Science：ILC -III介导微生物特异性T细胞“阴性选择”
2015-04-27 佚名 生物谷
针对自身抗原的T细胞是自身免疫疾病的主要原因，因而在正常状态下，针对自身抗原的T细胞在成熟之前就在胸腺中被机体识别并删除了，这一过程被称为"克隆删除"。介导克隆删除的关键是位于胸腺中的表皮细胞与树突状细胞，它们表达MHC II，并能够呈递自身的抗原物质。一旦有T细胞能够识别该抗原-MHC II复合体，那么就会启动细胞死亡的程序。 然而，肠道微生物特异性的T细胞的产生就变得十分有趣了。首先
针对自身抗原的T细胞是自身免疫疾病的主要原因，因而在正常状态下，针对自身抗原的T细胞在成熟之前就在胸腺中被机体识别并删除了，这一过程被称为"克隆删除"。介导克隆删除的关键是位于胸腺中的表皮细胞与树突状细胞，它们表达MHC II，并能够呈递自身的抗原物质。一旦有T细胞能够识别该抗原-MHC II复合体，那么就会启动细胞死亡的程序。
然而，肠道微生物特异性的T细胞的产生就变得十分有趣了。首先，肠道微生物携带的抗原物质并不是机体的自身抗原，也不会被胸腺中的上皮细胞或树突状细胞呈递，因而不存在胸腺阴性选择的可能，而正常人却不会引发严重的肠道炎症。特殊情况下，比如IBD（immune bowel disease）患者，它们的肠道部位会产生大量的微生物特异性的效应T细胞，这又是怎么回事呢？
近年来一些研究发现肠道内的调节性T细胞能够控制局部的免疫反应，这是一个说得过去的理由，因为调节性T细胞能够特异性抑制效应T细胞的活性。不过有没有其它的方式存在呢？
另外一些研究发现肠道内存在一类III型先天免疫细胞（ILC-III），这类细胞能够表达MHC-II。遗传学手段发现如果将ILC-III内部的MHC-II敲除后会导致急剧的肠炎。这一实验结果暗示ILC-III的抗原呈递能力对于维持肠道免疫稳态的作用。
最近，来自cornell 大学的Gregory F. Sonnenberg在science杂志在线发表了他们对这一问题的深入研究。
首先他们发现CCR6+ ILC-III是肠系膜等肠道淋巴结中丰度很高的ILC类型的细胞。之后，他们比较了野生型小鼠与CIITA-/-小鼠的ILC-III内部MHC-II的表达量，证明了MHC-II在其中的表达依赖于上游信号分子CIITA。CIITA在小鼠中的表达依赖于多种不同的启动子，包括p-II，p-III，p-IV。作者通过遗传学手段证明ILC-III中MHC-II的表达依赖于p-IV，这与B细胞以及树突状细胞是不同的。
之后，作者重复了之前的工作，他们比较了野生型小鼠与ILC-III特异性MHC-II-/-小鼠肠道T细胞的激活情况。结果显示：缺失突变体小鼠效应T细胞数量明显低于野生型小鼠，然而天然T细胞以及调节性T细胞的数量没有明显差异。另外，作者发现突变体小鼠体内的效应T细胞能够对粪便中的抗原产生反应，而对自身的抗原没有反应。这一结果暗示了ILC-III确实存在调节肠道T细胞活性的能力，而这一能力是由其抗原呈递能力决定的。
为了进一步证明这一观点，作者将上述ILC-III特异性MHC-II-/-小鼠与梭状芽胞杆菌CBir1特异性TCR转基因小鼠进行杂交获得了"双转"小鼠。实验结果显示，ILC-III内部MHC-II的缺失并不影响胸腺中CBir1特异性T细胞的成熟，然而在肠道附近淋巴结中特异性T细胞的数量相对于对照组明显增多。为了证明上述效应与肠道微生物相关，作者平行地杂交获得了ILC-III特异性MHC-II-/-小鼠与OT-II小鼠的"双转II号"小鼠。结果显示：OT-II特异性T细胞在胸腺以及肠道附近淋巴结中的熟练相对于野生型均没有变化。由于OT-II并不会受肠道微生物的影响而CBir1可以，所以这一实验证明了ILC-III的抗原呈递选择性与效应。
为了在体内证明ILC-III对细菌特异性T细胞的调节作用，作者构建了只在ILC-III中有MHC-II表达的小鼠。由于这一类小鼠系统性缺乏MHC-II，体内的T细胞基本不发育，所以只能通过移植的手段将CBir1特异性T细胞转移到该转基因小鼠体内，同样，作为对照，CBir1特异性T细胞也转入了野生型小鼠体内。结果显示，在野生小鼠体内，该天然T细胞出现明显的增殖（CFSE标记法），然而，在完全缺乏MHC-II的小鼠以及只有在ILC-III中表达MHC-II的小鼠体内这一增殖与分化的效应变得很弱。之后，作者将CBir1T细胞进行体外激活，然后把激活后的T细胞移植到小鼠体内，结果显示：相对于野生型，转基因小鼠肠道附近淋巴结中效应T细胞的数量与比例均明显下降。
那么这一减少的原因是什么呢？作者猜测可能是由于发生了迁移，细胞增殖减慢或者是发生了细胞死亡。然而，实验结果显示这部分移植后的细胞并不会富集在其它淋巴器官，同时他们的增殖能力也没有明显减弱。为了研究这一问题，作者进行了体外的ILC-III与T细胞的共培养实验。
实验结果显示在有ILC-III存在的情形下T细胞的数量确实会减少，而这一效应能够被MHC-II中和性抗体阻断。之后，作者发现了共培养条件下caspase-3的激活以及Annexin-5阳性细胞的增多，标志着细胞凋亡事件的发生。
这一事件与胸腺中发生的"阴性选择"十分相像。在胸腺阴性选择中，自身特异性T细胞的凋亡伴随着NUR77的表达与bim的上调。有趣的是，作者在共培养实验中发现了相同的现象。而且Bim的上调对于T细胞的凋亡十分重要。进一步发现，该凋亡事件的发生不仅依赖于MHC-II与TCR的相互作用，也依赖共刺激分子，但是作者发现死亡受体FAS并不参与这一过程。
有研究认为细胞凋亡也受到细胞因子影响，作者倾向于赞同这一观点。与此相符，实验发现共培养的细胞凋亡事件可以被人为加入IL-2所缓解。
最后，作者希望了解在患有肠炎（IBD，克罗恩病等）的患者中是否这一机制受到破坏。通过分析病人的样本，作者发现病人肠道组织中ILC表面MHC-II的表达量受到明显抑制，尤其是ILC-III。之后，作者发现了ILC-III的MHC-II表达量与IL-17的数量以及肠道的微生物特异性抗体含量存在明显的反向相关性。
综上，作者提出了肠道ILC-III型细胞能够通过抗原呈递的方式介导类似于"阴性选择"的过程来控制肠道的免疫反应，而在IBD等患者中这一机制受到了破坏。
原始出处：
Matthew R. Hepworth1, Thomas C. Fung1,2, Samuel H. Masur3, Judith R. Kelsen3, Fiona M. McConnell4, Juan Dubrot5, David R. Withers4, Stephanie Hugues5, Michael A. Farrar6, Walter Reith5, Gérard Eberl7, Robert N. Baldassano3, Terri M. Laufer2,8, Charles O. Elson9, Gregory F. Sonnenberg1.Group 3 innate lymphoid cells mediate intestinal selection of commensal bacteria-specific CD4+ T cells. Science, April 23, 2015. DOI: 10.1126/science.aaa4812
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