钟超/朱锦芳合作揭示固有淋巴细胞发育过程中的谱系决定机制

固有淋巴细胞Innate Lymphoid Cell,简称ILC是一类不表达特异性抗原识别受体(如T细胞受体TCR、B细胞受体BCR)的淋巴细胞。它们的功能特点与获得性免疫系统中的T淋巴细胞相对应,并根据其表达转录因子与产生辅助性细胞因子的不同分为ILC1、ILC2和ILC3三个亚群。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。近十年来,ILC的发现和功能研究极大地增进了我们对黏膜组织中免疫调节的认识。但是,关于ILC三个亚群的发育过程及谱系分类尚存争议。

2014年,德国美因茨大学Diefenbach实验室和美国芝加哥大学Bendelac实验室几乎同时在CellNature上分别报道了ILC发育过程中的两种前体细胞。前者发现小鼠骨髓中的一群表达高水平转录调控分子Id2的Common helper-like Innate Lymphoid Progenitor(简称ChILP)可以产生所有ILC亚群。然而,后者发现的另一群ILC前体细胞表达高水平转录因子PLZF,它们所产生的ILC与ChILP有所不同。ILC三个亚群中表达转录因子RORgt的ILC3又可进一步分为两群,其中一群表面表达趋化因子受体CCR6,被称为淋巴组织诱导细胞Lymphoid Tissue inducer,简称LTi,它们是次级淋巴结构(如淋巴结、派伊尔氏淋巴集结等)形成所必需的,对获得性免疫具有重要影响。PLZFhigh ILC前体细胞不能产生LTi,但是可以产生除此以外的所有其它ILC。这就产生了LTi与其它ILC在谱系来源上是否相同的疑问。然而,PLZFZbtb16编码)缺失并未造成明显的ILC发育缺陷,并且有研究表明LTi与其它ILC3在免疫功能上非常相似,使得根据对发育过程没有影响的PLZF来划分LTi和非LTi ILC显得证据不足。深入探讨ILC各个亚群的发育过程及其调控机制对进一步探究它们的免疫学功能,以及理解固有免疫和获得性免疫在进化过程中的相关性都具有十分重要的意义。

2019年12月24日,北京大学钟超课题组和NIH高级研究员朱锦芳课题组合作在Immunity上发表题为Differential Expression of the Transcription Factor GATA3 Specifies Lineage and Functions of Innate Lymphoid Cells的成果,阐明了ILC发育过程中转录因子GATA3表达水平对LTi和非LTi ILC命运决定的重要作用。

 

研究者之前报道了GATA3是所有ILC发育必需的转录因子的重要发现(Yagi & Zhong et al. Immunity, 2014)。基于此,该研究进一步发现在Gata3缺失的小鼠(Gata3fl/flVavCre)外周组织中仍有部分LTi残余,而所有其它ILC亚群皆不存在,说明发育过程中LTi与其它ILC对GATA3的依赖有显著区别。进一步分析Gata3缺失对ILC前体细胞的影响,发现该小鼠中不存在PLZFhigh ILC前体细胞,但ChILP细胞仍有部分残余,这与上述外周组织中ILC的产生一致。

接下来,该研究仔细分析了GATA3在ILC前体细胞中的表达差异。研究者首先根据对ILC发育的最新认识对ChILP细胞的定义进行了必要修正(refined ChILP,简称rChILP)。在rChILP中GATA3和Id2的表达存在明显异质性,可根据其表达水平划分为三个类群,GATA3highId2high、GATA3lowId2high以及Id2low。根据表面Marker检测和移植发育实验结果,GATA3high rChILP对应于之前报道的PLZFhigh ILC前体细胞,GATA3low rChILP对应于LTi前体细胞。为了进一步说明rChILP因GATA3表达水平不同造成的差异,研究者利用单细胞multiplex-qPCR技术,进一步分析了rChILP单细胞中92个重要基因的表达。结果表明,根据这92个基因表达情况进行的单细胞聚类与上述根据GATA3、Id2表达水平进行的rChILP类群划分基本一致,并且,GATA3的表达与非LTi ILC谱系相关基因的表达具有显著的正相关性,进一步说明GATA3表达水平对非LTi ILC谱系命运形成的重要影响。

 

除了GATA3,转录调节因子Id2和细胞因子IL-2家族成员IL-7、IL-15对所有ILC的产生也非常重要。研究者发现,目前已知的调控因子中仅GATA3对LTi和非LTi ILC的谱系命运分化具有决定作用。Id2的作用主要是推动ILC向成熟方向分化,而细胞因子IL-7、IL-15在ILC发育阶段对前体细胞的产生并没有影响。

 

综上所述,本研究发现GATA3是目前所知唯一能够对LTi和非LTi ILC进行谱系区分的功能分子,在ILC发育过程中它的表达水平决定了这两个谱系的命运分化。此前,人们通常将所有ILC笼统称为对应于CD4+辅助性T细胞的固有淋巴细胞,根据发育过程中对GATA3的依赖程度以及其前体细胞GATA3的表达水平,非LTi ILC才是真正对应于CD4+辅助性T细胞的ILC。LTi和非LTi ILC在功能上有哪些不同仍需进一步探讨。

 

钟超博士在NIH朱锦芳研究员课题组完成博士后训练,期间工作系统揭示了GATA3对ILC各个阶段的重要转录调控作用。并于2017年回国加入北京大学系统生物医学研究所,主要研究黏膜组织的免疫调控机制。目前实验室博士后位置尚有空缺,欢迎感兴趣的同学来信([email protected])咨询

原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.immuni.2019.12.001

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