TL1A和IL-18协同作用促进小鼠胸腺中基于GM-CSF的粒细胞生成
背景介绍
在急性全身性炎症状态下，免疫系统功能会发生显著改变，通常表现为髓系细胞生成增加，同时淋巴细胞生成受到抑制。特别是在胸腺中，全身性炎症会导致急性胸腺萎缩并随之引发T淋巴细胞生成的障碍。然而，全身性炎症对胸腺的影响机制，除了抑制T细胞发育之外，尚不完全清楚。在本研究中，我们探讨了TL1A和IL-18两种细胞因子的协同作用如何抑制T淋巴细胞生成，并促进胸腺髓系细胞生成。
研究来源
该研究由Mario Ruiz Pérez、Christian Maueröder、Wolf Steels等人撰写，来自比利时根特大学及其附属研究机构，论文发表在2024年的学术期刊《Cellular & Molecular Immunology》上。
研究流程
- 实验模型和细胞因子注入
研究首先在新出生的小鼠中注入TL1A和IL-18以观察其对胸腺发育的影响。实验组包括注射PBS（对照组）、单独注射TL1A、单独注射IL-18和联合注射TL1A与IL-18四个组别。随后，研究建立了新生胸腺器官培养（NTOC）模型，以在体外更详细地分析这些细胞因子的作用机制。
- 胸腺细胞及受体表达检测
使用流式细胞术对新生及成年小鼠胸腺中的DR3和IL-18Rα受体表达进行了表征，并区分了胸腺细胞的不同亚群。结果显示，DR3在新生和成年胸腺中广泛表达，而IL-18Rα的表达主要限制在ILC1、ILC2和γδT细胞中。
- 细胞因子处理及其效果观察
在NTOC模型中，联合处理TL1A和IL-18后，流式细胞术分析显示新生和成年小鼠胸腺均发生急性萎缩，其中T细胞数量显著减少，而髓系细胞和中性粒细胞数量显著增加。透射电子显微镜（TEM）进一步验证了这些变化，显示胶质细胞经过TL1A和IL-18联合处理后形态明显改变。
- 胸腺中性粒细胞的发育和成熟
NTOC系统提供了一个研究胸腺发育的隔离平台。基于单细胞RNA测序（scRNA-seq）和细胞周期分析的数据，研究发现胸腺中性粒细胞在体外培养系统中能够自髓细胞祖细胞源性细胞增殖和成熟。进一步的轨迹推断分析（Slingshot）揭示了中性粒细胞从前中性粒细胞到未成熟中性粒细胞再到成熟中性粒细胞的发展轨迹。
- Notch信号通路与中性粒细胞扩增的关系
使用γ分泌酶抑制剂LY411575处理NTOC系统以阻断Notch信号通路，结果显示Notch信号对抑制中性粒细胞发育具有限制作用，与之前的研究结果相吻合。
研究结果
- TL1A和IL-18的协同作用
在体内实验中，联合注射TL1A和IL-18的新生和成年小鼠表现出显著的生长迟缓和急性胸腺萎缩，进一步展示了这两种细胞因子的协同作用。在NTOC模型中，联合处理也导致显著的髓系细胞和中性粒细胞扩增，而T细胞数量减少，这与体内实验结果一致。
- 胸腺祖细胞的命运探究
通过使用Rag1-Cre和Ms4a3-Cre基因追踪工具，发现大多数胸腺中性粒细胞来源于Rag1阳性胸腺髓细胞祖细胞（GMPs），而非骨髓源性细胞。这表明胸腺中存在一个独立于骨髓的髓系细胞生成路径。
- 功能评估
进一步的功能实验表明，TL1A和IL-18诱导的胸腺中性粒细胞具有类似于腹腔中性粒细胞的氧化爆发、吞噬、迁移和形成中性粒细胞外捕获网（NET）的能力。高表达的金属蛋白酶（如MMP8和MMP9）表明这些细胞在基质重塑中可能具有特定的组织功能。
- GM-CSF依赖性机制
测量NTOC上清液中的细胞因子水平发现，TL1A与IL-18协同处理显著上调了GM-CSF、IL-17A和IFN-γ的释放。通过单细胞RNA测序和流式细胞术检测，证实了GM-CSF主要由ILC1s产生，并且抗GM-CSF受体抗体能显著减少NTOC系统中的中性粒细胞数量，表明GM-CSF是推动胸腺髓系细胞生成的关键因子。
研究意义与价值
本研究揭示了TL1A和IL-18在胸腺发育中扮演的协同作用，通过GM-CSF依赖的机制促进髓系细胞生成，同时抑制T淋巴细胞生成。这些发现不仅加深了对胸腺生物学的理解，还为应对全身性炎症引发的免疫系统变化提供了新的潜在治疗靶点。
研究亮点
- 首次揭示TL1A和IL-18的协同作用
研究首次揭示了TL1A和IL-18如何通过GM-CSF调控胸腺髓系细胞生成，提供了新的认识。
- 独特的胸腺髓系细胞生成路径
通过基因追踪模型，确认了胸腺中存在一个独立的髓系细胞生成路径，推动了对胸腺功能的研究进展。
- 全面的功能评估
研究在各个方面评估了TL1A与IL-18诱导的胸腺中性粒细胞功能，验证了其在免疫系统中的重要角色。
结论
研究表明，TL1A和IL-18通过协同作用促进急性胸腺萎缩，并在Notch和GM-CSF信号通路的控制下推动胸腺外髓系细胞生成。这一发现为理解全身性炎症对胸腺的深远影响提供了新的视角，同时指出了可能的治疗靶点，有助于改善患者的免疫系统功能和健康状况。
值得进一步研究的问题
胸腺中性粒细胞的组织特定功能 进一步研究需要探讨胸腺中性粒细胞在组织特定功能中的具体角色，尤其是在胸腺重塑和免疫调控中的贡献。
抗TL1A和IL-18治疗的潜力 进一步研究抗TL1A和IL-18治疗能否在临床上有效预防或逆转胸腺萎缩，从而提升免疫系统功能。
结语
本研究不仅在阐明胸腺发育和功能机制方面做出了重要贡献，还为全身性炎症治疗提供了创新视角和潜在方案，具有重要的科学和临床应用价值。