原文题目：Orai inhibition modulates pulmonary ILC2 metabolism and alleviates airway hyperreactivity in murine and humanized models
通讯作者：Omid Akbari
隶属单位：美国南加州大学洛杉矶分校凯克医学院分子微生物学和免疫学系
DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-023-41065-4
Ⅱ型固有淋巴细胞(ILC2)是先天免疫细胞，由上皮警报蛋白快速激活，即胸腺基质淋巴细胞生成素 (TSLP)、白细胞介素 (IL)-25 和 IL-33。ILC2 是肺部稳定状态下的主要先天淋巴细胞群，激活后释放 2 型细胞因子(主要是 IL-5 和 IL-13)是响应嗜酸性粒细胞浸润和独立于适应性免疫的气道高反应性发展的核心驱动因素。它们在肺部的非冗余作用是独特的促炎作用，因为它们在过敏原挑战后的位置生态位。在稳定状态下，ILC2 占据肺的外周和中央部位，但在气道炎症时聚集在气道上皮和肺泡间隙。这使得细胞成为进入系统的过敏原的第一反应者，推动嗜酸性粒细胞增多，增加杯状细胞活化和粘液产生。
由于它们在与过敏性哮喘相关的炎症发展中起着至关重要的作用，因此描绘驱动ILC2效应功能的细胞内信号传导和细胞机制对于潜在的调节和免疫调节控制至关重要。研究人员和其他人已经证明CRAC(Ca2+释放激活的钙2+) 通道代表细胞外 Ca2+的主要模式进入多种免疫细胞，包括T细胞和肥大细胞，它们在免疫细胞增殖，活化和基本效应功能中起重要作用。三种Orai蛋白先前已被描述为形成CRAC通道的主要亚基。最近，已经表明Orai1和Orai2可以形成异源三聚体CRAC通道，并且抑制两个亚基会严重影响中性粒细胞和肥大细胞功能。在免疫应答期间，内质网 (ER) Ca2+耗竭储存激活ER驻留蛋白基质相互作用分子1(STIM1)以门控质膜上的Orai通道，从而启动储存操作的Ca2+。2+进入(SOCE)，非兴奋细胞用来提高细胞内Ca2+浓度的主要机制。尽管CRAC通道在免疫效应功能中的重要性已被充分证明，但它们的调节机制及其在致病性ILC2中的作用，特别是在过敏性气道炎症发展的背景下仍未解决。
最近，研究人员的小组和其他人详细介绍了代谢和线粒体健康在ILC2效应器功能中的重要性。先前已经证明，致病性ILC5s分泌的细胞因子IL-13和IL-2是由脂肪酸氧化(FAO)产生ATP决定的。在没有FA的情况下，或者如果途径有缺陷，限制了ATP的产生，ILC2将代谢适应利用糖酵解。新出现的证据表明，Ca2+通过CRAC通道进入可能在代谢中起着至关重要的作用。Ca2+损伤在阿尔茨海默病模型中，交换已被证明会导致神经元代谢的高度改变以前在CD4 + Th17细胞中已经显示，STIM1和STIM2的缺失严重影响线粒体和代谢健康，导致线粒体内膜结构改变和免疫细胞效应功能降低。Vaeth等人最近记录了STIM1在非致病性Th17细胞中功能氧化磷酸化(OXPHOS)和糖酵解的必要性，而致病性Th17细胞独立于Orai或CRAC通道进行糖酵解。虽然很明显代谢在ILC2激活中起着关键作用，但目前Ca2+之间的关系ILC2s的进入和代谢(如果有的话)还有待探索。
在这项研究中，研究人员表明Orai1和Orai2在ILC2上表达，并且通道的抑制导致人源化ILC2依赖性气道高反应性(AHR)的发展得到改善。研究人员证明阻断Orai通道会下调小鼠促炎ILC2中的FAO/OXPHOS和糖酵解。此外，线粒体受到显着影响，导致线粒体电子传递链的下调和通过线粒体电子传递链的解耦上调活性氧(ROS)。研究人员证实了研究人员在人类ILC2中的发现，因为阻断Orai1和Orai2可以防止人源化小鼠气道高反应性的发展。总之，研究人员的研究结果进一步了解了ILC2s的基本生物学，为潜在的下游靶点开辟了途径，这些靶点可能被药理学操纵以特异性调节人类ILC2s以治疗广泛的炎症性疾病。具体来说，研究人员的研究可以对过敏性哮喘改进疗法的开发产生直接的转化影响。
总体而言，本研究引入了一种独特的机制，通过该机制，Ca2+通过Orai通道进入调节促炎ILC2效应子功能和各种肺部炎症药理小鼠模型中气道高反应性的发展。研究人员表明，Orai1和Orai2对肺ILC2的特异性抑制导致功能代谢途径的显着下降以及mtETC蛋白的直接下调。从机制上讲，这导致线粒体ROS产生增加和线粒体电子传递链的解耦。此外，Orai抑制严重下调ILC2效应功能和体内外细胞因子的产生，可能提供CRAC通道在治疗ILC2依赖性疾病中的治疗应用。
据研究人员所知，研究人员小组是第一个报告Orai渠道和Ca2+的作用的小组。进入肺部ILC2的健康和稳态，特别是在AHR的背景下。目前，涉及钙的哮喘治疗措施包括氯离子通道阻滞剂(例如色甘酸钠和奈多罗米钠)和Ca2+激活K通道，KCa3.1+28，KCa3.1通道引起K离子外排以维持Ca2+的驱动力通过CRAC渠道输入。这些研究表明，靶向激活CRAC通道将是哮喘治疗的绝佳药物靶标。广泛使用的钙小分子阻断剂-包括环孢素A或FK506在内的NFAT途径由于其普遍存在的功能而具有广泛的副作用。与钙调磷酸酶不同，CRAC通道已被证明在免疫细胞类型(包括T细胞，B细胞和肥大细胞)中起主要作用，因此Orai阻滞剂有望更具特异性，副作用更少。重要的是，研究人员的人源化小鼠模型证明了5D作为治疗ILC2依赖性肺部炎症的潜力。该研究的一个局限性是，在人源化小鼠模型中注射药物不仅作用于转移的人ILC2。然而，这种独立于适应性免疫的模型与Orai1 / 2−/−过继转移说明了抑制ILC2上的Orai通道作为人类AHR背景下的治疗手段的令人兴奋的潜力。化合物5D在缓解过敏性哮喘方面的效力表明了传统使用的长效β-2激动剂治疗哮喘的替代机制。β-2激动剂致力于放松支气管的平滑肌，针对疾病的病理生理学症状。在这里，研究人员建议一种在基于细胞的水平上针对疾病的初始发作的方法。必须进行进一步的研究，以比较该方法与β-2激动剂的有效性。尽管近年来已经表明ILC2在广泛的免疫介导疾病中起着重要作用，但在理解ILC2生物学和调节这些细胞用于治疗应用之间存在重大差距。
研究人员在研究中观察到，肺小鼠和人ILC2在IL-1刺激后同时表达Orai2和Orai33通道。有趣的是，虽然两种亚型在幼稚ILC2中的基础水平表达，但Orai1在激活后似乎具有高度诱导性，而Orai2在小鼠和人ILC2中仅略有增强。Grimes等人最近详细介绍了Orai亚型在中性粒细胞上的表达及其对中性粒细胞活化的影响。他们还发现静息中性粒细胞上Orai1和Orai2的基础水平以1：1的比例表达，而炎症因子的激活将比例提高到30：1。他们得出结论，比率变化主要是由于暴露后Orai1表达的升高。研究人员相信类似的现象也发生在活化的ILC2中。ILC1s中IL-2刺激调节Orai33和Orai2诱导的信号通路目前尚不清楚。然而，先前的报告表明，IL-33通过上皮细胞中的p1和AP-38信号传导上调STIM1。ILC2是否如此需要进一步调查。通过治疗性1D或基因工程双敲除小鼠抑制Orai2和Orai5导致增殖和细胞因子产生显着下调，包括IL-5，IL-13，GM-CSF，IL-9和IL-6。Orai1在调节免疫效应功能中的作用已经得到充分证实，但缺乏对替代亚型及其作用的研究。最近Vaeth等人证明，T细胞中的Orai1缺失降低了效应功能，而Orai2的特异性缺失增强了T细胞和巨噬细胞中的SOCE。或者，在中性粒细胞中，Orai2的缺失被证明可以降低SOCE并对效应器功能产生负面影响。仅基因删除Orai2对ILC2的影响需要进一步研究。无论如何，这两项研究都发现，T细胞或中性粒细胞上Orai1和Orai2的双重缺失会降低细胞在各自疾病环境中的致病功能能力。同样，在这种情况下，研究人员发现在体内肺部ILC2中特异性阻断Orai通道有效地改善了小鼠模型和肺部炎症人源化小鼠模型中由A. alternata或IL-2刺激的ILC33依赖性AHR的发展。研究人员观察到肺部AHR水平较低，浸润BAL嗜酸性粒细胞和产生IL-5的ILC2较少。研究人员的研究结果表明，在ILC2依赖性哮喘模型中，Orai通道在肺部炎症的发展中起着至关重要的作用。
研究人员的小组已经证明，Orai通道抑制严重改变了线粒体的健康和功能，可能提供了一种机制，通过这种机制，Ca2+浓度控制致病免疫功能。以前在CD4 + Th17细胞中已经显示，抑制CRAC通道严重影响线粒体稳态，导致ROS产生增加以及免疫细胞效应功能降低的类似观察结果。众所周知，Ca2+进入通过增加mtETC中涉及复合物I和V的NADH的生产和消费来帮助线粒体产生ATP。传统上，线粒体膜电位和质量可以指示有效的mtETC功能和ATP合成。此外，较低的线粒体膜电位通常与较低的ROS产生水平相关。然而，在研究人员的案例中，研究人员看到处理细胞中膜电位的降低与mtROS产生的增加有关。研究人员怀疑具有抑制Orai通道的细胞正在经历mtETC解偶联。在这些情况下，线粒体ETC解偶联，特别是在ADP偶联氧化磷酸化的损伤中，将导致ROS产生增加，主要是由于细胞抗氧化系统的缺陷，研究人员的数据证明补充抗氧化剂与ILC2增殖和细胞因子产生增加相关。ETC解偶联通过NADH / NAD +比率的增加以及用抑制剂处理的细胞中ATP产生减少来证实，因为mtETC解偶联导致细胞专注于ROS的产生而不是维持ATP的产生。然而，目前尚不清楚的是，在途径中具体在哪里抑制Ca2+。助焊剂正在诱导这种解耦。一种选择是抑制钙2+助焊剂本身会导致抗氧化系统缺陷，从而导致ROS产量不受控制地增加。过量的ROS与线粒体DNA损伤有关，类似于研究人员的RNA-seq数据，复合物中的缺陷可能导致mtETC的解偶联。另一种选择是Orai抑制直接作用于下调mtETC基因，导致链缺陷。缺陷可能导致较低的膜电位以及ETC的解耦，从而导致更高的ROS水平，使抗氧化系统不堪重负。无论如何，过量的ROS与ATP产生不足，线粒体损伤，DNA损伤和最终的细胞死亡密切相关。虽然mtROS如何干扰基因转录的细节仍在研究中，但线粒体(mt)DNA和线粒体活性氧(mtROS)已被证明与激活和抑制转录因子的级联有关，包括CRAC相关的NFAT和炎症小体NLRP3，提供了进一步的证据，证明代谢和免疫反应密切相关地相互依赖。
总之，在本报告中，研究人员揭示了在小鼠和人源化小鼠AHR发育的背景下抑制ILC2s上的Orai通道的免疫调节作用。研究人员的结果表明，Orai通道在功能性线粒体电子传递链和随后的促炎效应器功能中起着至关重要的作用。有必要进一步研究这种缺陷如何影响细胞因子产生的信号通路，因为线粒体对核基因的控制在很大程度上是未知的。然而，这项研究的结果可能导致确定治疗靶点，这些靶点可以被药理学操纵以特异性调节ILC2s以治疗哮喘。
更广泛地说，这项研究也为代谢操纵其他复杂细胞提供了一种独特的范式。ILC2 已被确定存在于粘膜组织中，并且它们促炎细胞因子的过度产生与多种自身免疫性疾病和紊乱有关。因此，研究人员的研究结果将对涉及ILC2s的其他疾病产生潜在影响，包括过敏性疾病，如特应性皮炎，过敏性鼻炎和炎症性肠病。
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