研究背景

嗜酸性粒细胞是含有嗜酸性颗粒的一类白细胞，主要分布在胸腺、子宫、肺部、脂肪组织和胃肠道中，与过敏性气道炎症、特应性皮炎、嗜酸性食管炎和炎症性肠病等炎性疾病息息相关。其中，胃肠道中的嗜酸性粒细胞维持着宿主免疫反应的动态平衡，但其在肠道炎症反应中具体发挥的功能目前还不清楚。这篇发表在《Nature》杂志的文章突破了目前的技术瓶颈，将单细胞测序、全光谱流式和空间定位技术相结合，首次全方位描绘了嗜酸性粒细胞从骨髓到组织的发育图谱，揭示了肠道炎症反应中嗜酸性粒细胞扮演的角色。

 

 

研究方法

从5只B6J野生型小鼠中分离血液、脾脏、胃、小肠、结肠等标本，4℃染色50min后在5激光Cytek^®Aurora全光谱流式上机检测，多参数结果采用UMAP降维和FlowSOM聚类分析。

 

全光谱流式22色方案表征嗜酸性粒细胞

 

 

 

研究结果
 

胃肠道嗜酸性粒细胞主要分为A-Eos和B-Eos两个亚群

具有高丰度嗜酸性粒细胞的Il5-tg小鼠的骨髓、血液、脾脏、胃、小肠和结肠等组织样本的单细胞转录组测序结果显示，UMAP分析自动聚类为5个亚群，分别代表了不同的细胞发育阶段。其中，骨髓中主要是前体和不成熟的嗜酸性粒细胞，血液中主要是循环嗜酸性粒细胞。胃肠道中则主要是活跃（A）和基础（B）的两类嗜酸性粒细胞亚群，并且A-Eos被发现只存在于胃肠道中。A-Eos表达共刺激分子Cd80和Cd274（PD-L1），证明A-Eos参与了免疫调节的过程。因此，后续研究人员主要聚焦在这一群细胞上。利用全光谱流式Aurora剖析了野生型小鼠B6J血液、小肠和结肠等组织来源的单细胞样本的蛋白组数据，发现了A-Eos的特异性指标PD-L1和CD80。跟B-Eos相比，A-Eos表现出更强的细胞分泌活性（CD63, CD9, CD107）、颗粒度（SSC-A）和活化能力（Siglec-F）。从结肠粘膜的空间定位结果来看，A-Eos主要定位在管腔末端，B-Eos主要定位在粘膜下层，说明二者作用于不同的细胞微环境。研究人员进一步在人的肠道组织中也发现A-Eos和B-Eos与在小鼠组织中相似的空间定位，并且在炎症性肠病患者中A-Eos丰度显著提高，也提示A-Eos可能在肠道炎症反应中发挥作用。

 

胃肠道驻留的嗜酸性粒细胞转录组、蛋白组和空间定位结果

 

 

A-Eos发挥抗菌和免疫调节功能

研究人员在三个胃肠道炎症实验模型中同样观察到PD-L1+CD80+A-Eos比例显著增高，细菌感染后引起组织中循环嗜酸性粒细胞累积，血液和骨髓中不成熟嗜酸性粒细胞扩增。在体外与结肠培养上清（CM）共孵育后，骨髓、血液、脾脏来源的嗜酸性粒细胞都会分化为A-Eos，在体内也观察到脾脏来源的嗜酸性粒细胞（B-Eos）迁移到结肠后分化为A-Eos。沿着骨髓-血液-结肠的轨迹追踪，发现细菌感染引起循环和结肠A-Eos的粒细胞生成基因和抗菌基因的持续性表达。结肠来源的嗜酸性粒细胞和与CM孵育后的BM-Eos，分别同生物发光的细菌共培养之后，均表现出显著的杀菌能力。以上结论证明了A-Eos是具备抗菌和细胞毒性的一类特殊的嗜酸性粒细胞。此外，A-Eos上调包括IFNγ信号与MHC-I限制性抗原加工和呈递等免疫调节相关的基因，进而下调CD4+T细胞的增殖，说明A-Eos通过削弱CD4+T细胞反应从而减缓炎症的发生。

 

A-Eos展现抗菌和免疫调节双重功能

 

 

炎性肠病患者中A-Eos与CD4+T细胞共定位

研究人员进一步探索了发生炎症反应时A-Eos累积的上游调控机制，利用CRISPR抑制筛选和功能评估，发现细菌感染机体后，激活IL-33和IFN-γ信号通路，协同诱导炎症部位A-Eos的分化成熟。多重原位RNA成像结果显示，溃疡性结肠炎患者的结肠中CD4与SIGLEC8转录组存在共定位，证明了嗜酸性粒细胞和CD4+T细胞在空间位置上有接触。CD4相邻的SIGLEC8 RNA分子与A-Eos的分子CD80紧密相关，进一步证明了CD4+T细胞与A-Eos存在相互作用。

 

炎性肠病患者中A-Eos与CD4+T细胞相互作用

 

 

结 论

在肠炎治疗策略中，嗜酸性粒细胞一直是被忽视的对象，但在这篇文章中，研究人员开创性地表征了胃肠道疾病中嗜酸性粒细胞的多组学图谱，让我们看到了这一类细胞在炎性肠病治疗中的巨大潜力。细菌感染机体后，在胃肠道驻留的A-Eos能够起到抗菌和免疫调节的作用，抑制CD4+T细胞过度活化，从而减缓炎症负担，恢复宿主肠道微环境的稳态，这项研究为人类胃肠道疾病的靶向治疗提供了新的思路。

 

参考文献

Gurtner, A. et al. Active eosinophils regulate host defence and immune responses in colitis. 615, 151-157, doi:10.1038/s41586-022-05628-7 (2023).