PLIN3

秋高气爽，一粒粒小小的花粉乘坐着飒飒秋风，慢慢悠悠降落，啊嚏~~伴随着一个巨大喷嚏声，一场悄无声息的免疫战争开始酝酿。 诸如花粉的过敏原进入到人体之后，肥大细胞、嗜碱性粒细胞、嗜酸性粒细胞、中性粒细胞和单核细胞等这些免疫战士，被召集到一起，对抗这些外来物质。 糟糕！一不小心，战士召集太多，杀伤力太强，在清除过敏原的过程中，正常的组织也遭遇了无妄之灾。 于是，一个喷嚏过后，鼻塞、流涕、咳嗽、气喘，接踵而至，这就是过敏，人体的免疫系统对过敏原过度应答了。 事实上，过敏发生的过程远比我们感受到的来的复杂得多，而过敏反应的主要免疫学基础是2型炎症反应。近些年，徐和平课题组与合作者一直致力于解析2型炎症反应的生理和病理功能以及相关调控机制（Xu et al, Immunity 2019; Cao et al, Immunity 2023; Zang et al, Immunity 2023; Li et al, Science 2023）。近日，在这个领域，他们又有了新发现。 2024年10月3日，西湖大学、西湖实验室徐和平课题组在Immunity杂志发表题为“Alarmin-loaded extracellular lipid droplets induce airway neutrophil infiltration during type 2 inflammation”的研究成果。研究团队发现了2型固有淋巴样细胞（group 2 innate lymphoid cell, ILC2）释放到细胞外的脂滴可以激活和招募中性粒细胞，进而促进呼吸道过敏性炎症反应。 论文截图 不同类型的过敏原通过刺激肺上皮细胞分泌细胞因子IL-33进而激活ILC2，活化的ILC2能够释放携带着危险信号分子HMGB1的脂滴到胞外诱导中性粒细胞浸润气道。 为什么重度哮喘患者的中性粒细胞指数会升高？ 在这项研究中，2型固有淋巴样细胞（ILC2）十分关键，这是一类什么样的细胞？与过敏有着什么样的联系？ 根据细胞的功能，和其产生的细胞因子以及可驱动的病理生理效应等，可将固有免疫和适应性免疫归纳为3种主要的免疫效应类型，即1、2、3型。 1型和3型免疫的活化通常是响应病毒、细菌、真菌等外来微生物刺激，而2型免疫异常主要能引起过敏性疾病，即2型炎症反应。 2型炎症反应是机体对外界入侵的寄生虫等较大病原体以及过敏原的重要防御机制，同时也是维持机体各系统生理平衡的关键因素。但是，过度活跃的2型炎症反应会导致过敏等慢性疾病，这些慢性炎症疾病目前临床上缺乏有效的根治手段，严重影响患者生活质量，并对社会经济造成负担。 徐和平课题组的这项研究项目就是围绕2型炎症反应发生机理展开的。 2型炎症反应的核心标志是白细胞介素（IL）-4、IL-5和IL-13等2型炎症细胞因子的产生。而2型固有淋巴样细胞是2型炎症反应的关键调控者。通过大量分泌2型炎症细胞因子，活化的2型固有淋巴样细胞可以激活下游效应细胞，从而促进2型炎症反应的进行。可以说，2型固有淋巴样细胞是2型炎症反应的重要“开关”之一。 在这其中，最典型的2型炎症效应细胞是嗜酸性粒细胞，这个是一种大家都很熟悉的细胞，在医院的血常规检查中，经常能看到它的身影。在过敏性哮喘疾病患者的血液、痰液和气道中，都能检测到嗜酸性粒细胞数目显著升高。 但是，在临床数据中也显示，重度哮喘患者气道里，数值同样显著增加的还有其他一类非常常见的细胞，那就是中性粒细胞。 这引起了研究人员的关注：虽然与嗜酸性粒细胞同属粒细胞家族，但是中性粒细胞并非传统的2型炎性效应细胞，不会响应2型炎症细胞因子的刺激与招募，为什么在重度哮喘病人的呼吸道中性粒细胞数目显著增加？它们又是如何被被特异性地招募至呼吸道去参与过敏性炎症反应？ “热心市民”警报素HMGB1 为了探究中性粒细胞和ILC2的关系，徐和平课题组首先利用不同免疫细胞缺陷型小鼠构建哮喘模型，发现ILC2的缺陷会导致中性粒细胞无法浸润呼吸道。也就是说，消除了ILC2之后，中性粒细胞也随之消失了。接下来，进一步通过ILC2过继转移动物实验，证明了ILC2的存在会促进中性粒细胞浸润呼吸道。 这两组实验证明了，ILC2与中性粒细胞存在关联性，ILC2可以招募中性粒细胞浸润呼吸道来参与过敏性炎症反应。 那么这个过程的分子机制是什么？是直接的还是间接的？ 为了研究这一过程，研究团队构建了ILC2培养上清诱导中性粒细胞迁移的体外实验模型，并与合作者开展生化与蛋白组学实验，最终鉴定出一个关键蛋白分子——警报素HMGB1。 关键蛋白分子——警报素HMGB1释放到细胞外 顾名思义，警报素就是用来发出警报的分子，主要作用就是用来“提示”下游分子如何工作。ILC2分泌的警报素HMGB1是一种广泛表达的核蛋白，可作为DNA伴侣蛋白来维持染色体结构。一开始， HMGB1存在于细胞核内，当有炎症刺激时，会慢慢释放到细胞外部，“告知”中性粒细胞，这个部位有了炎症反应，请他们来帮忙处理。就像一个个“热心市民”，在他人遇到危险时，帮忙报警。 至此，一条呼吸道过敏发生的完整链路已然清晰—— 首先，病毒、尘螨、病原菌等过敏原通过呼吸道进入身体内部，呼吸道在接触到这些过敏原之后，主要存在于上皮细胞的炎症细胞因子IL-33接收这些过敏信号，进而激活2型固有淋巴样细胞，激活的ILC2会分泌出HMGB1，告知并招募到中性粒细胞。 关键交通工具——脂滴 那么，警报素HMGB1是怎么从细胞内跑到细胞外的？是自己跑出去的，还是有“交通工具”搭载这些“热心市民”？ 研究团队通过三组实验发现，关键交通工具“脂滴”——细胞内中性脂的主要贮存场所，除了贮存能量，在膜转运、蛋白降解，以及信号传导过程中也起着重要的作用。 首先，通过生物信息学分析发现，IL-33特异性地在ILC2内诱导形成了一个有利于脂滴积累的基因表达特征，从而导致细胞内积累形成大量脂滴。其次，通过免疫共沉淀结合蛋白质谱方法鉴定出与HMGB1相互作用的蛋白包括了PLIN3、ACSL5和BSCL2等与脂滴形成相关的重要分子。最后，使用成像实验，观察到HMGB1定位可在脂滴膜表面。同时，在实验过程中，团队成员发现ILC2培养上清以及过敏动物模型的肺泡换洗液中也含有大量脂滴，且脂滴膜表面含有HMGB1分子。 上述这些实验都表明，警报素HMGB1的运输很可能与脂滴有关。 细胞外脂滴搭载着警报素HMGB1 于是，徐和平课题组通过一系列实验，来证明ILC2来源的携带着HMBG1的脂滴促进了中性粒细胞浸润呼吸道：利用化学小分子破坏胞外脂滴可显著降低ILC2培养上清招募中性粒细胞的功能；通过遗传学方法抑制ILC2内脂滴积累会降低细胞外脂滴以及HMGB1分子的含量，进而抑制ILC2招募中性粒细胞；而反向添加从野生型ILC2培养上清中纯化的脂滴可恢复其招募中性粒细胞的能力。 脂滴是一个个含有脂肪的小圆球，由一层膜包裹着，发生炎症时，脂滴会释放到细胞外，一群群HMBG1搭上脂滴这辆“便车”，附着在脂滴的膜蛋白上，像是为脂滴套上了一个花环，来到细胞外，有些HMBG1会中途下车，有些则会到达终点，告诉中性粒细胞，呼吸道正在发生炎症，请求支援。 徐和平课题组先前发表的研究成果揭示了细胞内脂滴可作为能量储备来支持ILC2的快速增殖，进而促进2型炎症反应（Zang et al, Immunity 2023）。而此次的新成果，则是发现了ILC2可以把携带着HMGB1警报素分子的脂滴释放到细胞外环境。这些细胞外脂滴可有效激活和招募中性粒细胞浸润呼吸道，进而加重过敏性炎症反应。 这一新发现不仅拓展了对ILC2与中性粒细胞交互作用的认知，提出了独立于传统2型细胞因子介导的下游效应细胞招募机制之外的全新免疫通讯途径，也揭示了脂滴作为免疫细胞间信息传递的新载体，为理解中性粒细胞在严重型哮喘等过敏性疾病中异常积累的潜在机制提供了新的视角。 西湖大学医学院特聘研究员徐和平为论文通讯作者，助理研究员饶泽兵为本文第一作者。研究项目的推进得益于胡奇实验室（西湖大学）和李颜实验室（南京大学）的鼎力合作。本项目受到科技部重点研发计划、国家自然基金委、浙江省自然基金委、西湖实验室、以及西湖教育基金会的资助；项目实施过程中得到了西湖大学实验动物中心、流式平台、质谱平台、基因组学平台、成像平台以及超算平台的大力支持。 论文链接： https://www.cell.com/immunity/abstract/S1074-7613(24)00445-X 原文链接： https://www.westlake.edu.cn/news_events/westlakenews/academics/202410/t20241003_42788.shtml 本文仅用于学术分享，转载请注明出处。若有侵权，请联系微信：bioonSir 删除或修改！

引言 2型炎症反应是机体对寄生虫和其他胞外致病微生物的重要防御机制，同时也是维持机体各系统生理平衡的关键因素。然而，过度活跃的2型炎症反应又与过敏等慢性疾病紧密相关，这些慢性炎症疾病目前临床上缺乏有效的根治手段，严重影响患者生活质量，并对社会经济造成负担。 近些年徐和平课题组与合作者致力于解析2型炎症反应的生理和病理功能以及相关调控机制（Xu et al, Immunity 2019; Cao et al, Immunity 2023; Zang et al, Immunity 2023; Li et al, Science 2023）。2型炎症反应的核心标志是白细胞介素（IL）-4、IL-5和IL-13等2型炎症细胞因子的产生。而ILC2作为近些年新发现的固有免疫细胞，是2型炎症反应的关键调控者。活化的ILC2通过大量分泌2型炎症细胞因子，激活下游效应细胞，从而促进2型炎症反应的进行。最典型的2型炎症效应细胞是嗜酸性粒细胞，在过敏性哮喘疾病患者的血液、痰液和气道中均能检测到嗜酸性粒细胞数目升高。但临床数据也显示，重度哮喘患者气道内中性粒细胞的增加同样显著。虽然与嗜酸性粒细胞同属粒细胞家族，但是中性粒细胞并非传统的2型炎性效应细胞，它们不会响应2型炎症细胞因子的刺激与招募。关于中性粒细胞是如何被特异性地招募至呼吸道进而参与过敏性炎症反应这一问题还未有明确答案。 2024年10月3日，西湖大学徐和平课题组在Immunity杂志发表题为Alarmin-loaded extracellular lipid droplets induce airway neutrophil infiltration during type 2 inflammation的研究成果。该研究发现2型固有淋巴样细胞（group 2 innate lymphoid cell, ILC2）释放到细胞外的脂滴可以激活和招募中性粒细胞，进而促进呼吸道过敏性炎症反应。 模式图（Credit: Immunity） 为了研究上述问题，徐和平课题组首先利用不同免疫细胞缺陷型小鼠构建哮喘模型，发现ILC2的缺陷会导致中性粒细胞无法浸润呼吸道。进一步通过ILC2过继转移动物实验证明ILC2的存在会促进中性粒细胞浸润呼吸道。这些实验表明ILC2可招募中性粒细胞浸润呼吸道来参与过敏性炎症反应。为了探究ILC2招募中性粒细胞的分子机制，团队构建了ILC2培养上清诱导中性粒细胞迁移的体外实验模型，并与合作者开展生化与蛋白组学实验鉴定出警报素HMGB1是ILC2分泌的能够招募中性粒细胞的关键蛋白分子。 HMGB1是一种广泛表达的核蛋白，可作为DNA伴侣蛋白来维持染色体结构。在机体有炎症反应时，HMGB1可以被释放到细胞外来作为警报分子发挥作用。已知HMGB1可以在细胞死亡期间被动释放，也可以从活细胞中主动分泌。但是细胞主动分泌HMGB1的具体过程和分子机制尚未完全明确。徐和平团队发现ILC2分泌HMGB1依赖于炎症细胞因子IL-33的刺激。通过生物信息学分析发现IL-33特异性地在ILC2内诱导形成了一个有利于脂滴积累的基因表达特征，从而导致细胞内积累形成大量脂滴。另一方面，通过免疫共沉淀结合蛋白质谱方法鉴定出与HMGB1相互作用的蛋白包括了PLIN3、ACSL5和BSCL2等与脂滴形成相关的重要分子。进一步使用成像实验观察到HMGB1定位可在脂滴膜表面。更加有趣地是团队研究发现，ILC2培养上清以及过敏动物模型的肺泡换洗液中也含有大量脂滴，且脂滴膜表面含有HMGB1分子。利用化学小分子破坏胞外脂滴可显著降低ILC2培养上清招募中性粒细胞的功能。通过遗传学方法抑制ILC2内脂滴积累会降低细胞外脂滴以及HMGB1分子的含量，进而抑制ILC2招募中性粒细胞；而反向添加从野生型ILC2培养上清中纯化的脂滴可恢复其招募中性粒细胞的能力。以上结果说明ILC2来源的携带着HMBG1的脂滴促进了中性粒细胞浸润呼吸道。 徐和平课题组先前发表的研究成果揭示了细胞内脂滴可作为能量储备来支持ILC2的快速增殖，进而促进2型炎症反应（Zang et al, Immunity 2023）。而此次的新成果发现了ILC2可以把携带着HMGB1警报素分子的脂滴释放到细胞外环境。这些细胞外脂滴可有效激活和招募中性粒细胞浸润呼吸道，进而加重过敏性炎症反应。这一新发现拓展了我们对ILC2与中性粒细胞交互作用的认知，提出了独立于传统2型细胞因子介导的效应细胞招募机制之外的新免疫通讯途径；揭示了脂滴作为免疫细胞间信息传递的新载体，为中性粒细胞在哮喘呼吸道中大量积累提供了新的理论视角和干预靶点。 参考文献 https://doi.org/10.1016/j.immuni.2024.09.001 责编|探索君 排版|探索君 文章来源|“BioArt” End 往期精选 围观 一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版） 热文 Cell | 是什么决定了细胞的大小？ 热文 Nature | 2024年值得关注的七项技术 热文 Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望 热文 CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述