◆ 背景

已經有大量的研究表明——腸道菌群可以調控宿主免疫系統，從而影響腫瘤的發展、轉移以及治理效果。然而，腸道菌群究竟如何調控免疫系統？這其中仍然存在許多未知的信息。2021年8月17日，來自美國康奈爾大學的Gregory F. Sonnenberg團隊在《Cell 》上發表了題為“Dysregulation of ILC3s unleashes progression and immunotherapy resistance in colon cancer”的研究成果，為人們系統展示了一位新主角——ILC3在腸道菌群系統免疫中發揮的重要作用。

固有淋巴細胞 (innate lymphoid cells, ILCs) 是一類新發現的固有免疫細胞，它們通過直接作用或間接分泌免疫因子等方式，與皮膚、粘膜等共同組成免疫系統的第一道防線。在腸道中，它們常常與微生物群落互作或改變微環境來維持機體穩態。其中，ILC3是T_H17的天然對應分子，它通過產生免疫因子（如IL-17、IL-22等）產生與微生物的相互調節作用。同時，ILC3也可以與T細胞的直接發生相互作用起到免疫調節作用。因此，研究人員猜測ILC3在腫瘤免疫中同樣發揮重要作用。

◆ 主要研究成果

（1）人和小鼠中結直腸腫瘤（CRC）微環境中的ILC3的變化

研究人員首先比較了人和小鼠CRC組織中的ILC組成及基因表達變化。通過流式細胞分選，發現在腫瘤組織中ILC3的數量減少。

腫瘤與正常組織中ILC細胞亞類比較

接著，研究人員純化了組織中的ILC3細胞進行轉錄組測序，發現腫瘤浸潤的ILC3表現出ILC1相關基因及ILC1過渡標志物的顯著增加，ILC3相關標記物逐漸減少，證明ILC3正在向ILC1表型過渡。同時CRC中ILC3的轉錄特性也發生了改變，NKp44⁺ ILC3，NKp46⁺ ILC3等亞型的細胞數顯著降低，且腫瘤中大部分的ILC3細胞不再表達RORγt蛋白。這些結果都說明了腫瘤微環境中ILC3的數量與表達特性與正常組織中具有顯著差異。

腫瘤組織中ILC3細胞基因及蛋白表達變化

（2）ILC3對腫瘤發展及免疫治療效果的影響

已有報道，ILC3可以通過主要組織相容性復合物II（MHCII）直接相互作用限制T_H17細胞和腸道炎癥。因此，研究人員構建了ILC3特異性MHCII缺失（MHCII^ΔILC3）的CRC模型小鼠，結果發現MHCII^ΔILC3小鼠結腸中的T_H1和T-bet⁺ CD8 T細胞顯著減少，腫瘤侵襲性評分增加，免疫治療效果降低。

ILC3特異性MHCII缺失后的腫瘤免疫變化

（3）ILC3對免疫的調控依賴于腸道菌群

由于ILC3的直接相互作用對象是T_H17細胞，它如何調控T_H1型免疫以及腫瘤發展的整體免疫調控機制扔需進一步深入挖掘。之前已有報導，特定的腸道菌群能夠促進T_H1細胞和CD8⁺T細胞產生。因此作者推測ILC3對系統免疫的調控同樣依賴于腸道菌群。

首先，作者觀察了ILC3失衡是否會對腸道菌群產生影響。通過回輸MHCII^ΔILC3小鼠的T細胞，發現與回輸正常小鼠T細胞的腸道菌群組成具有顯著差異。進一步通過糞菌移植也證實，腸道菌群會對T_H1和T-bet⁺ CD8 T細胞數量以及腫瘤免疫治療效果造成顯著影響。

回輸T細胞的腸道菌群變化及FMT后免疫細胞數量差異

腸道菌群對腫瘤免疫治療效果的影響

為了進一步確定腸道菌群在其中發揮的作用，作者采用了另一群腸道免疫失調的腸道菌群——腸易激綜合癥（IBD）來源的糞菌進行了移植實驗。結果發現，接受IBD患者糞菌移植的小鼠，不僅在ILC3細胞，T細胞數量上呈現與表現出與MHCII敲除相同的趨勢，同時也對PD-1免疫治療的顯著耐藥性。

IBD來源糞菌移植腫瘤發展及免疫治療效果變化

◆ 編者小結

（1）本研究重點針對腸道菌群與系統免疫之間尚不完全清晰的調控機制，通過極富邏輯性的實驗設計與16s、轉錄組測序等系統生物學研究手段，揭示了ILC3在腸道菌群免疫中發揮的關鍵作用——ILC3與T細胞之間穩態對于塑造健康的腸道菌群，從而維持T_H1型免疫、提高腫瘤免疫治療效果來說是必需的，為進一步研究干預治療方法提供了新思路。

ILC3依賴于腸道菌群的1型免疫調控機制示意圖

（2）正如作者在“Limitations of the study”中提到，本研究略顯不足的地方在于只研究了ILC3對個別幾種T細胞的調控作用，但對整體T細胞或宿主免疫的響應沒有做更深入的探討。如果要實現針對免疫細胞亞群更深入地研究，系統闡述ILC3及腸道菌群是如何影響免疫，單細胞轉錄組測序是目前最合適的技術手段之一（Deeper analyses with single-cell RNA-sequencing would comprehensively define the evolution of every T cell compartments during homeostasis, cancer, and treatment with immunotherapy）。