雷澤慧 張馨文 汪 靜 劉翠華

（中國科學院微生物研究所病原微生物與免疫學重點實驗室，北京 100101）

肺臟是人體呼吸系統(tǒng)中最重要的器官，承載著氣體交換的功能，而這一功能也決定了其與外界環(huán)境相通，且長期暴露于病原微生物等潛在有害的環(huán)境中。因此，為了抵御病原感染并避免炎癥損傷，肺臟形成了一套完善的免疫防御體系，其中包括黏膜上皮細胞、組織駐留固有和適應性免疫細胞，及其產生的黏液、抗體和細胞因子等免疫效應分子。這些免疫組分之間協(xié)同作用，構成了抵御外來抗原的物理、化學及免疫屏障，從而共同維持肺臟免疫微環(huán)境穩(wěn)態(tài)［1］。然而，部分病原微生物在與肺臟免疫防御體系搏斗的過程中，可以突破上述屏障，從而導致肺臟局部的免疫穩(wěn)態(tài)失衡，并引發(fā)感染性疾病。目前，由呼吸道病原體導致的呼吸系統(tǒng)感染性疾病仍然是全球死亡的主要風險因素之一，幼兒、老年人及免疫功能低下者尤易發(fā)生此類感染［2］。因此，了解感染性疾病發(fā)生過程中的肺臟區(qū)域免疫應答機制并恢復其免疫穩(wěn)態(tài)至關重要。近年來，新型單細胞測序技術等新技術的發(fā)展拓展了人們對生理及病理條件下肺臟區(qū)域免疫特性的了解，為肺部感染性疾病的防治提供了重要的科學依據和理論指導［3-5］。本文將總結歸納肺臟的區(qū)域免疫特性，包括固有和適應性免疫特性及其涉及的黏膜免疫特性，并重點闡釋感染性疾病中的肺臟區(qū)域免疫特征以及探討其對感染性疾病防治的指導意義，旨在為肺臟區(qū)域免疫特性的深入研究以及揭示區(qū)域免疫特性與感染性疾病的內在聯(lián)系提供參考，并提供防治感染性疾病的免疫新靶點及新途徑。

1 肺臟的區(qū)域免疫特性

肺臟長期接受外來抗原的刺激，是炎癥性疾病的高發(fā)器官。為了維持肺臟局部微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，其中的黏膜上皮、免疫細胞及基質細胞等共同構成了肺臟獨特的固有及適應性免疫應答體系，以發(fā)揮免疫監(jiān)視和免疫防御功能（圖1）。

圖1 肺臟的區(qū)域免疫特性Fig.1 Lung regional immunity

1.1 肺臟的固有免疫特性 肺臟的固有免疫應答是由黏膜上皮和固有免疫細胞共同執(zhí)行的一種非特異性免疫防御機制，其可對多種抗原物質快速反應，并對激活隨后的適應性免疫應答至關重要。

1.1.1 肺臟黏膜上皮 肺臟的黏膜上皮是抵御病原微生物入侵的首要物理及免疫化學屏障。一方面，纖毛上皮細胞、杯狀細胞、克拉拉細胞及基底細胞等緊密連接形成完整的上皮屏障以抵御外來微生物入侵，纖毛上皮細胞還可通過纖毛的擺動促進病原微生物外排。另一方面，杯狀細胞、克拉拉細胞及肺泡上皮細胞等通過分泌抗菌肽、溶菌酶、蛋白酶抑制劑及表面活性物質等黏液組分，覆蓋于上皮表面進一步抵御病原微生物感染［6］。肺臟黏膜上皮細胞還可表達系列模式識別受體（pattern recognition receptors，PRRs），以識別病毒、細菌、真菌等的病原體相關分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs），感知病原體感染并分泌多種細胞因子和趨化因子等，招募固有及適應性免疫細胞啟動對應的免疫應答［7］。近年的一項研究系統(tǒng)分析了肺臟上皮細胞的PRRs 被激活后的轉錄組和分泌組數據，鑒定出多個與炎癥免疫反應相關的調節(jié)基因和分泌蛋白，證明了此類細胞在協(xié)調炎癥應答中的重要免疫調控作用，并提示上皮細胞可通過調節(jié)蛋白質組成及外泌體釋放進而影響其與免疫細胞間的通訊［8］。此外，值得一提的是，肺臟的黏膜上皮表面被復雜而動態(tài)的微生物群定植，上皮細胞可與微生物組及其代謝物相互作用以維持肺部黏膜免疫微環(huán)境穩(wěn)態(tài)，其失調將導致慢性阻塞性肺疾病等肺部疾病的發(fā)生；而且，由于黏膜免疫系統(tǒng)的共通性，腸道微生物群在肺臟免疫應答及相關疾病的發(fā)生發(fā)展過程中也發(fā)揮重要調控作用［9］。然而，目前此類研究仍處于初步階段，急需利用微生物組學、代謝組學等多組學方法，對肺部上皮細胞和微生物群間的相互作用及其對肺部黏膜免疫微環(huán)境的調控作用予以闡釋。綜上，肺臟的黏膜上皮不再是傳統(tǒng)觀點中的靜態(tài)屏障性結構，而是可感知和響應微環(huán)境變化，并與微生物群和免疫細胞等相互作用以塑造肺臟免疫應答的動態(tài)組織結構。

1.1.2 肺臟的組織駐留固有免疫細胞 肺臟的固有免疫應答除依賴于黏膜上皮外，還受到與上皮細胞相互作用的組織駐留固有免疫細胞的精細調控，主要包括：巨噬細胞、樹突狀細胞（dendritic cells，DCs）、固有淋巴樣細胞（innate lymphoid cells，ILCs）和自然殺傷（natural killer，NK）細胞等。巨噬細胞是重要的肺臟組織駐留免疫細胞，包括肺泡巨噬 細胞（alveolar macrophages，AMs）和間質巨噬細胞（interstitial macrophages，IMs）。其中，AMs在感染早期通過上調細胞表面的吞噬性受體以及招募其他炎癥細胞抵御病原體感染；而在感染晚期，AMs 促進轉化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）等抑炎因子產生以限制感染過程中的炎癥反應，并促進感染后肺組織修復［10-11］。IMs具有很強的可塑性，其能根據不同的疾病表現出不同的表型及功能［12］。在過敏原等刺激狀態(tài)下，IMs 持續(xù)表達IL-10 等免疫調控因子，以減輕過敏性炎癥的發(fā)展［13-14］。在組織修復過程中，IMs通過表達損傷修復相關因子抑制組織的瘢痕化［15］。DCs是專職抗原提呈細胞，肺臟中的DCs 包括漿細胞樣DCs（plasmacytoid DCs，pDCs）和 傳 統(tǒng)DCs（conventional DCs，cDCs），cDCs 可進一步細分為cDC1s 和cDC2s，不同的DC 亞群具有不同的免疫功能。pDCs 通過增強Th2 型免疫應答調控肺部過敏性炎癥，以及通過產生Ⅰ型IFN 參與抗病毒免疫應答［16-17］。cDC1s 通過產生IL-12 和IL-2 等調節(jié)過敏或感染條件下的Th2和Th17型免疫應答［18-19］。CDC2s可運輸抗原到引流淋巴結，協(xié)調Th2 型免疫應答以應對感染［20］。ILCs是維持肺組織穩(wěn)態(tài)的另一重要免疫亞群，包括ILC1s、ILC2s 和ILC3s。ILC1s 發(fā)揮免疫監(jiān)視及控制感染的作用，其在流感病毒等感染的早期產生IFN-γ促進病毒早期清除［21-22］。ILC2s 分泌IL-13、IL-5 等Th2 型細胞因子，在肺臟的過敏性應答及清除寄生蟲感染過程中發(fā)揮重要作用［23］；其還是感染后肺組織修復的重要遞質，但調控作用受細胞所處微環(huán)境的影響［24］。ILC3s是人肺臟中最豐富的ILC 亞群，可以快速分泌肺臟免疫關鍵分子IL-17 和IL-22，對于清除病原體感染至關重要［25-27］。NK 細胞近年來也被發(fā)現可在肺臟中駐留，主要通過上調脫顆粒/細胞毒性標志物CD107a 的表達，并產生顆粒酶B（granzyme B，GZMB）和IFN-γ 以 清 除 被 感 染 的 巨 噬細胞［28］。

除上述常規(guī)的組織駐留固有免疫細胞外，γδ T 細胞、黏膜相關恒定T（mucosal-associated invariant T，MAIT）細胞和恒定自然殺傷性T（invariant natural killer T，iNKT）細胞是三類發(fā)揮固有免疫效應的非典型T細胞，遍布肺部和氣道的黏膜層，參與調控抗病原體免疫應答。肺臟中的γδ T 細胞主要通過分泌IL-17 促進病原體清除并減輕組織病理損傷［29］。MAIT細胞可被IL-12和IL-18等炎癥細胞因子激活，進一步分泌IFN-γ 和TNF-α 等Th1 型細胞因子以及IL-17A 和IL-22 等Th17 型細胞因子，并釋放GZMB和穿孔素以溶解感染的細胞［30］。肺臟中的iNKT 細胞主要包括NKT1 和NKT17，其可被趨化因子激活，并以CD1d 依賴性的方式識別糖脂抗原，進而產生IFN-γ 和IL-17 以抵抗呼吸道病原體感染［31］。此外，中性粒細胞、單核細胞及骨髓來源的抑制性細胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）等不在肺組織中駐留，但可在急性肺部炎癥期間由外周血被招募至肺臟發(fā)揮免疫調控作用，在此不予詳述。

1.1.3 肺臟的訓練免疫 近年越來越多的研究表明，固有免疫細胞除在初次接受刺激時發(fā)揮效應外，也能通過表觀遺傳學改變和代謝重塑產生免疫記憶，并在接受同源或非同源抗原刺激時引起迅速而強烈的免疫應答，此現象稱為訓練免疫。研究發(fā)現肺臟固有免疫應答也具有訓練免疫特性，其形成主要包括兩種途徑。一方面，在γ 皰疹病毒感染條件下，肺臟駐留的肺泡巨噬細胞可被循環(huán)的單核細胞替代，并被訓練為具有免疫記憶的巨噬細胞，以抵御螨蟲誘導的哮喘發(fā)生［32］。另一方面，腺病毒感染條件下，肺泡巨噬細胞可依賴于CD8+T 細胞釋放的IFN-γ 促進其表觀遺傳學改變和代謝重塑，進而形成免疫記憶，此機制提供了一種適應性免疫逆向調控固有免疫記憶形成的新范式［33］。除肺泡巨噬細胞外，ILC2s 也被證明可以形成免疫記憶，記憶性ILC2s與記憶性CD8+T細胞具有相似的基因特征，且可在肺臟縱隔引流淋巴結中長期駐留，提示ILC2s的免疫記憶具有適應性免疫的特性［34］。除了上述兩類細胞以外，肺臟中的其他固有免疫細胞以及上皮細胞、內皮細胞等是否也具有訓練免疫特性及其形成機制仍有待闡明。

綜上，肺臟固有免疫應答在肺部感染早期發(fā)揮重要調控作用，但其是一把雙刃劍，過度的免疫應答可能造成組織炎癥性損傷。因此，需深入闡明各種細胞的時空動態(tài)調控特征，以根據其特點選擇合適的免疫治療策略。此外，研究表明，流感病毒等感染條件下，肺臟DCs 產生的IL-12 和IL-18 可以促進ILC2s轉化為ILC1s樣細胞［35］，因此肺臟駐留固有免疫細胞間存在動態(tài)相互作用，但更多的免疫細胞、上皮細胞及基質細胞間的相互動態(tài)調控網絡仍有待揭示。

1.2 肺臟的適應性免疫特性 固有免疫應答發(fā)生后，肺臟中被激活的DCs 可遷移至鼻相關淋巴組織（nasopharynx-associated lymphoid tissue，NALT）和支氣管相關淋巴組織（bronchus-associated lymphoid tissue，BALT），并在此向T 細胞提呈抗原，同時募集與促進B細胞分化，誘導適應性免疫應答。

1.2.1 T細胞免疫應答 T細胞免疫應答是肺臟區(qū)域免疫特性的重要組成部分，其由CD4+和CD8+T 細胞以及后形成的組織駐留記憶性T（tissue-resident memory T，TRM）細胞共同介導。CD4+T 細胞在抗原刺激下分化為功能不同的效應亞群并通過產生免疫調節(jié)細胞因子發(fā)揮作用，其亞群主要包括：Th1、Th2、Th17、濾泡輔助T（follicular helper T cell，Tfh） 細胞、調節(jié)性T（T regulatory，Treg）細胞以及新發(fā)現的駐留輔助性T（resident helper T，TRH）細胞［36］。Th1亞群主要識別胞內病原體感染的巨噬細胞表面所提呈的抗原，并通過釋放IFN-γ 激活巨噬細胞，增強巨噬細胞清除病原體的能力。Th2 亞群通過產生IL-4、IL-5、IL-9、IL-10 和IL-13 等，促進嗜酸性粒細胞和肥大細胞介導的免疫應答以控制胞外寄生蟲感染并調節(jié)炎癥強度。Th17 亞群可產生IL-17 和IL-22 促進中性粒細胞對胞外細菌和真菌的清除。與Th1、Th2 和Th17 不同，Tfh 則主要在淋巴濾泡中輔助B細胞生發(fā)中心形成及高親和力抗體產生。而不同于促進病原體清除的效應T 細胞，Treg 細胞主要在肺部炎癥的晚期被招募，并通過產生IL-10 和TGF-β 抑制過度的免疫應答。此外，近年來在肺臟中發(fā)現了一類具有濾泡性輔助T 細胞和TRM 細胞特性的新型CD4+T細胞亞群TRH細胞，其可在黏膜組織中促進B 細胞和CD8+T 細 胞免疫應答［37-38］。與CD4+T 細胞通過增強其他細胞效應功能而發(fā)揮間接殺菌作用不同，CD8+T 細胞被活化為細胞毒性效應細胞后，可通過釋放穿孔素、顆粒酶等直接作用于被感染的靶細胞誘導其死亡以清除病原體，但此過程的過度活化會導致肺組織病理損傷。

在炎癥免疫應答后期，CD4+和CD8+T 細胞可以轉變?yōu)镃D69+和CD103+的TRM 細胞。肺臟中長期駐留針對細菌或病毒的特異性TRM 細胞，可在再次受到同源抗原刺激時于原位迅速產生免疫應答［39］。與CD8+TRM 細胞相比，CD4+TRM 細胞在肺臟中更為豐富，且發(fā)揮主要的免疫監(jiān)視作用［40］。值得一提的是，肺臟中病毒特異性的CD8+TRM 細胞可被細菌性抗原刺激后產生的IL-12 和IL-18 激活，并進一步招募中性粒細胞以清除抗原并減輕肺部損傷，提示肺臟中的TRM 細胞不僅可發(fā)揮適應性免疫應答效應，還具備固有免疫特性，參與非同源抗原誘導的免疫應答［41］。除TRM 細胞外，此前研究還發(fā)現了 一類未經特異性抗原刺激，利用自身免疫性產生記憶細胞特征的虛擬記憶T（virtual memory T，TVM）細胞，可在呼吸道病原體感染早期進入肺組織并增殖分化，最終發(fā)育為TRM 細胞［42］。該研究表明TVM細胞可作為固有免疫與適應性免疫的橋梁，在感染早期發(fā)揮非特異性免疫清除功能，并可進一步發(fā)育為TRM細胞，以快速響應病原的再次入侵。

值得一提的是，適應性T 細胞免疫應答的特異性依賴于其表面表達的T細胞受體（T cell receptors，TCRs）與抗原主要組織相容性復合體（major histocompatibility complex，MHC）的相互作用。TCR 譜是所有T 細胞的TCR 總和，會隨著機體的健康狀態(tài)而發(fā)生變化，因此TCR 是個體免疫狀態(tài)的重要指標。研究表明，具有高TCR 譜系多樣性的多功能T 細胞應答與更有利的呼吸系統(tǒng)疾病結局密切相關［43-44］。因此，繪制感染或疫苗接種后TCR 譜多樣性的變化圖譜，對于確定適應性免疫應答效率和T 細胞應答能力至關重要，且也是評估疫苗有效性和感染后反應的重要指標。

1.2.2 B 細胞免疫應答 B 細胞通過發(fā)揮抗體依賴與非依賴的效應調控肺臟免疫微環(huán)境。一方面，當肺臟被感染或有慢性炎癥發(fā)生時，B 細胞會被招募至肺臟的三級淋巴樣結構（tertiary lymphoid structures，TLS）——誘導性支氣管相關淋巴組織（induced BALT，iBALT）中，在此形成生發(fā)中心并分化為漿細胞產生高親和力的IgG、IgA 和IgM，進一步通過調節(jié)吞噬活性或中和毒素等作用促進病原體清除［45］。另一方面，B 細胞可以不依賴于抗體，通過產生細胞因子以調控免疫穩(wěn)態(tài)，如淋巴毒素可以促進次級淋巴器官生成、穩(wěn)態(tài)維持和iBALT 發(fā)育；IL-6、IFN-γ 和TNF-α 可以影響效應和記憶CD4+T 細胞形成及免疫功能；IL-10 和IL-35 則在炎癥免疫應答中發(fā)揮負向調控作用，抑制炎癥因子的過度產生及其導致的組織損傷［46］。更重要的是，B 細胞表面表達MHC 分子，可作為抗原提呈細胞將加工處理過的抗原提呈至T細胞，促進T細胞活化［47］。

與T 細胞一樣，在炎癥免疫應答過程中，B 細胞也可以分化為高表達CXCR3和CD69的組織駐留記憶B（resident memory B，BRM）細胞。研究表明，小鼠感染流感病毒后，其肺組織中存在大量的BRM 細胞，且可在同源抗原再次刺激時快速分化為漿細胞［48］。此類細胞表達肺臟駐留標志物CXCR3、CCR6和CD69，位于肺臟的iBALT 中，具有不同于循環(huán)或脾臟中記憶B細胞的轉錄譜［49］。近年發(fā)現病毒感染的小鼠肺臟中存在兩種不同的BRM 細胞亞群，其中一類為傳統(tǒng)的BRM 細胞受到病毒再次刺激后，可立即分化為漿細胞并分泌可抵御病毒的抗體；而另一類為非特異的旁觀BRM 細胞并不能直接識別病毒，而是通過一種特定的受體與傳統(tǒng)BRM 細胞產生的抗體及其免疫復合物結合，進而發(fā)揮協(xié)同效應，增強肺臟中的抗病毒記憶反應［50］。除參與抗病毒感染免疫應答外，研究發(fā)現肺炎球菌等細菌性病原體感染也可誘導肺部BRM 細胞生成，此類細胞表達CD69、PD-L2、CD80 和CD73 等獨特的表面標志物，可在受到病原菌刺激后迅速分泌抗體，以保護機體免受病原菌的再次感染［51］。綜上，BRM 細胞是經歷病原體感染的肺組織的共同特征，是肺臟適應性免疫應答的重要組成部分。但針對該細胞的研究仍處于初級階段，其在肺臟免疫應答中的多效調控作用及分子機制仍有待深入研究。

綜上，肺臟的固有及適應性免疫系統(tǒng)間相互交叉、相互作用，形成復雜而嚴密的調控網絡共同維持肺臟的免疫穩(wěn)態(tài)。而目前上述研究多局限于某一類細胞的免疫調控功能，而整個肺組織的細胞類型和位置信息及其相互作用圖譜仍有待揭示。

2 感染性疾病中的肺臟區(qū)域免疫特性

病原體感染導致肺臟炎癥免疫穩(wěn)態(tài)失衡進而引發(fā)肺部感染性疾病，其可依據發(fā)病速度及病程長短分為急性和慢性感染性疾病，而此兩類疾病在發(fā)病過程中也表現出不同的肺臟區(qū)域免疫特性（圖2）。

圖2 急性與慢性感染性疾病中的肺臟區(qū)域免疫Fig.2 Lung regional immunity in acute and chronic infectious diseases

2.1 急性感染性疾病中的肺臟區(qū)域免疫特性 肺炎鏈球菌、流感病毒、新型冠狀病毒等主要引起肺部的急性感染。對此，若肺臟可產生有效且適度的固有及適應性免疫應答，則機體能夠自發(fā)控制感染，并建立長期的免疫記憶。然而，此類病原微生物感染往往誘發(fā)肺臟免疫穩(wěn)態(tài)失衡，進而導致肺炎。新型冠狀病毒感染導致的肺炎（以下簡稱新冠肺炎）的高死亡率及持續(xù)大流行，促使人們思考急性感染條件下的宿主肺臟保護性免疫機制。借助于單細胞測序等組學技術發(fā)展，這一機制逐步獲得揭示。在此，本文將以新冠肺炎為例，對急性感染性疾病中的肺臟區(qū)域免疫特性予以討論。

固有免疫系統(tǒng)的過度活化是肺臟急性感染性疾病的主要特征。研究表明，新冠肺炎患者的肺臟中密集浸潤大量異?；罨膯魏思毎苌木奘杉毎敖M織駐留的AMs，此類細胞能夠快速持續(xù)產生IL-1β 和IL-6 等促炎細胞因子，從而導致感染局部的高炎癥性微環(huán)境［4］。除產生促炎細胞因子外，巨噬細胞還可分泌CCL2、CCL4等趨化因子，以招募單核和中性粒細胞，進而導致炎癥加重［52］。此外，新冠肺炎死亡患者肺臟中性粒細胞及其介導的免疫通路高度活化，與新冠病毒入侵相關的蛋白cathepsins B/L 以及炎癥應答調控蛋白S100A8/A9 表達上調，也提示肺臟局部過度活化的免疫微環(huán)境。值得一提的是，研究發(fā)現新冠肺炎死亡患者的肺臟中病毒載量極低，提示是患者免疫系統(tǒng)過度活化導致的病理損傷，而非病毒大量擴增導致了患者死亡［53］。不同于固有免疫系統(tǒng)的過度活化，新冠肺炎患者的T 細胞免疫功能受損［4，54］。而在康復患者的呼吸道中可觀察到功能性B 細胞以及CD4+和CD8+TRM細胞，但老年恢復期患者CD8+TRM細胞的應答異常可能導致肺功能受損等后遺癥［55］。由于免疫系統(tǒng)過度活化導致了嚴重的肺臟病理損傷，肺組織修復障礙及纖維化是肺臟急性感染性疾病的另一重要特征。人類的Ⅱ型肺泡上皮細胞（alveolar type Ⅱ，AT2）通過自我更新和轉分化為Ⅰ型肺泡上皮細胞（alveolar type Ⅰ，AT1）參與肺組織的修復與再生［56］。而在新冠肺炎患者肺臟中鑒定到一類AT2向AT1 分化過程中的過渡態(tài)細胞類型，具有損傷相關瞬時祖細胞（damage-associated transient progenitors，DATPs）特征，因而導致肺上皮細胞再生受損［4，57］。此外，研究發(fā)現新冠肺炎患者的肺臟中纖維化通路相關基因表達上調，病理性成纖維細胞比例升高，可在肺組織中迅速形成疤痕，且肺臟的纖維化程度隨病程延長逐漸加重［4，53］。進一步機制學研究實驗表明，低氧應答因子HIF-1α（hypoxia- inducible factor 1α）的持續(xù)激活及組織再生相關因子FOXO3（Forkhead box protein O3）的表達沉默可能是成纖維細胞向病理性成纖維細胞轉變的關鍵驅動因素［57］。人源AT2 細胞可在肺臟發(fā)生纖維化時轉分化為功能性的基底細胞，進而促進肺組織自我更新［58］。值得注意的是，上述揭示的新冠肺炎患者的肺臟區(qū)域免疫特性多是基于單個時間點的肺組織采集分析結果，因此僅能代表感染特定時期的免疫應答特點，而疾病發(fā)生發(fā)展過程中不同階段的肺臟區(qū)域免疫應答動態(tài)特征值得進一步探究。

2.2 慢性感染性疾病中的肺臟區(qū)域免疫特性 病原微生物若在急性感染期間不能被及時有效地清除，將與宿主長期共存進而引發(fā)慢性感染性疾病，此類疾病的發(fā)生、發(fā)展與轉歸取決于病原微生物與宿主之間長期而復雜的相互作用。結核分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis，Mtb）感染導致的結核?。╰uberculosis，TB）是重要的肺部慢性感染性疾病，長期嚴重威脅全球人類健康。本文將以TB為例，對慢性感染性疾病中的肺臟區(qū)域免疫特性予以討論。

保護性免疫功能抑制是肺臟慢性感染性疾病的主要特征。Mtb 主要由呼吸道入侵機體并在肺部誘發(fā)肉芽腫，此病理性結構是由巨噬細胞、粒細胞、淋巴細胞和成纖維細胞等組成的動態(tài)空間屏障結構，是Mtb 的主要生態(tài)微環(huán)境。斯坦福大學的 MICHAEL ANGELO 團隊通過收集TB患者的肺組織石蠟包埋樣本，進一步對其進行多重成像（multiplexed ion beam imaging by time of flight，MIBI-TOF）繪制TB 患者的肉芽腫免疫調控網絡，發(fā)現T 細胞、單核/巨噬細胞和DCs 為主要細胞類型，其中活化的T 細胞比例較低，發(fā)揮免疫負調控作用的Treg 細胞增殖增加，單核/巨噬細胞和DCs 高表達免疫抑制 分子PD-L1（programmed cell death-ligand-1）和IDO1（indoleamine 2，3-dioxygenase-1）；且肉芽腫中的免疫抑制分子TGF-β 表達上調，而發(fā)揮抗Mtb 活性的IFN-γ 減少，綜合上述結果表明TB 患者的肉芽腫為免疫抑制性微環(huán)境［5］。與此一致的是，基于病原與宿主互作界面的非原位研究也證實Mtb慢性感染過程中的肺臟免疫抑制特性。AMs是Mtb的主要宿主細胞，可通過吞噬、自噬、激活細胞的炎癥信號通路及死亡信號通路等促進病原菌清除。而被Mtb感染的AMs 往往表現為免疫抑制狀態(tài)，根源在于Mtb 可以利用其真核樣蛋白磷酸酶或激酶等效應蛋白劫持或抑制AMs 的上述免疫應答功能，從而保障病原菌的胞內存活［59-60］。此外，Mtb感染可抑制DCs成熟并通過多種機制干擾有效的抗原提呈以延遲適應性免疫應答［61］。且T 細胞也表達PD-1（programmed cell death protein-1）和CTLA-4（cytotoxic T lymphocyte-associated protein 4）等抑制性受體，使其免疫應答活性減弱［62］。因此，慢性感染過程中固有免疫應答效能較弱，抗原提呈效率低，進而導致適應性免疫應答被延遲且活性差，最終導致病原菌難以被清除，長期存在于機體導致慢性感染。值得一提的是，除保護性免疫功能被抑制外，TB 患者的肺組織也會出現干酪樣壞死、空洞化等免疫病理損傷。近年有研究提示壞死性凋亡在Mtb感染導致的組織損傷及病原菌播散過程中發(fā)揮重要調控作用，但其中的免疫動態(tài)調控網絡仍遠未清晰［63］。此外，慢性感染條件下，機體與病原菌的長期相互作用可能會重塑肺臟免疫微環(huán)境，進而影響慢性阻塞性肺疾病、肺癌等肺部疾病的發(fā)展以及肺部乃至機體的黏膜微生態(tài)?，F有研究表明Mtb慢性感染與其他肺部疾病的轉歸具有相關性，且會引起肺部及腸道黏膜微生態(tài)變化［64］。其中的因果關系及精細的分子調控機制仍有待深入研究。

3 肺臟區(qū)域免疫特性對感染性疾病防治的啟示

肺臟作為呼吸道病原體入侵的主要門戶，在感染性疾病發(fā)生時具有不同于全身系統(tǒng)性免疫的區(qū)域免疫特性，與疾病的發(fā)生、發(fā)展及轉歸密切相關。而目前針對呼吸道感染性疾病的防治方法仍主要局限于系統(tǒng)性免疫應答，此類方法雖然能防止重癥，但難以預防黏膜感染且存在持久性差的問題。因此，急需研發(fā)基于肺臟區(qū)域免疫特性的急性和慢性感染性疾病的防治新策略，以有效提升宿主的保護性免疫機能進而抑制疾病的發(fā)生或減緩發(fā)病過程中的免疫功能紊亂及病理損傷。本文從以下兩方面提出基于肺臟區(qū)域免疫特性的感染性疾病防治思路。

3.1 新型疫苗研發(fā)中免疫原及免疫路徑的合理選擇 感染性疾病過程中肺臟區(qū)域免疫特性的形成依賴于病原體與肺臟獨特的解剖結構間的相互作用，因此疫苗研發(fā)過程中免疫原及免疫路徑的選擇至關重要。研究表明，腹腔注射滅活的流感病毒可以產生特異性的中和抗體，而滴鼻感染弱毒力的流感病毒則可以產生肺臟區(qū)域的病毒特異性T細胞免疫應答，并產生CD4+和CD8+TRM 細胞以提供針對流感病毒的長期免疫保護［65］。值得一提的是，由于全身各系統(tǒng)及器官間的潛在聯(lián)系，并非僅有滴鼻免疫途徑才可以誘發(fā)肺臟區(qū)域免疫特性形成。研究發(fā)現，靜脈注射卡介苗（bacillus calmette-Guerin，BCG）也可以促進肺臟CD4+TRM 細胞的產生并誘導組織駐留免疫記憶形成，而皮內注射BCG 產生此免疫效應的能力較弱［66］。因此，應基于病原體及其誘導的肺臟區(qū)域免疫應答特性，選擇合適的免疫原及免疫路徑進行新型疫苗研發(fā)，并發(fā)展基于肺臟區(qū)域免疫特性的疫苗免疫評價新手段。

3.2 感染過程中肺部區(qū)域免疫應答的穩(wěn)態(tài)調控 肺臟急性和慢性感染性疾病均表現為免疫功能的紊亂。急性感染條件下，免疫系統(tǒng)過度活化可能是由于病原體的載量較大或毒力較強導致。因此，應在感染早期及時利用抗病原體藥物對其予以清除，并結合可促進宿主自噬等過程的免疫調節(jié)類藥物以減輕死亡的病原體可能造成的免疫損傷。而基于免疫系統(tǒng)過度活化的特性，在進行疫苗研發(fā)時，應以誘導適度且有效的免疫應答為原則進行免疫原設計。慢性感染條件下，免疫功能抑制多是由病原體的免疫負調控因子而導致的，因此可基于已闡明的病原因子對宿主免疫功能的調控機制，進行靶向免疫負調控因子的疫苗設計及基于病原-宿主互作界面的藥物研發(fā)。免疫細胞表面抑制性受體的高表達及激活性受體的低表達可能是導致慢性感染條件下免疫抑制的另一重要因素，因此可分析肺臟關鍵固有及適應性免疫細胞表面激活及抑制性受體的表達情況，并開發(fā)基于此的疾病防治新策略。此外，慢性感染條件下適應性免疫應答出現延遲，可能由于固有免疫應答的強度不足以及抗原提呈過程受抑制，因此可通過揭示其中的具體調控機制，以開發(fā)可提升肺臟AMs、ILCs及DCs等固有免疫細胞活性的防治新策略。另外，需注意的是，研究發(fā)現肺臟的組織駐留記憶細胞，尤其是TRM 細胞可以提供更長效的免疫記憶且能夠在病原體再次感染時快速啟動免疫應答，因此誘導功能性的肺臟TRM 和BRM 細胞生成也是感染性疾病防治策略的重要方向［67］。除適應性免疫記憶外，固有免疫細胞的訓練免疫也可促進病原體清除并具有廣譜性，因此，可鑒定能夠誘導肺臟固有免疫細胞訓練免疫形成的特定成分（如β-glucan 等），并開發(fā)基于此的疾病防治新策略［68］。值得一提的是，近年發(fā)現肺臟除了其固有的免疫系統(tǒng)外，還擁有復雜的微生物組分且在感染性疾病中發(fā)揮重要調控作用，因此基于肺部微生物及其代謝物的相關制劑也將有機會用于感染性疾病防治［69］。綜上，平衡且適度、長效且廣譜、整體協(xié)同的肺部區(qū)域免疫應答是防治感染性疾病的重要宗旨。

4 展望

肺臟區(qū)域免疫是機體依賴于肺臟獨特的解剖學結構、生理功能和組織微環(huán)境而進化出的一套多樣而復雜的防御體系，與肺部眾多疾病的發(fā)生發(fā)展緊密相關。近年來，基于多組學技術和體外研究模型的發(fā)展，人們對生理及病理條件下的肺臟區(qū)域免疫特性獲得了一定認識。然而，疾病發(fā)生條件下異常的肺臟區(qū)域免疫特性表明對此認識遠遠不足，針對該領域的研究才初具成果，仍有一系列問題亟待探索。如呼吸系統(tǒng)感染性疾病發(fā)生發(fā)展過程中肺臟區(qū)域免疫的時空動態(tài)調控特征是什么，其又如何決定疾病的轉歸？肺臟的保護性免疫、病理損傷及組織修復機制如何，在疾病的發(fā)生發(fā)展過程中如何對其進行動態(tài)調控以實現平衡的免疫應答？肺部黏膜微生態(tài)與肺部區(qū)域免疫的關聯(lián)和分子機制如何，其對呼吸系統(tǒng)感染性疾病的發(fā)生發(fā)展又發(fā)揮何種調控作用？晝夜節(jié)律、衰老等生理過程對肺臟區(qū)域免疫特性的調控作用如何，其又如何影響呼吸系統(tǒng)感染性疾病的發(fā)生？更重要的是，針對此系列問題的研究，不能僅限于基于表型的相關性，應該深入探尋其中的因果關系，并揭示這些調控作用受到哪些遺傳因子的調控。此外，在用小鼠模型進行系列研究時，應對其與人體的一致性予以充分考量。近年來，高分辨空間轉錄組、單細胞測序技術、代謝組、遺傳譜系追蹤、類器官和人源化小鼠等新技術和新手段的發(fā)展為肺臟區(qū)域免疫特性的揭示帶來了重大機遇?；诖?，應充分利用已有的研究平臺，并對多學科、多領域的研究方法和思路予以交叉整合，全面深入探索肺臟區(qū)域免疫在生理及感染性疾病過程中的動態(tài)變化及其精細的分子調控機制，從而為感染性疾病防治新策略的研發(fā)提供新思路和新靶點，并期望此系列研究體系和理論知識可用于其他肺部及肺外重大疾病的機制闡明和防治策略研發(fā)。