免疫细胞对肠干细胞命运调控的最新研究进展_宋丽娟.pdf

综 述 基金项目：国家自然科学基金（）作者简介：宋丽娟，女，研究方向：抗炎免疫药理，：通信作者：王昀，女，博士研究生，助理研究员，研究方向：分子药理毒理，：，：免疫细胞对肠干细胞命运调控的最新研究进展宋丽娟，王昀（中国药科大学药物科学研究院，江苏 南京）摘要：肠道上皮作为机体防御外界病原体进入的“第一道防线”，其持续的自我更新是维持肠道物理屏障及肠道稳态的重要前提。而此过程依赖于隐窝底部的肠干细胞，并受到肠干细胞生态位内复杂信号网络的调控。然而，环境信号的来源及调控肠干细胞命运的方式仍有待研究。最新研究表明免疫细胞如 细胞、先天性淋巴细胞、树突状细胞和巨噬细胞在调控肠干细胞命运中起关键作用。本文综述了免疫细胞调控肠干细胞的最新进展，以期更好地理解肠道生理，为肠上皮屏障疾病的治疗提供参考。关键词：肠干细胞；肠干细胞生态位；免疫细胞中图分类号：文献标识码：文章编号：（）：，（，）：，（），（），（），：；肠上皮与食物抗原、化学物质和共生微生物直接接触，因此肠上皮屏障完整性与宿主健康状况息息相关。肠道内不同位置含有多种先天免疫和适应性免疫细胞，包括 细胞、细胞、先天性淋巴细胞（，）、树突状细胞（，）、巨噬细胞和肥大细胞，共同维持肠道上皮屏障稳态。肠道上皮屏障稳态的破坏会导致多种肠道或者肠外疾病，例如炎症性肠病（，）、结直肠癌、心血管疾病和多种神经退行性疾病。肠上皮细胞处于快速更新状态，约 更新一次。肠上皮细胞的快速更新依赖于肠隐窝底部表达富含亮氨酸重复序列的 蛋白偶联受体（，）的 肠 道 干 细 胞（，）。可以不断地进行自我更新，产生的快速增殖细胞（，）沿着隐窝不断向上移动，逐渐分化为所有类型的肠上皮细胞。生态位提供了维持 自我更新和分化所需的微环境。生态位中多种细胞提供的分子信号网络调控，在维持正常的肠上皮细胞更新外，还可阻止肿瘤的发生。以往研究发现，基质细胞和潘氏细胞（，）提供复杂的旁分泌信号，包括、和 信号，共同维持 稳态。近年来，随着类器官培养技术和单细胞测序技术的不断发展，更多的数据证明了肠道内免疫细胞除释药学研究 .1，.1放细胞因子介导免疫反应外，也作为 生态位的成员调控 的命运 维持正常生理条件下肠上皮屏障稳态和组织修复中肠上皮细胞的再生，但具体机制仍不清楚。因此，阐明 生态位中免疫细胞的特性、调控因子及其信号网络，对了解肠上皮稳态的维持和肠损伤后的修复至关重要。本文综述了肠道内免疫细胞（细胞、巨噬细胞和）对于 命运调控的最新进展，以期更好地理解肠道生理，为肠上皮屏障疾病的治疗提供参考。肠干细胞 等在 世纪 年代使用电子显微镜发现在隐窝底部的 中穿插着更为瘦长的细胞，这些细胞被他们称为隐窝基底柱状细胞（，）。并通过化学放射标记进行谱系追踪，等证明 可以分化成为 种不同类型的肠上皮细胞，这是 的首次提出。的特异分子标记对于识别和研究具有至关重要的意义，但受限于当时的技术，未能鉴定出特异性标志物。随着单细胞测序和小鼠谱系追踪模型的逐渐成熟，年 等鉴定出了 作为 的特异性标志物，并且通过 敲入小鼠进行谱系追踪，证明了 确实处在不断的自我更新中，且可以分化成为 种不同的细胞，进一步验证了 和 的发现。其他新发现的肠上皮细胞类型，如 细胞和 细胞，也同样被证明来自。且从小鼠体内分离出的单个 可以在体外生成包含所有肠上皮细胞类型的肠类器官。肠类器官维持自我更新能力的同时，也形成类隐窝绒毛的结构，进一步证明 是 的特异性标记。与其配体 结合，可激活经典的 信号通路，对 的自我更新起到至关重要的作用。但缺失 的小鼠肠上皮稳态未见显著变化，提示肠道内存在其他类型的。实验证明，在隐窝的位置存在 的储备干细胞，在 缺失或肠道辐射损伤后的修复过程中起到至关重要的作用。转录组学和谱系追踪证明位于“”储备干细胞与 虽都属于，但对 和辐射损伤存在不同的敏感性，对 信号存在更强的响应，而对辐射损伤敏感。但是肠道损伤后的再生修复又依赖于，因此储备干细胞的动员和不同类型 间的相互转换，甚至部分上皮祖细胞去分化重新获得干性的过程可能是肠道损伤后修复的关键。但总体而言，这些干细胞都处于隐窝内，均受到干细胞生态位信号的调节。肠干细胞生态位肠干细胞生态位是维持 自我更新和增殖能力的微环境，包含多种分泌局部信号的细胞，在形成有效的肠上皮屏障和细胞过度生长的信号间维持平衡。这些细胞既可以是上皮细胞，例如，又可以是非上皮细胞，如间充质细胞，包括肌成纤维细胞、平滑肌细胞和内皮细胞，也包括免疫细胞和神经元。肠干细胞生态位内经典的调控通路包括、和 等信号，此外，饮食、炎症、微生物及其代谢产物，例如次生脂肪酸和短链脂肪酸，也可对 命运进行调控。潘氏细胞（，）位于小肠隐窝底部，与 交错排列，提示 对 可能存在直接调控作用。表达大量的、和 以维持干细胞功能。在体外类器官的培养中，仅用 生成的类器官数量很少，但是向培养体系中加入 后，类器官的形成能力大幅增加。并且外源性 的加入可达到与 类似的效果，提示 可能主要通过分泌 配体以维持干细胞功能。但是在小鼠中去除 却不影响小鼠隐窝结构和 的数量和功能，提示 并不是维持小肠 功能的唯一细胞。结肠组织中虽然没有，但是存在深隐窝分泌细胞，其在结肠干细胞生态位中被普遍认为发挥着类似 的调节作用。肠干细胞生态位中的间充质细胞，包括成纤维细胞、肌成纤维细胞、内皮细胞和平滑肌细胞，为 提供结构支持以外，也被认为是 配体的主要来源。缺失 或的间充质细胞会导致 信号缺失进而导致 功能异常，最终导致肠道衰竭。免疫细胞对肠干细胞的调控肠上皮屏障中含有多种免疫细胞，包括固有免疫和适应性免疫细胞，其是肠黏膜免疫系统的重要组成部分。以往研究很大程度上集中于黏膜免疫系统在病原体防御和肠道炎症中的作用。随着体外肠道类器官培养和单细胞测序技术的发展，和免疫细胞之间的调控关系被逐步揭示，许多细胞因子已被证明对 命运具有调控作用。最近研究表明，免疫细胞及其分泌的细胞因子与 命运、肠道的发育和肠损伤后的修复再生有关。细胞 胃肠道是造血干细胞移植的首要受累器官，供体的 细胞攻击受体的肠上皮细胞，造成 和 数量的显著减少，引起严重的移植物抗宿主病（，）。供体 细胞表面的 受体与血管内皮表达的 结合，直接靶向肠隐窝位置并释放 促进 死亡，且该过程早于 的缺失，但绒毛区域浸润的供体 细胞数量很少。小鼠骨髓移植模型也证明供体 细胞的浸润部位与造血干细胞前处理和移植方式无关，提示 细胞可能与 存在独特的亲和力，并存在 非依赖的直接调控作用。等采用 细胞和肠道类器官共培养模型进一步证明，细胞对 命运的调控依赖于细胞间的直接接触，而非分泌的细胞因子。细胞表达的 与 或 细胞表面的 钙粘素结合，促进 钙粘素的内吞，激活 信号并抑制 信号，维持正常的 稳态。阻断 与 钙粘素的结合则会导致 分化缺陷，且该过程可能是 类型特异的。因为在 小鼠隐窝内 数量明显减少，而 的数量没有变化，回输 小鼠的 和 均可逆转 小鼠体内 的分化异常。因此 细胞对 命运的调控可能依赖于抗原识别过程。的确，细胞对 命运的调控也被证明与 表达的 分子有关。同时表达 和分子，可向肠固有层递呈腔内抗原诱导免疫耐药学研究 .1，.1受。自我更新活跃的 与相对静止的干细胞相比，分子表达更高，通过抗原递呈并激活 细胞，从而受到攻击，引起。肠干细胞中特异性敲除的小鼠体内 数量增加，且相关干性基因表达上调。同时隐窝处 细胞浸润明显减少，细胞激活基因例如、等显著上调，而绒毛区域浸润的 细胞未见明显改变。因此，细胞对 的调控可能与 的抗原递呈功能相关，但具体机制仍需进一步研究。在小鼠肠道常驻 细胞中，在结肠中占 。患者中循环和炎症部位浸润的 数量减少，且减少的程度与疾病的严重程度一致。提示 在肠道稳态中起到至关重要的作用。在共培养体系中，和 促进类器官生长且上调 相关干性基因。然而，在 小鼠中，的缺失不仅导致 增殖增加，而且还促进 向 细胞和杯状细胞分化。体内外实验结果的差异可能来自体外 细胞经 诱导成 与体内细胞存在异质性，也可能是体内复杂的免疫微环境中其他细胞存在间接调控作用。先天性淋巴细胞 是一群在胎儿时期就定植于肠道中，并且表现出显著组织驻留能力的免疫细胞，可帮助胎儿适应出生后富含微生物的环境。根据 产生的细胞因子、表型和发育途径，可将其分为三类：、。不同亚类的 似乎与肠上皮细胞亚群之间形成了不同的模块，从而支持肠道适应不断改变的宿主环境。在稳态下即产生不同的细胞因子，其中许多可直接影响上皮细胞的功能，最典型的就是。是上皮稳态的关键调节因子，与上皮屏障功能和多种肠道疾病有关，。作为小肠中 的主要来源之一，在肠道稳态中也显示出重要的作用。一些研究已经证明 分泌的 可调控 的维持和分化，并对 损伤具有保护作用。肠上皮表面经常与基因毒性化合物接触，基因组完整性在很大程度上依赖于 损伤反应（，）。十字花科蔬菜中含有的硫代葡萄糖苷的代谢物是常见的基因毒性物质。这些代谢物通过结合 表面的芳香烃受体，促进 释放 ，激活 中的 信号通路，驱动 反应，从而促进 的凋亡并诱导细胞周期阻滞，减轻硫代葡萄糖苷的基因毒作用。但另一项研究发现，在甲氨蝶呤诱导的肠损伤模型中，小鼠体内 信号的缺失虽然影响 的数量，但肠上皮结构正常，不会加重甲氨蝶呤诱导的肠损伤。该效应与缺失 的小鼠一致，证明 通过 信号维持 的数量。但是缺失 的小鼠体内 的增殖能力明显下调，进一步研究表明 通过 促进 结合后的核转位，从而调控 的增殖和分化，促进损伤后的修复。使用 阻断 的结合则会抑制 对 的调控，此过程并不依赖于 信号。因此 对于 的维持和再生存在不同的调控途径。与之一致的是，等使用 处理肠道类器官，发现 干性基因表达下调且类器官形成能力显著下降，但是类器官的体积显著增加。作者进一步通过分析 的表达，发现其在 细胞中表达量最高。高表达 的转基因小鼠试验证明，促进 细胞增殖而不促进 增殖。进一步提示 在 和 细胞之间具有不同的调控作用。也可作用于肠干细胞生态位中的其他细胞起到间接调控作用。额外给予 或 特异性敲除 的小鼠体内未见 数量的改变，但是 特异性敲除 后，抗菌肽的分泌显著减少。此外 信号负调控 配体的分泌，缺失 会导致 和 表达增加，但是尽管 配体表达水平增加，增殖及其标志物未见明显上调。有趣的是，特异性敲除 小鼠的肠道类器官在单独使用 和 刺激下未见显著的促生长作用，但在 重组蛋白存在下，和 显著刺激类器官生长。证明 与 和 信号通路存在复杂的调控机制。总之，既可直接调控，也可作用于肠干细胞生态位中其他细胞起到间接调控作用。和 也对 存在重要调控作用。分泌，结合 磷酸化下游，从而激活 信号通路促进 的自我更新。该过程受到非编码 的调控。和 通过竞争性结合 以调节 的稳定性，进而调节 的增殖。并且 通过 与 细胞形成调控环路。蠕虫感染后，细胞分泌的 进一步激活 分泌，反过来作用于 促进其向 细胞和杯状细胞的分化，以清除蠕虫感染。表达 来清除细胞内病原体，并在 患者的炎症部位富集，但是 与上皮细胞亚群的特异性相互作用仍缺乏研究。一项研究使用 和小肠类器官共培养发现，促进小肠类器官的增殖，通过分泌 诱导 的磷酸化，激活 并与 形成正反馈环路从而促进肠上皮增殖。但 和 对肠干细胞生态位的调节仍不明确。巨噬细胞巨噬细胞也存在于肠道固有层，有助于先天免疫，从而维持肠道内环境稳定。肠道类器官与巨噬细胞共培养体系的成功建立也已成功证明巨噬细胞对 的调控。巨噬细胞对 的调控作用依赖于其分泌的不同细胞因子，如、和 已被证明有助于巨噬细胞促进肠道上皮细胞成熟和物理屏障增厚。正常生理状态下，巨噬细胞即分布于隐窝区域，细胞外基质中的透明质酸激活巨噬细胞的，促进巨噬细胞分泌，反式激活 中的 信号，促进 增殖和隐窝分裂，促进生命早期肠道的延长。并且在该研究中，氯磷酸酯耗尽巨噬细胞后，的增殖显著下降，但未发现 的储备干细胞的增加。而在另一项使用成年小鼠的研究中，长期给予小鼠 抗体耗尽巨噬细胞后，的数量显著减少且增殖下降，但是 的储备干细胞增殖增加。这可能反映了在新生小鼠和成年小鼠体