C3+IL-33+外膜成纤维细胞通过建立ILC2维持性微环境驱动气道过敏

《Cell Reports》：Complement-producing adventitial fibroblasts form an IL-33 alarmin hub that maintains ILC2s during airway allergy

本研究针对气道过敏中补体C3的来源及其驱动2型免疫的机制这一关键问题，聚焦于肺脏外膜成纤维细胞(AF)。研究人员发现，在人和小鼠肺中，AF是C3的主要生产者，且一个独特的C3+IL-33+ AF亚群在过敏时扩增。功能实验证实，AF来源的C3不仅维持其自身的胶原产生和IL-33表达，更是维持2型固有淋巴细胞(ILC2)应答所必需的。更重要的是，研究揭示了一个由AF与ILC2通过IL-13/C3/IL-33轴构成的、空间上局限的促过敏正反馈回路。这项发表于《Cell Reports》的工作首次明确了AF是驱动过敏的关键C3来源，揭示了间质-免疫细胞对话在维持2型免疫中的核心作用，为过敏性疾病的治疗提供了新的潜在靶点。

　　

在我们呼吸的每一次律动中，肺部都在执行着精密的气体交换，但同时，它也时刻面临着外界环境中过敏原的挑战。对于易感个体而言，无害的物质如屋尘螨(HDM)却能引发异常的2型免疫反应，导致哮喘等过敏性气道疾病。长期以来，补体系统，尤其是其核心成分C3，被认为是过敏反应的关键介质。然而，一个根本性问题悬而未决：在过敏过程中，究竟是哪种细胞在肺部局部产生了这些“促过敏”的C3？传统的观点将肝脏视为补体的主要来源，但越来越多的证据表明，局部产生的补体在黏膜免疫中扮演着独特角色。与此同时，肺部间质中的细胞，特别是成纤维细胞，不再被视作简单的结构“支架”，而是积极参与免疫调节的活跃参与者。其中，包裹着大气道和血管的“外膜”区域，作为一个富含免疫细胞的特殊基质微环境，其功能尚不清晰。这些知识空白促使研究人员去探索：肺部是否存在一个特定的C3产生细胞，它如何与免疫细胞“对话”，从而共同导演了过敏这场“炎症大戏”？

为了回答这些问题，来自约翰斯·霍普金斯大学的研究团队在《Cell Reports》上发表了他们的最新研究成果。他们综合利用生物信息学分析、流式细胞术、免疫荧光染色、基因敲除小鼠模型以及细胞共培养等技术，深入探究了肺脏成纤维细胞在气道过敏中的作用。

主要技术方法

研究首先通过分析人类Tabula Sapiens和LungMAP等公开单细胞RNA测序(scRNA-seq)数据库，以及小鼠肺脏细胞的流式细胞术，确定了肺脏间质成纤维细胞是C3的主要来源。随后，利用scRNA-seq数据进一步将C3的表达富集定位到特定的成纤维细胞亚群——外膜成纤维细胞(AF)。研究构建并使用了多种基因修饰小鼠模型，包括全身性C3基因敲除(C3^-/-)、IL-33报告基因小鼠(Il33^citrine)、成纤维细胞特异性C3条件性敲除(Col1a2^CreER;C3^fl/fl)小鼠以及IL-13基因敲除(Il13^-/-)小鼠等，并在这些小鼠上建立了屋尘螨(HDM)诱导的气道过敏模型。通过流式细胞术、免疫组织化学/免疫荧光染色、实时定量PCR(RT-PCR)和酶联免疫吸附试验(ELISA)等技术，在体内外水平上分析了AF的表型、免疫细胞浸润、细胞因子产生以及AF与ILC2之间的相互作用。

研究结果

肺脏间质是人和小鼠肺部C3的主要来源

研究人员通过对人类多种组织和小鼠肺脏的转录组及蛋白水平分析发现，无论是在稳态还是过敏状态下，肺脏的间质细胞，尤其是成纤维细胞，都是局部C3的一个重要来源，其贡献不容忽视。这为后续聚焦成纤维细胞的研究奠定了基础。

C3优先由外膜成纤维细胞(AFs)表达

深入的分析揭示，成纤维细胞具有高度异质性。在人类和小鼠肺中，C3的表达主要富集在位于血管和气道周围外膜鞘中的AFs上。这些AFs不仅高表达C3，还表达高水平的细胞外基质(ECM)成分，如I型胶原(COL1A1)和蛋白聚糖（装饰蛋白DCN和多功能蛋白聚糖VCAN）。通过表面标志物（如CD9和Sca-1）可以鉴定出这群C3⁺ AFs，并且体积较大的AFs（FSC^hi）表达更高水平的C3。

C3维持外膜胶原产生

研究进一步探讨了C3的功能。他们发现，在C3^-/-小鼠中，肺成纤维细胞表达COL1A1的频率和强度均显著降低，同时肺组织中Col1a1及其他AF相关基因（如Vcan, Adamts1）的mRNA水平也下降。这表明C3对于维持AF的功能表型，特别是其产生胶原的能力，至关重要。

C3⁺ AFs表达IL-33并在过敏时上调

除了C3，警报素IL-33在2型免疫中起着核心作用。研究发现，AFs是肺间质中IL-33的主要表达细胞。更重要的是，C3⁺ AFs，特别是FSC^hi亚群，共同表达IL-33，定义了一个独特的C3⁺IL-33⁺ AF群体。在HDM诱导的过敏模型中，这群细胞的数目以及其C3和IL-33的表达水平均显著上调，呈现出“过敏性AF”的表型。

C3⁺ AFs驱动2型反应

为了明确C3⁺IL-33⁺ AFs的功能，研究人员使用了细胞特异性敲除策略。他们发现，AFs来源的C3是过敏诱导的IL-33上调所必需的。在成纤维细胞特异性缺失C3的小鼠(Col1a2^CreER;C3^fl/fl)中，HDM引起的炎症细胞浸润、嗜酸性粒细胞增多、黏液分泌以及ILC2的活化和细胞因子（IL-5, IL-13）产生均显著减弱。与此一致，在过敏性鼻炎患者的鼻甲组织中也观察到AFs的C3和IL33表达上调，提示这一机制在人类疾病中可能同样重要。

C3⁺ AFs与ILC2形成空间定义的促过敏回路

机制上，免疫荧光分析显示，在过敏反应中，GATA3⁺细胞（包括ILC2和Th2细胞）紧密聚集在富含C3⁺ AFs的外膜鞘区域内，形成特定的免疫微环境（微龛）。当AFs中的C3被特异性删除后，这些淋巴细胞微龛被破坏，GATA3⁺细胞分散在肺实质中。体外共培养实验证实，C3^+/+的成纤维细胞能比C3^-/-的成纤维细胞更好地支持ILC2的存活和IL-13的产生。研究还发现了一个关键的反馈回路：与GATA3⁺细胞密切相邻的AFs表达更高水平的C3，而ILC2来源的IL-13对于维持AFs的C3和IL-33表达至关重要。使用Rag1^-/-（缺乏T、B细胞）小鼠并进行ILC耗竭的实验表明，ILC2是驱动这一反馈回路的关键IL-13来源。

研究结论与意义

本研究系统地揭示了一个先前未被认识的、在气道过敏中驱动2型免疫的核心机制：肺脏外膜中存在一个独特的C3⁺IL-33⁺成纤维细胞亚群。该研究首次明确地将AFs确立为肺部促过敏C3的关键来源。研究证明，AFs来源的C3不仅自主性地维持其自身的活化状态（包括胶原产生和IL-33表达），还通过建立空间上局限的微环境，与ILC2进行双向对话。AFs提供C3和IL-33以支持ILC2的活化和存活，而ILC2则通过分泌IL-13反馈作用于AFs，强化其C3⁺IL-33⁺表型，从而形成一个自我放大的促过敏正反馈循环。

这项研究的意义重大。它将补体系统、间质细胞和2型天然淋巴细胞这三个关键的免疫病理要素紧密联系起来，深化了对过敏性炎症组织驻留和持续机制的理解。所发现的AF-ILC2微龛为解释过敏反应的局部性和慢性化提供了新的空间生物学视角。在转化医学方面，AFs及其产生的C3和IL-33，以及它们与ILC2的相互作用回路，为开发治疗哮喘等过敏性疾病的新的靶向策略（例如干预这一特定基质-免疫轴）提供了强有力的理论依据和潜在的候选靶点。