各位老師、同學(xué)，大家好！
我是來自清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院、清華大學(xué)免疫學(xué)研究所的郭曉歡研究員，跟大家分享“腸ILC3之道”。
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ILC，就是天然淋巴樣細胞，一種新的免疫細胞亞群。
什么是ILC？顧名思義，天然，是相對于獲得性免疫而言。從形態(tài)來講，它屬于淋巴樣細胞，而不是髓樣細胞，表現(xiàn)為核大、胞漿少的免疫細胞狀態(tài)。
天然淋巴樣細胞，其實被發(fā)現(xiàn)有多年了。我們都知道，獲得性淋巴細胞包括T細胞、B細胞。T細胞，包括CD4+ T細胞、CD8+ T細胞；CD4+ T細胞又包括Th1、Th2、Th17、Treg等多個亞群。
人們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，在天然免疫細胞里，同樣有與T細胞類似，表達類似轉(zhuǎn)錄因子、分泌相似細胞因子的一些細胞亞群，當(dāng)時人們把它叫做固有淋巴細胞1群（ILC1）、固有淋巴細胞2群（ILC2）、固有淋巴細胞3群（ILC3），以及經(jīng)典的自然殺傷細胞（NK細胞）。
20世紀(jì)70年代，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)NK細胞。20世紀(jì)末，人們發(fā)現(xiàn)一群CD4+CD3-----的淋巴組織誘導(dǎo)細胞（LTi細胞）。直至2008-2009年，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了表達RORγt、NK細胞受體的一系列細胞，可以表達白細胞介素（IL），如IL-22、IL-17，在腸道黏膜發(fā)揮很重要的作用。
我們可以看到，它們在腸道呈聚集形態(tài)，表達比較高水平的RORγt，當(dāng)時被稱為LTi類樣細胞。其中表達IL-17的細胞叫ILC17，表達IL-22的細胞叫ILC22，表達自然細胞毒性（NCR）受體的細胞叫NCR22或NK22等。
2010年之后，又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了ILC2、ILC1等一系列亞群。最后，將這群表達RORγt的細胞，統(tǒng)一命名之為ILC3，即3型天然淋巴樣細胞，包括3個亞群。
一個亞群是LTi和LTi樣細胞。LTi是指出生前的淋巴組織誘導(dǎo)細胞，出生之后由骨髓發(fā)育而來的一群細胞，我們稱之為LTi樣細胞。它們可以高表達趨化因子受體6（CCR6），這對于淋巴組織形成非常重要。
另兩個亞群是NCR與NCR+的ILC3，它們可以表達NKp（自然殺傷細胞表面受體）46、NKp44等NK細胞受體，也可以表達分泌IL-22等相關(guān)細胞因子，以發(fā)揮重要作用。
這些ILC3廣泛分布在腸道、呼吸道、泌尿生殖道、皮膚等屏障組織以及淋巴組織。雖然細胞數(shù)量非常少，發(fā)揮的作用卻非常重要。
首先，我們看一下它的發(fā)育，看看它從哪來。
ILC3與T細胞、B細胞、其他NK細胞或其他ILC一樣，都是從CLP，也就是共同淋巴祖細胞發(fā)育而來。
這樣的細胞經(jīng)過分化，可以表達不同的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，比如DNA結(jié)合抑制劑（Id）和E蛋白。如果高表達Id，它們就向天然淋巴系統(tǒng)分化；如果高表達E蛋白，它們就向獲得性T細胞或B細胞分化。
此外，它們會進一步分化為不同的ILC前體細胞，包括最早期分化成NK前體細胞，而后分化為ILC3的一個亞群——LTi前體細胞，變成LTi細胞后再變?yōu)镮LC前體細胞，最終分化成ILC1、ILC3。
這就是ILC3的發(fā)育過程，與其他淋巴細胞一樣，都來自于共同淋巴祖細胞。
ILC3非常重要，它在體內(nèi)發(fā)揮多種功能，或與很多細胞互作，需要一個網(wǎng)絡(luò)。
可以看到，它不僅與腸道上皮細胞、基質(zhì)細胞、天然免疫細胞、樹突狀細胞、巨噬細胞、獲得性T細胞，甚至神經(jīng)細胞，都有相互作用，很多其他食物成分或微生物也可以影響到ILC。
我簡單地介紹一下ILC3與上皮細胞的相互作用。
ILC3可以分泌很多細胞因子，比如IL-10家族重要成分之一的IL-22，主要在上皮細胞表面的IL-22受體高表達，通過激活下游的STAT3信號，影響上皮細胞的功能。它可以通過影響上皮細胞的黏液分子MHCⅡ（主要組織相容性復(fù)合體Ⅱ）表達，進而改變緊密連接蛋白表達，同樣可以通過IL-22調(diào)控抗菌肽的表達。
我們都知道，腸道上皮細胞由腸道干細胞發(fā)育而來。研究顯示，ILC3對于腸道干細胞具有調(diào)控作用。它可以通過IL-22影響腸道干細胞的增殖和分化，也可以促進腸道干細胞的分化與增殖，從而促進腸道穩(wěn)態(tài)或屏障功能。
同樣，上皮細胞也可以影響ILC3。上皮細胞可以產(chǎn)生各種促炎性因子，比如IL-1β、IL-1α、IL-17D等，影響到ILC3功能。它可以通過刺激ILC3活化反向作用。
除了上皮細胞外，ILC還可與腸道基質(zhì)細胞相互作用。最早期，我們發(fā)現(xiàn)了ILC3的一個亞群LTi細胞，通過淋巴毒素β（LT-β）與腸道基質(zhì)細胞發(fā)生相互作用。
淋巴毒素與基質(zhì)細胞表面可表達LT-β受體，促進基質(zhì)細胞上調(diào)很多的趨化因子表達。這些趨化因子可以趨化許多T細胞、B細胞、樹突狀細胞（DC），然后形成淋巴組織，刺激淋巴組織或后期的三級淋巴組織形成。
除此之外，基質(zhì)細胞也可以產(chǎn)生一系列的細胞因子促進ILC3的生長，比如IL-7或胸腺基質(zhì)淋巴生成素（TSLP）。
近期研究還發(fā)現(xiàn)：
· ILC3可與樹突狀細胞或巨噬細胞等天然免疫細胞相互作用，通過產(chǎn)生IL-1、IL-23激活I(lǐng)LC3。反過來，ILC3也可以通過產(chǎn)生淋巴毒素、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子（GM-CSF）等表面活性分子或細胞因子，影響樹突狀細胞功能。
· ILC3可通過GM-CSF促進巨噬細胞功能。比如IL-10釋放、視黃酸表達，從而促進Treg調(diào)節(jié)性T細胞的發(fā)育。
· ILC3，尤其LTi或者LTi樣細胞，可高表達經(jīng)典且重要的抗原呈遞分子MHCⅡ，主要在樹突狀細胞、巨噬細胞或B細胞等專職的抗原呈遞細胞表達，可以呈遞抗原給CD4+T細胞，從而調(diào)控CD4+T細胞的功能。
· ILC3既可表達MHCⅡ而與T細胞受體相互作用，還可表達其他共刺激、共抑制分子，進而調(diào)控T細胞的活化或抑制。
前期結(jié)果顯示，ILC3可以表達MHCⅡ、細胞程序性死亡-配體1（PD-L1），與PD-1+的CD4+的濾泡輔助性T細胞（Tfh）相互作用，抑制Tfh分化，進而影響到抗體生發(fā)中心，最終影響到抗體產(chǎn)生。
除此之外，神經(jīng)系統(tǒng)也可以影響到ILC3。除間接作用外，它可以直接通過產(chǎn)生某些營養(yǎng)因子或是神經(jīng)遞質(zhì)，調(diào)控ILC的功能。
我們知道大部分ILC3分布在腸道，因此除細胞外，腸道里面的其他組分，比如我們吃進去的食物組分，腸道固有的微生物或共生微生物，是可能的病原微生物，都可以調(diào)控ILC3的活性。
病原微生物，比如之前研究的比較多的短鏈脂肪酸，或病原微生物的一些模式分子，都可以通過直接或者間接的方式，影響ILC3的活性。
再比如食物，十字花科食物產(chǎn)生大量芳香烴受體（Ahr）的配體，或者吲哚的一些配體，都可以激活I(lǐng)LC高表達Ahr的活性，促進ILC3的增殖和功能。
還有胡蘿卜素，也就是維生素A，或代謝生成的視黃酸，也密切影響ILC3的發(fā)育和功能。
前期報道顯示，這種作用不僅發(fā)生在個體，我們的代際傳播也會受到影響。
比如懷孕的母親，如果攝入足夠量的胡蘿卜素或維生素A，代謝形成的視黃酸，就可以作用到胎兒，促進胎兒的ILC3發(fā)育。如果前期攝入不足，就會造成胎兒的ILC3發(fā)育阻滯或延緩，影響到新生鼠或者新生兒的免疫功能。
通過前面講的ILC3作用網(wǎng)絡(luò)，我們了解到它局限于腸道的一些功能。其實，ILC3在很多組織都有分布，都可發(fā)揮它的功能。
ILC3的功能離不開一些效應(yīng)分子，關(guān)鍵的效應(yīng)分子，比如淋巴毒素可與基質(zhì)細胞、樹突狀細胞表面的LT-β受體相互作用，調(diào)控淋巴組織發(fā)育或樹突狀細胞功能；細胞因子IL-22、IL-17，對腸道上皮的功能非常重要；GM-SCF，可以調(diào)控髓系細胞；高表達的MHCⅡ，對與T細胞的相互作用非常重要。
所以，ILC3通過這些效應(yīng)分子，在淋巴組織發(fā)育、腸道穩(wěn)態(tài)、感染、炎癥、腸道腫瘤以及代謝性疾病等眾多方面，都發(fā)揮重要的作用。
接下來簡單介紹幾個ILC3的重要作用。
ILC3的一個亞群叫LTi細胞，沒有它，我們機體就沒有次級淋巴器官，如淋巴結(jié)。
圖中顯示，小鼠有次級淋巴器官，如腹股溝淋巴結(jié)和腸系膜淋巴結(jié)。但如果把ILC3的重要轉(zhuǎn)錄因子RORγt敲除，也就意味著除掉ILC3之后，我們可以看到，它的腹股溝淋巴結(jié)、腸系膜淋巴結(jié)完全消失了。當(dāng)然，包括腸道里的派爾集合淋巴結(jié)（Peyer patch）或是淋巴濾泡等，也同樣消失不見。
再比如右圖，Ahr是ILC3的重要轉(zhuǎn)錄因子，尤其在出生后，它可以接受食物中的一些代謝產(chǎn)物刺激來維持ILC3的活性。我們可以看到，在正常小鼠，Ahr是完整的，此時腸道有淋巴組織。一旦我們把Ahr敲除掉，等同于清除了ILC3的存在，腸道的淋巴組織就會消失。
沒有淋巴組織，我們的免疫反應(yīng)就會被大幅削弱。一旦受到某些感染性微生物的侵襲，機體功能就很容易受到影響。
再如，ILC3對于維持腸道穩(wěn)態(tài)非常重要。
在靜息狀態(tài)下，或者說初始情況下，ILC3是我們體內(nèi)IL-22的最主要產(chǎn)生者，所以說此時IL-22的很多作用都是通過ILC3發(fā)揮的。
剛才講到，ILC3可以借由不同機制作用于腸道上皮，通過影響包括緊密連接、黏液蛋白、抗菌肽產(chǎn)生，影響腸道的屏障功能。它還可以影響腸道上皮的糖基化修飾，影響干細胞的分化，影響損傷修復(fù)。
這些作用，一方面影響腸道的屏障功能，另一方面影響腸道的微生物變化。
此外，ILC3也可以影響腸道的炎癥細胞，比如Th17、Treg。有研究顯示，ILC3可以通過這條通路或者下面介紹的通路，影響腸道菌群，再到Th17分化。如果沒有ILC3，菌群就會發(fā)生失調(diào)，就有更多的Th17產(chǎn)生。
最近研究顯示，ILC3其實可以直接影響Treg。因為它高表達MHCⅡ和IL-2，促進維持Treg分布，進而維持腸道的穩(wěn)態(tài)。
ILC3還可以通過影響T細胞或者淋巴組織結(jié)構(gòu)，作用于B細胞分泌型抗體IgA的生成，就可以調(diào)控腸道菌群，維持菌群穩(wěn)態(tài)。
可見，ILC3通過多種機制都影響腸道微生物的穩(wěn)態(tài)，進而影響體內(nèi)免疫或炎癥的穩(wěn)態(tài)。如果ILC3缺少或者功能破壞，就會影響到這些細胞的變化，影響菌群的變化，最終導(dǎo)致免疫平衡破壞，或者是炎癥、感染增加。
因此，ILC3對于腸道穩(wěn)態(tài)非常重要。
我們實驗室在這方面做了很多的工作。
其實機體應(yīng)對病原微生物的感染，可分為幾個階段。最開始的天然抵抗階段，是即刻發(fā)生的，不需要我們宿主的反應(yīng)。比如抗菌肽一直在分泌，這些病原微生物進來后立刻會遭遇到它們發(fā)揮作用。
如果此階段沒有控制住病原微生物的入侵?jǐn)?shù)量，會進入下一個階段，就是天然免疫應(yīng)答階段。此時，病原微生物可以通過模式分子、代謝物等一系列作用，激活上皮細胞的天然免疫系統(tǒng)，激活樹突狀細胞、巨噬細胞、B細胞以及天然淋巴樣細胞發(fā)揮反應(yīng)。
如果天然免疫應(yīng)答階段仍然控制不住，就會進入到后期的獲得性免疫階段。此時，需要T細胞、B細胞產(chǎn)生抗體，幫助我們抵抗病原微生物的感染。
在全部過程中，ILC3都可以發(fā)揮作用。
以檸檬酸桿菌Citrobacter感染為例，它是小鼠的一種天然致病菌，與我們?nèi)梭w的大腸桿菌E. coli，尤其腸出血性大腸埃希菌（EHEC）或腸致病性大腸桿菌（EPEC）。
進入小鼠體內(nèi)后，它可以上調(diào)毒力因子表達，貼附于腸道上皮，釋放毒力因子，然后影響腸道上皮功能。而我們的機體，可以通過多種途徑去抑制它。
最早期的時候，我們實驗室發(fā)現(xiàn)，在穩(wěn)態(tài)條件下，ILC3可以通過產(chǎn)生IL-22，去維持腸道菌群穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)的腸道菌群，對于機體抵抗病原微生物定植非常重要。
如果在穩(wěn)態(tài)條件下去除ILC3，就會造成菌群紊亂。病原微生物入侵后，就缺乏共生菌的定植抵抗，它們就可以長驅(qū)直入，接觸并進入到上皮細胞。
我們實驗室還發(fā)現(xiàn)，ILC3可以通過程序性死亡受體1（PD-1）、PD-L1、MHCⅡ抑制Tfh反應(yīng)，控制T細胞應(yīng)答、B細胞反應(yīng)，以維持腸道穩(wěn)態(tài)的過程。
所以，ILC3其實參與了機體抗感染免疫的整個階段。
除了抗感染，ILC3還可以影響腸道腫瘤的進展，甚至免疫治療的療效。
研究顯示，ILC3可表達lL-22，后者可以促進腫瘤細胞生長。研究者還通過病例對照研究發(fā)現(xiàn)，癌旁組織有大量的ILC3存在，而癌組織的ILC3數(shù)量明顯降低。從而提示，ILC3與腸道腫瘤的發(fā)生、發(fā)展可能呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。
如果在腫瘤發(fā)生或腸炎的情況下，ILC3、MHCⅡ或者功能缺陷后，會造成腸道菌群的紊亂。菌群紊亂會導(dǎo)致抗腫瘤的效應(yīng)T細胞變化，影響腸道腫瘤的進程，以及免疫治療的療效。
研究也看到，如果在ILC3功能正常的情況下，PD-1治療是明顯呈現(xiàn)正常的效果。但如果去除ILC3或削弱功能，免疫治療的效果明顯降低，甚至失效。
其實，這個過程是依賴于菌群的。如果把正常菌群移植給小鼠，PD-1的治療效果能發(fā)揮得很好。但如果移植了炎癥的菌群，治療效果明顯發(fā)生變化。
所以，ILC3在腸道感染、腫瘤、穩(wěn)態(tài)等各種情況下，都發(fā)揮很重要的作用。
ILC3還有很多未解之謎，比如ILC3的命運決定信號。目前為止，ILC3是如何發(fā)育而來，是受組織信號、食物信號還是菌群信號決定，以及如何啟動RORγt表達等，目前仍不清楚。
再比如，ILC3的組織特性調(diào)控機制是什么？已有很多研究顯示，ILC在不同組織的功能是不一樣的。那在不同組織中的作用，是不是受這些特性調(diào)控機制所影響，這些都需要很多研究。
最重要的是，在小鼠表現(xiàn)有很重要非冗余作用的ILC3，在人體是否也同樣存在一些非冗余的作用。
因為我們知道，人體有很多的天然樣淋巴細胞，如NK細胞，或者是骨髓來源的抑制細胞或γδT細胞等T細胞，都發(fā)揮很重要的天然免疫作用，都能分泌IL-22、IL-17等重要的細胞因子，它們與ILC3的功能是否屬于冗余作用？ILC3是否有其他非冗余作用？這些也需要大家的研究。
當(dāng)然我們希望，ILC3能夠走到臨床應(yīng)用。它到底是否有臨床應(yīng)用價值？如何去應(yīng)用？現(xiàn)在也是需要解決的重要問題。
以上就是我們實驗室的一些研究，我也希望有興趣的同道能跟我們一起，試圖解答或者解決這些問題，這將對人類的健康有很重要的作用。
