Gfi1b 决定肺部天然淋巴细胞前体的发育潜力

背景介绍

在呼吸道疾病中，肺部是一个敏感的器官，暴露在外界环境中，容易受到病原体、过敏原和毒性颗粒的侵害。由于呼吸系统疾病（如哮喘）所导致的高发病率和死亡率，使得研究保护肺黏膜表面的细胞机制变得非常重要。先天性淋巴样细胞(Innate Lymphoid Cells, ILCs)在这种防御过程中起重要作用，特别是第二类ILCs（ILC2s），它们在对肺部病原体的防御中起关键作用，例如驱动对吸入性过敏原（如室内尘螨）的病理反应，并调节哮喘中的免疫反应。

研究动机

然而，目前对调控肺部ILC2s生长发育的因素仍不明确。通过对Gfi1和Gfi1b这两个转录因子的命运映射分析，我们了解到Gfi1在ILC2s的发育过程中保持恒定表达，而Gfi1b的表达则限于特定类型的骨髓前体细胞和肺内ILC前体细胞。因此，研究作者希望深入探讨Gfi1b在组织特异性ILC2s的多系谱潜力和发育中的作用。

研究来源

本文由多个研究机构的研究人员共同完成，文章发表在2024年5月31日的《Science Immunology》期刊上。主要作者包括Qiutong Huang、Wang H. J. Cao与Sophie Curio等，来自昆士兰大学弗雷泽研究所、沃尔特与伊丽莎霍尔医学研究所以及墨尔本大学等研究单位。

研究方法

实验流程

1. 实验模型的建立：

   使用双报道小鼠（Gfi1b-GFP和Gfi1-tdTomato），对骨髓中的ILC2前体细胞进行表达映射。在这些小鼠中，Gfi1b-GFP和Gfi1-tdTomato分别标记Gfi1b和Gfi1的表达。

2. 细胞分选及转移实验：

   从这些双报道小鼠的骨髓中分离出Gfi1b-GFP+及Gfi1-tdTomato+细胞，随后转移到亚致死照射的Rag2-/- Il2rg-/-小鼠体内。6周后分析受体小鼠的组织，以确定这些细胞的谱系轨迹。

3. 单细胞RNA测序：

   对Gfi1b-GFP+和Gfi1b-GFP-的各种类型IL-18R+细胞和经典肺ILC2s进行单细胞RNA测序（10x单细胞RNA-seq），比较其转录组。

4. 功能鉴定：

   验证Gfi1b+肺前体细胞对诱发炎症反应和肿瘤侵袭的保护作用。实验包括急性炎症诱导实验（如鼻内滴注木瓜蛋白酶）和黑色素瘤细胞B16F10的肺部转移模型。

数据分析与算法

在数据分析中，运用了包括基因表达排名、GO富集分析、细胞周期分析等多种生物信息学分析方法，以更全面地理解Gfi1b对肺局部ILCs发育的调控。

主要研究结果

1. Gfi1与Gfi1b的差异表达：

   实验结果显示Gfi1在所有ILC类型中均有不同程度的表达，而Gfi1b的表达则仅限于特定的骨髓前体细胞和肺-肝等特异性组织中的ILCs。

2. Gfi1b+细胞的多系谱潜力：

   Gfi1b+肺ILC前体细胞显示出显著的多系谱潜力，能够分化为多种ILC类型，包括肺中的效应ILC2s和肝组织中的ILC1s。

3. 基因表达特征：

   Gfi1b+ IL-18R+肺ILC2s在基因表达上显著不同于其他ILC类群，表现出丰富的调控基因，包括调节干细胞样特性和ILC发育的关键基因。

4. Gfi1b在维护骨髓ILC前体细胞中的作用：

   骨髓中缺失Gfi1b会导致ILC前体细胞的选择性丧失和肺局部ILC2s的显著减少，而其他外周组织中的ILC2s则未受到显著影响。

5. 功能验证：

   Gfi1b缺失的小鼠在急性炎症反应和肺肿瘤侵袭应对上均显著弱于正常野生型小鼠，表明Gfi1b在维持肺局部免疫稳定中具有重要的作用。

结论与意义

本研究通过全面的实验验证了Gfi1b在肺局部ILC前体细胞中的特异性表达及其多系谱潜力，揭示了Gfi1b对肺ILC发育和维持的重要调控作用。这些发现不仅丰富了我们对ILCs发育机制的认识，也为肺部免疫疾病的治疗提供了重要的参考依据。

研究亮点

• 创新性：

  本研究首次阐明了Gfi1b在肺ILC2s前体细胞中的特异性表达和功能，为探索组织特异性ILC发育提供了新思路。

• 应用价值：

  研究发现可为呼吸系统疾病（如哮喘和肺癌）的治疗提供潜在的新靶点和新的免疫治疗思路。

• 科学意义：

  本研究不仅揭示了肺局部权限性ILC2s的独特基因表达和发育调控机制，也为进一步探索其他组织特异性免疫细胞的发育调控提供了重要借鉴。

本研究不仅对基础免疫学研究具有重要意义，还可能对临床疾病的诊断和治疗产生深远影响。