人类自身免疫类器官模型揭示IL-7在乳糜泻中的功能

乳糜泻(CeD)是一种影响全球1%人口的自身免疫性疾病，由摄入小麦、大麦和黑麦中的麸质蛋白引起。在携带HLA-DQ2或HLA-DQ8等位基因的个体中，麸质摄入会促进十二指肠粘膜破坏。在乳糜泻中，麸质中的胶质醇肽被组织转谷氨酰胺酶(TG2)去酰胺化，引入负电荷，增强MHC II类分子结合，最终导致麸质特异性CD4+ T细胞反应，伴随T细胞介导的肠道炎症、粘膜损伤和浆细胞产生抗TG2自身抗体。

然而，自身免疫性疾病的研究，特别是乳糜泻的研究，显著缺乏能够将靶组织与其内源性常驻免疫群体作为统一实体进行培养的体外模型。既往研究采用细胞系、短期切片培养或免疫细胞与抗原呈递细胞的混合物，而传统的肠道类器官仅由上皮细胞组成，缺乏免疫和间充质群体。小鼠乳糜泻模型虽然利用了人类HLA-DQ8或HLA-DQ2.5转基因，但需要IL-15过表达才能引起完整病理，且缺乏人类背景。潜在的乳糜泻细胞因子介质包括IL-2和IL-15，但这些细胞因子在乳糜泻病理中的功能作用尚未得到实验验证或临床试验证实。

近期，发表在Nature期刊上的一篇题为A human autoimmune organoid model reveals IL-7 function in celiac disease的研究论文建立了人类自身免疫性疾病的首个综合性体外模型，通过保存上皮细胞与多样化免疫群体，成功重现了麸质依赖性病理。这一创新性的ALI类器官系统为自身免疫性疾病的机制研究、药物筛选和精准医学奠定了重要基础。

研究结果

1，ALI类器官系统的建立与特征：研究者建立了空气-液体界面(ALI)培养类器官系统，可以从完整的内镜活检片段中培养人体小肠，在胶原基质中保存上皮细胞以及原生间充质和组织常驻免疫细胞作为一个整体单元，无需外源性重建。ALI小肠类器官在培养约3天后形成，并且可以持续增殖超过1年。免疫荧光显示存在多种基质群体，包括PDGFRA+和SMA+成纤维细胞、PGP9.5+神经细胞和CD31+内皮细胞。关键的是，CD45+造血细胞也存在，包括CD3+ T细胞、CD14+单核细胞/巨噬细胞和CD19+ B细胞和浆细胞。单细胞RNA测序揭示ALI小肠类器官始终保存内源性CD4+和CD8+ T细胞、调节性T细胞、B细胞、浆细胞、NK细胞和髓样细胞。

2，麸质诱导的乳糜泻类器官病理反应：在乳糜泻组织者中，麸质而非CLIP诱导了IL-15免疫荧光，仅限于CK19+上皮细胞，这种刺激在对照的非乳糜泻类器官中未观察到。麸质但不是CLIP诱导乳糜泻类器官中的上皮细胞死亡，出现凋亡的切割半胱天冬酶-3+上皮细胞。作为麸质刺激上皮细胞杀伤的正交指标，麸质处理的乳糜泻类器官表现出绒毛肠细胞标志物蔗糖异麦芽糖酶(SI)和APOA4分别显著减少10倍和5倍。详细的HLA-DQ基因分型允许将乳糜泻类器官对HLA-DQ2.5限制性麸质肽的反应与患者MHC-II等位基因型相关联。HLA-DQ2.5限制性麸质肽在HLA-DQ2.5+类器官中诱导上皮细胞凋亡，这被抗MHC-II抗体消除，但HLA-DQ8+类器官对这些肽无反应。

图1 人类 ALI 小肠类器官在无需外源性重建的情况下，保留了上皮、间充质和多种免疫细胞群

3，麸质诱导的T细胞扩增和网络免疫激活：在乳糜泻类器官中，麸质处理2天但不是CLIP显著扩增CD3+和CD4+ T细胞1.5-2倍，CD8+ T细胞也有较小但显著的增加。使用装载有DQ2.5-glia-α1和DQ2.5-glia-α2表位的可溶性HLA-DQ2.5-麸质四聚体检测到乳糜泻类器官中的麸质反应性CD4+ T细胞。scRNA-seq分析显示，在来自三个不同乳糜泻患者的FACS分选细胞中，麸质在髓样细胞、浆B细胞、Treg细胞以及CD8+和CD4+ T细胞中显著诱导多种细胞毒性、趋化因子、细胞因子和其他激活mRNA，表明涉及多个不同亚群的复杂免疫网络反应。

4，抗TG2自身抗体的产生：乳糜泻的一个标志是浆B细胞产生循环抗TG2自身抗体。通过scRNA-seq将免疫球蛋白重链和轻链转录本映射到单个浆B细胞，随后进行单细胞BCR库分析，发现乳糜泻类器官中浆B细胞的免疫球蛋白CDR3基序与已发表的抗TG2 BCR序列具有完全或近乎完全的同源性。通过临床级ELISA定量检测抗TG2自身抗体的产生，结果显示尽管进行了大量培养基更换，抗TG2自身抗体仍在乳糜泻类器官的条件培养基中活跃分泌并容易检测，而在对照类器官中几乎检测不到。

图 2 麸质蛋白可诱导乳糜泻类器官的上皮细胞产生 IL-15 并发生凋亡

5，IL-7在乳糜泻病理中的关键作用：研究发现IL-7受体(IL7R)在表达组织驻留标志物CD103(ITGAE)的CD8+ IEL亚群中高度表达。令人惊讶的是，当通过向培养基中添加重组中和性、配体结合性IL-7R ECD来阻断IL-7功能时，麸质诱导的乳糜泻类器官上皮细胞死亡被消除。麸质诱导乳糜泻类器官CD8+ T细胞上NKG2C和NKG2D的表达，这被IL-7阻断显著逆转。增益功能研究表明，重组IL-7强烈诱导活动性乳糜泻类器官而非非乳糜泻患者类器官的上皮细胞杀伤，IL-7刺激的凋亡程度与麸质本身相当。

6，IL-7在临床样本中的上调：在非乳糜泻类器官中几乎检测不到IL-7免疫荧光染色，而体外麸质而非CLIP处理显著增加了活动性乳糜泻患者类器官的IL-7，主要在类器官的固有层样区室中。对来自15名活动性乳糜泻患者与15名无麸质饮食缓解期乳糜泻患者的十二指肠活检进行IL-7 IF染色，结果显示活动性乳糜泻患者活检中IL-7免疫荧光显著增强，主要定位于固有层。固有层IL-7主要与活动性乳糜泻活检中表达转胶蛋白/平滑肌22α(TAGLN/SM22α)的间充质细胞共定位。原位杂交证实了活动性乳糜泻与缓解期乳糜泻活检中IL7 mRNA的显著诱导。

图3 麸质蛋白可诱导乳糜泻类器官中的 T 细胞扩增

全文总结

该研究揭示了IL-7作为乳糜泻病理中一个先前未被怀疑的麸质调节靶点的关键作用，为乳糜泻的治疗提供了新的潜在靶点。IL-7调节CD8+ T细胞NKG2C/D表达并且对于上皮细胞破坏既是必需的又是充分的，这一发现可能推动针对IL-7信号通路的治疗策略开发。该模型系统的建立为其他自身免疫性疾病的研究提供了范式，具有广泛的转化应用前景，包括治疗药物筛选和体外乳糜泻诊断等。这项工作为理解自身免疫性疾病的组织特异性免疫微环境提供了重要工具。