphoid Cells，ILCregs）[7]。

ILCs 分化為成熟亞群需要經過多個步驟。普通淋巴細胞祖細胞在白介素3 調節核因子和DNA 轉換抑制因子-2 的介導下分化形成共同先天淋巴祖細胞（Common Innate Llymphoid Progenitors，CILP）[7]。CILP繼續向下游分化形成NK 祖細胞（NK Cell Progenitor，NKP）和淋巴樣前體細胞（Common Helper ILC Progenitor，CHILP）[8]。NKP 在轉錄調控因子Tbet（T-box-family Transcription Factor）、脫中胚蛋白作用下分化形成NK 細胞[9]。LTi 細胞由CHILP 直接分化形成，而ILC1、ILC2、ILC3 是CHILP 表達早幼粒白血病鋅指轉錄因子后，分化形成的ILC 前體細胞（Helper ILC Progenitor，ILCP）[8-9]。ILCP 在T-bet、維甲酸相關孤兒受體（Retinoic acid-related Orphan Receptor，ROR）a、RORγT 等轉錄因子的作用下最終分化形成ILC1、ILC2和ILC3 3 個亞型[7]。

2 ILC3 對動物腸黏膜免疫的調控作用

ILC3 主要定植于小腸黏膜固有層，在轉錄因子RORγt 的作用下，ILC3 在細胞表面表達NKp46，產生IL-17、IL-22、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子（Granulocyte-macrophage Colony Stimulating Factor，GM-CSF）及γ干擾素（Interferon-γ，IFN-γ）等細胞因子[10]。這些細胞因子作用于腸上皮細胞（Intestinal Epitheliel Cells，IEC），增強IEC 固有免疫，修復上皮損傷組織及加強腸道對病原體的免疫應答[11]。另外，在抗原提呈細胞和組織細胞分泌的IL-1β和IL-23 刺激下，ILC3 可活化細胞因子IL-22、IL-17、GM-CSF 及IFN-γ[11-12]。其 中，IL-22 和IL-17 作 為ILC3 的特征性細胞因子，在黏膜相關淋巴組織發育和維持腸道菌群穩態中起著關鍵作用[12]。IL-17 可通過調節緊密連接蛋白維持和保護腸黏膜IEC，維持腸內穩態[13]。IL-17 還能刺激IEC 和內皮細胞分泌趨化因子，誘導中性粒細胞分化影響機體對炎癥的免疫反應[14]。IL-22 參與黏膜免疫，對侵入腸道的病毒和真菌具有屏障作用，同時抑制腸道菌群中有害菌定植[15]。在用檸檬酸桿菌感染小鼠并誘發小鼠腸炎模型中，IL-22 能阻止檸檬酸桿菌感染并促進損傷黏膜的修復，維持腸道環境穩態的作用[15]。然而，也有研究表明過量IL-22 促使動物發生結直腸癌，說明IL-22 還具有促炎作用[16]。腸道菌群誘導巨噬細胞產生IL-1β，促進ILC3 產生GM-CSF，刺激巨噬細胞和樹突狀細胞分泌IL-10 和維甲酸，同時調節單核巨噬細胞功能以促進腸黏膜中調節性T 細胞平衡[7]。然而，炎癥性腸病（Inflammatory Bowel Disease，IBD）患者體內GM-CSF 在結腸的富集程度高于健康對照組，尤其是在腸道病變區域，GM-CSF 的表達顯著增加，表明GMCSF 具有促炎作用，參與IBD 的發展[16]。

此外，ILC3 還通過腸道菌群間接對腸道免疫產生作用。IEC 中杯狀細胞分泌黏液形成黏液層，黏蛋白為高度糖基化蛋白，其側鏈上的重要糖基為L-巖藻糖[17]。L-巖藻糖殘基在巖藻糖基轉移酶（Fucosy ltransferase，Fut）催化下，通過α1-2 連接到糖基末端β-D-半乳糖殘基，生成巖藻糖，其是多種腸道共生菌的碳源及營養來源[18]。腸道菌群產生的信號刺激ILC3分泌IL-22，上調Fut 中分泌型基因Fut2表達，對巖藻糖基化進行調節，實現腸道防御與協調能力[19]。部分IL-22 還可誘導IEC 巖藻糖基化與淋巴毒素LTα協同作用，增強腸道屏障功能[17]。另外，IL-22、IL-17及GM-CSF 促 進IEC 產生抑菌凝集素REGIIIβ和REGIIIγ，清除黏附于小腸上皮的病原菌，有利于動物在免疫早期抵御病原體，提高機體防御能力[20]。在敲除IL-22基因的小鼠模型中，REGIIIβ及REGIIIγ在生成上受到抑制，導致腸道共生菌移位及腸道免疫系統紊亂[20]。綜上所述，ILC3 參與腸道中巖藻糖的生成，對腸道微生物產生營養調控作用，其分泌的IL-22 促進IEC 抗菌肽的生成，清除定植在腸道的病原體，改善腸道微生物環境。

ILC3 對腸黏膜的負面調控主要體現在其對腸道炎癥的促進作用。用幽門螺旋桿菌構建的IBD 小鼠模型中，發現其結腸中ILC3 有增殖現象，結腸病變部位的IL-17、IFN-γ等細胞因子數量較其他腸段顯著增多，表明ILC3 參與IBD 發生和發展[14]。在IBD 小鼠模型腸道隱窩中發現，GM-CSF 作用于IL-23R，通過在病變區域積累GM-CSF，維持ILC3 介導的腸道炎癥[16]。ILC3的細胞因子通過協同作用加重腸道炎癥，特異性中和IL-22 后，不影響炎癥程度，同時中和IL-22 和IL-17 后，炎癥程度減輕，表明IL-22 和IL-17 在腸道炎癥中或具有協同作用，致使炎癥加劇[12]。所以，ILC3 的過度活化可破壞腸道屏障，引發腸道病理損傷。

3 ILC3 對動物腸黏膜免疫的調控機理

3.1 ILC3 對動物腸黏膜免疫的正向促進作用 ILC3 表達的游離脂肪酸受體2（Free Fatty Acid Receptor 2，Ffar2），是一種G 蛋白偶聯受體，對細菌代謝物短鏈脂肪酸（Short Chain Fatty Acid，SCFA）敏感，可上調RORγt 表達，增加結腸淋巴組織中的ILC3 數量，是ILC3 調節機體免疫功能的關鍵調節因子[21]。Ffar2 作用于IL-22 促進腸道IEC 修復，并調節小腸黏膜抗菌肽分泌，阻止病原菌入侵及抑制炎癥發生[21]。當Ffar2與配體結合后，激活蛋白激酶B（Protein Kinase B，AKT）信號，通過AKT 傳導至信號轉導與轉錄激活因子3 信號通路上調ILC3 表達，增加IL-22 的分泌，進而提高IEC 免疫水平[22]。當ILC3 細胞膜上缺乏Ffar2時，降低ILC3 增殖及IL-22 分泌量，致使IEC 巖藻糖基化等功能受損，抗菌肽分泌不足，增加病菌感染及發生腸道炎癥的風險[23]。在動物生產中，利用Ffar2 調節ILC3 增殖量，促進腸道免疫功能從而提高動物生產效率還有待進一步研究。

ILC3 通過芳香烴受體（Aryl Hydrocarbon Receptor，Ahr）信號保護腸道屏障及維持腸道菌群動態平衡[24]。Ahr 對ILC3 發揮腸黏膜免疫功能起重要作用，其存在于IEC、巨噬細胞、B 細胞、T 細胞和樹突狀細胞中，是一種依賴配體的轉錄因子[24]。Ahr 與RORγt 協同介導ILC3 生成，進而增加IL-22 濃度，維持腸道屏障穩態[25]。缺失Ahr 的小鼠腸道內ILC3 發育受損，IL-22的表達量顯著低于正常小鼠，引起分節絲狀桿菌擴張，導致結腸炎發生[26]。此外，ILC3 與巨噬細胞通過調節GM-CSF，促進單核吞噬細胞功能與上皮祖細胞增殖，維持腸內穩態[27]。腸道環境穩定時，ILC3 分泌正常水平的IL-22，在腸道黏膜表層發揮清除病原體及阻止腸道菌群的異位作用，從而抑制炎癥T 細胞反應，維持腸黏膜系統穩態[28]。雖然ILC3 需要通過Ahr 與IL-22 位點結合才能正常表達IL-22，但該調控的轉錄機制尚不清楚，有待進一步探究，Ahr 與RORγt 協同作用的機制也在探索中。

3.2 ILC3 對動物腸黏膜免疫的負調節作用 ILC3 對腸黏膜免疫的負調節作用主要體現在控制IL-22 分泌，IL-22 非正常分泌可對機體造成影響[29]。非正常激活ILC3，導致IL-22 過量分泌，誘發IEC 產生中性粒細胞趨化因子，致使中性粒細胞積聚[30]。中性粒細胞在腸道內遷移可破壞細胞連接蛋白，使IEC 間產生微小間隙，損壞腸道屏障，導致腸道菌群紊亂及腸黏膜免疫功能失調，加重腸道炎癥[6-7]。此外，ILC3 與輔助性T 細胞17（T helper cell 17，Th17）均可分泌IL-17 和IL-22。在腸道菌群紊亂等自身免疫反應強烈時，在ILC3 分泌IL-22 的基礎上，Th17 大量分泌IL-22，使IL-22 生成量超過動物體內正常水平，會促進結腸上皮增殖，刺激黏膜異常增生，從而誘導結腸炎發生[31-32]。然而，IL-22 結合蛋白作為IL-22 重要調節因子，其缺乏會導致腫瘤發生幾率升高，表明IL-22 調節因子缺失，致使IL-22 分泌失常，是導致腸黏膜發生病理變化的原因之一[33]。綜上所述，ILC3 與Th17 均可分泌IL-17 和IL-22，二者功能上的相似是否會導致適應性免疫過度激活，而造成動物機體損害，這需要進一步探究ILC3 與Th17的關系。

研究發現，腸道菌群可協調ILC3 與ILC1 之間相互轉換的比例，當兩者轉換不平衡時引發克羅恩病（Crohn’s Disease，CD）[34]。在正常情況下，ILC1和ILC3 協同作用，二者均分泌IFN-γ作用于腸黏膜[35]。然而發生腸道炎癥時，ILC3 下調RORγt，促進T-bet表達，IFN-γ分泌量增加，過量IFN-γ使腸道炎癥發生或加重[36]。對于這一情況，ILC 調節細胞迅速增殖并分泌IL-10，抑制ILC1 和ILC3 的過度活化以緩解腸道炎癥[37]。研究表明，當ILCreg 特異性缺失的小鼠模型發生ILC1 和ILC3 過度活化時，其腸道炎癥加重[38]。小鼠中ILC3 分泌IL-17 過多，則易發生腸道炎癥[39-40]。而ILC3 向ILC1 轉換是否有其他誘因還需探索。

4 總結與展望

近年來ILC 作為細胞領域的研究熱點，其生物學功能不斷被發掘。其中，ILC3 的正向促進作用對動物維持腸道菌群平衡和調節腸黏膜免疫具有重要意義，但其對機體的致炎性導致腸道炎癥加重甚至引發癌癥，關于如何在動物機體內平衡ILC3 分泌的細胞因子使其發揮保護作用，值得進一步探究。關于ILC3 還有許多問題有待解決：①ILC3 對機體致炎性的作用機制需更加深入研究，明確ILC3 對其他疾病的控制手段；②目前研究主要集中在小鼠模型，而對其他動物研究尚少，在今后的研究中可探究ILC3 對動物生產的作用；③ILC3與Th17 細胞在細胞功能上的相似是否為動物機體在免疫細胞功能的冗余；④ILC3 在腸黏膜免疫中的促炎性作用能否通過藥物或其他手段得到有效的控制；⑤探索ILC3 與各種疾病的相關性，將為疾病控制與治療提供新思路。因此，利用更為綜合的分析手段深入研究ILC3 在腸黏膜免疫中的作用機制，可為調節腸道菌群及治療腸道炎癥提供新策略。