ILC相关信号通路与疾病的研究进展.docx

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ILC相关信号通路与疾病的研究进展

ILC相关信号通路与疾病的研究进展

摘要：

ILC细胞即固有淋巴样细胞（innatelymphoidcells），是近年来新发现的一群参与固有免疫的淋巴细胞，根据其表达的转录因子、接受和分泌的细胞因子的不同可以将其分为不同类群．ILC细胞来源于骨髓中的共同淋巴祖细胞（CLP），并可经由淋巴样祖细胞（αLP）、早期淋巴样前体细胞（EILP）、共同辅助淋巴样前体细胞（CHILP）、ILC前体细胞（ILCP）等发育分化为成熟的ILC细胞类群。

ILC细胞能够通过与周围环境中的神经细胞、上皮细胞、基质细胞、适应性免疫细胞、髓系细胞、共生菌群等相互作用，协调环境中的信号并广泛参与抗病原体感染、炎症疾病发生、器官形成及组织修复、癌症发生、代谢及生物节律等生物学过程．ILC细胞可能作为新的治疗靶点和治疗手段，对相关疾病进行干预治疗．本文拟就ILC细胞的分类、相关信号通路等方面的研究进展进行综述

关键词：

ILC细胞，信号通路，疾病，研究进展

1、前言

ILC细胞即固有淋巴样细胞（innatelymphoidcell），是近年来新发现及定义的一类参与固有免疫的淋巴细胞，其中早年发现的自然杀伤细胞（naturalkillercell，NK）和淋巴组织诱导细胞（lymphoid-tissue-inducercell，LTi）也被纳入这一新的细胞类群当中．NK细胞发现于1975年，其具有细胞杀伤的功能，在肿瘤免疫监视、杀伤病毒感染细胞等多方面有着重要作用[1-3]。

LTi细胞发现于1992年，其对淋巴器官的发育非常关键[4]．在2008年和2009年有12个课题组先后发现了一大类不同于T、B淋巴细胞的天然免疫淋巴细胞，即称为固有淋巴样细胞（ILC）[5]，由此开启了ILC细胞研究的全新领域，并逐步对ILC细胞的分类、发育分化、免疫调节作用、生物学功能等方面有了更全面的认识。

本文拟就ILC细胞的分类、相关信号通路及其相关疾病等方面的研究进展进行综述

2、ILC的分类

ILC细胞在固有免疫中发挥着非常重要的作用，其具有淋巴细胞的形态，但不依赖于RAG（recombinationactivatinggene）的抗原受体重排过程，也不表达其他免疫细胞谱系的标志，并表达白介素2受体α（CD25）和白介素7受体α（CD127）[6]。

ILC细胞在表达的转录因子、接受的细胞因子刺激、分泌的细胞因子、参与的生物学过程方面与T细胞具有很多相似之处．因此，目前对于ILC的分类主要参考T细胞的分类方法将其分为ILC1、2、3和ILCreg细胞，其中ILC1中的NK细胞类似于杀伤性T细胞，而其他类型的ILC类似于辅助性T细胞，而对于新发现的ILCreg细胞，有研究认为它类似于Treg细胞，但仍未证实。

根据固有淋巴样细胞分泌的特征性细胞因子，分别介导不同的免疫反应，参与不同的生理和病理过程。

2.1ILC1与NK细胞

NK细胞是第一类ILC的原型细胞，在人体中NK细胞可以通过CD3-CD56+（或者NKp46+）表面标志进行分离，小鼠中的NK细胞可以用CD3-NK1.1+（CD49b+或者NKp46+）来鉴定[7]。

NK细胞表达特异的转录因子EOMES，同时表达ILC1和一部分ILC3表达的转录因子T-bet[8]．成熟的NK细胞不表达CD127，但在NK细胞前体中有表达，这说明N细胞在成熟过程中丢失CD127的表达。

对ILC1细胞最早的报道来源于对胸腺中NK细胞的研究，人们发现胸腺中的一群NK细胞表达CD127和GATA-3，并能够产生IFN-α[9]。

ILC1和NK细胞具有很多相似之处，例如，ILC1和NK细胞均表达转录因子T-bet、能够在IL-12和IL-18的刺激下分泌TNF和IFN-α、能够参与抗胞内细菌感染的过程．随着研究的深入，许多之前仅表达在NK细胞上的标志在ILC1中也发现有表达，因此目前还没有非常准确的区分这2个类群细胞的方法[9]，今后还需要结合更全面的研究手段对这两类细胞进行鉴定

2.2ILC2

ILC2最早发现于2001、2002年，研究者发现，用IL-25刺激Rag2-/-小鼠，小鼠体内仍能产生IL-5和IL-13[10]，并且随后的研究证明这群细胞对于抵抗巴西钩虫（Nippostrongylusbrasiliensis）的感染非常重要[11]，这表明体内存在能够参与Th2型免疫反应的固有免疫细胞。

ILC2与Th2细胞具有很多相似之处，它们都能够在IL-33、IL-25、TSLP的刺激下分泌IL-4、IL-5、IL-9、IL-13等Th2型细胞因子，主要参与抗寄生虫感染，也与过敏反应的发生密切相关[12]

2.3LTi及ILC3细胞

LTi细胞是ILC3的原型细胞，最初发现于胚胎和新生小鼠的淋巴结中，能够通CD3-CD4+来区分[4,13]。

LTi细胞表达LTβ、IL-2Rγ、RORγt，其对胚胎时期淋巴器官的发生以及出生后淋巴组织的正常形成非常重要。

此外，LTi细胞还能够产生IL-17A和IL-22，在肠道免疫中也发挥着作用。

ILC3最早发现于2008、2009年，有三个课题组先后在肠道中发现了一群表达NKp46，但是不同于NK细胞的新的细胞类型[14-16]．这一类群的细胞依赖于RORγt，但是不表达颗粒酶和穿孔素，不产生IFN-γ和TNF，但是能够产生IL-22，目前这群细胞统称为NCR+ILC3．此外在对结肠炎的研究中，有研究者发现了一群不表达NKp46的细胞，这群细胞不仅能够产生IL-22，还能够产生IFN-γ和IL-17A，其与结肠炎的发生相关，这群细胞被称为NCR-ILC3[16]

2.4ILCreg

在正常的生理情况下生物体处于稳态，体内的各个细胞之间通过相互制衡维持平衡以保证生命活动的正常进行．在T细胞中存在着调节性T细胞（Treg），其能够发挥免疫抑制的作用，以平衡其他T细胞的效应。

2017年，范祖森课题组[17]在小鼠和人的肠道中发现了一群Lin-CD45+CD127+IL-10+的ILC细胞，并将其命名为调节性的ILC（regulatoryinnatelymphoidcell，ILCreg）。

ILCreg细胞高表达CD127、CD25、CD132、Sca-1等ILC特征性的基

因以及ID2、ID3、SOX4等转录因子，但是不表达T-bet、GATA-3、RORγt、FoxP3等其他类型ILC及Treg特异性的转录因子。

ILCreg细胞能够通过分泌IL-10抑制ILC1和ILC3的活化，进而抑制这两类细胞的促炎作用，在肠道炎症的转归中发挥重要作用．在炎症过程中，ILCreg细胞能够分泌TGF-β，并表达TGF-βRⅠ（typeⅠTGF-βreceptor）和TGF-βRⅡ（typeⅡTGF-βreceptor）受体，因此，ILCreg细胞能够通过自分泌TGF-β维持其自身的增殖，促使其更好地发挥肠道保护的作用。

随着RNA-seq、ChIP-seq、ATAC-seq、dropletbasedscRNA-seq等新技术的开发和应用，研究者对ILC的认识也更加的完整和全面，通过对这些大规模数据的分析获得了更多ILC的分类、特征、发育过程等信息，未来还需要对这些细胞类群更加细致地分类研究，发现更多的新细胞类群，阐明其生物学功能和免疫调节作用．

3、ILC相关信号通路

3.1ILC细胞与JAK/STAT信号通路

JAK-STAT途径是新近发现的一条多种细胞因子共用的信号传导途径，是细胞内主要的信号转导通路之一，是多种细胞因子、激素和生长因子的重要下游中介。

其作用模式已基本搞清，但对其作用环节中的调控及与其它细胞因子信号传导途径的联系仍有待深入研究。

[18]

该途径的基本作用模式为：

配体诱发相应受体形成二聚体或寡聚体，引起与受体结合的JAK相互作用，发生自身酪氨酸磷酸化而激活；同时催化受体发生酪氨酸磷酸化，继而以这些磷酸化的酪氨酸为"锚点",招引多种含特定SH2区的信号分子，并将其活化，通过这些分子的作用使胞外信号传入胞核内。

但随着研究的深入，发现该途径并非这样简单，其调控机制精细多样，与别的信号传导途径有错综复杂的联系。

随着研究的深入，JAK/STAT途径的作用最近已扩展到ILC生物学的几个方面。

ILCs提供早期保护的能力依赖于它们稳定的表观遗传状态，这决定了它们对细胞因子的快速反应和激活信号依赖性转录因子的特定模式的倾向。

这就使得各种信号通路对ILC的影响尤为重要。

[19]

超过50种细胞因子、生长因子和激素作用于JAK/STAT通路的上游，介导着广泛的功能，激活JAK/STAT通路的细胞因子控制ILC生物学的几个方面，包括发育、早期效应函数、可塑性和次级反应。

在特定的炎症环境中，STAT6和IL-4在调节ILC2增殖中的重要作用会变得更加明显。

研究表明STAT6缺乏可能导致IL-13和ILC2的减少。

免疫学和转录组学分析已经揭示了与JAK抑制相关的自然杀伤（NK）细胞稳态的主要改变，而关于其他先天淋巴样细胞（ILCs）的信息仍然缺乏。

在炎症与免疫反应中，我们观察到，在小鼠中，与存在于肝脏、脾脏和骨髓中的NK细胞相比，JAK抑制剂对肝脏ILC1的稳态池的影响更小。

JAK抑制对两个亚群的转录组都有重叠作用，主要影响调节细胞周期和凋亡的基因。

然而，JAK抑制的差异影响与ILC1表达的高水平抗凋亡基因Bcl2有关。

JAK/STAT信号在免疫应答的背景下对ILC的发育和效应功能有着很大的影响，我们应该重视强调涉及基因表达调控的分子机制以及在炎症病理中靶向JAK/STAT通路的潜力[18,20,21]。

一些stat5偶联受体已经被证明可以调节ILC2s，包括IL-7、IL-2、TSLP和IL-9。

值得注意的是，据报道激活的ILC2s分泌IL-9，并且该细胞因子的自分泌作用已经被报道[22]。

ILC2s还表达stat6偶联的IL-4/13受体，这是其在2型炎症中增殖和发挥作用所必需的[23,24]

2.2ILC细胞与LIGHT-HVEM信号通路

固有淋巴样细胞是黏膜屏障早期感染的重要调节因子，ILCs根据表达谱分为三组，由细胞因子和神经肽激活。

然而，ILCs是否能通过整合其他信号来提供保护仍是未知的。

Seo等人发现，小肠中产生ifn-g的ILC3对于宿主抵抗小肠结肠炎耶尔森氏菌感染是必需的。

HVEM信号在ILC3中由LIGHT介导，在感染后调节IFN-g的产生以起到保护作用[25]。

研究发现，在ILC3中，通过疱疹病毒进入介质（HVEM），作为肿瘤坏死因子（TNF）受体超家族成员的信号传递对于宿主防御口腔感染具有重要意义。

HVEM刺激ILCs中干扰素-g（IFN-g）的保护性分泌，缺乏IL-3的小鼠表现出IFN-g的产生减少，增加了细菌负担和死亡率。

此外，IFN-g的产生是至关重要的，野生型的过继转移而不是IFN-g缺乏的ILC3可以恢复对缺乏ILCs的小鼠的保护。

研究确定了TNF超家族成员LIGHT，可作为诱导ILCs中HVEM信号的配体。

因此，由LIGHT介导的HVEM信号在调节感染后ILC3产生的IFN-g的过程中起到至关重要的作用。

2.3ILC与DR3信号通路

DR3在淋巴细胞中表现出广泛的表达谱，并在双重方向上调节炎症。

用一种激动剂抗体激活DR3信号已被证明能够有效地通过促进Tregs减轻小鼠GVHD和肺过敏。

通过促进CD8T细胞的反应，DR3信号的激活也被认为可以应用于免疫癌症治疗

TNF样配体1A（TL1A）和死亡受体3（DR3）是参与炎症性肠病发病机制的配体-受体组合，而第3组先天淋巴样细胞（ILC3s）可调节肠道免疫，高表达DR3。

然而，TL1A/DR3信号通过各种机制被认为在IBD中起着致病作用，这通过激活DR3信号带来了肠道炎症恶化的高风险。

研究发现通过p38MAPK途径，激动剂抗DR3抗体激活DR3信号增加了来自ILC3s的GM-CSF产生。

GM-CSF可导致嗜酸性粒细胞、中性粒细胞和CD11b+CD11c+髓细胞的积聚，导致肠ILC3s以IL-23依赖的方式丢失并加重结肠炎。

阻断GM-CSF或IL-23可逆转抗dr3抗体驱动的ILC3损失，而IL-23过表达可在没有GM-CSF的情况下诱导ILC3s的损失。

可溶性DR3中和TL1A可改善DSS和抗d40抗体诱导的结肠炎，抗dr3抗体对先天性结肠炎的有害作用需要ILC3s。

研究还发现α-DR3诱发可使肠道ILC3数量减少，α-DR3诱导的GM-CSF对ILC3的损失至关重要IL-23对α-DR3诱导的ILC3s丢失具有重要意义，通过α-DR3可上调IL-23（依赖于GM-CSF），通过p38，α-DR3刺激GM-CSF从ILC3中生产，α-DR3以ILC3-dependent方式加剧先天性结肠炎。

DR3-FC治疗可改善α-CD40诱导的结肠炎[26]。

2.4ILC与NF-kB/AP-1信号通路

固有淋巴细胞（ILCs）是广泛分布于全身的组织内免疫细胞，在过去的十年中，对ILC生物学的深入研究已经确立了这些细胞在维持组织内环境平衡、协调炎症和免疫以应对感染或组织损伤方面的作用，ILC来源于一个共同的淋巴样祖细胞，同时，这个共同的淋巴样祖细胞也产生了适应性免疫系统的T细胞，ILC细胞亚群与效应T细胞亚群相似，依赖于特定的谱系定位转录因子及其标志细胞因子的产生。

ILC1、ILC2、ILC3对应Th1、Th2、Th17，而新出现的ILCreg是否对应Treg还存在争议。

同样的NK细胞是否对应于CD8+T细胞也存在争议[27]

具体来说很多研究注意到，大多数Th和ILC效应细胞因子的最佳转录需要一个家族特异性的STAT和所有三个转录因子在TCR信号下游被激活:

NF-kB、AP-1和NFAT。

研究表明多个激动剂结合能够在ILCs和以TCR独立方式激活的T效应细胞中复制TCR信号[27]。

IL-33和IL-25是发现的第一个ILC2激活信号，这两种上皮细胞因子均诱导其受体下游的NFkB和AP-1。

然而，必须注意的是，这些受体在ILC2s上的相对表达水平在组织之间有所不同。

例如，IL-33受体在肺和脂肪组织中由ILC2s高表达，而IL-25受体主要在小肠的ILC2s上表达[28]。

其他能够诱导NF-kB和AP-1的ILC2激活信号包括TL1A（及其受体DR3）、IL-18和GITRL（及其受体GITR）[29]

2.5ILC与NFAT/AP-1信号通路

最近的研究已经确定了几种能够激活ILC2s中的NFAT和AP-1的信号。

气道中的ILC2s对半胱氨酸白三烯、从花生四烯酸中提取炎症性脂类反应高度敏感[30]。

白三烯信号通过受体CYSLTR1产生钙通量，激活钙调磷酸酶，导致NFAT从胞浆转运到细胞核，随后表达效应细胞因子[31,32]。

小肠的ILC2s对白三烯信号也有类似的反应（McGinty和vonMoltke，未发表）。

第二类花生四烯酸衍生物，前列腺素D2，激活人类ILC2s受体CRTH2，也在效应Th2细胞上表达。

PGD2作为一种趋化剂特别有效，但也与NFAT诱导有关[33,34]。

神经肽最近也被证明以NFAT依赖的方式激活小肠和肺中的ILC2s[35]

3、展望

经过近10年科学家们对ILC细胞的研究，目前我们对ILC的分类、细胞功能、发育分化过程、生物学功能等方面有了更为深入的了解，ILC细胞也能够像其他免疫细胞一样作为治疗的靶点，用于治疗人类疾病，为人类疾病的治疗提供新的靶点和策略。

但是由于研究时间较短，目前ILC细胞领域

还有许多问题亟待解决，主要集中在以下几个方面：

目前已知的ILC类群分为4大类，ILC1、ILC2、ILC3、ILCreg，但是根据已有的转录组测序结果，ILC能够分成15类[51]，因而ILC细胞中还有很多类群没有被发现，其功能也没有定义，所以ILC新类群的发现将是今后重要的研究领域。

此外，由于ILC存在很大的异质性，而且目前对ILC类群的划分并不明确.

目前我们关于ILC细胞的很多认识都来源于对小鼠模型的研究，但是对于人体中ILC的研究较少，因而未来还需要针对人体中的ILC细胞展开更多的研究，对于人体中ILC细胞的研究能够为我们提供更为直接的有关治疗的新靶点和治疗手段．

关于ILC细胞是否能够循环:

以及组织中定居的ILC细胞来源于外周循环的ILC前体还是外周组织定居的前体细胞，还是来源于ILC细胞自我更新是一直以来ILC领域没有解决的问题.

目前的研究显示ILC细胞在人体中处于冗余的状态，ILC细胞的缺失并不影响机体的正常功能，因而ILC细胞能够作为潜在的治疗靶点，而且目前也有很多以ILC细胞为靶点进行治疗研究的例子．但是由于ILC细胞自身细胞特征的限制，例如，ILC与T细胞在表达的转录因子、分泌的细胞因子、发挥的功能方面有很多相似之处，ILC细胞既能够发挥抗感染作用，同时还有促进炎症作用，以及ILC细胞之间的异质性和细胞间的相互调节，这些细胞自身的限制导致目前能够采用的治疗策略都缺乏特异性，不能排除对其他细胞的影响，因而未来需要对ILC细胞的特征进行更为细致的研究，找到ILC细胞特异性的标志，并以这些特异性的标志为靶点进行干预，达到治疗疾病的目的

总体而言，过去10年的研究让我们开启了固有免疫的一个新的领域，我们对ILC细胞有了一定的了解，期待未来ILC细胞研究领域的新发现，期待ILC细胞更快地更有效地应用于临床疾病的治疗

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