重度肥胖患者减重手术后先天性与适应性免疫轨迹的分化

《Frontiers in Immunology》：Divergent innate and adaptive immune trajectories after bariatric surgery in people with severe obesity

　　

背景：肥胖破坏了白色脂肪组织中的2型免疫细胞群体，将由2型固有淋巴细胞（ILC2s）、嗜酸性粒细胞、辅助性T细胞2（Th2）和替代活化巨噬细胞（AAMs）组成的稳态网络替换为促炎性的1型群体。这种重塑究竟反映了永久性的免疫损伤，还是细胞平衡的可逆性转变，以及减重手术在多大程度上恢复2型免疫力，这些问题尚未完全阐明。 方法：研究人员分析了计划接受或已经接受减重手术（袖状胃切除术、胃旁路术）的重度肥胖患者（PWO）以及非肥胖对照者的内脏白色脂肪组织（WAT）和外周血中选定的2型免疫细胞群体。利用流式细胞术、定量PCR和体外极化实验，研究人员评估了瘦者、术前和术后状态下免疫细胞频率、转录因子表达、细胞因子谱和功能性极化能力。 结果：肥胖与WAT中嗜酸性粒细胞和CD8+ T细胞频率降低相关，同时伴随CD4+频率增加以及从Th2向Th1优势的转变，并且T细胞亚群上PD-1表达升高。与瘦对照组相比，减重术后的PWO显示出较低的CD8+ T细胞频率和增加的CD4+ T细胞。术后PWO的巨噬细胞极化能力较术前PWO增强。相反，尽管术前未检测到功能受损，但术后PWO的T细胞中Th2极化能力和IL-13产生却有所降低，这与术后先天性和适应性免疫谱的分化表现一致。 结论：在人类肥胖中，尽管2型免疫细胞频率降低，但未检测到其功能性可塑性的丧失。减重术后的PWO表现出差异重构的免疫功能，即更强的巨噬细胞可塑性和Th2极化能力降低的趋势，尽管其GATA3蛋白水平高于未行减重手术的PWO，这反驳了体重减轻后免疫会统一正常化的观点。

研究背景

肥胖已成为全球性流行病，2022年全球超过十亿人受累。过度的脂肪堆积是多种危及生命合并症的主要风险因素，包括2型糖尿病、心血管疾病和某些癌症等。白色脂肪组织（WAT）不仅是能量储存器官，更是一个动态的内分泌和免疫器官。在健康瘦者体内，脂肪组织维持着一个抗炎的微环境，其特征是由2型固有淋巴细胞（ILC2s）、嗜酸性粒细胞、辅助性T细胞2（Th2）和替代活化巨噬细胞（AAMs）构成的2型免疫细胞网络。这些细胞协同工作以维持胰岛素敏感性和组织稳态。

然而，长期营养过剩从根本上打破了这种免疫平衡。肥胖导致脂肪细胞肥大、细胞应激和缺氧，引发一系列促炎事件。2型免疫细胞频率显著下降，而促炎性群体如经典活化巨噬细胞（CAMs）、CD8⁺ T细胞和Th1细胞则在脂肪组织中积累。这种从稳态2型向促炎性1/3型免疫的表型转变建立了慢性低度炎症，进而促进胰岛素抵抗和代谢功能障碍。此外，PD-L1:PD-1检查点被证实是脂肪组织免疫稳态的关键调节因子。

减重手术（包括袖状胃切除术和胃旁路术）可诱导显著且持久的体重减轻，并伴随显著的代谢改善，其对免疫系统也有深远影响。然而，关键问题依然存在：手术是否能完全恢复瘦者脂肪组织的2型免疫景观？局部脂肪组织重塑与系统性变化是否平行？近期的动物研究表明，脂肪免疫细胞即使在体重减轻后仍保留肥胖相关的表型，这引发了关于是否存在“免疫疤痕”的疑问——即既往肥胖引发的持久性先天免疫重编程。

为填补这些空白，研究人员分析了减重手术前后肥胖个体以及瘦对照者的内脏脂肪组织和外周血中的免疫细胞群体和功能反应，重点关注2型免疫区室，检验了肥胖会消耗这些群体但不会不可逆地损害其功能能力的假设。

研究方法

本研究招募了来自Erlangen肥胖中心的34名患者和37名对照个体。重度肥胖患者（PWO）确诊为严重肥胖且计划或已接受减重手术。研究人员采用流式细胞术分析免疫细胞频率和表面标志物表达；使用定量PCR（qRT-PCR）检测基因表达水平；并通过体外极化实验评估CD4⁺ T细胞、嗜酸性粒细胞和单核细胞衍生巨噬细胞的功能能力。具体而言，利用磁珠分选分离初始CD4⁺ T细胞并在Th1或Th2极化条件下培养5天；使用EasySep试剂盒纯化嗜酸性粒细胞并以IL-5刺激24小时；通过贴壁法分离单核细胞，经M-CSF分化6天后进行CAM或AAM极化刺激。

研究结果

肥胖重塑内脏脂肪组织中的免疫细胞景观

通过对内脏WAT基质血管成分（SVF）的流式细胞分析发现，与瘦对照组相比，肥胖患者的嗜酸性粒细胞频率显著降低，CD8⁺ T细胞减少而CD4⁺ T细胞增加。Th1细胞在部分肥胖患者中升高，且在Th1和Th2细胞上均可检测到PD-1表达。全WAT转录分析显示，抵抗素和瘦素表达升高，脂联素趋势降低，肿瘤坏死因子（TNF）表达显著升高，证实了促炎性组织环境的转变。

循环免疫细胞群体反映肥胖中的全身性炎症，并在减重术后部分正常化

对外周血的分析显示，与瘦对照组相比，术后PWO的嗜酸性粒细胞频率显著升高，而CD8⁺ T细胞显著降低，CD4⁺ T细胞则升高。术前PWO与瘦对照组之间在这些指标上无显著差异。配对分析虽仅限于2例样本，但初步显示了中性粒细胞频率的一致性下降，而其他细胞的变化存在高度个体差异。

肥胖患者T细胞的Th2极化能力与非肥胖对照相当

在体外极化实验中，来自所有组的初始CD4⁺ T细胞均能有效进行Th1和Th2极化。肥胖并未损害Th2极化能力，IL-13和GATA3的诱导水平在各组间相当。然而，流式细胞分析显示术前PWO的TBET和GATA3蛋白表达低于瘦对照组，而术后PWO这两者均显著升高。值得注意的是，尽管术后PWO的GATA3蛋白水平更高，但其IL-13分泌和Th2相关转录本的诱导倍数呈下降趋势，表明转录因子表达与效应细胞因子输出之间存在解离。

肥胖患者的嗜酸性粒细胞对IL-5保持稳健的反应性

分离的外周血嗜酸性粒细胞在IL-5刺激下，各组间CCR3、IL-13、CD44和CSF2的表达水平无显著差异，表明肥胖并未损害嗜酸性粒细胞的核心功能程序。

减重术后单核细胞衍生巨噬细胞的极化能力增强

单核细胞衍生巨噬细胞的极化实验显示，术前PWO的巨噬细胞对IFN-γ和IL-4刺激的响应能力均呈下降趋势。相比之下，术后PWO的巨噬细胞表现出显著增强的响应性：CAM极化后TNF和IRF1表达升高，AAM极化后CD206和CD200R表达显著上调，表明巨噬细胞可塑性在体重减轻后得到恢复。

讨论与结论

本研究的核心发现是，尽管肥胖改变了2型免疫细胞在脂肪组织和外周血中的分布，但Th2细胞和嗜酸性粒细胞的核心功能机制未检测到显著损伤，而术前PWO的单核细胞衍生巨噬细胞对细胞因子介导极化的响应性降低。横断面分析提示，减重手术可部分正常化免疫细胞组成，但在所考察的时间范围内无法完全恢复到非肥胖个体的免疫表型。值得注意的是，术后队列虽然实现了显著体重减轻，但仍处于严重肥胖状态（平均BMI 43.6 kg/m²），表明观察到的免疫变化发生在持续但减轻的肥胖背景下。

对于T细胞，研究证明术前PWO的初始CD4⁺ T细胞能够以与瘦对照组相当的效率进行Th2极化。这一发现挑战了肥胖相关免疫功能障碍的决定论观点，支持局部微环境而非不可逆的细胞重编程是驱动2型反应受损的主要因素。对于嗜酸性粒细胞，其IL-5响应性在各组间相当，提示增加WAT中嗜酸性粒细胞数量的治疗策略值得进一步探索。

与Th2细胞和嗜酸性粒细胞不同，术前PWO的单核细胞衍生巨噬细胞向CAM和AAM表型的极化能力均降低，这种功能减弱与训练免疫框架的预期相悖，反而类似于耐受状态。术后巨噬细胞极化能力的恢复表明，肥胖相关的巨噬细胞功能抑制至少是部分可逆的。

研究结论指出，数据支持这样一个模型：肥胖造成了2型免疫细胞的定量缺陷并诱导巨噬细胞低反应性，但并未消除Th2细胞和嗜酸性粒细胞的内在功能潜力。根据横断面结果推断，减重手术可能通过使巨噬细胞可塑性正常化来差异化地恢复免疫功能，同时矛盾性地趋向于降低Th2能力。这些初步观察结果有待在更大队列中验证。未来增强2型免疫的策略，如IL-33给药、嗜酸细胞趋化因子通路调节或具有新兴免疫调节特性的GLP-1受体激动剂，代表了补充减重手术代谢益处的有前景的途径。