肺上皮细胞与中性粒细胞的 “秘密通讯”：抗曲霉感染的关键防线

《Science Immunology》：GM-CSF–mediated epithelial-immune cell cross-talk orchestrates pulmonary immunity to Aspergillus fumigatus

为探究曲霉感染时 GM-CSF 的作用，研究人员发现 SPC+肺上皮细胞通过 IL-1 和 IFN-λ 调控 GM-CSF，增强中性粒细胞抗真菌能力。

　　

在免疫功能低下的人群中，曲霉（Aspergillus fumigatus）就像一个隐藏在暗处的 “杀手”，它引发的侵袭性曲霉病（IA）会威胁生命。其中，中性粒细胞数量或功能缺陷的患者更是深受其害。在这场与曲霉的战斗中，先天免疫细胞之间的相互作用对中性粒细胞的抗真菌活性至关重要，然而，上皮细胞在这一过程中扮演着怎样的角色却一直是个谜。同时，GM-CSF 在组织稳态和微生物感染期间的产生和作用机制也存在两种不同的模型，到底哪种正确，或者是否还有其他未知的情况，都亟待解答。

为了揭开这些谜团，来自国外多个研究机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Science Immunology》上，为我们理解抗曲霉感染的免疫机制带来了新的曙光。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是利用基因工程小鼠模型，如敲除特定基因的小鼠，来探究基因功能；二是采用酶联免疫吸附试验（ELISA）测定细胞因子水平；三是通过流式细胞术分析细胞亚群；四是运用免疫荧光成像观察细胞和病原体的位置关系。

研究结果如下：

1. GM-CSF 对宿主防御曲霉感染至关重要：通过感染 C57BL6/J（B6）小鼠和 Csf2^?/?（GM-CSF 基因敲除）小鼠，研究发现 GM-CSF 在感染早期产生，峰值在感染后 12 小时，并且 GM-CSF 缺失会导致小鼠死亡率大幅上升，肺部真菌负担增加，分生孢子萌发成侵袭性菌丝的比例升高。这表明早期 GM-CSF 的产生对于预防感染致死和限制曲霉分生孢子萌发至关重要。

2. IL-1 和 III 型 IFN 信号促进 GM-CSF 产生：研究人员检测了多种基因缺陷小鼠感染曲霉后肺部 GM-CSF 的水平，发现 IL-1 受体信号通路相关基因（Il1a/b^?/?、Il1r1^?/?、Myd88^?/?）和 III 型 IFN 信号通路相关基因（Ifnl2/3^?/?、Ifnlr1^?/?、Stat1^?/?）缺陷的小鼠，肺部 GM-CSF 水平均降低。这说明 IL-1 和 III 型 IFN 信号在曲霉感染期间共同促进 GM-CSF 的产生，且二者平行发挥作用。

3. IL-1 和 Stat1 在稳态下对 GM-CSF 产生和 AM 稳态非必需：研究人员对未感染的 Il1r1^?/?、Stat1^?/?和 Il1r1^?/– Stat1^?/?小鼠进行检测，发现这些小鼠的肺泡巨噬细胞（AM）数量和肺部 GM-CSF 水平与 B6 小鼠相比没有变化。这表明 IL-1 和 III 型 IFN-Stat1 信号通路在稳态下对 GM-CSF 依赖的 AM 发育和维持并非必需。

4. GM-CSF 由 SPC⁺肺上皮细胞产生：通过构建骨髓嵌合体小鼠、对细胞进行分选和定量聚合酶链反应（qPCR）、利用荧光报告小鼠等实验，研究人员确定了 GM-CSF 主要由表达表面活性蛋白 C（SPC）的肺上皮细胞产生，包括 II 型肺泡上皮细胞（AECIIs）和支气管肺泡干细胞（BASCs），且这些细胞能响应 IL-1 和 IFN-λ 信号产生 GM-CSF。

5. GM-CSF 产生的 SPC⁺细胞与曲霉和中性粒细胞形成信号回路：通过荧光显微镜测量细胞间距离，研究发现产生 GM-CSF 的 SPC⁺上皮细胞与曲霉和中性粒细胞在空间上接近，形成了区域细胞间通讯网络。

6. SPC⁺上皮细胞来源的 GM-CSF 对中性粒细胞杀菌活性至关重要：构建 Csf2^ΔSPC小鼠（在 Sftpc 表达细胞中删除 Csf2 基因），感染曲霉后发现，该小鼠肺部 GM-CSF 水平降低，中性粒细胞数量减少，对曲霉分生孢子的摄取和杀伤能力受损，生存率下降。这表明 SPC⁺上皮细胞来源的 GM-CSF 对中性粒细胞在感染肺部的积累、发挥全部杀菌能力以及宿主在急性真菌感染后的生存至关重要。

7. 中性粒细胞上的 GM-CSF 信号对分生孢子杀伤和小鼠生存至关重要：构建 Csf2rb^ΔNeuts小鼠（在中性粒细胞中删除 Csf2rb 基因），感染曲霉后发现，该小鼠肺部中性粒细胞数量减少，虽然真菌摄取水平与对照组相似，但含有更多存活的曲霉分生孢子，生存率下降。这表明 GM-CSF 信号在中性粒细胞上对于促进中性粒细胞积累和依赖中性粒细胞的曲霉分生孢子杀伤至关重要，从而保护小鼠免受感染致死。

研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了早期 GM-CSF 依赖的上皮细胞与髓样细胞之间的相互作用是肺部抗曲霉防御的重要特征。SPC⁺上皮细胞作为 GM-CSF 的关键来源，在 IL-1 和 IFN-λ 的双重调控下，与中性粒细胞进行 “通讯”，增强中性粒细胞的抗真菌能力。这一发现拓展了细胞间相互作用的概念，将上皮细胞纳入其中。同时，研究还发现 GM-CSF 的产生和功能在感染和稳态下存在差异，为理解肺部免疫防御机制提供了新的视角。此外，该研究也为解释患有肺泡蛋白沉积症（PAP）的患者为何易患侵袭性曲霉病提供了理论依据，即急性肺上皮来源的 GM-CSF 缺失，导致中性粒细胞抗真菌活性调节异常。

总的来说，这项研究深入揭示了抗曲霉感染过程中上皮细胞与中性粒细胞之间的复杂关系，为开发新的抗真菌治疗策略提供了重要的理论基础，也为未来进一步探索肺部免疫防御机制指明了方向。