综述：神经上皮单元调控屏障表面的免疫稳态

《Mucosal Immunology》：A neuro-epithelial unit regulates immunohomeostasis at barrier surfaces

　　

屏障组织是持续暴露于外界环境的部位，需要精密的协调机制以在维持组织完整性的同时保持免疫稳态。越来越多的证据支持神经上皮单元这一概念，其中神经元与上皮细胞形成功能整合的调控模块。本综述讨论了上皮细胞与外周神经元如何相互通讯以感知环境信号并协调免疫应答。上皮细胞提供物理和生化屏障，而神经元则快速检测扰动并通过神经肽释放调节局部免疫和基质区域。这种协调的相互作用塑造了屏障表面（如肠道）的免疫细胞招募、激活和耐受。本文重点介绍了近期研究进展，证明神经信号直接影响上皮更新、屏障功能和炎症反应。此外，还探讨了该神经上皮轴的失调如何导致慢性炎症性疾病。理解神经上皮串扰的原理可能揭示恢复组织稳态和治疗屏障相关疾病的新治疗策略。

在屏障表面，上皮形成由紧密连接连接的肠上皮细胞构成的机械屏障，将宿主组织与外界分隔开来。这种结构使免疫系统与定居于所有屏障表面的共生微生物群分离， Gigabyte并介导定殖抵抗。这种平衡还由抗菌肽和黏液维持，它们容纳共生微生物群并限制其在肠腔中的存在，防止其穿透组织并引发免疫应答。尽管这种状态定义了稳态，但这种平衡是脆弱的，需要主动维持。任何薄弱之处都会被微生物群利用，可能使平衡从定殖转变为感染。因此，菌群失调、上皮屏障完整性或免疫应答调节与慢性炎症以及最终的炎症性肠病（IBD）等疾病相关。小鼠和人类实验证据表明，这三个要素中任一要素的紊乱都会促进IBD的发病，而通过粪便微生物群移植以及造血干细胞移植重建稳态可能治疗IBD，尽管目前两者均未作为常规治疗手段使用。

粪便微生物群移植为微生物群对肠道稳态和疾病的因果贡献提供了直接证据。在溃疡性结肠炎患者中，随机对照试验表明，来自健康供体的微生物群转移可诱导临床缓解并恢复微生物多样性，支持重建平衡的微生物群落可以促进黏膜愈合这一概念。同样，无菌和抗生素处理小鼠的研究表明，移植菌群失调的微生物群可传播肠道炎症，而定植健康的微生物群可减轻疾病严重程度。这些发现共同强调，恢复平衡的宿主-微生物群关系可以重建黏膜稳态并改变……

**神经上皮单元调控屏障表面的免疫稳态**

**上皮屏障与黏膜稳态的主要决定因素**

在屏障表面，上皮通过紧密连接形成由上皮细胞构成的机械屏障，将宿主组织与外界环境分隔。该结构使免疫系统与定植于所有屏障表面的共生微生物群（microbiota）相分离，并介导定植抵抗（colonization resistance）。此平衡由抗菌肽和黏液共同维持，以限制微生物群穿透组织并触发免疫应答。然而，此种稳态平衡十分脆弱，需主动维持；任何薄弱之处均可被微生物群利用，导致从定植向感染的转变。因此，菌群失调（dysbiosis）、上皮屏障完整性受损或免疫应答调节异常均与慢性炎症及炎症性肠病（IBD）相关。研究表明，无菌（germ-free）和抗生素处理小鼠中，移植菌群失调的微生物群可传播肠道炎症，而健康微生物群定植则可改善疾病严重程度。粪便微生物群移植（FMT）在溃疡性结肠炎患者中可诱导临床缓解并恢复微生物多样性，为微生物群因果贡献提供直接证据。

造血干细胞移植（HSCT）为IBD的免疫介导起源提供了重要见解，尤其在遗传性疾病中。IL-10信号通路缺陷即为典型范例：IL10RA或IL10RB突变导致严重婴儿期发病型肠炎，而异基因HSCT可恢复免疫调节并诱导持续缓解。类似观察也见于其他与IBD样肠道炎症相关的免疫出生错误，如XIAP突变（损害NOD2信号）和慢性肉芽肿病患者的肉芽肿性结肠炎，这些疾病在健康造血干细胞移植后可获纠正。

肠上皮屏障是维持黏膜稳态的关键，其通过物理和功能上将腔道微生物与宿主（尤其是底层免疫系统）分离。屏障破坏是IBD的标志，促进微生物易位和慢性炎症。上皮屏障由多种协调机制维持，包括紧密连接完整性、上皮细胞更新、黏液产生，以及杯状细胞（goblet cells）和帕内特细胞（Paneth cells）等特化上皮细胞分泌的抗菌肽。大规模全基因组关联研究已识别出超过200个IBD易感位点，功能分析表明许多变异集中于调控上皮屏障完整性、微生物感知、自噬（autophagy）和免疫信号的生物通路。自噬被确立为IBD（尤其克罗恩病）发病机制中的核心通路：ATG16L1和NOD2变异为主要遗传风险因素，NOD2指导ATG16L1至细菌入侵位点启动抗菌自噬，而ATG16L1缺失则破坏帕内特细胞功能，损害抗菌防御。

**肠道神经支配**

肠道由外周神经系统不同部分支配，可分为躯体感觉神经系统、自主神经系统和肠神经系统（ENS）。外在神经支配包括源自背根神经节的躯体感觉系统，以及分别位于肠系膜上神经节和迷走神经节的交感神经和副交感神经。ENS是肠道的内在神经支配，神经元胞体位于肠壁内；其可细分为位于环纵肌之间的肌间神经丛（myenteric plexus）和靠近黏膜上皮的黏膜下神经丛（submucosal plexus）。形成这些神经丛的祖细胞源自神经嵴细胞，在发育过程中迁移至肠道组织。小鼠测序研究最初聚焦于肌间神经丛，识别出两类主要肠神经元：以NO为主要神经递质的NOS1⁺神经元，和以乙酰胆碱（ACh）为主要神经递质的胆碱O-乙酰转移酶（ChAT）⁺神经元。NOS1⁺神经元主要为抑制性运动神经元或分泌运动神经元，分泌血管活性肠肽（VIP）作为次级神经递质。ChAT⁺神经元包括兴奋性运动神经元、中间神经元和感觉神经元等群体，可进一步根据附加标志物的共表达进行细分。

近期测序研究揭示了黏膜下神经丛主要由Nmu、Sst和Vip表达的三种神经元亚群组成。Nmu具有感觉神经元的特征，可能与数十年前提出的豚鼠内在初级传入神经元（IPAN）相关；而Sst和Vip神经元则与可能为分泌运动/血管舒张运动神经元的运动神经元相关。研究发现黏膜下肠神经元与上皮细胞、肠嗜铬细胞及隐窝干细胞形成广泛神经网络，并存在突触样结构，但未观察到与细动脉的直接神经交互。

**肠道分泌性上皮细胞**

肠上皮由位于隐窝底部的LGR5⁺干细胞不断补充，甚至隐窝嵴部存在更为未分化的干细胞。干细胞及随后的 transit amplifying 细胞经历分化过程，最终定向分化为吸收性或分泌性上皮细胞。此二元命运决定主要受Notch信号调控，导致Hes1表达、Atoh1下调并抑制分泌性上皮细胞命运。分泌性上皮细胞可分为四大亚群：杯状细胞、帕内特细胞、簇细胞（tuft cells）和肠内分泌细胞（EECs）。杯状细胞是黏液的主要来源，与抗菌肽共同构成肠道重要屏障，并介导蠕虫排出的"weep-and-sweep"反应。簇细胞为化学感觉细胞，通过与2型固有淋巴细胞（ILC2）的反馈-前馈调节环路（经IL-25分泌和对IL-13的响应）启动2型免疫应答。帕内特细胞是再生胰岛蛋白3（Reg3）等抗菌肽的关键来源，保护干细胞微环境和上皮。肠内分泌细胞具有多样性，包括调控运动、食欲、消化酶分泌的肽类产生细胞。

**上皮细胞与神经元的共同特征**

上皮细胞和肠神经元共享分子、结构和功能上的基本特征，反映其共同的胚胎学起源和生理角色。两者均起源于与神经嵴细胞相关的谱系，在分化前迁移至内胚层上皮。祖先共性体现在极性、信号和感觉整合的保守分子机制上。上皮细胞沿顶-底轴组织极性，而神经元表现出轴突-树突极性。尽管结构不同，其背后的组织机制高度相似：Par蛋白（PARD3、PARD6）、非典型蛋白激酶C和信号分子CDC42调控顶-底和轴突-树突极性的建立，以及极性轴中的中心体定位。平面细胞极性通路控制肠上皮细胞定向排列以组织微绒毛和形成紧密连接，以及神经元定向轴突末端以进行突触传递。

肠内分泌细胞亚群代表上皮与神经元表型之间的功能桥梁：其具有顶上微绒毛用于腔道感觉，以及直接连接肠神经元和神经胶质细胞的突触样神经足（neuropods）。这些神经足含有神经丝、肽激素囊泡和小突触样微囊泡，实现快速激素释放以响应腔道刺激。肠神经胶质细胞（EGCs）伴随神经足，支持上皮屏障完整性并调控肠-血管屏障，类似于中枢神经系统中星形胶质细胞的作用。

**调控肠道稳态和炎症的神经上皮环路**

肠外在和内在支配神经与隐窝底部干细胞微附近的上皮衬里紧密交织。虽存在神经元与上皮细胞之间直接突触样连接（神经足）的证据，但精确结构特征有待阐明。分子层面，基于配体-受体对基因表达分析已预测肠支配神经元与上皮细胞之间的多种互作。腺相关病毒（AAV）颗粒介导的设计受体研究表明，ENS活动可调节分泌功能及与上皮细胞在稳态胃肠道中的相互作用，包括肠道转运时间、胃排空和胃pH等参数。

神经因子塑造上皮并决定屏障免疫的研究已取得多项进展：胆碱能受体Chrm3被鉴定为抗病原体抵抗的关键因子；Chrm1和Chrm3在调控簇细胞分化或结肠炎期间干细胞再生中发挥作用。肾上腺素能受体Adra2a主要在肠上皮干细胞表达，其条件性缺失证明该受体调控肠干细胞增殖，与实验性结肠炎后上皮组织再生相关。Nav1.8⁺伤害感受器作为TRPV1⁺感觉神经元，通过分泌降钙素基因相关肽（CGRP）和P物质深刻影响上皮和组织稳态。CGRP受体Ramp1/Calcrl由肠道上皮细胞表达，尤其在杯状细胞中表达显著；TRPV1伤害感受器通过CGRP调节黏液产生（非紧密度），以强化上皮屏障并保护免受实验性结肠炎。该环路还调控派尔集合淋巴结中的微皱褶细胞以抵抗鼠伤寒沙门氏菌感染。此外，该轴控制隐窝嵴部分化中的祖细胞，促进簇细胞分化；此簇细胞增加不依赖于2型免疫激活，但通过促进ILC2激活引发2型免疫应答和蠕虫排出。

肠内在支配通过VIP调控上皮分化。 localized ENS中的VIP：抑制性运动神经和分泌运动神经主要表达VIP，但VIP并非ENS特异性神经——中枢神经系统核团和迷走神经亦有表达。VIP受体VIPR1和VIPR2为大型G蛋白偶联受体，激活腺苷酸环化酶并产生cAMP。VIPR1在整个胃肠道上皮细胞主要表达，尤其在干细胞、transit amplifying细胞和肠细胞，成熟分泌性上皮细胞表达极低；VIPR2则主要在ILC2、ILC3等免疫细胞及基质细胞表达。VIP作为两种受体的配体，其缺失导致自发性2型免疫应答和针对鼠伤寒沙门氏菌感染的1型免疫反应降低；上皮特异性VIPR1敲除呈现相似表型，而VIPR2缺失则减弱2型炎症，表明VIPR1是覆盖VIPR2效应的主要免疫受体。肠神经元来源VIP触发以ILC2激活和嗜酸性粒细胞招募为特征的强2型应答，而以Nos1^Cre（非Chat^Cre或Th^Cre）限制性删除获得相似表型，提示VIP⁺NOS1⁺神经元负责该表型。

VIPR1主要表达于干细胞和transit amplifying细胞而非成熟分泌性上皮细胞，提示其调控分化而非分泌功能。VIP或VIPR1缺失小鼠显示干细胞和transit amplifying扩增，c-Myc通路失调增殖，分泌谱系（簇细胞、杯状细胞、帕内特细胞）扩增，但CHAGA⁺肠内分泌细胞未扩增。分泌性上皮扩增增加黏液和抗菌肽（如Ang4或Reg4）分泌，导致以微生物多样性降低、厚壁菌门和变形菌门扩增为特征的菌群失调。该表型在断奶反应时间窗口（约出生后三周）出现，与固体食物摄入、微生物定植和免疫建立相关。因此，VIP缺失小鼠受到结肠炎保护，但干细胞分裂、黏液产生、菌群失调和2型免疫激活的具体贡献还需深入研究。

多种神经肽和神经递质（如CGRP、乙酰胆碱、去甲肾上腺素和VIP）直接调控ILC亚群，补充其对上皮的作用并可能影响免疫稳态。

**ENS对炎症的适应**

无菌和悉生小鼠实验表明，微生物定植影响肠神经元的数量和组成。芳烃受体（Ahr）检测的细菌代谢物影响肠运动这一ENS主要功能。上皮屏障破坏允许细菌穿透，导致从定植到感染的转变。ENS作为感觉单元如何响应和适应炎症或感染？一方面，鼠伤寒沙门氏菌等肠道感染导致肠神经胶质死亡和运动缺陷；另一方面，IBD中神经胶质扩增和分化已有报道。心理应激也通过糖皮质激素分泌负面影响结肠炎和运动。

神经元表达多种细胞因子受体，包括I型和II型干扰素、IL-4rα、IL-1R和TNF受体，这些与中枢神经和外周神经系统的行为和疼痛相关。2型IL-4受体在伤害感受和社会行为中具有关键功能。在ENS中，2型IL-4rα调控2型免疫和抗蠕虫抵抗背景下的NMU和CGRP表达。研究者使用蠕虫感染、幽门螺杆菌诱导的结肠炎或葡聚糖硫酸钠（DSS）结肠炎等模型，发现肠支配的外在和内在神经元对炎症存在保守反应，涉及I型和II型干扰素驱动的干扰素信号通路激活，以及脂质和花生四烯酸代谢的适应性改变，促进氧化脂质（oxylipins）作为炎症介质的产生和与铁死亡（ferroptosis）相关的脂质过氧化。氧化脂质的产生可能是神经系统引发炎症的途径，类似于其他细胞类型，并补充了ENS对调节性T细胞和沙门氏菌感染产生IL-6和IL-18的报道。脂质过氧化通过谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）和甲羟戊酸通路缓冲系统的下调而促进，在结肠炎模型中促进上皮死亡和线粒体功能障碍。有趣的是，GPX4功能缺失突变与神经系统不同部位的变性和细胞死亡相关，这可能为ENS中神经变性和ENS如何支持炎症提供新视角。

**神经上皮环路与免疫**

上皮是抗感染的屏障，但需允许营养吸收的一定通透性。此任务由靶向IL-22等细胞因子完成，其既与屏障免疫相关也与代谢相关，部分受神经元通过VIP和ILC3上VIPR2的调控。IL-13和IFN-γ等细胞因子介导对炎症的适应。尤其肠道中，IL-22单独及与IFN-λ联合强化抗肠道感染（包括啮柠檬酸杆菌或诺如病毒感染）的上皮屏障。因此，神经系统可能在屏障表面平衡抗感染免疫和自然吸收。

VIP介导的神经上皮环对肠道免疫有深远影响。VIP信号缺失使上皮警报素向2型方向转变，以1型警报素为代价。1型警报素缺乏减少上皮内淋巴细胞（IELs），尤其是肠道中以1型特征为主的T细胞。因此，VIP缺失小鼠对鼠伤寒沙门氏菌和啮柠檬酸杆菌感染更易感，这些感染分别由1型或17型免疫应答控制。相反，VIP缺失小鼠受到对N. brasiliensis蠕虫感染的保护，该感染由2型应答控制。2型免疫应答与上皮密切相关，因为对蠕虫的抵抗依赖于上皮介导的"weep-and-sweep"机制促进蠕虫排出。尽管2型应答对蠕虫排出必需，但造血细胞单独不足以排出寄生虫，需在上皮感应感染。簇细胞感知寄生虫代谢物琥珀酸，激活后释放IL-25和CysLT，进而激活表达相应受体的ILC2，触发2型效应因子IL-5和IL-13释放。IL-5触发嗜酸性粒细胞增多，而IL-13结合上皮细胞的2型IL-4受体，激活上皮促进分泌性上皮细胞增生。簇细胞和杯状细胞增生是大量黏液产生以排出寄生虫所必需的。鉴于上皮与2型免疫细胞的紧密相互作用，共享的分子电路可能协调其活动，在稳态时维持克制，炎症时释放约束。研究者和他人确认，分泌VIP的肠NOS1⁺神经元形成控制上皮细胞的关键电路，神经元VIP删除或肠上皮细胞VIPR1删除释放出上述肠道蠕虫抵抗特征的2型应答。VIP缺失小鼠的2型炎症还导致对过敏原木瓜蛋白的肺炎症增加，因此这些途径为神经系统如何感应食物摄入或过敏原并转化为2型信号、易致过敏提供了视角。

**神经上皮环路在生理和食物摄入中的整合**

为检测和适当响应摄入的营养，机体依赖分布于胃肠道的特化电路中的细胞网络。这些互联网络将腔道刺激转化为调控肠运动、分泌和营养吸收的电或化学信号，同时影响食欲、情绪和行为等全身过程。肠上皮细胞与神经系统直接通讯的重要性已被强调：除经典营养吸收和屏障功能外，上皮细胞可作为感觉转换器，检测腔道营养、微生物代谢物和机械刺激，并将信息传递至肠和中枢神经系统的神经环路。肠内分泌细胞将肠道腔道的化学信号转化为影响消化、肠运动和食欲调节的激素和神经输出，释放5-羟色胺、胰高血糖素样肽-1（GLP-1）、肽YY（PYY）和胆囊收缩素（CCK）等信号分子，激活肠神经元和投射至脑食欲调节中心的迷走传入通路。先进成像和电生理方法证明，肠内分泌细胞与迷走感觉神经元形成直接接触，通过谷氨酸信号传递营养信息，实现快速的肠-脑通讯。然而，不同营养类别如何被不同上皮细胞群编码、多上皮传感器信号如何被肠和迷走环路整合、以及这些通路如何被代谢状态或饮食成分动态调节，仍不清楚。

除营养感应外，上皮细胞还整合源自肠道微生物群的信号。短链脂肪酸和次级胆汁酸等微生物代谢物可刺激上皮受体，促进激素和神经递质释放以调节神经元活动和食欲控制。神经上皮信号环路中的其他研究表明，神经元-杯状细胞通讯在腔道抗原取样中起重要作用。小肠中，杯状细胞形成杯状细胞相关抗原通道（GAPs），将腔道抗原转运至CD103⁺树突状细胞，促使抗原呈递并有助于口服耐受的诱导。GAP形成由胆碱能信号驱动，乙酰胆碱通过毒蕈碱受体刺激杯状细胞分泌和通道形成。这些发现提示，副交感和肠胆碱能神经元调控杯状细胞介导的抗原取样，从而影响黏膜免疫应答和肠道对微生物和食物抗原的耐受。

簇细胞具有类似味觉受体细胞的化学感受机制，表达包括味觉受体、G蛋白α-gustducin和离子通道TRPM5在内的经典味觉信号组分，使其能够检测腔道代谢物和微生物信号。刺激后，簇细胞释放乙酰胆碱、类二十烷酸和细胞因子（最显著IL-25）等信号介质，激活邻近免疫细胞并协调肠中的上皮和神经元应答。研究表明，饮食信号可影响断奶期（从母乳到固体食物过渡）的肠道免疫稳态，此时饮食复杂性增加与增强的上皮-免疫串扰 coincides。稳态条件下，VIP介导的神经元信号缓冲或抑制这些饮食诱导的应答，防止不当激活；相反，神经-上皮信号破坏揭示饮食配体的免疫刺激潜能，导致夸张的2型免疫。簇细胞衍生的乙酰胆碱可局部作用于肠神经元和周围上皮细胞，为腔道化学信号（如食物成分）快速传递至控制肠道生理的神经回路提供机制。簇细胞响应琥珀酸等微生物代谢物（也是常见食品添加剂），激活促进细胞因子释放和上皮重塑的胞内信号通路，将微生物感应/食物代谢物与下游免疫和神经元应答连接。这些发现将簇细胞定位为整合腔道化学信号与神经网络的感觉上皮细胞。

最后，上皮信号有助于整合饮食输入、微生物代谢和控制食物摄入与肠道防御的神经环路。这些发现支持以下模型：上皮细胞是腔道环境信号与调控生理应答和摄食行为神经通路之间的关键中介。这些神经上皮通讯通路的破坏与代谢性疾病和胃肠疾病相关，强调其对维持肠道和全身稳态的重要性，并凸显进一步研究以确定这些电路细胞和分子结构的必要性。

**人类中的神经上皮环路**

关于小鼠中鉴定的神经上皮轴是否在人类中保守，研究聚焦于VIP-VIPR1通路。与小鼠研究一致，人类转录组分析证明VIP在人肠神经元亚群和上皮Vipr1的表达。体外VIP处理人小肠和结肠类器官显示类器官球形增加和荆豆凝集素1（UEA-1）下调，提示该通路跨物种保守。VIP产生性神经内分泌肿瘤（VIP瘤或VIPomas）患者提供该轴人体体内活性的额外证据。VIPoma是极为罕见的神经内分泌肿瘤，最常源于胰岛细胞，年发病率约1/1000万。VIP的过度和非调节性分泌引起持续性分泌性腹泻、低钾血症和胃酸缺乏（WDHA综合征），严重时可危及生命。VIP可直接作用于上皮细胞，类似霍乱毒素激活腺苷酸环化酶并增加cAMP产生，导致离子分泌和水分丢失。VIPoma的初始管理集中于控制分泌症状、纠正电解质失衡和静脉补液恢复血容量。生长抑素类似物（SSAs，主要为奥曲肽和兰瑞肽）结合肿瘤细胞上高表达的生长抑素受体2型（SSTR2）及较低程度的SSTR5，通过抑制腺苷酸环化酶和cAMP依赖性分泌通路抑制VIP释放。除快速减少粪便量外，SSAs还具有抗增殖作用， stabilization 肿瘤生长并延长无进展生存期。SSA疗效可能随时间降低，受体下调或脱敏、肿瘤去分化或肿瘤微环境变化。疾病进展患者中，肽受体放射性核素治疗（PRRT）推荐为二线治疗，化疗、舒尼替尼（酪氨酸激酶抑制剂）或依维莫司（mTOR抑制剂）为三线选择。手术切除或减瘤手术（可行时）也可改善激素控制并延长有限肝转移患者的生存期。

VIP瘤虽可提供人类神经-神经胶质调节的证据，但多组数据集将VIP与炎症相联系：VIP在IBD队列中相较于非IBD对照患者上调；过敏和2型免疫应答患者的VIP水平差异也有报道，但需更多研究确定VIP在人类疾病中的作用。