Врожденные лимфоидные клетки ( ВЛК ) являются недавно обнаруженным семейством врожденных иммунных клеток, происходящих от общих лимфоидных предшественников (ЛП). В ответ на патогенное повреждение тканей ВЛК способствуют иммунитету посредством секреции сигнальных молекул и регуляции как врожденных, так и адаптивных иммунных клеток. ВЛК являются в первую очередь клетками, резидентными в тканях, обнаруживаемыми как в лимфоидных (иммунно-ассоциированных), так и в нелимфоидных тканях, и редко в крови. Они особенно многочисленны на слизистых поверхностях, играя ключевую роль в мукозальном иммунитете и гомеостазе . Характеристики, позволяющие их дифференцировать от других иммунных клеток, включают в себя обычную лимфоидную морфологию , отсутствие перестроенных антигенных рецепторов, обнаруженных на Т-клетках и В-клетках (из-за отсутствия гена RAG ), и фенотипические маркеры, обычно присутствующие на миелоидных или дендритных клетках . [1]
На основании различий в путях развития, фенотипе и продуцируемых сигнальных молекулах в 2013 году ILC были разделены на три группы: 1, 2 и 3, однако после дальнейшего исследования они теперь разделены на пять групп: NK-клетки , ILC1, ILC2 , ILC3 и клетки-индукторы лимфоидной ткани (LTi). [2] ILC участвуют во множестве физиологических функций, включая гомеостаз тканей , морфогенез , метаболизм , восстановление и регенерацию. Многие из их ролей аналогичны Т-клеткам , поэтому их предполагают как врожденных аналогов Т-клеток. [3] Нарушение регуляции ILC может привести к иммунной патологии, такой как аллергия , бронхиальная астма и аутоиммунное заболевание . [4]
Развитие ILC инициируется в ответ на присутствие факторов транскрипции, которые включаются из-за присутствия окружающих факторов микросреды, таких как: цитокины , лиганды notch и циркадный ритм (встроенные поведенческие изменения в соответствии с суточным циклом). После созревания ILC выделяют цитокины. Таким образом, классификация ILC основана на различиях в профилях факторов транскрипции и цитокинов, связанных с развитием и функционированием различных подтипов ILC. [5]
Клеточные линии ILC1 и NK расходятся на ранних стадиях развития и могут быть различимы по их разнице в зависимости от факторов транскрипции , их цитотоксичности и экспрессии резидентных маркеров. NK-клетки — это цитотоксические клетки, циркулирующие в кровотоке, убивающие инфицированные вирусом и опухолевые клетки. ILC1 — это нецитотоксические или слабоцитотоксические, резидентные клетки тканей, функционирующие в защите от инфекций вирусами и некоторыми бактериями .
Из-за того, что клетки ILC1 и NK имеют как общие, так и необщие черты, классификация человеческих клеток ILC1 была проблематичной. Оба типа клеток продуцируют IFN-γ в качестве своего основного цитокина и требуют для этого фактора транскрипции T-bet . [6] Обе клетки также могут продуцировать IFN-γ, когда цитокины IL-15 или IL-12 повышаются в тканях после инфекции или травмы, и секретируют TGFβ1 в тандеме с IFN-γ при стимуляции. Это запускает ремоделирование эпителия кишечника и внеклеточного матрикса. [7] Совместная стимуляция IL-18 также значительно увеличивает уровни IFN-γ. [8] Высвобождение IFN-γ стимулирует макрофаги и другие мононуклеарные фагоциты , вызывая антимикробный эффект для искоренения внутриклеточных инфекций. Кислородные радикалы, продуцируемые обоими типами клеток, также помогают в искоренении инфекции. Клетки ILC1 и NK также могут продуцировать TNF-α , что дополнительно способствует воспалительной реакции, в зависимости от экспрессии их молекул.
Существуют различия в зависимости от факторов транскрипции между NK-клетками и ILC1. Хотя оба типа клеток используют T-bet для развития, было обнаружено, что NK-клетки присутствуют у хозяев с дефицитом T-bet, но ILC1 полностью зависят от его присутствия. [6] Развитие NK-клеток, однако, полностью зависит от присутствия фактора транскрипции Eomes, тогда как ILC1 могут развиваться независимо от его присутствия. [6] Это означает, что Eomes, как правило, можно использовать в качестве маркера для NK-клеток, предполагая, что зрелые NK-клетки являются Tbet + Eomes +, а ILC1 являются Tbet + Eomes -. [9]
Клетки ILC1 и NK имеют некоторые общие фенотипические маркеры, включая: NK1.1 у мышей и рецепторы NK-клеток (NCR), такие как NKp44 и NKp46 как у людей, так и у мышей. [10] [6] У них также есть различия в фенотипических маркерах, включая экспрессию CD127 на человеческих ILC1, которая присутствует не на всех NK-клетках. Кроме того, NKp80, маркер человеческих NK-клеток, не экспрессируется на ILC1. Было показано, что у мышей CD200R отличает NK-клетки от ILC1. [11] Связь между линиями клеток ILC1 и NK все еще остается нечеткой из-за отсутствия этих характерных маркеров, присутствующих на некоторых клетках NK/ILC1 в определенных тканях или после определенных событий инфекции/воспаления. Это подтверждает теорию специфической функции тканей. [10] Например, CD127 , хотя и экспрессируется большинством ILC1, отсутствует в ILC1, резидентных в слюнных железах, которые также обладают способностью экспрессировать Eomes , фундаментальную особенность NK-клеток. [12]
Из-за продукции гранзимов и перфорина NK-клетки считаются врожденными аналогами цитотоксических CD8+ T-клеток , тогда как ILC1 считаются врожденными аналогами T-хелперных клеток из-за продукции только IFN-γ без цитотоксической активности. [13]
ILC2 являются резидентными клетками тканей и участвуют во врожденном ответе на паразитов, таких как гельминтная инфекция, помогая восстанавливать поврежденные ткани. Они в изобилии присутствуют в тканях кожи, [14] [15] легких, печени и кишечника. [6] [16] Они характеризуются выработкой амфирегулина и цитокинов типа 2, включая IL-4 , IL-5 и IL-13 , в ответ на IL-25 , TSLP и IL-33 . [6] Благодаря своей цитокиновой сигнатуре они считаются врожденными аналогами клеток Th2 .
Они экспрессируют характерные поверхностные маркеры и рецепторы для хемокинов , которые участвуют в распределении лимфоидных клеток по определенным участкам органов. У людей ILC2 экспрессируют CRTH2 , KLRG1 , SST2 , CD161 и CD25 . [3] У мышей ILC2 экспрессируют CD44 , но не CD161 . [3]
Для развития ILC2 необходим IL-7 , который активирует основные факторы транскрипции RORα и GATA3 . GATA3 также необходим для поддержания функции ILC2, при этом отсутствие GATA3 подавляет развитие и функционирование клеток.
Хотя ILC2 считаются однородными, их можно разделить на субпопуляции естественных ILC2 (nILC2) и воспалительных ILC2 (iILC2) в зависимости от их чувствительности к IL-33 и IL-25. [3] nILC2 — это те, которые реагируют на IL-33 в тканях в естественном иммунном состоянии, в то время как iILC2 реагируют на IL-25 или паразита-гельминта. [3] nILC2 экспрессируют больше Thy1 и ST2 и сниженный KLRG1 . [3] iILC2 экспрессируют больше KLRG1 и сниженный Thy1 и ST2. [3 ] В дополнение к этим субпопуляциям, другая популяция, называемая клеткой ILC210, характеризуется способностью вырабатывать IL-10 . [3]
ILC3 участвуют во врожденном иммунном ответе на внеклеточные бактерии и грибки. Они играют ключевую роль в гомеостазе кишечных бактерий и в регуляции клеточных реакций Th17 . [17] ILC3 взрослого человека в основном находятся в собственной пластинке кишечника и миндаликах, однако они также находятся в селезенке , эндометрии , децидуальной оболочке и коже. [18]
ILC3 зависят от фактора транскрипции RORγt для своего развития и функционирования. [19] Они экспрессируют RORγt в ответ на IL-1β и IL-23 или патогенные сигналы. [20] IL-22 является основным цитокином, продуцируемым ILC3, и играет фундаментальную роль в поддержании кишечного гомеостаза. Однако ILC3 продуцируют множество других цитокинов, включая IL-17, IL-22, IFN-γ и GM-CSF , в зависимости от стимулов окружающей среды. [21]
Существует два подтипа ILC3, NCR- и NCR+ ILC3, при этом NCR, отображаемый на мышиных ILC3, представляет собой NKp46, в отличие от NKp44, отображаемого на человеческих ILC3. [21] NKp44+ ILC3 в высокой степени обогащены в миндаликах и кишечнике, как исключительный источник IL-22. [21] Некоторые ILC3 также могут экспрессировать другие маркеры NK-клеток, включая NKp30 и CD56 . [22] NCR- ILC3 в основном продуцируют IL-17A и IL-17F, а при определенных обстоятельствах и IL-22. [23] NCR- ILC3 могут дифференцироваться в NCR+ при повышенных уровнях экспрессии T-bet. [5] Несмотря на экспрессию маркеров NK-клеток, ILC3 сильно отличаются от NK-клеток, имея различные пути развития и эффекторные функции.
Клетки LTi считаются отдельной линией из-за их уникального пути развития, однако их часто считают частью группы ILC3 из-за их многих схожих характеристик. Как и ILC3, клетки LTi зависят от RORγt. Они участвуют в формировании вторичных лимфатических узлов и пейеровых бляшек , способствуя развитию лимфоидной ткани, что они делают посредством действия лимфотоксина , члена суперсемейства TNF . [6] Они имеют решающее значение как на эмбриональной, так и на взрослой стадиях развития иммунной системы, и поэтому клетки LTi присутствуют в органах и тканях на ранних стадиях эмбрионального развития. [6] Они играют ключевую роль в организации первичной и вторичной лимфоидной ткани и во взрослой лимфоидной ткани, регулируя адаптивный иммунный ответ и поддерживая структуры вторичной лимфоидной ткани. [25]
Их выработка стимулируется ретиноевой кислотой , CXCL13, RANK-L и цитокинами IL-1B, IL-23 и IL-6. [26] Они экспрессируют c-Kit , CCR6 , CD25 , CD127 и CD90 , однако не экспрессируют NCR. [6] Экспрессия OX40L является еще одним хорошим маркером для клеток LTi у взрослых мышей и людей. [24] Они могут быть как CD4+/-. Как и ILC3, при активации клетки LTi в основном продуцируют IL-17A , IL-17F и IL-22. [23] Они опосредованы RANK, TNF , IL-17 и IL-22.
Клетки LTi индуцируют экспрессию AIRE , аутоиммунного регуляторного гена, позволяя развиваться эмбриональным эпителиальным клеткам тимуса. [24] Они делают это посредством передачи сигналов лимфотоксина α4β7 и RANK-L. [24] Клетки LTi также обеспечивают выживание клеток памяти CD4+ T и, следовательно, иммунных реакций памяти в новообразованных лимфатических узлах. [24] Они делают это посредством членов суперсемейства TNF OX40L и CD30L , которые передают сигналы клеткам CD4+ T. [24] Эту роль можно использовать для предотвращения аутоиммунитета и усиления реакций памяти после вакцинации. [24]
Наше понимание путей, вовлеченных в развитие ILC, стало ясным только в последние несколько лет, и наши знания в основном основаны на путях мышей. [6] CLP обладают способностью дифференцироваться в ряд различных типов клеток, включая Т-клетки, В-клетки и ILC, в зависимости от присутствующих клеточных сигналов. За исключением NK-клеток, всем ILC требуется сигнализация IL-7 для выживания. Транскрипционный репрессор ID2 , по-видимому, противодействует дифференцировке В- и Т-клеток , давая зависимый от ID2 предшественник, который может далее дифференцироваться с транскрипционными факторами, специфичными для линии. [4]
ILC не зависят от гена, активирующего рекомбинацию (RAG), вместо этого они полагаются на сигнализацию цитокинов через общую цепь гамма-рецептора цитокина и путь киназы JAK3 для своего развития. [27]
ILC происходят от общих врожденных лимфоидных предшественников (CILP), которые происходят от CLP, которые обладают способностью дифференцироваться в ряд различных типов лимфоидных клеток, включая Т- и В-клетки. [6] CILP затем могут дифференцироваться в предшественников NK-клеток (NKP) или недавно описанных общих хелперных врожденных лимфоидных предшественников (CHILP). [6] CHILP затем могут дифференцироваться в предшественников индукторов лимфоидной ткани (LTiP) и врожденных лимфоидных клеток-предшественников (ILCP). Факторы, присутствующие в микроокружении, определяют прогрессирование CLP в направлении определенных подтипов ILC, включая лиганды notch, цитокины, циркадный ритм и экспрессию факторов транскрипции. [ необходима цитата ]
Развитие CLP в CILP и далее в ILC требует фактора транскрипции ID2 для опосредования подавления судеб лимфоидных клеток, генерирующих Т- и В-клетки. [27] Это происходит посредством снижения активности факторов транскрипции E-box ( E2A , E2-2 и HEB ), критически важных для развития В- и Т-клеток. [27] Первоначально предполагалось, что ID2 необходим для того, чтобы CLP дифференцировались во все подтипы ILC, однако исследования показали, что отключение ID2 во время развития CLP парализует развитие всех подтипов ILC, кроме предшественников NK-клеток, которые не зависят от присутствия Id2. [28] Благодаря этому осознанию была идентифицирована группа клеток с отрицательным клонированием (требование любой истинной клетки-предшественника), которые полностью зависели от присутствия ID2 и экспрессировали другие ключевые маркеры ILC, с фенотипом: Lin-ID2+IL7Ra+CD25-α4β7+, которые теперь известны как общие хелпероподобные врожденные лимфоидные предшественники CHILP. [28] Они названы «общими хелпероподобными» из-за их сходства с судьбами эффекторных клеток Т-хелперов.
Каждая стадия дифференциации зависит от экспрессии различных факторов транскрипции, включая: NFIL3 , TCF-1 , ETS1 , GATA3, PLZF, T-bet, Eomes, RUNX3 , RORα, Bcl11b , Gfi1, RORγt и AhR . [6] Координированная экспрессия этих специфических факторов транскрипции активирует или подавляет целевые гены, имеющие решающее значение для дифференциации субпопуляций лимфоцитов. [27] В частности, Nfil3, экспрессия которого регулируется цитокинами, контролирует дифференциацию ILC через факторы транскрипции Id2, RORγt, Eomes и Tox . [29] Это свидетельствует о том, что тканевые сигналы играют ключевую роль в принятии решений о судьбе в линиях ILC.
Исследования показывают, что основным местом развития ILC является печень у плода и костный мозг у взрослых, поскольку именно там были обнаружены CLP, NKP и CHILP. [27] Затем клетки выходят и циркулируют в крови, пока не достигнут своих определенных тканей, закодированных молекулами адгезии и хемокинами . [27] Однако также было показано, что созревание ILC может происходить за пределами первичных лимфоидных тканей, подобно созреванию наивных Т-хелперных клеток.
Предшественники NK-клеток и предшественники ILC3 были обнаружены в миндаликах человека, а также эмбриональных ILCP, присутствующих в кишечнике мыши, которые накапливаются в пейеровых бляшках. [30] [31] Ретиноевая кислота, вырабатываемая многими типами клеток, такими как нервные клетки, дендритные клетки и стромальные клетки , способствует дифференциации ILC3, а не ILC2, и необходима для их полного созревания. [27] Кроме того, AhR, который может быть вызван лигандами, вырабатываемыми после катаболизма пищи, необходим для поддержания функции и экспрессии кишечных ILC3. [30]
ILC участвуют в нашем иммунном ответе на патогены во всех органах, в частности на слизистых поверхностях. [13] Они играют ключевую роль во врожденном иммунном ответе из-за своей способности быстро секретировать иммунорегуляторные цитокины, однако они также играют роль в формировании адаптивного ответа, взаимодействуя с другими иммунными клетками. Микроокружение ткани, в которой они находятся, определяет и настраивает экспрессию различных профилей ILC, облегчая их взаимодействие в множественных эффекторных функциях.
Стратегическое расположение и глубокое укоренение ILC в тканях позволяет им поддерживать гомеостаз и, следовательно, здоровое функционирование тканей. Однако ILC также играют пагубную роль в различных участках слизистой оболочки. [32]
Поскольку функция ILC связана с их локализацией в определенной ткани, определение сигналов, участвующих в их локализации и моделях миграции, будет иметь важное значение для выявления новых путей лечения заболеваний. [21]
Фундаментальное свойство иммунитета типа 2 и, следовательно, клеток ILC2 заключается в том, чтобы иметь дело с организмами слишком большого размера, которые не могут быть переварены, такими как гельминты . [33] В кишечнике в ответ на заражение гельминтами эпителиальные клетки секретируют высокие уровни IL-25, активируя клетки ILC2. ILC2 вырабатывают IL-13, который управляет дифференциацией дополнительных эпителиальных клеток через сигнальные пути Notch. Эта инструкция позволяет ткани ремоделироваться, чтобы обеспечить изгнание паразита гельминта и других крупных патогенов.
ИЛ-13 также активирует Т-клетки, вызывая дальнейшие физиологические реакции для изгнания паразита. [34] Т-клетки стимулируют секрецию слизи бокаловидными клетками, сокращение гладких мышц и секретируют сигналы, привлекающие тучные клетки и эозинофилы в это место, стимулируя пролиферацию В-клеток. [34]
Инфекция может привести к повреждению тканей из-за миграции гельминта. ILC2 играют ключевую роль в восстановлении поврежденных тканей после инфекции, производя лиганды, такие как AREG , для рецепторов эпителиального фактора роста, что облегчает дифференциацию эпителиальных клеток для восстановления тканей. [6] Это может функционировать для усиления барьерной функции эпителия и замедления проникновения патогена. [34]
В многочисленных тканевых нишах ILC имеют связь с негемопоэтическими клетками, такими как стромальные клетки. В легких ILC2 имеют отчетливую локализацию в стромальных клетках, которые выделяют IL-33 и TSLP, способствуя гомеостазу ILC2, как в устойчивом состоянии, так и в ответ на заражение гельминтом, после того как гельминт развился в кишечнике и мигрировал в легкие через кровь. [35]
ILC2 легких расположены близко к кровеносным сосудам, что позволяет привлекать эозинофилы из крови. Они также расположены в дыхательных путях, где могут скапливаться потенциальные патогены. Это означает, что они находятся в тесном контакте с нейроэндокринными клетками , которые активируют ILC2 посредством высвобождения пептида, связанного с геном кальцитонина . [36] Другие исследования также подтверждают регуляцию функции ILC через нейронные цепи .
Кроме того, ILC1 и ILC3 высвобождают кислородные радикалы и смертельно опасные ферменты в ответ на патогенную инфекцию, вызывая повреждение тканей хозяина. Репарационные реакции для ткани координируются иммунным ответом типа 2 после того, как ILC3 и ILC1 очистят ткань от микробов и мусора.
Кишечные ILC подвергаются воздействию пищевых, микробных и эндогенных метаболитов. Возвращение ILC в тонкий кишечник опосредовано интегрином α4β7 и рецептором CCR9. ILC2 экспрессируют CCR9 в костном мозге, поэтому могут напрямую возвращаться в кишечник, однако для экспрессии CCR9 на ILC1 и ILC3 требуется ретиноевая кислота.
ILC способствуют поддержанию целостности барьера в кишечнике, защищая от различных бактерий и вирусных инфекций. ILC3 являются наиболее многочисленной субпопуляцией, присутствующей как в кишечнике взрослого человека, так и плода. [37] Распределение ILC в кишечнике меняется в процессе развития, и они неравномерно распределены по всем сегментам желудочно-кишечного тракта. Это распределение в различные ниши в кишечнике опосредовано различными сигнальными каскадами. [38] У людей приблизительно 70% кишечных ILC являются NCR+, а 15% - NCR-. [39]
ILC3 напрямую взаимодействуют с бактериальной флорой , создавая сеть между микробиотой и хозяином, способствуя гомеостазу. ILC3 ограничивают колонизацию множества неблагоприятных бактерий в кишечнике посредством секреции IL-22, стимулируя эпителиальные клетки к выработке антимикробных пептидов. [40] Выработка IL-22 индуцируется за счет выработки IL-23 и IL-1β макрофагами и ДК, и способствует заживлению слизистой оболочки. [3] Например, IL-22 может способствовать восстановлению повреждений кишечника после химиотерапии или радиотерапии . ILC3 регулируют сдерживание комменсальных бактерий в просвете, позволяя им подвергаться воздействию фагоцитов собственной пластинки, что приводит к праймированию Т-клеток. Хотя они могут представлять антигены через рецепторы MHC класса II , ILC не имеют костимулирующих молекул и, следовательно, играют роль в анергии Т-клеток , способствуя толерантности к полезным комменсалам. [39] Таким образом, связь между ILC3 и Т-клетками в кишечнике имеет решающее значение для поддержания гомеостаза, так как при отсутствии ILC3 может происходить неконтролируемая активация Т-клеток. Кроме того, микробиота играет роль в тонкой настройке продукции IL-22 ILC3, например, сегментированные нитчатые бактерии в подвздошной кишке регулируют продукцию IL-22 и позволяют дифференцировать клетки Th17. [41] [42]
ILC3 взаимодействуют с энтеральной нервной системой для поддержания кишечного гомеостаза, так как в ответ на бактерии глиальные клетки в собственной пластинке секретируют нейротрофические факторы , которые через нейрорегуляторный рецептор RET индуцируют выработку IL-22 ILC3. [43] Дендритные клетки также могут вырабатывать IL-23 во время стресса, вызванного патогеном, также активируя ILC3, позволяя вырабатывать IL-22. Один из механизмов, с помощью которого IL-22 регулирует микробиоту, присутствующую в кишечнике, заключается в паттернах гликозилирования эпителиальных клеток. [44] IL-22 и экспрессия лимфотоксина ILC3 контролируют экспрессию фукозилтрансферазы 2, которая позволяет фукозилировать эпителиальные клетки, обеспечивая источник питательных веществ для люминальных бактерий. [44]
Лиганды AHR из рациона или микробиоты распознаются иммунными клетками, регулируя развитие ILC и функции NK-клеток в кишечнике. В ответ на метаболиты триптофана сигнализация AhR поддерживает экспрессию IL-22 и кишечный гомеостаз. [6] Ретиноевая кислота, вырабатываемая дендритными клетками, способствует экспрессии рецепторов возвращения кишечника на ILC1 и ILC3 и усиливает функцию ILC3, повышая регуляцию RORγt и IL-22. [6] Также существует перекрестное взаимодействие между макрофагами и ILC3 через продукцию GM-CSF, управляемую RORγt, которая зависит от микробной сигнализации и продукции IL-1β макрофагами. [39] Дефицит диетического витамина А приводит к аномально малому количеству ILC3 и, следовательно, к снижению продукции IL-22 и более высокой восприимчивости к инфекции. Напротив, ретиноевая кислота подавляет пролиферацию ILC2 путем снижения регуляции IL-7Ra , а лишение витамина А, как было показано, усиливает опосредованную ILC2 устойчивость к гельминтным инфекциям у мышей. [39] Таким образом, ILC3 образуют сеть взаимодействий для поддержания кишечного гомеостаза между микробиомом , кишечным эпителием, нейроглиальными клетками и другими иммунными клетками.
Клетки LTi присутствуют в пейеровых бляшках и лимфоидных фолликулах , взаимодействуя с В-клетками, способствуя выработке IgA , что способствует комменсализму хозяина с местной микробиотой. [45] ILC1 и NK-клетки вырабатывают IFN-γ для борьбы с внутриклеточными патогенами. При заражении C. dificile ILC1 и ILC3 объединяются для борьбы с инфекцией. [46] ILC2 вызывают дифференциацию бокаловидных клеток и выработку слизи в кишечнике для защиты от повреждения тканей при паразитарной инфекции.
Различные группы врожденных лимфоидных клеток обладают способностью влиять на возникновение опухолей несколькими способами. [47] [48]
Группа 1 ILC представляет собой популяцию ILC с наиболее значительным противоопухолевым потенциалом, при этом NK-клетки обладают способностью распознавать отсутствующие MHC класса I на поверхности опухолевых клеток. [49] Таким образом, они действуют комплементарно с цитотоксическими Т-клетками, которые распознают и убивают опухолевые клетки, представляющие чужеродный антиген на MHC класса I. [50] [51] NK-клетки экспрессируют ряд рецепторов NK-клеток на клеточной поверхности, активирующих NK-клетки со специфичностью к лигандам, вызванным стрессом, которые сверхэкспрессируются на опухолевых клетках. Дополнительную информацию о NK-клетках в наблюдении за опухолями см. на странице Естественные клетки-киллеры .
ILC1 влияют на микроокружение опухоли путем выработки цитокинов IFN-γ и TNF-α, которые в начале иммунного ответа поляризуют другие иммунные клетки, такие как макрофаги M1 , дендритные клетки и цитотоксические Т-клетки , в этом месте, создавая воспалительную среду. [52] В случае успеха привлечение этих клеток убьет опухолеобразующие клетки, однако в некоторых случаях IFN-γ и TNF-α могут играть роль в индукции иммуносупрессивных иммунных клеток, таких как MDSC , и, следовательно, противовоспалительных цитокинов, позволяя опухолевым клеткам избежать иммунной среды . [53] [54] [48]
Роль ILC2 и ILC3 в наблюдении за опухолями зависит от микросреды, встречающейся в их резидентных тканях.
ILC2 продуцируют цитокины, которые стимулируют противовоспалительный иммунный ответ, например, IL-13, IL-4, амфирегулин, способствующий росту опухоли. [55] Однако в некоторых случаях ILC2 могут продуцировать IL-5, стимулирующий цитотоксический ответ эозинофилов и, следовательно, противоопухолевый ответ. [56] [57]
ILC3 также могут быть вовлечены в про- или анти-опухолевую среду. Продукция IL-17 может поддерживать рост опухолей и метастазов, поскольку она индуцирует проницаемость кровеносных сосудов, однако, повышение регуляции MHC класса II на их поверхности может стимулировать CD4+ T-клетки, оказывая анти-опухолевый эффект. [58] Кроме того, сообщалось, что ILC3 способствуют формированию третичных лимфоидных структур при раке легких, играя защитную роль. [59]
Все подтипы ILC присутствуют в печени и регулируют иммунный ответ для защиты ткани от вирусной и бактериальной инфекции. [60] ILC1 являются доминирующим подтипом ILC, присутствующим в печени. Их продукция IFN–γ способствует выживанию гепатоцитов . [61] Продукция IFN-γ ILC1 зависит от экспрессии рецептора NK-клеток CD226 . [61] Продукция IFN-γ ILC1, вызванная IL-12, ускоряется внеклеточным АТФ , а IFN-γ повышает выживаемость молекул Bcl-2 и Bcl-xL в гепатоцитах. [61]
NK-клетки играют роль в иммунном ответе против вирусного гепатита B и C , ограничивая фиброз печени и рак печени . Они устраняют гепатоциты в фиброзной печени через TRAIL и/или NKG2D .
ILC играют важную роль в поддержании диетического стресса и метаболического гомеостаза. Выработка метаболитов триптофана заставляет фактор транскрипции AhR индуцировать экспрессию IL-22, поддерживая количество присутствующих ILC3 и, следовательно, кишечный гомеостаз. [6] Метаболит витамина А, ретиноевая кислота, также повышает экспрессию IL-22, и, следовательно, отсутствие сигнального пути AhR и ретиноевой кислоты приводит к снижению иммунитета к бактериальным инфекциям, таким как желудочно-кишечная инфекция Citrobacter rodentium . [6] Ретиноевая кислота также усиливает экспрессию маркеров кишечного хоминга на ILC1 и ILC3. Таким образом, доступность питательных веществ в рационе изменяет иммунный ответ ILC на инфекцию и воспаление, подчеркивая важность сбалансированной и здоровой диеты.
ILC2 поддерживают иммунную среду типа 2 в жировой ткани посредством продукции IL-5, IL-4 и IL-13. Это регулирует ожирение, резистентность к инсулину и расход калорий. [6] Нарушение регуляции этого вызывает постоянное воспаление типа 1, приводящее к ожирению . ILC2 способствуют образованию адипоцитов и, следовательно, увеличению расхода энергии. Таким образом, снижение реакции ILC2 в ткани является характеристикой ожирения, поскольку это нарушает их важную роль в энергетическом гомеостазе, что приводит к снижению расхода энергии и увеличению ожирения. [62] В дополнение к ILC2, ILC1 способствуют гомеостазу макрофагов жировой ткани как в состоянии худого, так и в состоянии ожирения, составляя 5-10% популяции резидентных лимфоцитов в жировых депо человека. [10] Диета с высоким содержанием жиров увеличивает количество ILC1 и активацию жировой ткани, увеличивая уровни IFN-γ и TNF-α. ILC1 продуцируют макрофагальный хемоаттрактант CCL2, и поэтому сигнализация ILC1-макрофаг является ключевым регулятором жировой ткани. [63] Этот путь может быть потенциальной целью для лечения пациентов с заболеваниями печени .
ILC2 способствуют пролиферации эпителиальных и бокаловидных клеток , и, следовательно, образованию слизи в дыхательных путях. Эти функции способствуют восстановлению и поддержанию целостности эпителия. ILC2 обеспечивают защиту от гельминтных инфекций в легких посредством продукции AhR, IL-9 и IL-13. [64] Считается, что эти ILC2 возникают в кишечнике и мигрируют в легкие, чтобы бороться с гельминтной инфекцией. [65]
Клетки ILC1 и NK секретируют IFN-γ в ответ на вирусную инфекцию в легких, включая риновирус и респираторно-синцитиальный вирус (РСВ). [3]
ILC3 также участвуют в инфекциях легких, через секрецию IL-17 и IL-22, например, при инфекции S. pneumoniae . Необходимы дальнейшие исследования, чтобы расшифровать роль ILC в респираторных инфекциях человека. [66]
Данные показывают, что ILC3 и ILC2 привлекаются к раненой дерме как у мышей, так и у людей посредством эпидермального сигнала Notch1. [39] ILC3 секретируют IL-17F, который играет роль в иммунных и эпителиальных клеточных реакциях во время заживления ран, привлекая макрофаги к месту. Экспрессия TNF также играет роль в заживлении ран, поскольку она направляет локализацию ILC3 в поврежденный эпидермис кожи. [39] В ответ на высвобождение IL-33 эпидермисом ILC2 секретируют высокие уровни амфирегулина, критического эпидермального фактора роста, тем самым способствуя заживлению кожных ран. [39]
Слизистая оболочка полости рта колонизирована комменсалами и подвергается воздействию пищевых антигенов и патогенов. ILC в слизистой оболочке полости рта помогают поддерживать барьер и защищать от инфекций. ILC3 и внутриэпителиальные ILC1 были первоначально идентифицированы в миндаликах и обнаружены в деснах человека. Примерно 10–15% лимфоцитов были идентифицированы как ILC, большинство из которых продуцируют IFN-γ ILC1. ILC3 в ротоглотке защищают от инфекции Candida albicans, продуцируя IL-17A и IL-17F, индуцированной IL-23. Мыши, у которых ILC3 отсутствовали из-за делеции RORγt или истощения, страдали от тяжелых инфекций, вызванных Candida albicans. [67]
Было показано, что ILC могут секретировать нейротрансмиттеры и нейропептиды в легких. ILC2 взаимодействуют с нейронами в дыхательных путях благодаря близости к нервным волокнам, а ILC2, продуцирующие IL-5 в легких, обнаруживаются в богатых коллагеном областях, близких к слиянию кровеносных сосудов среднего размера и дыхательных путей. Кроме того, ILC2, продуцирующие IL-5, обнаруживаются в легочных нейроэндокринных клетках в соединениях ветвей дыхательных путей, в которых концентрируются частицы, попадающие в дыхательные пути. Локализация ILC2 в дыхательных путях предполагает, что резидентство ILC2 определяется микросредой в различных зонах ткани. [68]
Взаимодействия циркадных часов и ILC были продемонстрированы путем изучения регуляции главного гена часов Arntl. Его удаление привело к нарушению регуляции ILC3, вызванному эпигенетическими изменениями, что привело к экспрессии IL-22 и способствовало изменению микробиома, эпителиальных клеток и нарушению поглощения липидов в кишечнике. С другой стороны, удаление Nr1d1, белка, участвующего в регуляции циркадных метаболических реакций, привело к снижению NCR+ ILC3 и увеличению продукции IL-17, при этом не влияя на LTi-подобный ILC3. [69]
Было подтверждено, что ILC2 играют патогенную роль во время воспаления легких. Эпителиальные клетки в легких экспрессируют цитокины IL-33 и IL-25, или TSLP, в ответ на различные аллергены , грибки и вирусы. Эти цитокины активируют ILC2, и, следовательно, у пациентов с аллергической астмой присутствует повышенное количество ILC2, и цитокины типа 2 (IL-4/5/13). [3] Они секретируют IL-13, инициируя аллергическое воспаление легких, и дополнительно способствуют дифференциации Th2, увеличивая выработку IL-13 и, следовательно, усиливая аллергическую реакцию. [70]
Продукция IL-5 ILC2 в легких приводит к привлечению эозинофилов, а другие популяции клеток, как известно, взаимодействуют и формируют присутствие ILC2 в легких при воспалении дыхательных путей у пациентов с астмой. Кроме того, они также способствуют пролиферации В-клеток. Считается, что увеличение присутствующих ILC2 коррелирует с тяжестью заболевания, и доказательства подтверждают, что некоторые «подвергшиеся воздействию аллергена» ILC2 сохраняются после разрешения первоначального воспаления, демонстрируя сходство с Т-клетками памяти. Присутствие «подвергшихся воздействию аллергена» ILC2 может быть причиной того, что пациенты с астмой часто сенсибилизированы к различным аллергенам. [39]
Этот аллергический иммунный ответ, по-видимому, не зависит от Т- и В-клеток, и имеются данные, подтверждающие, что аллергические реакции, напоминающие симптомы астмы, могут быть вызваны у мышей, у которых отсутствуют Т- и В-клетки, с помощью ИЛ-33. [71] [72]
Менее ясно, как другие ILC влияют на астму, однако исследования показывают корреляцию между количеством ILC3, продуцирующих IL-17, и тяжестью заболевания. На мышах было показано, что NK-клетки и ILC1 подавляют расширение ILC2 из-за продукции IFN-γ и, следовательно, могут помочь контролировать заболевание. Необходимы дальнейшие исследования на людях, чтобы определить, как баланс между различными подгруппами влияет на астму. [73]
NK-клетки экспрессируют множество рецепторов на поверхности клеток, которые могут быть активирующими, ингибирующими, адгезионными, цитокиновыми или хемотаксическими. Интеграция информации, собранной с помощью этих многочисленных входов, позволяет NK-клеткам поддерживать аутотолерантность и распознавать сигналы стресса собственных клеток. [74] Если тонкая, динамическая регуляция активации NK-клеток становится несбалансированной в пользу атаки на собственные клетки, патология аутоиммунного заболевания. Нарушение регуляции NK-клеток было связано с рядом аутоиммунных расстройств, включая рассеянный склероз , системную красную волчанку и сахарный диабет I типа . [75]
Данные свидетельствуют о том, что нацеливание на ILC может быть полезным при разработке терапевтических средств для аутоиммунных расстройств. Поскольку ILC и Т-клетки имеют много избыточных функций, нацеливание и нейтрализация их эффекторных цитокинов может быть лучшим вариантом. В качестве альтернативы нацеливание на их активирующие медиаторы (IL-23, IL-1B или IL-6) или их факторы выживания (IL-7) может быть использовано в качестве подхода к лечению воспалительных заболеваний. [21]
Частота ILC2 также была повышена в других тканях с аллергическими симптомами, например, в носовых полипах у пациентов с хроническим риносинуситом и у пациентов с респираторными заболеваниями, обострившимися при приеме аспирина . [3] Концентрация ILC2 положительно коррелирует с тяжестью заболеваний.
ILC2 активируются из-за присутствия TSLP и IL-4, вырабатываемых эпителиальными клетками и эозинофилами соответственно. Затем они вырабатывают IL-4, IL-5 и IL-13, дополнительно активируя эозинофилы, в положительной обратной связи, способствуя воспалению. Разрыв этой петли может быть потенциальной терапией ринита. NK-клетки, по-видимому, играют полезную роль, при этом их меньше у людей с аллергическим ринитом. [76]
Исследования показывают, что IL-17, продуцирующие NCR-ILC3, вносят вклад в патофизиологию ВЗК из -за их повышенной распространенности в кишечнике пациентов с болезнью Крона . [39] Кроме того, количество ILC1 в слизистой оболочке кишечника пациентов с болезнью Крона увеличивается примерно с 10% до 40% от общего количества присутствующих ILC. [39] Увеличение количества присутствующих ILC коррелирует с тяжестью заболевания. Данные свидетельствуют о том, что пластичность между ILC3 и ILC1 в кишечнике является важным фактором болезни Крона, при этом ILC3 дифференцируются в ILC1 при воздействии IL-12, продуцируемого дендритными клетками. [39] Однако IL-23, IL-1B и ретиноевая кислота, присутствующие в кишечнике, могут привести к дифференциации ILC1 обратно в ILC3. [39] Данные также свидетельствуют о способности ILC2 приобретать провоспалительный фенотип, при этом ILC2 продуцируют IFN-γ, присутствующий в кишечнике пациентов с болезнью Крона, в ответ на определенные факторы окружающей среды, такие как цитокины. [39]
Пациенты с ВЗК имеют повышенный риск развития рака кишечника из-за хронического воспаления, когда ILC3 приобретают провоспалительный фенотип ILC1 во время хронического воспаления. Поскольку ILC накапливаются в кишечнике пациентов с ВЗК, считается, что они могут играть протуморогенную роль. Подтверждая это, исследования показывают увеличение количества эффекторных цитокинов IL-23, IL-17 и IL-22 в микроокружении опухоли при раке кишечника. [77] [78] [79]
NK-клетки секретируют IFN-γ, который обладает противоопухолевым действием. Многочисленные исследования показывают снижение частоты NK-клеток и IFN-γ, присутствующих в кишечнике или периферической крови пациентов с раком кишечника. [80] [81] Необходимы дальнейшие исследования для изучения их точной роли в среде рака кишечника.
Печеночные ILC1 способствуют патогенезу хронического гепатита B из-за продукции IFN-γ и TNF-α. Нарушение эпителия, выстилающего печеночные желчные протоки , часто наблюдается в ответ на хроническое воспаление печени, а повышенная пролиферация этих протоков связана с раком печени. [60] Данные свидетельствуют о том, что повышенная пролиферация вызвана IL-13, который вырабатывается индуцируемой IL-33 продукцией клеток ILC2. Также было показано, что ILC2 усиливают прогрессирование фиброза печени, в свою очередь способствуя развитию рака печени. [60]
Доступность определенных пищевых питательных веществ может влиять на иммунный гомеостаз ILC, изменяя энергию, запасенную в жировой ткани. Жировая ткань поддерживает гомеостаз метаболизма и в настоящее время считается полностью иммунокомпетентным органом. Недоедание и обжорство могут нарушить регуляцию реакций ILC посредством изменений в пищевых питательных веществах, оказывая прямое влияние на энергию, запасенную в жировой ткани. [10] Ожирение связано с изменениями желудочно-кишечной флоры, повышенным притоком свободных жирных кислот из жировой ткани в печень и повышенной проницаемостью кишечника. [10] Близкое анатомическое расположение желудочно-кишечного тракта и печени означает, что транспортировка бактериальных метаболитов через воротную вену вызывает воспаление, воздействуя на врожденные иммунные клетки, включая ILC1, поэтому играет важную роль в активации воспалительного состояния в печени. Таким образом, воспаление, связанное с ожирением, может влиять на прогрессирование заболевания печени из-за развития резистентности к инсулину и нарушения метаболической регуляции. [10] ILC1, как ключевой регулятор воспаления жировой ткани, являются потенциальной терапевтической мишенью для лечения людей с заболеваниями печени или метаболическим синдромом .
ILC2 также были идентифицированы в белой жировой ткани человека и мыши , способствуя развитию ожирения. При нарушении регуляции гомеостаза в жировой ткани сниженные реакции ILC2 являются характеристикой ожирения, поскольку это нарушает их важную роль в энергетическом гомеостазе, что приводит к снижению расхода энергии и увеличению ожирения. [62]
Частота ILC2 выше в воспаленной коже пациентов с атопическим дерматитом , чем у здоровых пациентов. [39] ILC2 из кожи пациентов имели повышенную регуляцию рецепторов IL-25, IL-33, TSLP и PGD2, что предполагает их роль в активации ILC2. Базофилы и тучные клетки также присутствуют в этих поражениях кожи, продуцируя IL-4 и PGD2 , что дополнительно активирует ILC2.
Псориаз , еще одно воспалительное заболевание кожи, вызывает утолщение эпидермиса, образуя бляшки, которые в основном заселены Т-клетками и дендритными клетками. Т-клетки представляют собой иммунный ответ типа 1; однако считается, что утолщение и воспаление эпидермиса вызваны выработкой IL-22, IL-17A и IL-17F другими Т-клетками, такими как Th17 или γδ Т-клетки . [39] Однако более поздние данные свидетельствуют о том, что ILC3 на самом деле вырабатывают большое количество этих цитокинов, с увеличением количества ILC3 в периферической крови пациентов с псориазом. [39]
ILC изучались в слизистых барьерах и их взаимодействии с адаптивным иммунитетом, таким образом, связывая их с аутоиммунными заболеваниями. При артрите, характеризующемся наличием аутоантител, дисрегулируемое перекрестное взаимодействие между Tfh и B-клетками было вовлечено в выработку этих антител. Интересно, что было высказано предположение, что воспалительные реакции Th17 и Tfh генерируются в желудочно-кишечном тракте и что микробиота может усиливать эту реакцию. Таким образом, развитие ILC, вовлеченных в регуляцию иммунного ответа против микробиоты в кишечнике, было связано с артритом. В случае ILC2 играет важную роль в регуляции воспалительных реакций путем выработки IL-4, IL-9 и IL-13. [82]
В случае ILC3 при рассеянном склерозе эти клетки были вовлечены в третичные лимфоидные агрегаты в мозге пациентов с прогрессирующим заболеванием. Кроме того, увеличение LTi-подобного ILC3 коррелировало с аутоантителами в мозговой жидкости. [82]
Наша классификация ILC на подмножества обеспечивает упрощенную структуру, однако, несмотря на вышеприведенную систему классификации, несколько исследований предполагают, что их развитие и фенотипическое поддержание намного сложнее, с высоким уровнем пластичности между подмножествами. Исследования подтвердили способность некоторых подмножеств ILC преобразовываться в другое подмножество в присутствии определенных цитокинов. [13] [47] Это также общая черта для Т-клеток, и считается, что эта пластичность имеет решающее значение для того, чтобы позволить нашей иммунной системе точно настраивать ответы на так много различных патогенов. [13] Пластичность ILC требует рецепторов цитокинов, их факторов транскрипции и доступа определенных областей хроматина к факторам транскрипции, однако до сих пор остается неясным, где эти цитокины вырабатываются и где происходит дифференциация in vivo. [6]
ILC, присутствующие у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ), являются прототипическим примером пластичности ILC. Исследования как на людях, так и на мышах показали, что резидентные ILC2 легких приобретают фенотип ILC1 во время ХОБЛ, увеличивая секрецию IFN-γ и, следовательно, воспаление. [83] Различные триггеры, включая сигаретный дым, вызывают секрецию IL-12 и IL-18, вызывая дифференциацию ILC2 в ILC1. GATA3 снижается, а экспрессия T-bet повышается. [83] Таким образом, у пациентов наблюдается более высокое соотношение ILC1:ILC2 в крови, при этом обилие присутствующих ILC1 коррелирует с тяжестью заболевания. [83]
Способность ILC3 превращаться в ILC1-подобные клетки была показана in vitro и in vivo. [84] [85] [47] Когда ILC3 культивируются с IL-2 и IL-15, это вызывает повышение регуляции T-bet и рецептора IL-12 (IL-12R) β2, что позволяет преобразовывать ILC3 в ILC1. Кроме того, исследования показывают, что IL-23 может способствовать преобразованию ILC1 в ILC3. [85]
Появляется все больше доказательств того, что ILC2 также обладают определенной степенью пластичности, при этом исследования подтверждают их способность превращаться в ILC1 и ILC3 при воздействии определенных стимулов окружающей среды, таких как цитокины или лиганды notch. [86] [47]
Сигнализация, индуцированная цитокинами, регулирует пластичность между ILC3 и ILC1, вызывая экспрессию T-bet. У пациентов с болезнью Крона увеличение ILC1 за счет ILC3, возможно, за счет продукции IL-2 из регуляторных клеток T, что приводит к патогенному состоянию и воспалительным событиям. Хотя пластичность обратима, во время дифференциации NKp46+ ILC3 в ILC1 модуляция экспрессии T-bet зависит от IL-23, IL-2 и IL-1b и улучшается ретиноевой кислотой. Следовательно, пластичность ILC3 в ILC1 зависит от дендритных клеток, которые продуцируют эти цитокины. Хотя взаимопревращение ILC1 и ILC3 модулируется дифференциальной экспрессией RORγt и T-bet, остаются различные вопросы, которые необходимо объяснить, чтобы понять воспаление, вызванное этими клетками. [87]
В случае ILC2, Gata3 может быть подавлен из-за воздействия инфекционных агентов, таких как вирус гриппа, респираторно-синцитиальный вирус и золотистый стафилококк, увеличивая экспрессию IL12Rb2, IL-18Ra и T-bet. Дифференциация ILC2 в ILC1 также может быть обратимой, хотя механизм пока не изучен. [87]
В определенных условиях, таких как воспаление, хроническое заболевание или опухолевая микросреда, активированные NK-клетки могут начать экспрессировать CD49a и CXCR6 , общие маркеры ILC1, усиливая их пластические свойства. [88] [89]
Определение степени пластичности ILC во время болезни может быть полезным, чтобы позволить нам предотвратить или усилить их превращение в другие подтипы, которые могут способствовать патогенности. [47] [90]
Исторически различие между врожденной и адаптивной иммунной системой фокусировалось на неспецифической природе врожденной системы и отсутствии памяти. [91] По мере появления информации о функциях NK-клеток и других ILC как эффекторов и организаторов адаптивного иммунного ответа это различие стало менее четким. Некоторые исследователи предполагают, что определение должно больше фокусироваться на зародышевой линии кодирования рецепторов врожденной иммунной системы по сравнению с перестроенными рецепторами адаптивной иммунной системы. [74]