综述:驱动早期生命先天淋巴细胞发育的环境信号

时间:2026年1月27日
来源:European Journal of Immunology

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这篇综述系统阐述了调控早期生命阶段先天淋巴细胞(ILC)发育的关键环境信号,深入探讨了不同来源的ILC前体细胞如何响应SCF、IL-7、Flt3L和Notch等信号分子,揭示了其发育轨迹与功能特性的建立机制,为理解生命早期免疫系统编程提供了重要见解。

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1 引言
先天淋巴细胞(ILCs)是近年来备受关注的先天免疫细胞家族,根据其功能特征可分为三大类群,分别与适应性免疫中的T细胞亚群功能相对应。第一类ILC包括自然杀伤(NK)细胞和ILC1,第二类为ILC2,第三类则包含ILC3和淋巴组织诱导细胞(LTi)。特别值得注意的是,LTi细胞在生命早期尤为丰富,对次级淋巴器官的形成至关重要。
传统观点认为,我们对ILC的认识主要来自成体组织研究。然而,最新证据表明,ILC的异质性与其个体发育起源密切相关。胚胎与成体组织的显著差异提示,胎儿来源与成体来源的ILC可能受到生命早期特有的细胞内在和外在因素的双重影响。本综述将重点探讨这些环境信号如何塑造早期生命阶段ILC的出现与分化。
1.1 早期生命阶段ILC前体细胞的生成
ILC的发育与造血过程紧密相连。胚胎发育过程中,造血祖细胞起源于卵黄囊(YS)的原始造血波,随后主动脉-性腺-中肾区(AGM)产生确定的造血干细胞(HSC),最终这些细胞定居于胎儿肝脏(FL),形成异质性的造血中心。值得注意的是,ILC可以从这些不同的造血波中衍生而来,且其个体发育起源决定了成体成熟细胞的功能异质性。
"ILC生成"(ILC-poiesis)新概念提出,ILC前体细胞会定居于组织中,形成局部快速可用的ILC储备库,这与传统认为ILC在初级淋巴器官生成后迁移至组织的观点形成对比。研究表明,ILC前体细胞的来源与其所定居的组织微环境共同决定了其ILC分化潜能。
从HSC到成熟ILC的分化层级包括:共同淋巴样祖细胞(CLP)、α4β7+祖细胞(αLP)、早期先天淋巴样祖细胞(EILP)以及更下游的Id2+共同辅助样ILC前体(CHILP)和PLZF+祖细胞(ILCP)。其中,转录因子TCF-1(由Tcf7编码)促进ILC谱系定型,而Nfil3是αLP和相关祖细胞发育的关键调节因子。
1.2 驱动早期生命ILC前体细胞的信号
研究ILC前体细胞潜能通常采用体外分化培养系统,如OP9共培养和胸腺器官培养。这些培养系统通常包含干细胞因子(SCF)、IL-7、Notch配体(DLL1或DLL4)以及Flt3L,这些信号足以从早期生命和成体前体细胞中生成ILC。
SCF(又称Kit配体)通过c-Kit(CD117)受体发挥作用。c-Kit在多种胎儿和成体前体细胞上表达,包括HSC、CLP、αLP、EILP、ILCP和LTiP。在胚胎中,SCF在YS和AGM的内皮细胞上表达,对YS红系-髓系祖细胞(EMP)和AGM HSC发育至关重要。
IL-7是淋巴细胞生成的核心细胞因子,其受体(IL-7Rα)在CLP及下游大多数细胞上表达。在体外,不同浓度的IL-7可影响E15 CLP向不同成熟ILC亚群的分化。尽管IL-7缺陷不影响E14.5 FL αLP数量,但体内IL-7过表达会增加E14.5 FL αLP的存活和数量。
Notch信号在早期ILC定型中的作用存在争议。从FL CLP到αLP的分化过程中,Notch信号的时机、持续时间和强度可调节ILC潜能。在更成熟的ILC前体细胞中,Notch信号可影响谱系定向分化,并在特定谱系中发挥作用。
Flt3L通过其受体Flt3(CD135)发挥作用。Flt3在胎儿和成体CLP、胎儿αLP亚群和成体EILP亚群上表达。Flt3缺陷导致E14.5 FL αLP前体细胞显著减少,表明其在早期ILC发育中的重要性。
1.3 驱动早期生命第1类ILC分化的信号
第1类ILC通过产生干扰素-γ和介导细胞毒性作用,在抗病毒和抗肿瘤免疫中发挥重要作用。NK细胞被认为是主要的细胞毒性介质,而ILC1也被证明可获得细胞毒性特征。转录因子T-bet是第1类ILC的标志性因子,而Eomes的表达差异可用于区分NK细胞(Eomes+)和ILC1(Eomes)。
在胚胎发生过程中,第1类ILC最早出现于E13.5-E14.5的FL中。直到出生前,这些细胞在FL、胎儿脾脏、胸腺和肺中扩增,主要为ILC1。值得注意的是,胚胎来源的ILC1可持久存在于成体肝脏中,表现出比骨髓来源细胞更强的细胞毒性潜能。
IL-15是生成或维持成体NK细胞和ILC1的关键细胞因子,而IL-7受体信号则非必需。肝细胞来源的IL-15对胎儿和成体肝脏ILC1的存在很重要。有趣的是,人YS来源的祖细胞可在有无IL-15的情况下生成第1类ILC,提示发育来源不同的ILC可能依赖不同的信号通路。
1.4 驱动早期生命第2类ILC分化的信号
第2类ILC通过产生IL-4、IL-5和IL-13等2型细胞因子,在抗寄生虫免疫、过敏反应和组织稳态中发挥作用。GATA3是ILC2的标志性转录因子。
在小鼠中,第2类ILC潜能最早发现于E15.5-E16的胚胎胸腺中。成熟ILC2在E17.5的胎儿组织(肺、肠和皮肤)中即可检测到。命运图谱研究显示,成体ILC2由胚胎、早期产后和成体来源的细胞组成。重要的是,肺部蠕虫驱动的ILC2扩增主要来自预先存在的ILC2(包括早期产后来源的ILC2),而非新生生成的成体来源ILC2,这突出了建立反应性ILC2库的关键早期发育窗口。
Notch信号对胚胎和成体ILC2发育都很重要。在胚胎中,αLP群体中报告的ILC2前体细胞对Notch信号有反应。在成体骨髓中,Notch信号在早期而非晚期阶段是体外从CLP生成ILC2所必需的。
IL-7信号对成体ILC2谱系的生成敏感,但在生命早期,肠道新生儿ILC2在缺乏IL-7Rα时虽然减少,但仍存在显著亚群,提示可能存在IL-7Rα非依赖来源和/或补偿性信号(如IL-15)。此外,IL-2也可促进胎儿ILC2的体外分化和扩增。
1.5 驱动早期生命第3类ILC分化的信号
第3类ILC包括LTi细胞和ILC3。LTi细胞最著名的作用是在胚胎发生过程中协调外周淋巴结和派尔集合淋巴结的发育。ILC3则通过分泌IL-17和/或IL-22等细胞因子,在维持黏膜屏障功能和调节肠道微生物群方面发挥作用。RORγt是所有第3类ILC生成所必需的标志性分子。
第3类ILC的出现是分阶段的,LTi细胞先于ILC3出现。LTi细胞在个体发育过程中经历三个不同的波次产生,是生命早期最早出现的ILC类型之一。第一波来自胚胎内E8-9的造血内皮细胞;第二波来自最早的早期胸腺祖细胞(ETP);第三波则来自成体BM HSC。辅助性ILC3也经历至少两个波次的产生。
视黄酸(RA)是维生素A代谢产物,是影响第3类ILC发育的最著名信号。RA受体(RAR)阻断导致胎儿肠道CD4+LTi细胞减少。有趣的是,损害RORγt+细胞上的RA信号会减少ILC3数量,但不影响LTi细胞,表明RA信号在RORγt+LTi细胞生成前的阶段发挥作用。
Notch可影响第3类ILC发育,但其确切作用存在争议。体外研究表明,早期、强效且持续时间长的Notch信号足以促进FL CLP向第3类ILC分化。然而,体内研究显示Notch信号分子RBPJ的缺失对胎儿αLP或派尔集合淋巴结形成没有明显影响。
IL-7、SCF和Flt3L均影响第3类ILC。强效IL-7信号在体外使FL CLP优先产生第3类ILC,并在体内增加胎儿LTi细胞数量。SCF在体外与IL-7协同作用,从FL E14.5 αLP前体细胞产生LTi细胞。Flt3L缺陷的新生儿肠道LTi细胞数量减少,表明Flt3L在LTi前体细胞或更早阶段发挥作用。
2 结论
虽然我们对成体ILC发育的理解仍在不断深入,但越来越清楚的是,并非所有前体细胞都是相同的,这种异质性与个体发育起源密切相关。我们对生命早期ILC发育的认识主要来自胎儿肝脏前体细胞的还原论体外实验,这些实验无疑为了解生成ILC所需的关键信号做出了贡献。但这远非全貌,因为其他初级和次级淋巴器官显然以不同的方式被早期ILC前体细胞定居,这些细胞遵循不同的组织驱动命运。随着对ILC发育认识的深入以及新的高分辨率空间技术和多组学方法的出现,我们预计将发现更多复杂性,从而更好地理解这些ILC后代在胎儿发育过程中何时出现、它们接受哪些信号驱动其分化,以及它们如何在原位和随时间推移接收这些信号。

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