铜绿假单胞菌诱导致病性IFNγ+Th17细胞生成促进囊性纤维化肺损伤与慢性炎症

《Nature Microbiology》：Pseudomonas aeruginosa induces the generation of pathogenic IFNγ+Th17 cells that promote lung damage and chronic inflammation in cystic fibrosis

　　

囊性纤维化（cystic fibrosis, CF）涉及细菌感染与持续炎症的循环。IFNγ⁺Th17细胞与慢性炎症有关，但它们在CF中的作用仍未明确。研究人员在此鉴定了两个致病性Th17亚群——Th1/17⁺细胞和促炎性Th17（pro-inflammatory Th17, pTh17）细胞——它们在铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）定植的CF肺中选择性富集。这些致病亚群来源于保护性常规Th17（conventional Th17, cTh17）前体，并在激活后直接破坏肺上皮完整性并触发过度的炎症反应。转录组和T细胞受体（T cell receptor, TCR）分析揭示了CF肺中Th1/17⁺和pTh17细胞的原位重编程和克隆选择。机制上，临床P. aeruginosa菌株在树突状细胞（dendritic cells, DCs）内持续存在，并诱导极化性IL-1β/IL-23细胞因子轴，该轴促进IFNγ⁺Th17分化而非经典Th1谱系定向。P. aeruginosa早期分离株缺乏慢性适应特征，但仍能强效重编程cTh17细胞，诱导出模拟CF肺驻留Th1/17⁺和pTh17谱的转录程序。这些发现表明，P. aeruginosa破坏粘膜免疫并建立自我维持的免疫病理循环，为CF精准治疗提供了潜在靶点。

论文解读：铜绿假单胞菌诱导致病性IFNγ⁺Th17细胞促进囊性纤维化肺损伤与慢性炎症

囊性纤维化（cystic fibrosis, CF）是由囊性纤维化跨膜传导调节因子（CFTR）基因突变引起的常染色体隐性遗传病，以细菌感染与持续炎症的恶性循环为特征，导致进行性肺功能下降乃至呼吸衰竭。铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）是CF气道最主要的病原体，但适应性免疫，尤其是T细胞在CF肺损伤中的角色长期存在争议。以往认为Th17细胞是CF炎症的主要驱动者，但后续研究发现Th17细胞具有功能异质性：保护性常规Th17（cTh17）细胞促进上皮完整性和粘膜稳态，而共表达IFNγ和IL-17的致病性Th1/17细胞与多种慢性炎症疾病相关。然而，IFNγ⁺Th17细胞是否在CF中发挥致病作用、由何种前体产生、如何被上游信号驱动，均不清楚。CF气道中富集的IL-1β和IL-23被认为是IFNγ⁺Th17分化的关键细胞因子，但其与P. aeruginosa感染的关系尚未明确。因此，研究人员开展本研究，旨在明确IFNγ⁺Th17细胞在CF肺免疫病理中的具体作用与机制。

研究人员结合流式细胞术、无监督聚类、RNA测序和T细胞受体（TCR）测序，分析了CF患者血液与移植肺组织及非CF肺组织中的CD4⁺T细胞亚群；并使用气-液界面（air-liquid interface, ALI）培养的人支气管上皮细胞与T细胞共培养，评估致病性T细胞对上皮屏障的直接影响。在机制研究中，研究人员利用来自丹麦CF患者纵向分离的26株临床P. aeruginosa菌株（包括早期和晚期分离株）感染单核细胞来源的树突状细胞（monocyte-derived dendritic cells, moDCs），并通过抗原特异性共培养体系检测T细胞转分化。主要样本队列包括CF血液队列、CF肺移植队列、非CF肺移植队列以及丹麦CF临床菌株库。研究还结合了转录因子表达分析，以解析重编程的分子特征。

结果部分：
1. IFNγ⁺Th17细胞在CF肺中扩增，与慢性P. aeruginosa感染相关，并直接促进肺上皮损伤。
通过流式细胞术和PhenoGraph聚类分析，研究人员发现IFNγ⁺IL-17⁺CD4⁺T细胞在CF肺中显著富集，其中Th1/17⁺和pTh17细胞仅在慢性P. aeruginosa感染的CF肺中选择性增加，而cTh17细胞减少。在ALI上皮模型中，激活的Th1/17⁺和pTh17细胞可破坏紧密连接蛋白ZO-1的连续性，诱导上皮屏障损伤，并刺激上皮细胞分泌更高水平的炎症因子和趋化因子（如IL-8、TNF、CCL20等），表明这些细胞是直接的致病效应细胞。

2. 致病性IFNγ⁺Th17细胞在CF肺中显示独特的转录组和TCR图谱。
RNA测序显示，CF肺中的Th1/17⁺和pTh17细胞具有独特的转录特征，210个基因选择性上调、40个下调。基因集富集分析（GSEA）显示，这些细胞富集了细菌反应、炎症和组织重塑相关通路，而非外周循环中的对应细胞则主要富集免疫效应调节通路。TCR测序显示，CF肺中T细胞克隆多样性降低，私有克隆显著扩增（占45.8%），其中22,345个Th1/17⁺克隆为肺组织所特有，且部分克隆与pTh17共享，提示局部抗原驱动的克隆选择和功能趋同。

3. 临床P. aeruginosa菌株在DC内持续存在，驱动与IFNγ⁺Th17细胞产生相关的极化细胞因子分泌。
研究人员用临床分离株感染moDCs，发现晚期分离株的胞内持久性显著高于参考菌株PAO1和早期分离株。临床菌株（无论早晚）均诱导moDCs高表达CD80和CCR7，并分泌大量IL-23和IL-1β，而Th1极化细胞因子IL-12分泌较低。胞内细菌负荷与IL-1β水平正相关。晚期菌株的生物膜形成和运动能力降低，但这些表型变化与细胞因子分泌无一致关联，提示免疫刺激特性并非简单地由经典毒力因子决定。

4. 临床P. aeruginosa菌株将保护性cTh17细胞重编程为致病性IFNγ⁺Th17细胞。
通过抗原特异性体外试验，研究人员发现Th1细胞不能转分化为IFNγ⁺Th17细胞，而cTh17细胞是主要前体。所有检测的临床菌株（包括早期和晚期分离株）均能诱导cTh17细胞共表达IFNγ和