郭晓欢：肠道ILC3，仍待解密的免疫宝藏

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各位老师、同学，大家好！

我是来自清华大学医学院、清华大学免疫学研究所的郭晓欢研究员，跟大家分享“肠ILC3之道”。

本演讲的幻灯片 .pdf 版将在热心肠菌群微信群分享，感兴趣的读者请按以下方法申请入群：

ILC，就是天然淋巴样细胞，一种新的免疫细胞亚群。

什么是ILC？顾名思义，天然，是相对于获得性免疫而言。从形态来讲，它属于淋巴样细胞，而不是髓样细胞，表现为核大、胞浆少的免疫细胞状态。

天然淋巴样细胞，其实被发现有多年了。我们都知道，获得性淋巴细胞包括T细胞、B细胞。T细胞，包括CD4+ T细胞、CD8+ T细胞；CD4+ T细胞又包括Th1、Th2、Th17、Treg等多个亚群。

人们陆续发现，在天然免疫细胞里，同样有与T细胞类似，表达类似转录因子、分泌相似细胞因子的一些细胞亚群，当时人们把它叫做固有淋巴细胞1群（ILC1）、固有淋巴细胞2群（ILC2）、固有淋巴细胞3群（ILC3），以及经典的自然杀伤细胞（NK细胞）。

画像“ILC3”

20世纪70年代，人们已经发现NK细胞。20世纪末，人们发现一群CD4+CD3­­­­-的淋巴组织诱导细胞（LTi细胞）。直至2008-2009年，陆续发现了表达RORγt、NK细胞受体的一系列细胞，可以表达白细胞介素（IL），如IL-22、IL-17，在肠道黏膜发挥很重要的作用。

我们可以看到，它们在肠道呈聚集形态，表达比较高水平的RORγt，当时被称为LTi类样细胞。其中表达IL-17的细胞叫ILC17，表达IL-22的细胞叫ILC22，表达自然细胞毒性（NCR）受体的细胞叫NCR22或NK22等。

2010年之后，又陆续发现了ILC2、ILC1等一系列亚群。最后，将这群表达RORγt的细胞，统一命名之为ILC3，即3型天然淋巴样细胞，包括3个亚群。

一个亚群是LTi和LTi样细胞。LTi是指出生前的淋巴组织诱导细胞，出生之后由骨髓发育而来的一群细胞，我们称之为LTi样细胞。它们可以高表达趋化因子受体6（CCR6），这对于淋巴组织形成非常重要。

另两个亚群是NCR与NCR+的ILC3，它们可以表达NKp（自然杀伤细胞表面受体）46、NKp44等NK细胞受体，也可以表达分泌IL-22等相关细胞因子，以发挥重要作用。

这些ILC3广泛分布在肠道、呼吸道、泌尿生殖道、皮肤等屏障组织以及淋巴组织。虽然细胞数量非常少，发挥的作用却非常重要。

首先，我们看一下它的发育，看看它从哪来。

ILC3与T细胞、B细胞、其他NK细胞或其他ILC一样，都是从CLP，也就是共同淋巴祖细胞发育而来。

这样的细胞经过分化，可以表达不同的转录调控因子，比如DNA结合抑制剂（Id）和E蛋白。如果高表达Id，它们就向天然淋巴系统分化；如果高表达E蛋白，它们就向获得性T细胞或B细胞分化。

此外，它们会进一步分化为不同的ILC前体细胞，包括最早期分化成NK前体细胞，而后分化为ILC3的一个亚群——LTi前体细胞，变成LTi细胞后再变为ILC前体细胞，最终分化成ILC1、ILC3。

这就是ILC3的发育过程，与其他淋巴细胞一样，都来自于共同淋巴祖细胞。

肠道ILC3作用网络

ILC3非常重要，它在体内发挥多种功能，或与很多细胞互作，需要一个网络。

可以看到，它不仅与肠道上皮细胞、基质细胞、天然免疫细胞、树突状细胞、巨噬细胞、获得性T细胞，甚至神经细胞，都有相互作用，很多其他食物成分或微生物也可以影响到ILC。

ILC3与细胞互作

我简单地介绍一下ILC3与上皮细胞的相互作用。

ILC3可以分泌很多细胞因子，比如IL-10家族重要成分之一的IL-22，主要在上皮细胞表面的IL-22受体高表达，通过激活下游的STAT3信号，影响上皮细胞的功能。它可以通过影响上皮细胞的黏液分子MHCⅡ（主要组织相容性复合体Ⅱ）表达，进而改变紧密连接蛋白表达，同样可以通过IL-22调控抗菌肽的表达。

我们都知道，肠道上皮细胞由肠道干细胞发育而来。研究显示，ILC3对于肠道干细胞具有调控作用。它可以通过IL-22影响肠道干细胞的增殖和分化，也可以促进肠道干细胞的分化与增殖，从而促进肠道稳态或屏障功能。

同样，上皮细胞也可以影响ILC3。上皮细胞可以产生各种促炎性因子，比如IL-1β、IL-1α、IL-17D等，影响到ILC3功能。它可以通过刺激ILC3活化反向作用。

除了上皮细胞外，ILC还可与肠道基质细胞相互作用。最早期，我们发现了ILC3的一个亚群LTi细胞，通过淋巴毒素β（LT-β）与肠道基质细胞发生相互作用。

淋巴毒素与基质细胞表面可表达LT-β受体，促进基质细胞上调很多的趋化因子表达。这些趋化因子可以趋化许多T细胞、B细胞、树突状细胞（DC），然后形成淋巴组织，刺激淋巴组织或后期的三级淋巴组织形成。

除此之外，基质细胞也可以产生一系列的细胞因子促进ILC3的生长，比如IL-7或胸腺基质淋巴生成素（TSLP）。

近期研究还发现：

• ILC3可与树突状细胞或巨噬细胞等天然免疫细胞相互作用，通过产生IL-1、IL-23激活ILC3。反过来，ILC3也可以通过产生淋巴毒素、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）等表面活性分子或细胞因子，影响树突状细胞功能。

• ILC3可通过GM-CSF促进巨噬细胞功能。比如IL-10释放、视黄酸表达，从而促进Treg调节性T细胞的发育。

• ILC3，尤其LTi或者LTi样细胞，可高表达经典且重要的抗原呈递分子MHCⅡ，主要在树突状细胞、巨噬细胞或B细胞等专职的抗原呈递细胞表达，可以呈递抗原给CD4+T细胞，从而调控CD4+T细胞的功能。

• ILC3既可表达MHCⅡ而与T细胞受体相互作用，还可表达其他共刺激、共抑制分子，进而调控T细胞的活化或抑制。

前期结果显示，ILC3可以表达MHCⅡ、细胞程序性死亡-配体1（PD-L1），与PD-1+的CD4+的滤泡辅助性T细胞（Tfh）相互作用，抑制Tfh分化，进而影响到抗体生发中心，最终影响到抗体产生。

除此之外，神经系统也可以影响到ILC3。除间接作用外，它可以直接通过产生某些营养因子或是神经递质，调控ILC的功能。

ILC3与其他组分互作

我们知道大部分ILC3分布在肠道，因此除细胞外，肠道里面的其他组分，比如我们吃进去的食物组分，肠道固有的微生物或共生微生物，是可能的病原微生物，都可以调控ILC3的活性。

病原微生物，比如之前研究的比较多的短链脂肪酸，或病原微生物的一些模式分子，都可以通过直接或者间接的方式，影响ILC3的活性。

再比如食物，十字花科食物产生大量芳香烃受体（Ahr）的配体，或者吲哚的一些配体，都可以激活ILC高表达Ahr的活性，促进ILC3的增殖和功能。

还有胡萝卜素，也就是维生素A，或代谢生成的视黄酸，也密切影响ILC3的发育和功能。

前期报道显示，这种作用不仅发生在个体，我们的代际传播也会受到影响。

比如怀孕的母亲，如果摄入足够量的胡萝卜素或维生素A，代谢形成的视黄酸，就可以作用到胎儿，促进胎儿的ILC3发育。如果前期摄入不足，就会造成胎儿的ILC3发育阻滞或延缓，影响到新生鼠或者新生儿的免疫功能。

肠道ILC3的功能

通过前面讲的ILC3作用网络，我们了解到它局限于肠道的一些功能。其实，ILC3在很多组织都有分布，都可发挥它的功能。

ILC3的功能离不开一些效应分子，关键的效应分子，比如淋巴毒素可与基质细胞、树突状细胞表面的LT-β受体相互作用，调控淋巴组织发育或树突状细胞功能；细胞因子IL-22、IL-17，对肠道上皮的功能非常重要；GM-SCF，可以调控髓系细胞；高表达的MHCⅡ，对与T细胞的相互作用非常重要。

所以，ILC3通过这些效应分子，在淋巴组织发育、肠道稳态、感染、炎症、肠道肿瘤以及代谢性疾病等众多方面，都发挥重要的作用。

接下来简单介绍几个ILC3的重要作用。

介导淋巴组织发育

ILC3的一个亚群叫LTi细胞，没有它，我们机体就没有次级淋巴器官，如淋巴结。

图中显示，小鼠有次级淋巴器官，如腹股沟淋巴结和肠系膜淋巴结。但如果把ILC3的重要转录因子RORγt敲除，也就意味着除掉ILC3之后，我们可以看到，它的腹股沟淋巴结、肠系膜淋巴结完全消失了。当然，包括肠道里的派尔集合淋巴结（Peyer patch）或是淋巴滤泡等，也同样消失不见。

再比如右图，Ahr是ILC3的重要转录因子，尤其在出生后，它可以接受食物中的一些代谢产物刺激来维持ILC3的活性。我们可以看到，在正常小鼠，Ahr是完整的，此时肠道有淋巴组织。一旦我们把Ahr敲除掉，等同于清除了ILC3的存在，肠道的淋巴组织就会消失。

没有淋巴组织，我们的免疫反应就会被大幅削弱。一旦受到某些感染性微生物的侵袭，机体功能就很容易受到影响。

维持肠道稳态

再如，ILC3对于维持肠道稳态非常重要。

在静息状态下，或者说初始情况下，ILC3是我们体内IL-22的最主要产生者，所以说此时IL-22的很多作用都是通过ILC3发挥的。

刚才讲到，ILC3可以借由不同机制作用于肠道上皮，通过影响包括紧密连接、黏液蛋白、抗菌肽产生，影响肠道的屏障功能。它还可以影响肠道上皮的糖基化修饰，影响干细胞的分化，影响损伤修复。

这些作用，一方面影响肠道的屏障功能，另一方面影响肠道的微生物变化。

此外，ILC3也可以影响肠道的炎症细胞，比如Th17、Treg。有研究显示，ILC3可以通过这条通路或者下面介绍的通路，影响肠道菌群，再到Th17分化。如果没有ILC3，菌群就会发生失调，就有更多的Th17产生。

最近研究显示，ILC3其实可以直接影响Treg。因为它高表达MHCⅡ和IL-2，促进维持Treg分布，进而维持肠道的稳态。

ILC3还可以通过影响T细胞或者淋巴组织结构，作用于B细胞分泌型抗体IgA的生成，就可以调控肠道菌群，维持菌群稳态。

可见，ILC3通过多种机制都影响肠道微生物的稳态，进而影响体内免疫或炎症的稳态。如果ILC3缺少或者功能破坏，就会影响到这些细胞的变化，影响菌群的变化，最终导致免疫平衡破坏，或者是炎症、感染增加。

因此，ILC3对于肠道稳态非常重要。

参与抗感染免疫

我们实验室在这方面做了很多的工作。

其实机体应对病原微生物的感染，可分为几个阶段。最开始的天然抵抗阶段，是即刻发生的，不需要我们宿主的反应。比如抗菌肽一直在分泌，这些病原微生物进来后立刻会遭遇到它们发挥作用。

如果此阶段没有控制住病原微生物的入侵数量，会进入下一个阶段，就是天然免疫应答阶段。此时，病原微生物可以通过模式分子、代谢物等一系列作用，激活上皮细胞的天然免疫系统，激活树突状细胞、巨噬细胞、B细胞以及天然淋巴样细胞发挥反应。

如果天然免疫应答阶段仍然控制不住，就会进入到后期的获得性免疫阶段。此时，需要T细胞、B细胞产生抗体，帮助我们抵抗病原微生物的感染。

在全部过程中，ILC3都可以发挥作用。

以柠檬酸杆菌Citrobacter感染为例，它是小鼠的一种天然致病菌，与我们人体的大肠杆菌E. coli，尤其肠出血性大肠埃希菌（EHEC）或肠致病性大肠杆菌（EPEC）。

进入小鼠体内后，它可以上调毒力因子表达，贴附于肠道上皮，释放毒力因子，然后影响肠道上皮功能。而我们的机体，可以通过多种途径去抑制它。

最早期的时候，我们实验室发现，在稳态条件下，ILC3可以通过产生IL-22，去维持肠道菌群稳态。稳态的肠道菌群，对于机体抵抗病原微生物定植非常重要。

如果在稳态条件下去除ILC3，就会造成菌群紊乱。病原微生物入侵后，就缺乏共生菌的定植抵抗，它们就可以长驱直入，接触并进入到上皮细胞。

我们实验室还发现，ILC3可以通过程序性死亡受体1（PD-1）、PD-L1、MHCⅡ抑制Tfh反应，控制T细胞应答、B细胞反应，以维持肠道稳态的过程。

所以，ILC3其实参与了机体抗感染免疫的整个阶段。

影响肿瘤进展与疗效

除了抗感染，ILC3还可以影响肠道肿瘤的进展，甚至免疫治疗的疗效。

研究显示，ILC3可表达lL-22，后者可以促进肿瘤细胞生长。研究者还通过病例对照研究发现，癌旁组织有大量的ILC3存在，而癌组织的ILC3数量明显降低。从而提示，ILC3与肠道肿瘤的发生、发展可能呈现负相关关系。

如果在肿瘤发生或肠炎的情况下，ILC3、MHCⅡ或者功能缺陷后，会造成肠道菌群的紊乱。菌群紊乱会导致抗肿瘤的效应T细胞变化，影响肠道肿瘤的进程，以及免疫治疗的疗效。

研究也看到，如果在ILC3功能正常的情况下，PD-1治疗是明显呈现正常的效果。但如果去除ILC3或削弱功能，免疫治疗的效果明显降低，甚至失效。

其实，这个过程是依赖于菌群的。如果把正常菌群移植给小鼠，PD-1的治疗效果能发挥得很好。但如果移植了炎症的菌群，治疗效果明显发生变化。

所以，ILC3在肠道感染、肿瘤、稳态等各种情况下，都发挥很重要的作用。

ILC3未来可期

ILC3还有很多未解之谜，比如ILC3的命运决定信号。目前为止，ILC3是如何发育而来，是受组织信号、食物信号还是菌群信号决定，以及如何启动RORγt表达等，目前仍不清楚。

再比如，ILC3的组织特性调控机制是什么？已有很多研究显示，ILC在不同组织的功能是不一样的。那在不同组织中的作用，是不是受这些特性调控机制所影响，这些都需要很多研究。

最重要的是，在小鼠表现有很重要非冗余作用的ILC3，在人体是否也同样存在一些非冗余的作用。

因为我们知道，人体有很多的天然样淋巴细胞，如NK细胞，或者是骨髓来源的抑制细胞或γδT细胞等T细胞，都发挥很重要的天然免疫作用，都能分泌IL-22、IL-17等重要的细胞因子，它们与ILC3的功能是否属于冗余作用？ILC3是否有其他非冗余作用？这些也需要大家的研究。

当然我们希望，ILC3能够走到临床应用。它到底是否有临床应用价值？如何去应用？现在也是需要解决的重要问题。

以上就是我们实验室的一些研究，我也希望有兴趣的同道能跟我们一起，试图解答或者解决这些问题，这将对人类的健康有很重要的作用。

我的演讲结束了。

谢谢大家！

热心肠恭祝您

中秋节快乐