Cell | 效应-记忆型Ⅱ型固有淋巴细胞ILC2介导的肠道长期适应

摘要：组织在一生中会不断适应各种应激的挑战，这种适应表现在转录、表观遗传与细胞组成上的变化，用以维持稳态，并让组织在受伤或感染时反应更快【1】。上皮干细胞（尤其在屏障组织中）本身会发生转录和表观遗传的可塑性改变，从而使其后代细胞具备功能可塑性，加速恢复【2,3】

撰文 | Sure

组织在一生中会不断适应各种应激的挑战，这种适应表现在转录、表观遗传与细胞组成上的变化，用以维持稳态，并让组织在受伤或感染时反应更快【 1 】。上皮干细胞（尤其在屏障组织中）本身会发生转录和表观遗传的可塑性改变，从而使其后代细胞具备功能可塑性，加速恢复【 2,3 】。但代价可能是易于发生过度增殖和炎症性肠病。小肠是典型的屏障组织，既要耐受食物与共生菌，又要防御毒素与病原体。在野生动物中，蠕虫（寄生性线/绦/吸虫等）几乎普遍定殖肠道，提示宿主与蠕虫之间是高度共演化的关系【 4 】。与细菌/真菌/病毒不同，蠕虫在宿主体内不增殖，而是产生大量卵/幼体排出体外在环境中成熟；免疫通常不完全，表现为耐受、免疫调节以及并发免疫（concomitant immunity）：已感染个体对新的卵或幼虫更有抵抗力，但无法清除已成虫的虫体与产卵。在这种长期难清除的寄生关系下，组织很可能演化出限制损伤、保全功能的适应策略。的确，有研究揭示腔面原生生物与蠕虫可激活tuft 细胞-IL25- ILC2 （受体）回路，放大2型免疫样的黏膜防御机制【 5-7 】。活化该回路会导致小肠形态学改变、上皮与免疫细胞组成改变、代谢稳定性提升和抗感染能力增强等。但这些适应能持续多久，由哪些细胞与机制维持，仍不清楚。

2025年9月5 日，来自美国加州大学旧金山分校的 Richard M. Locksley 课题组在 Cell 上发表了论文 IL-25-induced memory type 2innate lymphoid cells enforce mucosal immunity 。在本研究中，作者揭示效应-记忆型ILC2可在无tuft细胞与alarmin情况下通过持续IL-4/IL-13→上皮IL-4Rα信号维持小肠长期适应，定位了屏障组织免疫记忆的关键细胞来源。

为了揭示小肠适应持久性与维持记忆的细胞类型，作者使用重组IL-25外源性驱动小肠产生适应反应，从而绕开复杂的寄生虫变量，直接探寻持久适应的细胞基础。经过4周（每周3次）给药后，停药50天为监测点，分析发现与对照组相比，IL-25处理组细胞谱系齐全，且区域比例总体相当。 IL-25 长期地重塑小肠上皮的2 型免疫指向（IL-13 靶基因、tuft/杯状扩增）并伴随肠段延长，与蠕虫感染表型高度重叠。此外，也可以检测到先天淋巴细胞ILC2的持久激活，IL-13和IL-5持续表达，ILC2在绒毛和隐窝广泛富集。即便停药6个月后，仍可见小肠延长、tuft 增加、ILC2 的 IL-13/IL-5 表达升高。 Rag1敲除排除了成熟T、B细胞在IL-25引起的小肠适应性中的作用，而Rag2和Il2rg敲除抑制了IL-25介导的小肠延长适应性，说明ILC2是介导这种长期适应性反应产生的关键。重要的是，作者发现IL-25介导长期适应性反应对于后续感染仍有保护作用。在IL-25处理后40天感染 N. brasiliensis ，对照组因为无适应性淋巴产生不能有效抑制寄生虫感染，而处理组的寄生虫显著减少。即使6个月后再感染仍然有效，说明其长期记忆产生。

接下来，作者详细研究IL-25激活的这种长期适应性记忆的组织、分子基础。在IL-25处理后50天时，肺、脂肪、结肠的ILC2 淋巴细胞增多且表型改变（普遍见CD25、Sca-1下调，KLRG1、Thy1.2、PD-1随组织差异）。α4β7 （黏膜归巢）在肺与脂肪 ILC2 淋巴细胞中上调，更多组织ILC2表达IL-13/IL-5 。这表明 IL-25促使小肠样ILC2在远端组织累积并持久激活。这种长期激活也能赋予小鼠抵抗其他病原体感染的能力。而在代谢层面，IL-25处理小鼠体重增长降低、脂肪含量减少、瘦体重（lean mass）未显著下降，说明代谢表型偏向减脂但不减重。在单细胞分子水平， IL-25组与对照在 UMAP明显分离，其中IL-25组 I L 13/I L 4/I L 5 表达上调，出现表达I L 17a或Gzma的 ILC2亚群，但保留ILC2身份。两种蠕虫感染60 天的 ILC2 簇与 IL-25 组高度相似。作者将这类细胞命名为 效应-记忆型ILC2 。

效应-记忆型ILC2 细胞的形成依赖于IL-25的长期刺激，那么效应-记忆型ILC2 细胞的维持是否需要tuft细胞、IL-25等的存在仍然未知。因此，作者首先在 Il25 ⁻/⁻ 背景上给予外源IL-25后，小肠延长、tuft 细胞增加、ILC2激活依然在50天维持， scRNA-seq显示其进入与在野生型背景下IL-25处理相同的转录变化。这说明效应-记忆型ILC2 细胞的维持不需要内源IL-25的存在。随后，作者在 Pou2f3 ⁻/⁻ （无tuft细胞）中给予IL-25，同样也能观察到维持的小肠延长与ILC2激活。更进一步，作者还够建了缺失alarmin轴（I l25 ⁻/⁻ Il1rl1 ⁻/⁻ Crlf2 ⁻/⁻ Il18 ⁻/⁻ ）的多缺失小鼠，这些分子被认为是一类由宿主自身细胞在受损、感染或应激时快速释放的内源性危险信号，常被称为警报素（alarmin）。这些警报素用于启动黏膜2型免疫，但是作者发现一旦外源IL-25将部分ILC2转化为效应-记忆型ILC2 细胞，即使缺失这些警报素，改亚群仍能在组织内维持并对 N. brasiliensis 的感染提供免疫力。这些结果说明一旦建立，效应-记忆型ILC2的激活与组织适应可在无alarmin、无tuf的情况下就地自持。此外，ATAC-seq分析显示，效应-记忆型ILC2存在稳定的染色质重塑，支持其细胞内在的长期激活状态。最后，在确认效应-记忆型ILC2的维持不依赖内源IL-25、tuft细胞及一众alarmin之后，作者进一步追问其如何长期塑形上皮形态。首先排除了微生物群和上皮干细胞的作用。关键证据指向效应-记忆型ILC2→IL-4/IL-13→上皮 IL-4Rα 这条维持轴：效应-记忆型ILC2与类器官共培养可显著提升tuft，加入抗IL-13/IL-4中和即消失；体内清除 IL-5⁺ 细胞或诱导删除上皮IL-4Rα，原本由IL-25条件化形成的tuft增强均回落。相反，在 Rag2 ⁻/⁻ Il2rg ⁻/⁻ （缺 ILC2）小鼠仅给IL-4抗体复合物只能短期拉升上皮表型，难以维持。功能上，将50天的小肠效应-记忆型ILC2 细胞转移至 Rag2 ⁻/⁻ Il2rg ⁻/⁻ 受体后 30 天挑战 N. brasiliensis ，可显著降低虫负荷（肠延长/tuft 未即刻出现变化，可能受细胞剂量/时间窗限制）。综上，效应-记忆型ILC2 细胞对维持上皮表型十分重要，长期适应的记忆不在上皮干细胞，而在效应-记忆型ILC2 细胞对上皮持续递送IL-4/IL-13信号。

总的来说，本研究发现持续IL-25刺激可在小肠中诱导并长期维持一类效应-记忆型ILC2，其驱动肠道延长、上皮细胞组成变化与抗感染表型，且伴随稳定的染色质重塑。一旦形成，该细胞群的维持不依赖内源tuft细胞或alarmin （如 IL-25/IL-33/TSLP/IL-18），而依赖其分泌的IL-4/IL-13持续激活上皮IL-4Rα信号通路。揭示了屏障组织适应由ILC2承载免疫记忆功能的可能机制，为增强黏膜防御与稳态调控提供新的细胞与分子靶点。

制版人：十一

参考文献

1. Wu, Z., Qu, J., Zhang, W., and Liu, G.-H. (2024). Stress, epigenetics, and aging: unraveling the intricate crosstalk. Mol. Cell 84,34–54.

2. Naik, S., Larsen, S.B., Gomez, N.C., Alaverdyan, K., Sendoel, A., Yuan, S., Polak, L., Kulukian, A., Chai, S., and Fuchs, E. (2017). Inflammatory memory sensitizes skin epithelial stem cells to tissue damage. Nature 550, 475–480.

3. Ordovas-Montanes, J., Dwyer, D.F., Nyquist, S.K., Buchheit, K.M., Vukovic, M., Deb, C., Wadsworth, M.H., 2nd, Hughes, T.K., Kazer, S.W., Yoshimoto, E., etal. (2018). Allergic inflammatory memory inhuman respiratory epithelial cells. Nature 560,649–654.

4. Allen, J.E., and Maizels, R.M. (2011). Diversity and dialogue in immunity to helminths. Nat. Rev. Immunol. 11,375–388.

5. von Moltke, J., Ji, M., Liang, H.-E., and Locksley, R.M. (2016). Tuft cell derived IL-25 regulates an intestinal ILC2-epithelial response circuit. Nature 529,221–225.

6. Gerbe, F., Sidot, E., Smyth, D.J., Ohmoto, M., Matsumoto, I.,Dardalhon, V., Cesses, P., Garnier, L., Pouzolles, M., Brulin, B., etal. (2016). Intestinal epithelial tuft cells initiate type 2immunity to helminth parasites. Nature 529,226–230.

7. Howitt, M.R., Lavoie, S., Michaud, M., Blum, A.M., Tran, S.V., Weinstock, J.V., Gallini, C.A., Redding, K., Margolskee, R.F., Osborne, L.C., et al. (2016). Tuft cells, taste-chemosensory cells, orchestrate parasite type 2 immunity inthe gut. Science 351,1329–1333.