人类MAIT细胞功能性反应的特异性状态受细胞因子环境的影响

生命科学 细胞生物学 免疫学
MAIT细胞 细胞因子 IL-10 IL-17 免疫功能

人类MAIT细胞的功能可塑性及其在免疫调节中的作用

学术背景

黏膜相关不变T细胞（Mucosal-Associated Invariant T cells, MAIT细胞）是一类非传统的T淋巴细胞，广泛存在于健康人体内，尤其在黏膜组织中含量丰富。MAIT细胞具有先天免疫样特性，能够快速识别由微生物核黄素代谢途径产生的抗原，这些抗原通过非多态性的MHC-Ib相关蛋白（MR1）呈递。MAIT细胞在抗菌免疫中扮演重要角色，但其功能异质性的调控机制尚不清晰。MAIT细胞的功能可塑性，即其在不同微环境条件下表现出不同的功能状态，是近年来免疫学研究的重点之一。

本研究的目的是探索MAIT细胞在抗原识别过程中如何根据微环境中的细胞因子信号调整其功能反应。具体而言，研究团队试图揭示MAIT细胞在暴露于不同细胞因子（如IL-12、IL-18等）时，如何调控其炎症或抗炎反应，并进一步解析其背后的分子机制。这一研究不仅有助于理解MAIT细胞在感染和炎症中的作用，还为开发基于MAIT细胞的免疫治疗策略提供了理论基础。

论文来源

本论文由Caroline Boulouis、Elli Mouchtaridi、Thomas R. Müller等作者共同完成，研究团队来自瑞典卡罗林斯卡学院（Karolinska Institutet）、澳大利亚昆士兰大学（The University of Queensland）等多个机构。论文于2025年2月4日发表在PNAS（Proceedings of the National Academy of Sciences）期刊上，论文标题为“Human MAIT cell response profiles biased toward IL-17 or IL-10 are distinct effector states directed by the cytokine milieu”。

研究流程与结果

研究流程

研究团队采用了功能分析和单细胞转录组学（scRNA-seq）相结合的方法，系统地研究了MAIT细胞在不同细胞因子环境下的功能反应。以下是具体的研究步骤：

  1. MAIT细胞的分离与刺激
    从健康志愿者的外周血中分离MAIT细胞，使用THP-1细胞作为抗原呈递细胞，加载5-OP-RU（一种MAIT细胞识别的抗原），并在不同细胞因子（如IL-12、IL-18、IL-23等）的存在下进行刺激。

  2. 功能分析
    通过流式细胞术检测MAIT细胞在刺激后的细胞因子分泌情况（如IL-10、IL-17、IFNγ、TNF等）以及细胞表面标志物的表达（如CD69、CD107a等）。此外，使用UMAP（Uniform Manifold Approximation and Projection）对MAIT细胞的功能状态进行无监督聚类分析。

  3. 单细胞转录组学分析
    对刺激后的MAIT细胞进行单细胞RNA测序（scRNA-seq），分析不同刺激条件下MAIT细胞的转录组特征，并通过基因集富集分析（GSEA）和调控网络分析（PySCENIC）解析与IL-10和IL-17表达相关的转录因子。

  4. CRISPR/Cas9基因敲除实验
    为了验证转录因子c-Maf和Aiolos在IL-10表达中的作用，研究团队使用CRISPR/Cas9技术敲除这些基因，并观察其对MAIT细胞功能的影响。

  5. 功能可逆性实验
    通过分泌捕获技术分离IL-10+和IL-17+ MAIT细胞，培养两周后重新刺激，评估其功能状态的可逆性。

主要结果

  1. 细胞因子环境显著影响MAIT细胞的功能反应
    研究发现，MAIT细胞在抗原识别过程中受到IL-12或IL-23的刺激时，倾向于分泌抗炎细胞因子IL-10；而在IL-18的刺激下，MAIT细胞则表现出强烈的炎症反应，分泌IL-17、GM-CSF等促炎因子。值得注意的是，IL-18对IL-10的表达具有明显的抑制作用。

  2. 转录组学揭示MAIT细胞的功能状态转变
    scRNA-seq分析显示，不同细胞因子刺激下的MAIT细胞具有独特的转录组特征。例如，IL-12和IL-23诱导了与免疫调节相关的基因表达（如IL10、LAG3、CTLA4），而IL-18则激活了与炎症和趋化相关的基因（如IFNG、CSF2、CCL20）。

  3. c-Maf是MAIT细胞IL-10表达的关键转录因子
    通过CRISPR/Cas9基因敲除实验，研究团队发现c-Maf是MAIT细胞IL-10表达的必要条件，而Aiolos虽在IL-10+细胞中高表达，但并非必需。

  4. MAIT细胞的功能状态具有可逆性
    实验表明，IL-10+和IL-17+ MAIT细胞的功能状态并非稳定分化，而是可逆的效应状态，能够根据微环境的变化重新调整其功能表现。

结论与意义

本研究系统地揭示了MAIT细胞在抗原识别过程中如何根据微环境中的细胞因子信号调整其功能反应。研究发现，MAIT细胞在IL-12和IL-23的刺激下倾向于分泌IL-10，表现出免疫调节功能；而在IL-18的刺激下则表现出强烈的炎症反应。c-Maf被证明是MAIT细胞IL-10表达的关键转录因子。这些发现不仅深化了我们对MAIT细胞功能可塑性的理解，还为开发基于MAIT细胞的免疫治疗策略提供了新的思路。

研究亮点

  1. 功能可塑性的新发现：首次系统揭示了MAIT细胞在不同细胞因子环境下的功能可塑性及其分子机制。
  2. 转录组学的应用：通过scRNA-seq全面解析了MAIT细胞的转录组特征，为理解其功能调控提供了新视角。
  3. CRISPR/Cas9验证：通过基因敲除实验证实了c-Maf在IL-10表达中的关键作用，进一步支持了研究结论。
  4. 功能可逆性的揭示：发现MAIT细胞的功能状态具有可逆性，为其在免疫调节中的应用提供了新的可能性。

其他有价值的信息

研究还发现，MAIT细胞分泌的IL-10能够通过旁分泌作用调节单核细胞的免疫反应，促进抗炎巨噬细胞的分化。这一发现进一步凸显了MAIT细胞在免疫调控中的重要作用。