腸道中含有大量的淋巴組織和散布其中的免疫細胞。2型固有淋巴細胞（ILC2）作為重要的先天性免疫細胞群體，在多個生理過程中發(fā)揮重要作用，包括組織穩(wěn)態(tài)和組織修復(fù)、過敏性炎癥、代謝調(diào)節(jié)和抗蠕蟲免疫。

最近的研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)肽在調(diào)節(jié)抗蠕蟲免疫反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。腸道內(nèi)除了有密集的免疫細胞，還受到神經(jīng)系統(tǒng)的廣泛支配。腸道內(nèi)在神經(jīng)元（iEN）的胞體位于腸道內(nèi)，能夠形成神經(jīng)回路，表現(xiàn)出自主反射活動。不過，iEN在蠕蟲感染過程中是否被激活、如何被激活以及背后潛在的神經(jīng)免疫相互作用仍不清楚。

清華大學(xué)朱可可研究員和西湖大學(xué)徐和平研究員領(lǐng)導(dǎo)的團隊近日發(fā)現(xiàn)，在蠕蟲感染期間，ILC2通過IL-13受體激活iEN，導(dǎo)致iEN產(chǎn)生β-CGRP，進而抑制ILC2反應(yīng)和抗蠕蟲免疫。這項成果于2025年1月30日發(fā)表在《Immunity》雜志上，揭示了腸道內(nèi)過去未知的雙向神經(jīng)免疫交互，這種交互會影響病原體的清除。
 

研究材料與方法
在這項研究中，研究人員使用了多個小鼠品系，包括Il13ra1報告基因小鼠（由賽業(yè)生物提供）、Nmur1^Cre/+iDTR小鼠、Rag2^-/-γc^-/-小鼠（缺乏ILC2）、Il13^△Nmur1小鼠和Il13ra1^△Actl6b小鼠等。他們還使用腺相關(guān)病毒（AAV-MaCPNS2）來特異性靶向iEN。他們利用巴西日圓線蟲（Nippostrongylus brasiliensis）感染小鼠，并對小鼠的iEN開展單細胞核RNA測序（snRNA-seq）分析。

技術(shù)路線
利用線蟲感染小鼠，確定iEN在感染后是否被激活以及哪些亞群被激活
↓
通過多個小鼠模型證實ILC2和IL-13是蠕蟲感染后iEN激活所必需的
↓
利用cKO小鼠證實IL-13R信號傳導(dǎo)可抑制ILC2介導(dǎo)的抗蠕蟲免疫
↓
通過一系列實驗證實iEN在IL-13刺激下上調(diào)β-CGRP的表達并抑制ILC2反應(yīng)

研究結(jié)果
iEN在蠕蟲感染后激活

為了檢測iEN在蠕蟲感染后是否被激活，研究人員分析了小腸iEN中c-FOS的表達，這是神經(jīng)元激活的分子標志物。在未感染的小鼠中，只有少量iEN表達c-FOS，不過在感染線蟲7天后，小腸各個部分（十二指腸、空腸和回腸）的c-FOS⁺ iEN比例都顯著升高（圖1）。此外，iEN在感染后激活的時間模式也與小鼠體內(nèi)線蟲的生命周期相關(guān)。這些數(shù)據(jù)表明，iEN會對蠕蟲感染做出反應(yīng)，并逐步激活。

為了確定哪些iEN亞群在線蟲感染后激活，他們開展了單細胞核RNA測序分析。結(jié)果顯示有16個iEN亞群，其中，內(nèi)在初級傳入神經(jīng)元亞群1和2（IPAN1 & 2）的轉(zhuǎn)錄組發(fā)生了重大變化（圖1）。通過分析snRNA-seq數(shù)據(jù)集中已知配體受體對的表達模式，他們發(fā)現(xiàn)神經(jīng)肽Calcb（編碼β-CGRP）和細胞因子受體Il13ra1的表達集中在IPAN1。

此外，iEN顯著上調(diào)了Calcb而非Calca（編碼α-CGRP）的表達。研究人員還委托賽業(yè)生物構(gòu)建了Il13ra1報告基因（Il13ra1^{iCre-TdTomato}）小鼠品系。在小鼠感染線蟲后，IL-13RA1⁺ iEN中c-FOS陽性細胞的比例明顯高于IL-13RA1^- iEN。這些數(shù)據(jù)表明，IL-13R⁺ iEN參與了蠕蟲感染后的反應(yīng)，其特征是β-CGRP表達上調(diào)。
 

圖1. iEN在蠕蟲感染后激活

ILC2是蠕蟲感染后iEN激活所必需的
IL-13在蠕蟲感染后的免疫反應(yīng)中起主導(dǎo)作用。研究人員通過體外和體內(nèi)實驗，證實IL-13能夠直接激活iEN，導(dǎo)致c-FOS⁺ iEN比例顯著增加。在線蟲感染期間，ILC2是IL-13的主要來源。在體外將iEN與ILC2共培養(yǎng)可顯著提高c-FOS⁺ iEN的比例。這表明，在蠕蟲感染的情況下，ILC2可能通過產(chǎn)生IL-13參與體內(nèi)iEN的激活。

為了探究ILC2是否是體內(nèi)iEN最佳激活所必需的，他們構(gòu)建了Nmur1^Cre/+iDTR小鼠，利用白喉毒素來殺死ILC2。與對照組iDTR小鼠相比，Nmur1^Cre/+iDTR小鼠感染線蟲后的c-FOS⁺ iEN比例顯著降低。為了進一步證實ILC2在iEN激活中的作用，他們還研究了缺乏ILC2的Rag2^-/-γc^-/-小鼠。在過繼轉(zhuǎn)移ILC2之后，Rag2^-/-γc^-/-小鼠感染線蟲后的c-FOS⁺ iEN比例明顯高于對照小鼠。此外，研究人員還構(gòu)建了Il13^△Nmur1小鼠（敲除ILC2中的Il13），證實了ILC2產(chǎn)生的IL-13是蠕蟲感染后iEN激活所必需的。這些結(jié)果表明，ILC2和IL-13在蠕蟲感染后促進iEN激活方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

IL-13R信號傳導(dǎo)抑制ILC2介導(dǎo)的抗蠕蟲免疫
為了研究IL-13R信號傳導(dǎo)在iEN激活和功能中的作用，研究人員特異性敲除了神經(jīng)元中的Il13ra1，構(gòu)建了Il13ra1^△Actl6b小鼠。在比較對照小鼠和cKO小鼠的snRNA-seq數(shù)據(jù)后，他們觀察到IPAN1和2亞群發(fā)生了很大的轉(zhuǎn)錄變化。值得注意的是，對照小鼠和cKO小鼠之間IPAN1的差異表達基因與感染小鼠和未感染小鼠之間的差異表達基因基本重疊。他們還發(fā)現(xiàn)IL-13RA1缺失顯著降低了IPAN1的特征評分。具體來說，感染誘導(dǎo)的Calcb上調(diào)在IL-13RA1缺陷型IPAN1中顯著減少。這些結(jié)果表明，IL-13RA1是iEN在線蟲感染后進行轉(zhuǎn)錄重編程所必需的。

他們還觀察到，與對照小鼠相比，Il13ra1^△Actl6b小鼠感染線蟲后腸系膜淋巴結(jié)（mLN）中總ILC2、產(chǎn)生IL-13的ILC2和Ki-67⁺ ILC2的比例和數(shù)量都顯著增加，但CD4⁺ T細胞比例保持不變（圖2）。同時，在感染線蟲后，Il13ra1^△Actl6b小鼠的小腸中出現(xiàn)更多ILC2。這些小鼠表現(xiàn)出杯狀細胞過度增生，且蠕蟲負荷明顯降低（圖2）。這些數(shù)據(jù)表明，IL-13R信號傳導(dǎo)對iEN的最佳激活至關(guān)重要，而iEN的激活反過來又會抑制ILC2的免疫反應(yīng)，可能避免對宿主不利的過度炎癥。

圖2. 神經(jīng)IL-13R信號傳導(dǎo)抑制ILC2抗蠕蟲免疫

為了進一步驗證iEN內(nèi)源性IL-13R信號傳導(dǎo)在調(diào)節(jié)抗蠕蟲免疫中的作用，研究人員接下來利用一種腺相關(guān)病毒（AAV-MaCPNS2）來特異性靶向iEN。與WT^AAV小鼠相比，Il13-ra1^AAV小鼠感染線蟲后的c-FOS+ iEN比例明顯降低，而mLN中的總ILC2比例和數(shù)量顯著增加，其中iILC2比例較高，nILC2比例較低。與ILC2反應(yīng)增強一致的是，Il13-ra1^AAV小鼠小腸中的杯狀細胞過度增生，且蠕蟲負荷顯著降低。這些結(jié)果表明，iEN內(nèi)源性IL-13R對蠕蟲感染誘導(dǎo)的炎癥做出反應(yīng)，隨后抑制ILC2介導(dǎo)的抗蠕蟲免疫。

iEN通過β-CGRP抑制ILC2的反應(yīng)
研究人員假設(shè)，iEN中的IL-13R信號傳導(dǎo)可能會上調(diào)β-CGRP的表達，進而抑制ILC2反應(yīng)。為了證明這一點，他們從Il13ra1^fl/fl小鼠或Il13ra1^△Actl6b小鼠的小腸中分離出iEN，并在IL-13存在的情況下對其進行體外培養(yǎng)。他們觀察到從Il13ra1^fl/fl小鼠中分離的iEN誘導(dǎo)了Calcb的表達，但從Il13ra1^△Actl6b小鼠中分離的iEN沒有。他們還觀察到， Il13ra1^fl/f小鼠（而非Il13ra1^△Actl6b小鼠）在感染線蟲后iEN中的CGRP蛋白表達增加。這些結(jié)果表明，iEN對IL-13刺激做出反應(yīng)，隨后上調(diào)β-CGRP的表達。

為了進一步檢驗β-CGRP是否能直接抑制ILC2反應(yīng)，他們從小腸中分選并純化了ILC2，并在體外培養(yǎng)。值得注意的是，β-CGRP能夠顯著抑制IL-13的產(chǎn)生和ILC2的增殖。此外，給小鼠注射β-CGRP后，Il13ra1^fl/f小鼠和Il13ra1^△Actl6b小鼠在感染線蟲后不再表現(xiàn)出ILC2反應(yīng)、杯狀細胞增生和蠕蟲清除。這些結(jié)果表明，β-CGRP參與了iEN介導(dǎo)的ILC2抗蠕蟲免疫的抑制作用。

結(jié)論

圖3. 雙向的神經(jīng)免疫交互

總的來說，這項研究為腸道中的雙向神經(jīng)免疫交互提供了直接證據(jù)。考慮到越來越多的文獻報道神經(jīng)免疫相互作用參與了慢性炎癥性疾病、代謝健康和癌癥，研究人員認為，這一發(fā)現(xiàn)強調(diào)了確定交互途徑的重要性，未來有助于開發(fā)新一代的預(yù)防和治療策略。

原文檢索
Wang et al., Bi-directional communication between intrinsic enteric neurons and ILC2s inhibits host defense against helminth infection, Immunity (2025), https://doi.org/10.1016/j.immuni.2025.01.004