2组先天淋巴样细胞通过肺-肠轴的成熟和特化

背景

黏膜免疫系统具有与全身免疫系统不同的特异性特征，具有区域限制性。先天性淋巴样细胞 (ILCs)位于黏膜表面，在抗致病反应和组织稳态中发挥重要作用。ILCs发挥各种功能的两个主要黏膜组织是肺和肠。在流感病毒感染病例的肺内发现ILC1s水平升高，并在克罗恩病患者的肠道内蓄积。肺部2型固有淋巴细胞 (ILC2s)参与肺部炎症反应，而肠道ILC2s参与抗寄生虫反应。目前关于ILC3s在肺中的功能研究较少。众所周知，肠道ILC3s在抗菌反应、炎症和组织稳态中具有活性。ILCregs仅在肠道中观察到，作为结肠炎的调节因子。一般来说，我们对肺和肠道中ILCs的不同功能和组织特异性标志物知之甚少。

简介

2022年12月9日，来自中国科学院的Min Zhao及其团队在Nat Commun (IF: 17.694)杂志上发表名为Maturation and specialization of group 2 innate lymphoid cells through the lung-gut axis的研究[1]。

研究亮点

粘膜组织中存在丰富的先天性淋巴细胞 (ILC)。它们在抗病原体反应和组织稳态中发挥关键作用。然而，尚不清楚粘膜部位ILC的异质性组成及其各种成熟轨迹。在本研究中，我们表征了来自肺和小肠的ILC类型和功能，并鉴定了它们的组织特异性标志物。我们发现，驻留在肺中的ILC2s表达CCR2，而肠道ILC2s表达CCR4。通过使用CCR2和CCR4报告小鼠，我们表明ILC2s在IL-33处理后通过肺-肠轴发生易位。ILC2s的这种轨迹在出生后阶段也可观察到。过敏原诱导的肺ILC2s激活会影响肠ILC2s的稳态。总之，我们的研究结果表明，ILCs在肺和肠中均表现出组织特异性特征，ILCs沿肺-肠轴成熟，尤其是在稳态和炎性条件下。

主要结果

小肠和肺中的ILC亚群

为了鉴定ILCs的亚群，我们对从小鼠小肠和肺中分选的ILCs进行了单细胞 (sc) RNA测序。在排除污染和低质量细胞后，我们在小肠 (SI)和肺中确定了11个不同的ILCs亚组，包括ILC1 (SI, lung)， ILC2 (SI-A, SI-B, Lung A, lung-B)， ILC3 (SI-A, SI-B, SI-C)和ILCreg (图1a, b)。值得注意的是，这些ILCs表现出高度的空间异质性。肺和肠道的ILC类型差异比ILC亚群之间的差异大得多 (图1c)。根据先前报道的ILC标记物，我们将每个ILC簇映射到其各自的组，并且它们都不表达NK细胞标记物Eomes (图1d)。我们确定了每个簇中存在的特征基因，这表明了特定组的特异性功能 (图1e)。进一步分析ILC簇的频率 (图1f)后，我们发现每个簇的分布高度局限于肺或肠道。

图1. ILCs在肺和小肠中的异质性

CCR2和CCR4分别作为ILC2在肺和肠中的组织特异性标记物

为了鉴定ILC2的组织特异性标志物，我们进一步分析了单细胞RNA测序数据。所有ILC2亚群均表达ILC2s的标志性基因，包括Gata3、Ly6a、Il1rl1 (ST2)和Klrg1 (图3a)。它们不表达ILC2前体的标记基因。我们发现，Ccr2和Ccr4的表达分别局限于肺ILC2s和肠道ILC2s (图3a)。值得注意的是，与ILC2s成熟相关的Gata3和Klrg1的表达水平在从肺到肠道的ILC2亚群中逐渐升高。我们使用假时间分析对ILC2亚群的成熟过程进行排序 (图3b)。有趣的是，ILC2- lung-A亚组主要位于轨迹的起点。ILC2-lung-B亚群分布在ILC2s的起始和发育的分支1上。ILC2s有两个分支，分支2被认为比分支1更成熟。但少数肠道ILC2s属于轨迹起始部位。ILC2-SI-A属于ILC2s的两个分支，而ILC2-SI-B仅占据成熟的最后阶段。肺内ILC2s分布于轨迹的起始部和分支1。肠道ILC2s属于分化分支。在此过程中，ILC2s成熟标志基因 (Gata3和Klrg1)的表达水平明显升高，而ILC2s欠成熟标志基因 (Ly6a和Il1lr1)的表达水平下降。我们进一步分析了不同组织中ILC2s的scRNAs测序数据。肺组织中ILC2s成熟程度较低，与骨髓中ILC2s最接近。

图3. CCR2和CCR4是ILC2s的组织特异性标志物

出生后肺ILC2s的发育影响肠道ILC2s的功能

据报道，在出生后阶段，肺内ILC2s在出生后第10天 (PND) 10-14天累积。出生后II型免疫反应过度活跃促进了哮喘和气道高反应性 (AHR)的发生。与之前的研究一致，我们发现，在出生后阶段，肺ILC2的扩张比肠道ILC2s出现得更早 (图6a, b)。利用CCR2-RFP；在CCR4-mNeonGreen报告小鼠中，我们发现出生后小鼠肠道中RFP+ ILC2s向mNG+ ILC2s的转变 (图6c)。接下来，我们将出生后小鼠的肺或肠ILC2s转移到免疫缺陷小鼠。值得注意的是，出生后小鼠的肺ILC2s能够转位到肠道并生成肠道ILC2s，但相反却不能 (图6d)，这表明肺-肠成熟轴也可能发生在出生后ILC2s的发育过程中。

图6. 出生后肺ILC2s的发育有助于肠道ILC2s的正常功能

结论及展望

综上所述，我们的研究描绘了肺和肠中的ILC亚群，并鉴定了它们的组织特异性标记物。我们的研究结果表明，ILC2s通过肺-肠轴成熟以获得适当的功能。肺中ILC2发育缺陷显著影响肠道中ILC2s的数量和功能。因此，我们的研究揭示了ILC在不同黏膜部位之间成熟的关系，对黏膜免疫系统建立过程中的炎症、过敏和免疫紊乱的原因具有潜在意义。

原文链接

https://www.nature.com/articles/s41467-022-35347-6

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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