肥胖小鼠过敏性气道炎症中肺脏共抑制性受体阳性CD4+ T细胞的选择性缺失

《Allergy》：Selective Absence of Co-Inhibitory Receptor-Expressing CD4+ T Cells in Lungs of Obese House Dust Mite-Allergic C57BL/6 Mice

　　

背景：哮喘与肥胖均为高发的慢性炎症性疾病，二者之间的病理机制关系尚未完全阐明。研究人员假设肥胖脂肪组织中的炎症机制会影响诱导性过敏性气道炎症（AAI）的表型，其中CD4+ T细胞的活化过程改变可能参与该相互作用。 方法：C57BL/6和BALB/c小鼠分别饲喂高脂饮食（HFD）或正常饮食（ND）数周，并接受屋尘螨（HDM）诱导的AAI模型，该模型模拟人类哮喘的主要特征。研究人员评估了炎症与代谢参数，并利用流式细胞术及靶向单细胞CITE-Seq（转录组与表位联合测序）技术对肺脏CD45+细胞进行了深度表型分析。 结果：尽管两种品系小鼠对HFD均表现出相似的代谢变化，但仅C57BL/6小鼠出现过度体重增加。在两种品系中，所采用的HDM暴露方案在ND喂养小鼠中诱导了以嗜酸性粒细胞和中性粒细胞气道浸润为特征的混合型AAI表型。然而，仅在C57BL/6小鼠中，伴随的HFD导致嗜酸性粒细胞与中性粒细胞比例改变，并增加了肺脏CD4+ T细胞的比例。通过单细胞CITE-Seq分析，研究人员仅在瘦型而非肥胖的HDM暴露C57BL/6小鼠肺脏中鉴定出一个特异性CD4+ T细胞亚群，其特征为表达共抑制性受体如CTLA-4、PD-1和LAG-3。此外，将预分化的T细胞与肥大脂肪细胞上清液共培养，可降低表达这些受体的细胞频率。 结论：瘦型AAI小鼠中存在的共抑制性受体表达CD4+ T细胞可能代表一种疾病限制机制，而并存的肥胖可消除该机制，导致肺部炎症过程加剧。这一机制可能解释肥胖患者中观察到的更高哮喘严重程度。

论文解读：肥胖相关哮喘的免疫机制新发现

一、研究背景与科学问题

哮喘是一种高度异质性的慢性气道炎症综合征，具有多种临床表型，这些表型源于不同的病理生理机制，即内型，需要针对性的分层治疗策略。肥胖相关哮喘作为其中重要的一组表型，近年来受到越来越多的关注。一项基于16项临床研究的荟萃分析提供了明确证据，表明超重和肥胖显著增加哮喘风险。尽管肥胖相关哮喘的多种形式之间存在临床和机制差异，但它们共同的特点是临床病程更为严重，且对标准治疗方案往往更具抵抗性。哮喘和肥胖这两种慢性炎症性非传染性疾病的患病率持续上升，肥胖相关哮喘正逐渐被认识为重要的哮喘表型。

目前学术界已普遍接受，哮喘与肥胖并非仅仅是患者体内的共存临床实体，而是可能在细胞和分子水平上相互影响彼此的炎症机制。然而，对这一相互作用的认识仍然相当有限，不足以制定和促进有效的分层管理策略来优化治疗受影响个体。本研究旨在识别肥胖对屋尘螨诱导的小鼠哮喘模型中细胞和分子特征的修饰作用所依赖的改变性免疫机制。为此，研究人员比较表征了高脂饮食诱导的肥胖对两种小鼠品系代谢和模拟哮喘的过敏性气道炎症参数的影响，并利用靶向单细胞CITE-Seq方法对肥胖与非肥胖小鼠肺脏白细胞组成和活化状态进行了深入分析。

二、研究设计与关键方法

研究人员使用了两种小鼠品系，即C57BL/6和BALB/c雌性小鼠，从4周龄开始分别接受含60%热量来自脂肪的连续高脂饮食或对照正常饮食。从16周龄开始，通过鼻内暴露标准化HDM提取物诱导混合炎症表型的AAI，每周一次，持续5周。研究评估了代谢参数包括血浆胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇、葡萄糖水平及葡萄糖耐量试验。通过支气管肺泡灌洗进行细胞分类计数，采用PAS染色进行肺组织学分析。核心方法包括流式细胞术和基于BD Rhapsody系统的靶向单细胞CITE-Seq分析，对FACS分选的肺脏CD45⁺细胞进行深度表型分析，每个实验条件3只动物共12个样本。此外还进行了脂肪细胞体外培养实验，将HFD喂养小鼠来源的肥大脂肪细胞上清液应用于预分化的T细胞培养。

三、主要研究结果

3.1 C57BL/6和BALB/c小鼠对HFD的代谢和炎症反应存在品系依赖性差异

在HFD喂养8周后，两种品系小鼠均表现出显著升高的血浆胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇和葡萄糖水平，以及升高的GTT值。然而，仅HFD喂养的C57BL/6小鼠体重显著增加，而BALB/c小鼠尽管存在代谢变化却未出现生物学意义上的体重增加。HDM暴露诱导了两种品系的支气管周围炎症和杯状细胞增生。在C57BL/6小鼠中，HFD/HDM组的BAL嗜酸性粒细胞与中性粒细胞比值显著高于ND/HDM组，且CD4⁺/CD8⁺ T细胞比值升高，而BALB/c小鼠未观察到这些差异。C57BL/6小鼠HFD/HDM组还表现出嗜酸性粒细胞趋化因子CCL11和CCL12水平升高。

3.2 单细胞分析揭示肥胖HDM暴露C57BL/6小鼠肺脏CD45⁺细胞组成和表达谱改变

通过CITE-Seq单细胞分析，研究人员鉴定了多个白细胞亚群。ND和HFD HDM暴露组之间存在明显的定性和定量差异，主要见于髓系细胞群和肺脏CD4⁺ T细胞群。对CD4⁺ T细胞进行亚聚类分析后，鉴定出与Th1、Th2、Th17和初始/记忆T细胞对应的多个亚群。此外，鉴定出一个以高表达多种共抑制性受体基因如PD-1、TIM-3、CTLA-4和LAG-3为特征的亚群。该亚群同时表达多种T辅助细胞亚群标志物，表明其统一特征并非归属于特定CD4⁺ T细胞亚群，而是高表达共抑制性受体。该亚群几乎仅存在于ND喂养的HDM暴露小鼠中，在HFD喂养的HDM暴露小鼠和未致敏小鼠中可忽略不计。

3.3 肥胖脂肪细胞释放因子降低CD4⁺ T细胞共抑制性受体表达

Monocle伪时间轨迹分析显示，Phenograph Cluster 7与Monocle state 2高度相似，表明该群细胞因特定活化状态而聚集。在HFD/HDM小鼠中，向Monocle state 2方向分化的细胞显著减少。体外实验中，将HFD喂养小鼠来源的脂肪细胞上清液应用于预分化的Th2和Treg细胞，在抗CD3刺激条件下，共抑制性受体阳性细胞频率显著降低。

四、讨论与结论

本研究发现，在瘦型HDM暴露小鼠肺脏中存在的共抑制性受体表达CD4⁺ T细胞可能代表一种疾病限制机制，而肥胖的存在消除了这一机制，导致肺部炎症过程加剧。这一发现可能解释肥胖患者中观察到的更高哮喘严重程度。研究人员推测，这些细胞可能被滞留于肥胖脂肪组织中作为内脏脂肪组织Treg细胞，而未能迁移至炎症肺部发挥功能。该发现还可能与肿瘤免疫治疗中的“肥胖悖论”现象相关，即肥胖实体肿瘤患者对免疫检查点抑制剂治疗表现出更好的响应性。研究结论指出，肥胖小鼠AAI肺脏中共抑制性受体表达CD4⁺ T细胞数量减少可能导致免疫反应控制不良，从而在该实验组中观察到更增强的炎症表型。将该观察外推至人类，则为肥胖患者哮喘严重程度更高提供了一种可能的解释。该研究发表在《Allergy》期刊上。