《Mucosal Immunology》:Trained ILC2 prevent IL-17-associated lung injury during helminth infection through a serotonin-dependent mechanism
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本研究揭示了在蠕蟲(chóng)再感染過(guò)程中,2型固有淋巴細(xì)胞(ILC2)與輔助性T細(xì)胞2(TH2)在功能上的獨(dú)特分工。研究人員發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的ILC2能夠通過(guò)一種不依賴于雙調(diào)蛋白(Areg)的機(jī)制,選擇性抑制白細(xì)胞介素17(IL-17)陽(yáng)性γδT細(xì)胞的擴(kuò)增及感染誘導(dǎo)的肺損傷,其關(guān)鍵作用機(jī)制與色氨酸羥化酶1(Tph1)表達(dá)上調(diào)及血清素(5-HT)產(chǎn)生相關(guān)。該發(fā)現(xiàn)為理解黏膜免疫中組織修復(fù)與炎癥調(diào)控提供了新視角。
當(dāng)我們身體遭遇寄生蟲(chóng)入侵時(shí),免疫系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)一場(chǎng)精密的防御戰(zhàn)。在這場(chǎng)戰(zhàn)斗中,兩類關(guān)鍵的免疫細(xì)胞——2型固有淋巴細(xì)胞(ILC2)和輔助性T細(xì)胞2(TH2)——都分泌相似的2型細(xì)胞因子,共同對(duì)抗敵人并修復(fù)受損組織。然而,長(zhǎng)期以來(lái),科學(xué)家們一直困惑于一個(gè)問(wèn)題:在機(jī)體再次遇到相同病原體時(shí),這兩種功能相似的細(xì)胞究竟是冗余的,還是各有專攻?特別是在控制肺部組織損傷和抑制有害炎癥方面,它們各自扮演著什么角色?解答這個(gè)問(wèn)題,對(duì)于理解免疫記憶和開(kāi)發(fā)新的治療策略至關(guān)重要。
為了揭開(kāi)這個(gè)謎團(tuán),一篇發(fā)表在《Mucosal Immunology》上的研究對(duì)寄生性蠕蟲(chóng)巴西日?qǐng)A線蟲(chóng)(Nippostrongylus brasiliensis, Nb)感染模型進(jìn)行了深入探索。該研究巧妙地運(yùn)用了多種實(shí)驗(yàn)方法,包括時(shí)序性CD4+T細(xì)胞清除、選擇性ILC2缺陷小鼠模型、過(guò)繼性T細(xì)胞轉(zhuǎn)移、單細(xì)胞RNA測(cè)序(scRNA-seq)以及藥理學(xué)增益/減損功能實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)性地剖析了ILC2與TH2在再次免疫應(yīng)答中的獨(dú)特與協(xié)同作用。
CD4+T細(xì)胞啟動(dòng)ILC2但對(duì)回憶性2型免疫非必需
研究人員設(shè)計(jì)了兩種CD4+T細(xì)胞清除策略:持續(xù)清除(貫穿初次和再次感染)和延遲清除(僅在再次感染前進(jìn)行)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),持續(xù)清除CD4+T細(xì)胞完全破壞了機(jī)體對(duì)再次感染的保護(hù)性免疫,導(dǎo)致寄生蟲(chóng)清除失敗、肺出血加重以及IL-17A+γδT細(xì)胞和中性粒細(xì)胞反應(yīng)激增。與之形成鮮明對(duì)比的是,延遲清除CD4+T細(xì)胞對(duì)寄生蟲(chóng)清除、肺出血以及IL-17相關(guān)炎癥均無(wú)顯著影響。這表明,CD4+T細(xì)胞在初次感染時(shí)對(duì)于“訓(xùn)練”ILC2至關(guān)重要,但一旦ILC2被成功訓(xùn)練,它們?cè)谠俅胃腥緯r(shí)便能獨(dú)立執(zhí)行關(guān)鍵的免疫防御功能。
ILC2是保護(hù)性免疫和組織修復(fù)所必需的
利用選擇性缺失ILC2的Lcr1-/-小鼠模型,研究證實(shí)ILC2的缺失不僅導(dǎo)致再次感染時(shí)寄生蟲(chóng)清除能力下降,還伴隨著嚴(yán)重的肺出血和IL-17A+γδT細(xì)胞反應(yīng)的加劇。有趣的是,即使通過(guò)過(guò)繼性轉(zhuǎn)移正常的CD4+T細(xì)胞到Lcr1-/-小鼠體內(nèi),成功恢復(fù)了TH2細(xì)胞數(shù)量和寄生蟲(chóng)清除能力,卻無(wú)法改善肺出血或抑制IL-17驅(qū)動(dòng)的炎癥。這一關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)提示,ILC2在控制組織損傷和調(diào)節(jié)炎癥方面具有TH2細(xì)胞無(wú)法替代的獨(dú)特功能。
訓(xùn)練型ILC2上調(diào)Areg表達(dá)并呈現(xiàn)訓(xùn)練表型的基因表達(dá)特征
通過(guò)對(duì)初次和再次感染后肺臟ILC2進(jìn)行單細(xì)胞RNA測(cè)序,研究人員發(fā)現(xiàn),再次感染后出現(xiàn)的“訓(xùn)練型”ILC2(包括自然ILC2, nILC2和炎癥ILC2, iILC2)其代謝相關(guān)基因(如Arg1, Cox5a, Pkm)和細(xì)胞因子受體(如IL-33R, IL-2Rα)表達(dá)顯著上調(diào)。特別值得注意的是,nILC2中雙調(diào)蛋白(Areg)的表達(dá)在再次感染后明顯增加。
雙調(diào)蛋白驅(qū)動(dòng)肺TH2細(xì)胞擴(kuò)增和寄生蟲(chóng)清除
既然訓(xùn)練型ILC2高表達(dá)Areg,而Areg已知具有組織修復(fù)功能,那么它是否是緩解肺損傷的關(guān)鍵?為了驗(yàn)證這一點(diǎn),研究人員給ILC2缺陷的Lcr1-/-小鼠補(bǔ)充了重組Areg(rAreg)。結(jié)果顯示,rAreg能夠有效促進(jìn)TH2細(xì)胞擴(kuò)增,并恢復(fù)寄生蟲(chóng)清除能力,這與體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)rAreg能誘導(dǎo)TH2細(xì)胞增殖的結(jié)果一致。然而,出乎意料的是,rAreg的補(bǔ)充并未能減輕肺出血或抑制IL-17A+γδT細(xì)胞反應(yīng)。這表明,Areg主要負(fù)責(zé)的是適應(yīng)性免疫(TH2)的擴(kuò)增和病原體清除,而非組織修復(fù)和炎癥抑制。
血清素是控制Nb再感染期間IL-17A相關(guān)肺損傷所必需且充分的因子
那么,究竟是什么分子介導(dǎo)了ILC2獨(dú)特的組織保護(hù)和抗炎功能呢?單細(xì)胞測(cè)序數(shù)據(jù)提供了一個(gè)重要線索:訓(xùn)練型ILC2,特別是nILC2,顯著上調(diào)了色氨酸羥化酶1(Tph1)的表達(dá),這是合成血清素(5-HT)的關(guān)鍵限速酶。進(jìn)一步檢測(cè)發(fā)現(xiàn),在所有ILC2功能受損的實(shí)驗(yàn)條件下(如持續(xù)CD4清除、Lcr1-/-小鼠),支氣管肺泡灌洗液(BALF)中的5-HT水平都極低;而在ILC2功能正常的條件下,5-HT水平則很高。體外實(shí)驗(yàn)證實(shí),IL-33刺激后的ILC2確實(shí)能產(chǎn)生5-HT,而TH2細(xì)胞則不能。
為了直接驗(yàn)證5-HT的功能,研究人員進(jìn)行了增益-減損實(shí)驗(yàn)。在持續(xù)清除CD4+T細(xì)胞(導(dǎo)致ILC2和TH2均減少)的小鼠中,鼻內(nèi)補(bǔ)充5-HT雖然不能改變寄生蟲(chóng)負(fù)荷,但卻能顯著減輕肺出血,并抑制IL-17A+γδT細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的增多。相反,在免疫正常的野生型小鼠中,使用藥物PCPA抑制Tph1活性以阻斷5-HT合成,則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的肺血管內(nèi)皮損傷和IL-17相關(guān)炎癥加劇,盡管寄生蟲(chóng)已被清除。組織病理學(xué)分析直觀地證實(shí)了5-HT對(duì)肺組織結(jié)構(gòu)和血管完整性的保護(hù)作用。
研究結(jié)論與意義
本研究清晰地描繪了ILC2與TH2細(xì)胞在抗蠕蟲(chóng)再感染免疫中的“分工協(xié)作”藍(lán)圖。在初次抗原刺激時(shí),二者相互依存,CD4+T細(xì)胞對(duì)于ILC2的充分激活和“訓(xùn)練”至關(guān)重要。一旦進(jìn)入再次免疫應(yīng)答階段,被成功訓(xùn)練的ILC2則展現(xiàn)出獨(dú)立的核心功能:它們通過(guò)產(chǎn)生血清素(5-HT),扮演了“組織修復(fù)師”和“炎癥警察”的角色,有效限制由寄生蟲(chóng)遷移造成的肺血管損傷,并壓制IL-17主導(dǎo)的潛在有害炎癥反應(yīng)。而TH2細(xì)胞則更專注于“攻擊手”的角色,在Areg等的驅(qū)動(dòng)下擴(kuò)增,并協(xié)調(diào)嗜酸性粒細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞等執(zhí)行高效的寄生蟲(chóng)清除任務(wù)。
這一發(fā)現(xiàn)不僅深化了我們對(duì)黏膜免疫中先天淋巴細(xì)胞記憶(也稱為“訓(xùn)練免疫”)的理解,而且揭示了神經(jīng)免疫調(diào)節(jié)(血清素作為神經(jīng)遞質(zhì)和免疫調(diào)節(jié)分子)在組織穩(wěn)態(tài)維持中的重要作用。為治療由感染或其它原因引起的過(guò)度炎癥性組織損傷(如急性肺損傷、肺炎等)提供了新的潛在靶點(diǎn)——即靶向ILC2及其產(chǎn)生的血清素通路。