谷氨酸经由红藻氨酸受体GluK2抑制ILC2应答与过敏性气道炎症

《Cellular & Molecular Immunology》：Glutamate attenuates the ILC2 response and allergic airway inflammation via the kainate receptor GluK2

　　

2型固有淋巴细胞（group 2 innate lymphoid cells，ILC2s）在启动2型免疫应答中发挥关键作用，尤其是在过敏性气道疾病中。尽管谷氨酸对免疫系统的影响已有报道，但其在调控ILC2功能及肺部炎症中的作用尚不清楚。本研究发现，在接触过敏原后，肺组织中的谷氨酸水平升高；进一步研究表明，谷氨酸可抑制小鼠肺部炎症过程中的ILC2应答。研究人员利用Rag1^?/?小鼠证明，谷氨酸对2型炎症的抑制作用不依赖T细胞和B细胞。在Rag^?/?Il2rg^?/?小鼠中进行的ILC2过继转移实验进一步证实，谷氨酸可能通过直接靶向ILC2发挥其作用。体外实验表明，谷氨酸通过离子型红藻氨酸受体（kainate receptor）信号抑制ILC2功能。编码红藻氨酸受体亚基GluK2的基因缺失可增强ILC2应答并加重2型肺部炎症。机制上，转录组学和代谢分析显示，谷氨酸降低了ILC2的氧化代谢，从而限制其活化。与此一致的是，在体内给予BPAM344（一种增强GluK2信号的正向别构调节剂）可有效抑制过敏原诱导的2型炎症。值得注意的是，ILC2特异性GluK2缺失显著削弱了BPAM344的抗炎效应，表明其保护作用依赖于ILC2内在的GluK2信号。这些发现揭示了谷氨酸在限制ILC2功能中的新作用，并表明其在减轻气道炎症中发挥保护作用。研究人员提出，GluK2激活可能为治疗ILC2驱动的过敏性哮喘提供有前景的治疗策略。

论文解读：谷氨酸经GluK2受体限制ILC2应答缓解过敏性气道炎症

研究背景与问题
2型炎症是哮喘和慢性鼻窦炎伴鼻息肉等过敏性疾病的核心特征，表现为嗜酸性粒细胞浸润、黏液高分泌以及IL-5、IL-13等2型细胞因子水平升高。传统上认为CD4⁺ Th2细胞是这一反应的主要驱动者，但2型固有淋巴细胞（group 2 innate lymphoid cells，ILC2s）的发现重塑了人们对早期、非适应性免疫应答的理解。ILC2s定居于黏膜组织，可对IL-25、IL-33和TSLP等上皮源性细胞因子快速反应，产生大量IL-5和IL-13，促进嗜酸性粒细胞募集、杯状细胞化生、黏液产生和气道高反应性。实验和临床研究均显示，哮喘患者体内ILC2s扩增并活化，且不依赖抗原特异性适应性免疫即可驱动2型气道炎症。然而，炎症条件下限制ILC2活化的内源性调控机制仍不清楚。谷氨酸是中枢神经系统的主要兴奋性神经递质，也存在于免疫微环境中。已有报道哮喘患者支气管肺泡灌洗液中谷氨酸水平升高，但谷氨酸在哮喘尤其2型肺部炎症中的具体作用尚不明确。因此，研究人员系统探究了谷氨酸对ILC2功能和过敏性气道炎症的影响及机制。

研究内容与主要结论
研究人员首先发现，尘螨（house dust mite，HDM）和木瓜蛋白酶诱导的小鼠气道炎症模型中，支气管肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluid，BALF）谷氨酸水平升高。气管内给予谷氨酸钠可显著减轻HDM和木瓜蛋白酶诱导的肺部炎症，降低血清IgE、BALF中IL-5和IL-13水平，减少嗜酸性粒细胞浸润和肺ILC2数量，并抑制ILC2增殖和细胞因子产生。在缺乏T、B细胞的Rag1^?/?小鼠中，谷氨酸仍能抑制木瓜蛋白酶诱导的嗜酸性粒细胞浸润和ILC2应答；在缺乏T、B及ILC细胞的Rag^?/?Il2rg^?/?小鼠中，将ILC2s过继转移后给予谷氨酸同样可抑制ILC2活化和2型炎症，表明谷氨酸通过直接靶向ILC2发挥保护作用。体外实验进一步证实，谷氨酸以剂量依赖方式抑制ILC2的IL-5和IL-13分泌及增殖，且该效应与渗透压或钠离子无关；谷氨酸转运体抑制实验表明其抑制作用发生在细胞外。通过应用多种谷氨酸受体激动剂，研究人员发现红藻氨酸受体（kainate receptor，KAR）激动剂可剂量依赖地抑制ILC2细胞因子分泌，而NMDA和AMPA受体作用不明显。ILC2中高表达Grik2和Grik5基因，其中Grik2编码GluK2蛋白。GluK2基因敲除的ILC2在IL-33刺激下分泌更多IL-5和IL-13，骨髓嵌合实验证实GluK2缺失可加重IL-33诱导的2型气道炎症。BPAM344作为GluK2正向别构调节剂，在体外以GluK2依赖方式抑制ILC2活化和增殖，并能减少哮喘患者外周血单个核细胞（peripheral blood mononuclear cells，PBMCs）的IL-5和IL-13产生。在IL-33和木瓜蛋白酶诱导的炎症模型中，BPAM344均能减轻肺部炎症、降低ILC2数量及功能。利用Il5-Cre（R5/+）小鼠条件性敲除ILC2中的Grik2后，木瓜蛋白酶诱导的气道炎症加重，且BPAM344的保护作用被完全消除，证实GluK2信号在ILC2内发挥限制促炎反应的关键作用。转录组和代谢分析显示，谷氨酸抑制ILC2糖酵解通路，降低总代谢能力和糖酵解依赖，重塑活化ILC2的代谢状态。

主要技术方法
研究人员使用了多种小鼠模型，包括HDM、木瓜蛋白酶和IL-33诱导的气道炎症模型；采用流式细胞术分析免疫细胞亚群与细胞因子；通过过继转移和骨髓嵌合实验验证细胞特异性作用；利用GluK2全身敲除和ILC2条件性敲除小鼠进行遗传学验证；体外培养分选的肺ILC2s并进行激动剂/调节剂处理；采用转录组测序、基因集富集分析（GSEA）和SCENITH（single-cell energetic metabolism by profiling translation inhibition）单细胞代谢分析；使用来自上海交通大学医学院附属瑞金医院的10例哮喘患者PBMCs进行离体验证。

研究结果分述
谷氨酸缓解过敏原诱导的ILC2应答和过敏性气道炎症：HDM和木瓜蛋白酶模型中，谷氨酸处理显著减少嗜酸性粒细胞、IL-5/IL-13水平、ILC2数量及增殖，且该效应在Rag1^?/?和Rag^?/?Il2rg^?/?小鼠中依然存在，证明其不依赖适应性免疫。
谷氨酸和KAR激动剂在体外直接改变ILC2活化和功能：谷氨酸直接抑制ILC2细胞因子产生和增殖；KAR激动剂剂量依赖地抑制IL-5/IL-13分泌，而NMDA、AMPA和mGluR激动剂作用有限；ILC2高表达Grik2和Grik5。
缺乏GluK2的ILC2功能活性更强：GluK2敲除ILC2在IL-33刺激下分泌更多IL-5/IL-13；骨髓嵌合实验显示GluK2缺失免疫细胞加重2型气道炎症；ILC2前体发育不受影响。
KAR正向别构调节剂BPAM344在体外经GluK2受体抑制ILC2功能：BPAM344剂量依赖地抑制ILC2细胞因子产生和增殖，并降低哮喘患者PBMCs的IL-5/IL-13水平；该效应在GluK2缺陷ILC2中完全消失。
谷氨酸重塑活化ILC2的代谢程序：转录组GSEA显示糖酵解通路显著下调；SCENITH分析显示谷氨酸降低ILC2总代谢活性和糖酵解依赖，增加脂肪/氨基酸氧化能力。
BPAM344减轻ILC2介导的肺部炎症：在IL-33和木瓜蛋白酶模型中，BPAM344均减少BALF嗜酸性粒细胞、IL-5/IL-13浓度、肺ILC2数量及增殖。
ILC2条件性缺失GluK2放大木瓜蛋白酶诱导的气道炎症：R5/+Grik2^f/f小鼠肺阻力升高，IL-5/IL-13增加，ILC2扩增和嗜酸性粒细胞浸润加剧；BPAM344的保护效应在这些小鼠中消失。

讨论总结与研究结论
研究人员在讨论中指出，谷氨酸通过结合ILC2表面的GluK2受体，限制其活化与增殖，构成一种肺局部产生的反馈性保护机制。既往关于谷氨酸在肺脏的研究多集中于NMDA受体对气道平滑肌或肺损伤的作用，而本研究首次系统阐明谷氨酸- GluK2信号在ILC2中的功能。BPAM344作为一种GluK2正向别构调节剂，能增强GluK2通道开放，在多种模型中有效抑制ILC2驱动的炎症。机制上，ILC2活化依赖糖酵解，谷氨酸信号可能通过钙离子内流影响代谢重编程。研究也指出局限性：主要基于小鼠模型和原代小鼠细胞，缺乏人源化小鼠验证；GluK2下游精细机制尚未阐明；未探索其他组织中ILC2的GluK2表达差异。总体结论为：谷氨酸通过限制ILC2应答抑制过敏性炎症；GluK2缺失增强ILC2效应功能并加重气道过敏炎症；药物靶向GluK2（BPAM344）可缓解ILC2驱动的炎症，为治疗过敏性气道疾病提供了有前景的策略。