《Mucosal Immunology》：Single cell atlas of lung-resident innate lymphoid cells shows impact of age and dysbiosis on epigenetic and transcriptomic programming
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本研究针对新生儿肺中固有淋巴样细胞（ILC）发育与功能机制不明确的难题，通过构建新生期和年轻成年期小鼠肺单细胞转录组和表观基因组数据集，结合早期抗生素诱导菌群失调模型，系统揭示了年龄与菌群失调对ILC表观遗传编程和转录调控的深远影响。研究发现新生儿ILC2存在显著的IL-4信号通路激活，并鉴定出年龄特异性的细胞通讯网络差异，为理解早期生命免疫编程对肺健康的长期影响提供了宝贵资源。
在生命最初的旅程中，肺部免疫系统扮演着守护健康的关键角色。传统观点认为，新生儿免疫系统只是成人免疫系统的"未成熟版本"，但最新研究挑战了这一认知，揭示新生儿免疫系统其实是为适应早期生命阶段而独特编程的。其中，固有淋巴样细胞（ILC）作为肺部的第一道免疫防线，在抵抗感染、维持屏障完整性和调控适应性免疫中发挥着核心作用。然而，这些细胞在新生儿肺中的发育轨迹和功能特性仍如迷雾般难以窥清。
更令人担忧的是，早期生命中的微小扰动——如抗生素使用导致的菌群失调——可能对ILC的编程产生深远影响，进而增加严重感染和慢性肺部疾病的风险。尽管科学家们已经认识到ILC平衡失调会对肺健康产生即时和长期的影响，但驱动ILC发育和功能的分子机制，特别是在新生儿肺中的调控网络，仍是待解之谜。
为了揭开这一生命早期的免疫奥秘，由Madeline Bonfield和Jerilyn Gray领导的研究团队在《Mucosal Immunology》上发表了突破性研究。他们构建了首个 comprehensive 的新生儿和年轻成年小鼠肺驻留ILC的单细胞转录组和表观遗传图谱，并创新性地引入了早期抗生素暴露模型，模拟人类婴儿常见的免疫发育扰动。
研究团队运用了多项前沿技术方法：通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）和单细胞ATAC测序（scATAC-seq）分析新生儿和年轻成年小鼠肺细胞；建立早期抗生素诱导菌群失调小鼠模型（从胚胎期15天到产后7天给予抗生素 cocktail）；采用荧光激活细胞分选（FACS）和磁珠分选两种策略分离ILC群体；利用SCENIC进行转录因子调控网络分析；通过MultiNicheNet预测细胞间通讯网络；并通过体外刺激和流式细胞术验证蛋白表达。
单细胞多组学分析早期生命菌群失调模型中的ILC
研究人员成功构建了包含造血和非造血细胞的综合数据集，鉴定出ILC1（自然杀伤细胞）、ILC2和ILC3等主要亚群。值得注意的是，ILC2在数据集中所占比例最大，其次是NK细胞和ILC3。研究发现，新生儿和成年小鼠的ILC组成存在显著差异：成年对照动物肺中ILC2数量显著多于新生儿，而ILC3在新生儿对照组中占bulk ILC的百分比更高。NK细胞在数量和频率上均在成年对照组中显著富集。抗生素暴露降低了成年小鼠中ILC3和NK的数量，但未引起ILC2的显著差异。
年龄和菌群失调导致ILC的转录组和表观遗传变化
基因表达的主要变异来源是细胞类型，其次是年龄，而抗生素处理在这些亚群中未导致可观察到的基因表达变异。SCENIC分析揭示了年龄特异性的调节子活性趋势。特别值得注意的是，泛ILC标记物Il7r在ILC3和成年ILC2中表达丰富，流式细胞术证实CD127（IL-7R）表达随年龄增长而增加。有趣的是，未处理动物和蔗糖素处理对照组之间的CD127表达存在差异，未处理小鼠的新生儿和成年人中CD127表达显著更高。
细胞迁移和粘附标记物以细胞特异性和年龄依赖性方式上调
细胞间信号相互作用的预测显示，ILC与数据集中其他细胞之间的相互作用因年龄而异，但不受处理影响。在新生儿ILC2中，涉及Il4、Ccr4和Ret的相互作用富集，而在成年人中，涉及Adam12、Sdc4、Ltb、Ccr8和Itgb7的相互作用富集。新生儿ILC3富集了涉及Il22、Il18rap和Ccr5的细胞信号通路，而成年人中则富集了Ifng、Cd2、Klrk1和Klrd1。
新生儿ILC2和ILC3表现出增强的效应功能特征
研究发现，与成年人相比，新生儿样本中ILC2和ILC3的效应细胞因子表达更高。在ILC2中，Il4、Il5、Il13和Areg在新生儿ILC2中上调，这种趋势在ILC2c簇中最强。新生儿ILC2中IL-4和IL-13的蛋白表达水平也更高。在ILC3群体中，Il17f和Il22在新生儿中上调。尽管在ILC3中未检测到Il17a基因表达，但在刺激细胞中观察到了蛋白表达，且成年小鼠中IL-17A+ILC3的频率增加。
研究还揭示了检查点抑制剂表达的独特调控模式：ILC2和ILC3群体表现出年龄依赖性的基线表达，并进一步受到微生物组状态的调控，新生儿群体表现出更高的PD-1+频率，而菌群失调会显著降低这一频率。
这项研究最终描绘了一幅新生儿肺免疫系统的精细图谱，揭示了年龄和早期生命菌群失调如何共同塑造ILC的表观遗传景观和功能特性。研究发现不仅证实了已知的年龄依赖性表达模式，如新生儿ILC效应细胞因子表达增加，还揭示了新的年龄依赖性差异，如新生儿ILC中CD127表达降低。更重要的是，研究证明了早期抗生素暴露引起的表观遗传变化能够持续到成年期，表明生命早期的免疫编程具有长期影响。
这些发现对理解新生儿呼吸道健康具有重要意义。随着全球早产儿和新生儿呼吸道疾病发病率的上升，阐明早期生命免疫发育的基本规律变得尤为紧迫。该研究提供的综合数据集不仅是未来假设生成的宝贵资源，也为开发针对新生儿肺部疾病的新型干预措施奠定了分子基础。在精准医疗时代，理解个体在生命最初阶段的免疫编程差异，可能为预防儿童哮喘、过敏和慢性肺部疾病开辟新的道路。
值得注意的是，研究中观察到的转录组和蛋白质水平数据之间的差异，凸显了ILC中转录后调控的复杂性，提醒我们在解释单组学数据时需要谨慎。这种多组学整合分析的方法为未来免疫学研究提供了范例，强调了结合转录组、表观基因组和蛋白质组数据的重要性，才能全面理解免疫细胞的功能状态。
随着单细胞技术的不断进步和多组学整合分析的深入，我们有理由相信，生命最初阶段的免疫奥秘将逐渐被揭开，为促进新生儿呼吸道健康和治疗肺部疾病提供新的思路和策略。这项研究为我们理解肺部免疫系统的早期发育提供了重要线索，也为未来研究年龄和菌群失调对免疫系统影响奠定了坚实基础。
