Sci Adv︱刘庆洋等揭示骨髓中ILC 前体细胞外迁机制以及其对肠道炎症中的组织保护作用

撰文︱刘庆洋

责编︱王思珍，方以一

编辑︱杨彬薇

ILC 细胞即固有淋巴样细胞（innate lymphoid cells），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（ILC1、ILC2以及ILC3）。绝大多数ILC驻留于黏膜组织中，对调节组织免疫平衡、抵抗病原感染、增强T、B细胞介导的获得性免疫反应等具有重要作用。ILC 细胞起源于骨髓中的共同淋巴祖细胞(CLP)，并可经由淋巴样祖细胞（aLP）、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。研究表明外周组织中的成熟ILC会随着疾病以及年纪的增长有不同程度的消耗[1, 2]。ILC不足将是许多病理条件下的主要问题，例如感染、炎症以及先天性和获得性免疫缺陷。这时候需要骨髓中的ILC前体细胞从骨髓中迁移到外周循环中去不断补充新的ILC细胞[3, 4]。然而ILC前体细胞在骨髓中的外迁机制尚不清楚。

2022年11月23日，密西根大学-安娜堡分校医学院Chang Kim教授团队在Science Advance杂志上在线发表了题为“Identification of the niche and mobilization mechanism for tissue-protective multipotential bone marrow ILC progenitors”的研究论文，其中刘庆洋博士生为第一作者，Chang Kim教授为通讯作者。该项工作首次揭示ILC前体细胞是如何从骨髓中迁移到外周血液循环系统中的。研究人员通过单细胞RNA 测序，全骨髓/sinusoid龛位细胞染色，异种共生模型（Parabiosis），揭示了在健康以及炎症生理条件下，骨髓中ILC 前体细胞的外迁过程中的关键调控受体和信号。该项研究结果为控制外周循环中ILC前体细胞的数量提供了潜在的理论基础，相关应用将有机会用于治疗外周组织中与 ILC 缺乏导致的疾病。

一 . 确定Sinusoid龛位ILC前体细胞能够从骨髓中迁移至外周血液循环

前期研究证明组织中的成熟ILC细胞为组织驻留细胞，健康生理条件下不会随着血液循环进行组织之前的迁移[5]。然而研究人员通过异种共生模型（Parabiosis）发现，在外周血液循环中的ILC前体细胞比成熟ILC细胞具有更高的循环迁移能力，能够高效地在异种共生模型中的两只同基因型小鼠的外周组织之间进行迁移（图1）。

骨髓中的龛位是由多种来源的细胞、细胞外间质及其所分泌的细胞因子还有某些神经纤维构成的微环境。龛位不仅代表骨髓腔内的特定解剖学部位，更代表着某种特定功能性区域。课题组的研究者通过全骨髓/sinusoid龛位细胞染色以及共聚焦显微成像技术发现在成年小鼠骨髓中，大部分（大约70%）ILC前体细胞分布在sinusoid龛位中（图1）。而因为sinusoid龛位与外周血管相连接，所以处于sinusoid龛位的ILC前体细胞能够更容易进入外周血液循环中。研究人员进一步通过microinjection手术用荧光染料标记了骨髓细胞，1至2天后，通过检测外周血液中被标记的细胞比例来确定不用类型的骨髓前体细胞的外迁率（Emigration Rate）。这些结果确定了ILC前体细胞能够有效地从骨髓中外迁至外周血液中。

图1 ILC前体细胞是健康状态下骨髓中外迁最活跃的 ILC祖细胞

（图源：Liu Q, et al., Sci Adv. 2022）

二．单细胞测序鉴定不同龛位ILC前体细胞的分子特征以及关键受体。

研究者分离了这两个龛位（Parenchyma 和 Sinusoid）的不同类型的ILC前体细胞进行了单细胞RNA测序，进一步确认了ILC前体细胞在骨髓中的分布情况。同时通过单细胞RNA测序发现，虽然骨髓中不同龛位的ILC前体细胞的整体基因表达模式相似，但是通过对比发现，一些重要的转录因子和细胞膜上的受体表达具有差异性。结合流式细胞技术，揭示了ILC前体细胞初期通过改变细胞膜上的整联蛋白Itga4 和磷酸鞘氨醇受体1（S1pr1）表达程度，从骨髓内部龛位-parenchyma迁移到直接与外周血管相连的sinusoid龛位。这些sinusoid龛位中的ILC前体细胞高表达S1pr1，并被外周血液中的配体S1P吸引从而实现从骨髓进入外周血液循环中的外迁（图2）。通过骨髓移植实验，作者发现虽然两个龛位的ILC前体细胞都能在外周组织中分化成成熟ILC细胞，但是Sinusoid龛位ILC前体细胞能够更有效地分化成成熟的2型和3型ILC细胞（ILC2 和ILC3）。因此我们确认sinusoid龛位中的ILC前体细胞从骨髓中外迁至外周血液后能够在外周组织中分化成新的成熟ILC细胞。

图2 两个龛位ILC前体细胞的分子特征以及关键受体表达情况

（图源：Liu Q, et al., Sci Adv. 2022）

三．Sinusoid龛位ILC前体细胞有利于保护硫酸葡聚醣（DSS）诱导的结肠炎模型中的肠道组织完整性

前期研究证明外周组织中的ILC前体细胞和成熟细胞的数量在炎症条件下都会发生动态变化[6–8]。为了更好地探究在炎症状态下骨髓中ILC前体细胞的外迁模式，研究者建立了硫酸葡聚醣（DSS）诱导的结肠炎模型，并发现在结肠炎模型中，肠道和血液中会产生大量的细胞炎症因子IL-18。同时骨髓中的ILC前体细胞高水平表达IL-18的受体，意味IL-18具有调控ILC前体细胞的潜在可能性。结合体外培养和体内模型确定了产生的IL-18能通过血液循环进入sinusoid龛位并进一步促进S1pr1在ILC前体细胞上的表达，从而刺激更多的ILC前体细胞能够从骨髓中迁移出来进入外周血液。有趣的是，研究者发现如果通过注射抗体中和体内的IL-18从而破坏骨髓ILC前体细胞外迁会进一步恶化结肠炎。最后，在细胞机制方面，研究者发现骨髓ILC前体细胞外迁至外周血液循环并进入肠道中分化成能够分泌细胞因子IL-22的3型ILC（ILC3）来修复炎症中的肠道组织（图3）。  

图3 IL-18 诱导骨髓ILC前体细胞外迁并有效抑制肠道组织炎症

（图源：Liu Q, et al., Sci Adv. 2022）

图4 结论图示

（图源：Liu Q, et al., Sci Adv. 2022）

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，通过该研究，为健康和炎症生理条件下，骨髓中的ILC 前体细胞的外迁确定了调控机制以及关键受体和信号。这项研究的结果为控制外周循环中ILC前体细胞的数量提供了潜在的理论基础，S1pr1受体的激活剂或者细胞因子将有机会用于治疗外周组织中与 ILC细胞缺乏导致的疾病。该研究仍有一些不足之处，目前的实验数据仅来自于小鼠实验，人体的ILC细胞功能和分布与小鼠的具有很多不同之处，进一步的人体细胞实验将会更有临床意义。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq1551

第一作者：刘庆洋（左）；通讯作者：Chang Kim（右）

（照片提供自：Chang Kim团队）

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参考文献（上下滑动阅读）

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本文完