三型固有淋巴细胞对动物肠黏膜免疫的调节作用研究进展

郭美薇，张海波，廖晓鹏，关玮琨，黎力之*，郭冬生*

（1.宜春学院生命科学与资源环境学院，江西省高等学校硒农业工程技术研究中心，宜春市功能农业与生态环境重点实验室，江西宜春 336000；2.宜春学院继续教育学院，江西宜春 336000）

肠黏膜免疫系统主要由肠道菌群、肠道消化液、肠黏膜上皮层、淋巴细胞等构成，是机体重要免疫屏障，其在维持肠道微生物稳态、抑制炎症因子、参与机体免疫调节等方面发挥重要作用[1-2]。在小肠黏膜固有层及上皮层中，分布着多种淋巴细胞，如T 细胞、B 细胞和固有淋巴样细胞（Innate Lymphoid Cell，ILCs）等[2]。这些淋巴细胞共同维持小肠内环境稳态，调节机体免疫反应。其中，ILCs 作为动物重要的固有免疫细胞，具有调节免疫、修复组织损伤及抵御外来病原体入侵等功能[3]。相较于T 细胞和B 细胞，ILCs 缺少特异性抗原受体，能迅速对入侵肠道的病原微生物进行免疫反应，在维持动物肠道稳态中处于重要地位[4]。三型固有淋巴细 胞（Group 3 Innate Lymphoid Cell，ILC3）是ILCs的亚型，对肠黏膜免疫具有双向调节作用，其分泌的白介素（IL）-22、IL-17 在维护机体肠道免疫系统中具有重要功能，而非正常激活ILC3 致使IL-22 过量分泌会加重动物肠道炎症[4-5]。由此，ILC3 成为动物自身免疫的研究热点，但目前较缺乏关于ILC3 调节肠黏膜免疫的系统综述。因此，本文重点阐述ILC3 在动物肠黏膜免疫中的作用机理，为ILC3 在动物肠道疾病治疗中提供新思路。

1 ILC3 来源

ILCs 功能类似于T 细胞，具有监视肿瘤细胞、清除细菌病毒的作用，因此有学者认为ILCs 即自然杀伤细胞（Natural Killer Cell，NK）[5]。近年来通过深入研究，学者们发现ILCs 的发育途径及作用机制与T 细胞有所区别，故将ILCs 定义为辅助性天然淋巴细胞[6]。根据ILCs 亚群分泌细胞因子及生物学功能不同等作用，将其分为6 类亚群，即NK、ILC1、ILC2、ILC3、组织淋巴诱导（Lymphoid Tissue Inducer，LTi）细胞和调节性固有淋巴细胞（Regulatory Innate Lymphoid Cells，ILCregs）[7]。

ILCs 分化为成熟亚群需要经过多个步骤。普通淋巴细胞祖细胞在白介素3 调节核因子和DNA 转换抑制因子-2 的介导下分化形成共同先天淋巴祖细胞（Common Innate Llymphoid Progenitors，CILP）[7]。CILP继续向下游分化形成NK 祖细胞（NK Cell Progenitor，NKP）和淋巴样前体细胞（Common Helper ILC Progenitor，CHILP）[8]。NKP 在转录调控因子Tbet（T-box-family Transcription Factor）、脱中胚蛋白作用下分化形成NK 细胞[9]。LTi 细胞由CHILP 直接分化形成，而ILC1、ILC2、ILC3 是CHILP 表达早幼粒白血病锌指转录因子后，分化形成的ILC 前体细胞（Helper ILC Progenitor，ILCP）[8-9]。ILCP 在T-bet、维甲酸相关孤儿受体（Retinoic acid-related Orphan Receptor，ROR）a、RORγT 等转录因子的作用下最终分化形成ILC1、ILC2和ILC3 3 个亚型[7]。

2 ILC3 对动物肠黏膜免疫的调控作用

ILC3 主要定植于小肠黏膜固有层，在转录因子RORγt 的作用下，ILC3 在细胞表面表达NKp46，产生IL-17、IL-22、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（Granulocyte-macrophage Colony Stimulating Factor，GM-CSF）及γ干扰素（Interferon-γ，IFN-γ）等细胞因子[10]。这些细胞因子作用于肠上皮细胞（Intestinal Epitheliel Cells，IEC），增强IEC 固有免疫，修复上皮损伤组织及加强肠道对病原体的免疫应答[11]。另外，在抗原提呈细胞和组织细胞分泌的IL-1β和IL-23 刺激下，ILC3 可活化细胞因子IL-22、IL-17、GM-CSF 及IFN-γ[11-12]。其 中，IL-22 和IL-17 作 为ILC3 的特征性细胞因子，在黏膜相关淋巴组织发育和维持肠道菌群稳态中起着关键作用[12]。IL-17 可通过调节紧密连接蛋白维持和保护肠黏膜IEC，维持肠内稳态[13]。IL-17 还能刺激IEC 和内皮细胞分泌趋化因子，诱导中性粒细胞分化影响机体对炎症的免疫反应[14]。IL-22 参与黏膜免疫，对侵入肠道的病毒和真菌具有屏障作用，同时抑制肠道菌群中有害菌定植[15]。在用柠檬酸杆菌感染小鼠并诱发小鼠肠炎模型中，IL-22 能阻止柠檬酸杆菌感染并促进损伤黏膜的修复，维持肠道环境稳态的作用[15]。然而，也有研究表明过量IL-22 促使动物发生结直肠癌，说明IL-22 还具有促炎作用[16]。肠道菌群诱导巨噬细胞产生IL-1β，促进ILC3 产生GM-CSF，刺激巨噬细胞和树突状细胞分泌IL-10 和维甲酸，同时调节单核巨噬细胞功能以促进肠黏膜中调节性T 细胞平衡[7]。然而，炎症性肠病（Inflammatory Bowel Disease，IBD）患者体内GM-CSF 在结肠的富集程度高于健康对照组，尤其是在肠道病变区域，GM-CSF 的表达显著增加，表明GMCSF 具有促炎作用，参与IBD 的发展[16]。

此外，ILC3 还通过肠道菌群间接对肠道免疫产生作用。IEC 中杯状细胞分泌黏液形成黏液层，黏蛋白为高度糖基化蛋白，其侧链上的重要糖基为L-岩藻糖[17]。L-岩藻糖残基在岩藻糖基转移酶（Fucosy ltransferase，Fut）催化下，通过α1-2 连接到糖基末端β-D-半乳糖残基，生成岩藻糖，其是多种肠道共生菌的碳源及营养来源[18]。肠道菌群产生的信号刺激ILC3分泌IL-22，上调Fut 中分泌型基因Fut2表达，对岩藻糖基化进行调节，实现肠道防御与协调能力[19]。部分IL-22 还可诱导IEC 岩藻糖基化与淋巴毒素LTα协同作用，增强肠道屏障功能[17]。另外，IL-22、IL-17及GM-CSF 促 进IEC 产生抑菌凝集素REGIIIβ和REGIIIγ，清除黏附于小肠上皮的病原菌，有利于动物在免疫早期抵御病原体，提高机体防御能力[20]。在敲除IL-22基因的小鼠模型中，REGIIIβ及REGIIIγ在生成上受到抑制，导致肠道共生菌移位及肠道免疫系统紊乱[20]。综上所述，ILC3 参与肠道中岩藻糖的生成，对肠道微生物产生营养调控作用，其分泌的IL-22 促进IEC 抗菌肽的生成，清除定植在肠道的病原体，改善肠道微生物环境。

ILC3 对肠黏膜的负面调控主要体现在其对肠道炎症的促进作用。用幽门螺旋杆菌构建的IBD 小鼠模型中，发现其结肠中ILC3 有增殖现象，结肠病变部位的IL-17、IFN-γ等细胞因子数量较其他肠段显著增多，表明ILC3 参与IBD 发生和发展[14]。在IBD 小鼠模型肠道隐窝中发现，GM-CSF 作用于IL-23R，通过在病变区域积累GM-CSF，维持ILC3 介导的肠道炎症[16]。ILC3的细胞因子通过协同作用加重肠道炎症，特异性中和IL-22 后，不影响炎症程度，同时中和IL-22 和IL-17 后，炎症程度减轻，表明IL-22 和IL-17 在肠道炎症中或具有协同作用，致使炎症加剧[12]。所以，ILC3 的过度活化可破坏肠道屏障，引发肠道病理损伤。

3 ILC3 对动物肠黏膜免疫的调控机理

3.1 ILC3 对动物肠黏膜免疫的正向促进作用 ILC3 表达的游离脂肪酸受体2（Free Fatty Acid Receptor 2，Ffar2），是一种G 蛋白偶联受体，对细菌代谢物短链脂肪酸（Short Chain Fatty Acid，SCFA）敏感，可上调RORγt 表达，增加结肠淋巴组织中的ILC3 数量，是ILC3 调节机体免疫功能的关键调节因子[21]。Ffar2 作用于IL-22 促进肠道IEC 修复，并调节小肠黏膜抗菌肽分泌，阻止病原菌入侵及抑制炎症发生[21]。当Ffar2与配体结合后，激活蛋白激酶B（Protein Kinase B，AKT）信号，通过AKT 传导至信号转导与转录激活因子3 信号通路上调ILC3 表达，增加IL-22 的分泌，进而提高IEC 免疫水平[22]。当ILC3 细胞膜上缺乏Ffar2时，降低ILC3 增殖及IL-22 分泌量，致使IEC 岩藻糖基化等功能受损，抗菌肽分泌不足，增加病菌感染及发生肠道炎症的风险[23]。在动物生产中，利用Ffar2 调节ILC3 增殖量，促进肠道免疫功能从而提高动物生产效率还有待进一步研究。

ILC3 通过芳香烃受体（Aryl Hydrocarbon Receptor，Ahr）信号保护肠道屏障及维持肠道菌群动态平衡[24]。Ahr 对ILC3 发挥肠黏膜免疫功能起重要作用，其存在于IEC、巨噬细胞、B 细胞、T 细胞和树突状细胞中，是一种依赖配体的转录因子[24]。Ahr 与RORγt 协同介导ILC3 生成，进而增加IL-22 浓度，维持肠道屏障稳态[25]。缺失Ahr 的小鼠肠道内ILC3 发育受损，IL-22的表达量显著低于正常小鼠，引起分节丝状杆菌扩张，导致结肠炎发生[26]。此外，ILC3 与巨噬细胞通过调节GM-CSF，促进单核吞噬细胞功能与上皮祖细胞增殖，维持肠内稳态[27]。肠道环境稳定时，ILC3 分泌正常水平的IL-22，在肠道黏膜表层发挥清除病原体及阻止肠道菌群的异位作用，从而抑制炎症T 细胞反应，维持肠黏膜系统稳态[28]。虽然ILC3 需要通过Ahr 与IL-22 位点结合才能正常表达IL-22，但该调控的转录机制尚不清楚，有待进一步探究，Ahr 与RORγt 协同作用的机制也在探索中。

3.2 ILC3 对动物肠黏膜免疫的负调节作用 ILC3 对肠黏膜免疫的负调节作用主要体现在控制IL-22 分泌，IL-22 非正常分泌可对机体造成影响[29]。非正常激活ILC3，导致IL-22 过量分泌，诱发IEC 产生中性粒细胞趋化因子，致使中性粒细胞积聚[30]。中性粒细胞在肠道内迁移可破坏细胞连接蛋白，使IEC 间产生微小间隙，损坏肠道屏障，导致肠道菌群紊乱及肠黏膜免疫功能失调，加重肠道炎症[6-7]。此外，ILC3 与辅助性T 细胞17（T helper cell 17，Th17）均可分泌IL-17 和IL-22。在肠道菌群紊乱等自身免疫反应强烈时，在ILC3 分泌IL-22 的基础上，Th17 大量分泌IL-22，使IL-22 生成量超过动物体内正常水平，会促进结肠上皮增殖，刺激黏膜异常增生，从而诱导结肠炎发生[31-32]。然而，IL-22 结合蛋白作为IL-22 重要调节因子，其缺乏会导致肿瘤发生几率升高，表明IL-22 调节因子缺失，致使IL-22 分泌失常，是导致肠黏膜发生病理变化的原因之一[33]。综上所述，ILC3 与Th17 均可分泌IL-17 和IL-22，二者功能上的相似是否会导致适应性免疫过度激活，而造成动物机体损害，这需要进一步探究ILC3 与Th17的关系。

研究发现，肠道菌群可协调ILC3 与ILC1 之间相互转换的比例，当两者转换不平衡时引发克罗恩病（Crohn’s Disease，CD）[34]。在正常情况下，ILC1和ILC3 协同作用，二者均分泌IFN-γ作用于肠黏膜[35]。然而发生肠道炎症时，ILC3 下调RORγt，促进T-bet表达，IFN-γ分泌量增加，过量IFN-γ使肠道炎症发生或加重[36]。对于这一情况，ILC 调节细胞迅速增殖并分泌IL-10，抑制ILC1 和ILC3 的过度活化以缓解肠道炎症[37]。研究表明，当ILCreg 特异性缺失的小鼠模型发生ILC1 和ILC3 过度活化时，其肠道炎症加重[38]。小鼠中ILC3 分泌IL-17 过多，则易发生肠道炎症[39-40]。而ILC3 向ILC1 转换是否有其他诱因还需探索。

4 总结与展望

近年来ILC 作为细胞领域的研究热点，其生物学功能不断被发掘。其中，ILC3 的正向促进作用对动物维持肠道菌群平衡和调节肠黏膜免疫具有重要意义，但其对机体的致炎性导致肠道炎症加重甚至引发癌症，关于如何在动物机体内平衡ILC3 分泌的细胞因子使其发挥保护作用，值得进一步探究。关于ILC3 还有许多问题有待解决：①ILC3 对机体致炎性的作用机制需更加深入研究，明确ILC3 对其他疾病的控制手段；②目前研究主要集中在小鼠模型，而对其他动物研究尚少，在今后的研究中可探究ILC3 对动物生产的作用；③ILC3与Th17 细胞在细胞功能上的相似是否为动物机体在免疫细胞功能的冗余；④ILC3 在肠黏膜免疫中的促炎性作用能否通过药物或其他手段得到有效的控制；⑤探索ILC3 与各种疾病的相关性，将为疾病控制与治疗提供新思路。因此，利用更为综合的分析手段深入研究ILC3 在肠黏膜免疫中的作用机制，可为调节肠道菌群及治疗肠道炎症提供新策略。