肝脏激酶 B1（LKB1）对 3 型天然淋巴细胞（ILC3）的调控机制及相关疾病关联研究

《Cell Reports》：The metabolic sensor LKB1 regulates ILC3 homeostasis and mitochondrial function

本文揭示 LKB1 对成年 ILC3 稳态、功能至关重要，为肠道免疫和相关疾病研究提供关键依据。

　　

引言

天然淋巴细胞（ILCs）是一类组织驻留的固有免疫细胞，与适应性 T 细胞功能互补。其中，3 型天然淋巴细胞（ILC3s）表达 RORγt，能产生白细胞介素 - 22（IL-22）和 IL-17，在肠道黏膜中含量丰富，对维持肠道上皮稳态、抵御细菌感染等发挥着重要作用。

代谢和线粒体功能对免疫细胞的命运和免疫反应有着深远影响。例如，CD4⁺辅助性 T（Th）细胞分化依赖于雷帕霉素靶蛋白（mTOR）相关的高糖酵解活动，而调节性 T（Treg）细胞则依赖脂肪酸氧化（FAO）。ILC3s 与 Th17 细胞类似，主要通过有氧糖酵解和 mTOR 信号满足能量需求，且 ILC3s 需要更高的线粒体活性氧（mROS）水平来维持缺氧诱导因子 1α（HIF1α）依赖的基因表达程序。

肝脏激酶 B1（LKB1）作为一种应激和能量传感器激酶，能激活 AMP 激活的蛋白激酶（AMPK）及相关激酶，调控细胞代谢、增殖和极性。已有研究表明，LKB1 在多种免疫细胞的发育和功能中发挥重要作用，如调节 Treg 细胞功能、影响 Th17 细胞效应程序等。然而，LKB1 在 ILC3s 中的作用此前尚未被研究。

结果

1. ILC3 特异性 LKB1 缺陷减少成年 ILC3 数量和 IL-22 产生：研究人员通过将Stk11^fl和Rorc-cre 小鼠杂交，构建了 ILC3 特异性 LKB1 缺陷小鼠模型。在缺乏 T 和 B 细胞的Rag2缺陷背景下，与对照组相比，LKB1 缺陷小鼠小肠中 ILC3s 的比例和数量显著降低，包括 CCR6⁺、CCR6^?NKp46^?和 CCR6^?NKp46⁺等亚群。此外，LKB1 缺陷的 ILC3s 中 RORγt 表达水平降低，体外再刺激后细胞因子反应改变，IL-17A 比例增加，IL-22 产生减少，导致 IL-17A⁺和 IL-22⁺ ILC3 数量总体下降。这一现象在结肠、肠系膜淋巴结和脾脏等器官中也得到了证实。而在胚胎期，LKB1 缺失对胎儿淋巴组织诱导细胞（LTi）的数量没有影响。竞争性骨髓移植实验表明，LKB1 对成年 ILC3 的维持具有细胞内在性。
2. Stk11^Δ ILC3s 对细菌感染的反应能力受损：ILC3s 在肠道感染的免疫反应中至关重要。研究发现，感染肠道病原体Citrobacter rodentium 7 天后，Stk11^Δ小鼠体重迅速下降，结肠缩短，结肠炎评分增加，上皮屏障功能障碍加剧，细菌易位至肝脏。同时，Stk11^Δ小鼠结肠中 IL-17 和 IL-22 表达的 ILC3s 比例和数量均减少，表明 ILC3s 需要功能性 LKB1 来有效应对肠道感染。
3. LKB1 抑制增殖并促进 ILC3 存活：对Stk11⁺和Stk11^Δ ILC3s 进行批量 RNA 测序分析，发现 LKB1 缺陷导致 ILC3s 在多个生物学过程发生改变，包括免疫和炎症反应增强、细胞周期和凋亡失调、代谢过程和能量产生减少、脂质代谢失衡等。细胞周期相关基因和抗凋亡与促凋亡 Bcl2 家族基因表达失衡，表明 LKB1 缺陷的 ILC3s 增殖增加但凋亡也增多。通过流式细胞术验证，LKB1 缺陷的 ILC3s 中 Ki-67 表达升高，凋亡细胞比例增加，解释了 ILC3 数量减少的原因。
4. ILC3s 需要 LKB1 来维持有效的线粒体功能、脂质代谢和能量产生：转录组学分析显示，与对照组相比，Stk11^Δ ILC3s 中糖酵解、三羧酸循环（TCA）、线粒体脂肪酸氧化（FAO）、线粒体核糖体和氧化磷酸化（OXPHOS）相关基因表达失调，提示 LKB1 缺失导致 ILC3s 线粒体功能受损和代谢紊乱。通过流式细胞术、透射电镜等实验证实，LKB1 缺陷的 ILC3s 线粒体质量减少、膜电位异常、脂质积累增加。代谢分析表明，LKB1 缺陷的 ILC3s 线粒体依赖性降低，糖酵解能力增加，基础翻译速率显著降低，表明 ILC3s 需要 LKB1 维持代谢稳态。
5. 调节 LKB1 下游靶激酶可调节 ILC3 的 IL-22 产生：ILC3s 主要由细胞因子激活，研究发现 IL-23 和 IL-1β 刺激可增加 ILC3s 中 LKB1 的磷酸化。LKB1 通过调节下游 AMPK 及相关激酶家族影响细胞功能。研究人员检测了 LKB1 靶激酶在 ILC3s 中的表达，并使用激酶抑制剂和激活剂进行体外实验。结果显示，MARK 抑制剂处理后，ILC3s 活细胞数量减少，IL-22 产生降低；而 LKB1-AMPK 信号激活剂 AICAR 处理则增加了 IL-22 的产生。这表明 LKB1 信号参与 ILC3 激活，其下游靶激酶 MARKs 对 IL-22 产生起调节作用。
6. LKB1 缺失增加 ROS-NFAT 信号和 PD-1 表达水平：STAT3 在 ILC3s 中对维持 RORγt 和 IL-22 表达至关重要。研究发现，LKB1 缺陷的 ILC3s 中磷酸化 STAT3（p-STAT3）水平降低。此外，LKB1 缺陷导致 ILC3s 中 ROS 产生增加、NFAT2 表达升高、PD-1⁺细胞比例显著增加，表明 LKB1 在 ILC3s 中抑制 ROS-NFAT 信号和 PD-1 表达。

讨论

组织驻留的 ILC3s 在黏膜免疫和组织稳态维持中起着关键作用。本研究表明，LKB1 对成年 ILC3 的维持和功能至关重要。LKB1 缺失导致 ILC3s 转录改变、生物能量学受损、线粒体功能障碍、ROS 产生增加，进而出现细胞死亡增加和 PD-1 高表达的耗竭表型。

LKB1 对不同免疫细胞的调控机制存在差异，在 ILC3s 中，MARK 信号通路在 LKB1 调节 ILC3 数量和 IL-22 产生中发挥重要作用。ILC3s 包含多个胎儿和成年细胞亚群，LKB1 对成年 ILC3 亚群数量有影响，但不影响胎儿 LTi 群体，这表明成年 ILC3s 和胎儿 LTi 细胞在代谢上可能存在差异，值得进一步研究。

Peutz-Jeghers 综合征由 LKB1 的生殖系突变引起，表现为胃肠道错构瘤性息肉病，Stk11突变还与炎症性肠病相关。鉴于 ILC3s 在调节肠道免疫和上皮稳态中的重要作用以及其对 LKB1 的依赖性，ILC3-LKB1 信号通路在这些疾病中的作用值得深入研究。

研究局限性

本研究虽利用小鼠模型揭示了 LKB1 对 ILC3s 的调控作用，但在人类 ILC3s 中 LKB1 的功能仍有待进一步研究，例如已知的 LKB1 突变如何影响人类 ILC3s。此外，本研究使用Rorc-cre 介导的 LKB1 敲除模型影响了 ILC3 在稳态下的生成和存活，未来需利用更多 ILC3 特异性 Cre 重组酶转基因工具，研究在感染和炎症扰动下 LKB1 缺失对 ILC3s 的影响。

资源可用性

如需进一步信息和请求，可联系通讯作者 Wendy S. Garrett（[e-mail]）。本研究未产生新的独特试剂，批量 RNA 测序数据已存入 NCBI BioProject 数据库，可公开获取，登录号在关键资源表和方法细节中列出。重新分析本文数据所需的其他信息可向通讯作者索取。