微生物所开采新星效应性Treg细胞亚群

8月24日,国际期刊《细胞》(Cell)在线发表了中国科学院生物物理研究所范祖森课题组在肠道炎症致病机制研究中的重要进展。

11月19日,《自然-通讯》(Nature
Communications
)杂志在线发表了中国科学技术大学生命科学与医学部、中国科学院天然免疫与慢性疾病重点实验室和合肥微尺度物质科学国家研究中心教授田志刚、孙汭课题组的研究论文“Memory
formation and long-term maintenance of IL-7Rα+ILC1s via a lymph
node-liver
axis
”,该研究发现ILC1s具有免疫记忆功能,并揭示了其记忆形成及维持机制。

调节性T细胞对维持自身免疫稳态至关重要,也是肿瘤抑制性微环境形成的重要原因。已有报道表明,Treg细胞要经历类似CD4
T细胞一样的活化过程,最终分化为效应性Treg细胞,可分泌抑制性细胞因子,行使免疫抑制功能。TGF-β、IL-10是被普遍研究的免疫抑制因子。近年来研究发现,Treg细胞会分泌一种新型抑制性细胞因子IL-35,该因子已被证实在体内和体外都具有很强的免疫抑制能力,能够在感染性疾病和肿瘤中引起传染性免疫耐受。但受限于没有合适的抗体,目前检测分泌IL-35的细胞仍非常困难,已知研究均是建立在利用RT-PCR和ELISA技术在细胞总体水平上的检测,缺乏对分泌IL-35的细胞深入细致的了解。

天然免疫系统是机体抵抗病原体的重要防线。天然免疫系统需要精确的免疫平衡调节,免疫应答低下或者应答过度均会引起免疫平衡失调,导致严重的免疫病理反应。肠道粘膜免疫系统是机体抵抗病原体的重要场所之一。然而,肠道粘膜免疫系统同时也对不同的共生菌和食物来源的抗原产生免疫耐受。肠道免疫系统的活化和免疫耐受的失衡会导致炎性肠道疾病的发生。固有淋巴样细胞是近年来发现的一类重要的天然免疫细胞亚群。根据ILC细胞分泌细胞因子的不同可以分为三类,即ILC1、ILC2和ILC3细胞。不同类群的ILC细胞在抵抗病原体反应中均发挥着重要的作用。ILC细胞在病原体刺激后被激活产生大量的细胞因子,如TNF、IFN-和IL-17等,激发免疫应答以清除病原体。有研究表明,肠道中的ILC细胞的过度活化会导致肠道炎症,而持续的炎症会引起炎性肠道疾病。因此,是否存在调节性的ILC细胞一直是天然免疫研究领域重点关注的课题。

固有淋巴细胞(innate lymphoid
cells,ILCs)是固有免疫系统的重要组成部分,在机体抵抗病毒、细菌、寄生虫等病原体感染的免疫应答早期起到关键作用。近年来,越来越多的证据表明ILCs也具有适应性免疫系统的功能-免疫记忆,它们能够对半抗原、MCMV病毒、细胞因子刺激等产生记忆,介导长期的适应性免疫应答。2013年,田志刚课题组在国际上首次发现了CD49a+肝脏驻留NK细胞(liver-resident
NK, LrNK),并揭示了LrNK细胞的免疫记忆功能(J Clin Invest123,
1444-1456
,之后该细胞被免疫学界列为三大类ILC细胞之一的ILC1。然而,LrNK或ILC1细胞如何应答特异性抗原及如何获得免疫记忆功能仍是未解之谜。

为了深入研究Treg细胞的抑制功能,中国科学院微生物研究所周旭宇研究员课题组利用BAC转基因技术,构建了IL-35的报告基因小鼠,在该小鼠中可以用细胞表面Thy1.1的表达来指示细胞内IL-35的分泌情况,并可以通过注射Thy1.1抗体在体内研究IL-35分泌细胞的功能。通过报告基因的标记,课题组发现在小鼠体内存在的IL-35分泌细胞主要来源于胸腺来源的tTreg细胞。进一步通过表面分子和转录谱分析发现,分泌IL-35的IL-35-Treg和分泌IL-10的IL-10-Treg是两群完全独立的效应性Treg亚群,它们具有不同的表面标记、组织分布和转录因子的依赖性。IL-35-Treg细胞表达CCR7分子,倾向于留在T细胞区域,在抑制肿瘤免疫中发挥重要功能;IL-35-Treg并不依赖转录因子Blimp1的表达。IL-10-Treg细胞则分泌高水平IL-10和多种颗粒酶,高表达多种趋化因子受体,倾向于迁移到外周免疫部位发生抑制功能;与IL-35-Treg不同,IL-10-Treg细胞严格依赖于转录因子Blimp1的表达。该研究证明,IL-35-Treg和IL-10-Treg具有功能的互补性,共同合作维持机体的免疫耐受。

范祖森课题组利用IL-10报告小鼠,在肠道组织发现了一群能够分泌IL-10的ILC细胞新亚群,该群ILC细胞随着肠道炎症的进展而大量扩增,继而抑制过度的肠道炎症,研究人员将其命名为ILCreg细胞。他们发现,ILCreg细胞具有不同于ILC1、ILC2和ILC3的特征性分子。在炎性刺激时,ILCreg细胞能够分泌大量的IL-10和TGF-。ILCreg细胞通过分泌IL-10抑制ILC1和ILC3细胞的过度活化,从而缓解肠道炎症,发挥负性调节作用。通过构建ILCreg特异性缺失的小鼠模型,研究人员发现ILCreg的缺失会加重肠道炎症,并且导致ILC1/3细胞的过度活化。研究还发现,ILCreg自分泌的TGF-能够维持ILCreg在炎症过程中的增殖和存活,从而维持ILCreg细胞在炎症过程中的调节功能。

利用接触性超敏反应模型,课题组发现半抗原致敏能够将IL-7Rα+ILC1s招募至皮肤引流淋巴结,该过程依赖趋化因子受体CXCR3。进入引流淋巴结后,ILC1s迅速应答半抗原,分泌大量IFN-γ和TNF,表现出活化的状态。致敏后48小时,淋巴结ILC1s数量达到峰值;72小时,淋巴结ILC1s获得对特定半抗原的免疫记忆潜能。随后,记忆性ILC1s依赖S1PR1迁出引流淋巴结;通过其表面的CXCR6与肝窦中丰富的CXCL16相互作用,记忆性ILC1s得以驻留在肝脏中。此外,肝窦中的IL-7对于记忆性ILC1s的长期存活具有重要作用。当机体再次遭遇特定抗原时,肝脏驻留的记忆性IL-7Rα+ILC1s能够迁移到效应部位,介导皮肤局部的炎症反应。综上,该研究鉴定了一群具有免疫记忆功能的ILC1s亚群,记忆性ILC1s在淋巴结中形成,而在肝脏中长期驻留。这项工作为“ILC
Memory”这一新兴领域的研究提供了新视角。

在研究工作中,周旭宇课题组利用报告基因小鼠作为研究工具,从表型和功能两方面揭示了不同效应性Treg细胞亚群(IL-35-Treg和IL-10-Treg)。该研究将丰富对Treg免疫抑制机制的认识,或为多种自身免疫疾病、感染性疾病及癌症等提供新的治疗策略。