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本综述系统阐述了细胞因子网络（如IFN-γ、IL-17、IL-22、IL-13、IL-9、TNF等）通过调控潘氏细胞（PC）的抗菌肽（AMP）分泌、干细胞支持功能及细胞可塑性，在肠道稳态和炎症性肠病（IBD）、克罗恩病等疾病中的核心作用，为理解肠道免疫-上皮对话提供了新视角。
潘氏细胞功能
潘氏细胞（PC）是位于小肠隐窝基底部的长寿命、高度分泌的特化先天免疫上皮细胞，其特征是胞质内富含大量嗜酸性分泌颗粒，这些颗粒内密集包裹着抗菌蛋白和肽（AMP），如α-防御素、溶菌酶和RegIIIγ。PC将这些颗粒释放到隐窝腔中，高浓度的AMP有助于防止微生物入侵并塑造肠道菌群的组成。除了AMP，PC还表达细胞因子如GM-CSF、TNF-α和IL-1β，在黏膜免疫中发挥重要作用。PC还被报道是肠道隐窝和血清中脂肪因子相关因子（如FABP4、adipsin和adiponectin）的重要来源，可能在肠道内发挥自分泌或旁分泌作用，并在肠道外调节全身代谢。
PC在整个小肠的隐窝基部都有分布，其数量从近端到远端逐渐增加，在回肠中的数量大约是十二指肠的三倍，这与杀菌活性的相应增加相关。这种空间梯度可能反映了微生物负荷和免疫压力的区域差异。与其他向上迁移至绒毛的肠上皮分泌谱系（如簇细胞、杯状细胞或肠内分泌细胞）不同，PC停留在隐窝基部，散在于表达Lgr5的肠道干细胞之间，这突显了其在维持肠道干细胞微环境中的关键作用。除了抗菌功能，PC还分泌关键的微环境因子，如Wnt3、表皮生长因子、Notch配体以及乳酸等代谢产物，这些对于支持肠道干细胞自我更新和组织再生至关重要。
在应激或损伤条件下，PC表现出显著的可塑性。在辐照后，来自Lyz1报告小鼠的PC可以在体外培养中产生类器官，证明其具有细胞重编程的能力。这种去分化主要由Notch信号驱动；在PC中强制表达Notch细胞内结构域（NICD）足以诱导干细胞样状态。类似地，Notch激活或多柔比星引起的损伤会触发表达Defensin 4的PC恢复为干细胞样细胞。在这些急性损伤模型中，Lgr5+干细胞的丢失伴随着PC重新进入细胞周期，失去其分泌特性并获得干细胞样特性。这种再生反应至少部分由干细胞因子（SCF）/c-Kit信号介导，突显了PC在某些条件下可以作为储备干细胞群来恢复上皮完整性。
PC的缺失或功能障碍会破坏其在抗菌防御和肠道干细胞维持中的作用，导致上皮修复受损和黏膜完整性受损。实验证据表明它们在宿主防御中的重要性：在肠道中表达额外人α-防御素的工程小鼠对沙门氏菌感染表现出增强的抵抗力。在人类中，克罗恩病患者的α-防御素表达持续降低，表明PC来源的AMP缺陷在炎症性肠病（IBD）的发病机制中起作用。PC表型（包括形态学模式和PC密度）已成为人类疾病的预测标志物，例如与接受手术切除的克罗恩病患者的临床结局相关。PC化生（即PC出现在小肠或近端结肠以外的位置）被认为是由慢性炎症和修复信号驱动的，其临床作用尚未完全明了，但在巴雷特食管向晚期癌进展以及溃疡性结肠炎复发方面显示出预测潜力。
潘氏细胞亚型与疾病
最近的转录组分析显示，PC远非同质群体。通过单细胞RNA测序（scRNAseq）和深度批量RNA测序，从十二指肠、空肠和回肠分离的PC中鉴定出至少八个转录不同的亚群，包括簇细胞样PC、杯状细胞样PC、干细胞样PC和其他非典型形式。区域特异性转录特征进一步强调了这些细胞的功能多样性。十二指肠PC表现出与消化过程、应激反应和脂质降解相关的基因表达模式。空肠PC则富含与淀粉样蛋白-β清除、脂肪吸收、内质网应激反应和胆固醇代谢相关的转录本。相比之下，回肠PC显示出与抗菌防御和免疫调节相关的基因强烈富集，这与其位于微生物更密集环境中的位置一致。类似地，非靶向肠上皮scRNAseq也鉴定出2种不同的PC亚型，反映了区域多样性。根据岩藻糖基转移酶2（Fut2）的表达，已鉴定出两种不同的小鼠PC亚型，Fut2介导α[1,2]-岩藻糖基化以建立共生菌的生态位并抵御病原体入侵。Fut2-PC主要位于十二指肠，而Fut2+PC在回肠中富集。谱系追踪研究表明，PC和杯状细胞可能起源于共同的祖细胞，局部微环境信号（如细胞因子、微生物代谢物和微环境信号）指导其向某一谱系分化。
在临床上，PC异常（包括数量减少、AMP表达降低和分泌颗粒分布模式改变）已在多种人类疾病中被注意到。例如，在急性胰腺炎患者以及经典的急胰腺炎小鼠和大鼠模型中检测到PC功能障碍。使用二硫腙长期消融PC颗粒会加剧急性胰腺炎，这与肠道通透性增加、菌群组成改变以及细菌向肠道组织和胰腺易位增加有关，这些在溶菌酶恢复后得到改善。PC功能障碍也与高脂饮食诱导的非酒精性脂肪性肝病的严重程度相关。最具特征的PC表型分析是在克罗恩病患者中定义的，其特征是分泌颗粒形态改变、溶菌酶阳性颗粒减少或溶菌酶包装异常，这与较差的临床结局以及已知影响PC先天免疫信号的ATG16L1T300A或NOD2风险等位基因相关。使用Lyz1报告小鼠，通过单细胞转录组学鉴定出一个炎症性PC亚型，其标志是响应致病菌入侵和小鼠及人类克罗恩病组织中Cd74表达增加。
潘氏细胞功能的调控
PC功能受到复杂信号网络的调控。转录后调控扮演重要角色，RNA结合蛋白和非编码RNA已被证明影响PC功能。PC通过MyD88依赖的Toll样受体（TLR）信号直接感知肠道细菌，触发多种抗菌因子的表达和分泌。例如，细菌成分如脂多糖、脂磷壁酸、脂质A和胞壁酰二肽可诱导PC分泌α-防御素。值得注意的是，细菌定植并非α-防御素合成所绝对必需，因为无菌小鼠也产生这些肽段。有趣的是，使用富含PC的肠道类器官的研究表明，单独的细菌刺激不会诱导管腔脱颗粒。一种可能的解释是，体内细菌信号可能通过免疫细胞来源的介质间接触发PC脱颗粒。转录组分析进一步显示，PC表达多种细胞因子受体基因，包括Il17r、Il22r和Il18r，表明免疫来源的细胞因子可能是连接微生物刺激与PC AMP分泌的关键中介。
使用重组激活基因-1（RAG-1）缺陷小鼠（一种缺乏成熟B和T淋巴细胞的成熟模型）的研究为免疫细胞在调节PC功能中的作用提供了进一步支持。尽管缺乏成熟淋巴细胞，这些小鼠仍能发育出组织学上可识别的PC，但形态异常，粗面内质网扩张，粪便α-防御素水平降低。这些发现表明，虽然PC分化的内在程序在缺乏适应性免疫的情况下仍然完整，但最佳的PC功能和α-防御素的调节释放需要来自免疫细胞（如细胞因子或淋巴细胞介导的相互作用）的信号。因此，免疫-上皮串扰，可能包括细胞因子信号，对于微调PC的抗菌活性和维持肠道稳态似乎至关重要。
IFN与PC缺陷
干扰素（IFN）信号，包括I型和II型IFN，正在成为PC功能的重要介质。髓系细胞中升高的IFN-α信号对于PC缺陷的发展至关重要。特别是，给小鼠喂食西方饮食会导致血清IFN-α水平升高，这与PC缺陷相关。值得注意的是，给予抗Ifnar1抗体可预防西方饮食诱导的PC异常。与这一发现一致，Ifnar1-/-小鼠与同窝对照相比，也受到保护免于西方饮食诱导的PC缺陷。IFN-γ由小肠T细胞组成性分泌，其水平大约是大肠的十倍。IFN-γ在破坏PC完整性方面特别有效；即使暴露于低浓度（0.3 ng/ml）也会触发致密分泌颗粒的快速和近乎完全的丢失，严重损害AMP向隐窝腔的递送。这种颗粒耗竭伴随着细胞凋亡和PC丢失，机制上涉及mTORC1和坏死性凋亡依赖性通路。IFN-γ刺激还改变溶菌酶-1的细胞内分布，使其从紧密堆积、顶端极化的颗粒转变为弥漫的胞质模式，表明颗粒成熟和分泌缺陷。体内，如弓形虫等感染会引发IFN-γ依赖的PC耗竭，进而驱动微生物失调。
这种IFN驱动的损伤不仅削弱了肠黏膜的抗菌屏障，还可能破坏干细胞微环境，因为PC是干细胞营养因子的关键来源。因此，在慢性炎症环境中持续的IFN信号可以助长一个自我延续的循环：PC的丢失导致屏障破坏和菌群失调，这进一步放大了免疫激活，这是肠道炎症性疾病的标志。
IL-17诱导PC AMPs释放
白细胞介素-17（IL-17）是一种主要由Th17细胞和先天淋巴样细胞产生的促炎细胞因子。尽管关于PC本身是否组成性产生IL-17存在持续争论，但无论其细胞来源如何，IL-17已成为PC抗菌活性的重要调节因子。在转录水平上，IL-17信号缺陷导致多种α-防御素亚型（Defa3、Defa5、Defa20-24、Defa26）的表达显著降低，这与微生物失调和对葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的结肠炎易感性增加相吻合。与这些发现一致，RNA测序分析显示，在定植分段丝状细菌（SFB）的Il17a-/-和Il17ra-/-小鼠中，α-防御素基因表达降低，在Il17rafl/flVillin-Cre+小鼠中也观察到类似的降低。IL-17缺陷与PC数量减少或α-防御素表达降低相关，可能反映了IL-17信号在炎症诱导损伤后促进PC恢复的作用。此外，IL-17A信号已被证明作用于Lgr5+肠道干细胞以诱导Atoh1表达，从而促进向分泌谱系（包括PC）的分化。在小肠内，IL-17水平在回肠固有层中特别丰富，表明其在支持宿主防御方面具有区域特异性作用。与此一致，IL-17缺陷小鼠与野生型对照相比，粪便α-防御素水平显著降低。值得注意的是，缺乏IL-17受体信号的小鼠在DSS诱导的结肠炎后出现严重的回肠病理，突显了IL-17在应激下维持回肠上皮恢复力方面的关键作用。
IL-22以STAT3依赖性方式调节PC功能
白细胞介素-22（IL-22）是IL-10细胞因子家族的成员，主要由第3组先天淋巴样细胞（ILC3）、Th17细胞和某些γδ T细胞亚群响应微生物信号和上皮应激而分泌。树突状细胞产生的IL-23是ILC3的重要上游激活剂，导致IL-22产生增加。IL-22通过其由IL-22R1和IL-10R2组成的异二聚体受体发出信号，IL-22R1的表达 largely 局限于上皮细胞，包括PC。这种特异性允许IL-22直接影响PC成熟和抗菌功能，而不激活造血细胞。积累的证据证明IL-22在调节PC抗菌程序中的关键作用。类器官研究表明，IL-22是迄今为止唯一被确定的能够促进人肠道类器官中PC诱导的因子。人PC的形成似乎是IL-22依赖性的，IL-22信号增强溶菌酶的产生和分泌以及PC特异性标志物如MMP7的表达。体内，遗传破坏IL-22或其下游效应因子STAT3导致AMP表达受损和对 adherent-invasive E. coli (AIEC) 感染的易感性增加，表明STAT3依赖性转录反应是IL-22保护作用的核心。相应地，Il22-/-小鼠表现出溶菌酶+PC的丢失、分泌颗粒密度降低和AMP储存受损，反映了PC完整性和功能的基本缺陷。
除了维持基线抗菌防御外，IL-22促进特化的Fut2+PC亚群的分化。Fut2编码一种α[1,2]-岩藻糖基转移酶，修饰分泌的聚糖，从而塑造微生物定植模式并支持共生宿主-微生物关系的建立。机制上，IL-22被证明激活STAT3和相关转录程序，驱动颗粒生物发生、AMP表达和上皮应激反应，从而将上皮防御与免疫介导的病原体控制耦合。这些过程在肠道感染中尤其重要，在肠道沙门氏菌感染期间，IL-22缺陷小鼠表现出病原体清除受损和肠道炎症加剧。
IL-22在功能上与另一种参与PC生物学的细胞因子IL-18相交。值得注意的是，在肠道感染期间，IL-22诱导上皮细胞表达IL-18，表明存在协同反馈回路。IL-22和IL-18共同放大AMP产生，增强上皮更新，并保护肠道干细胞微环境，从而在稳态和应激条件下稳定宿主-微生物界面。值得注意的是，IL-22的作用是情境依赖的。虽然一些研究报道IL-22在类器官中强烈诱导PC AMP功能，但其他研究未发现显著效应，表明可能需要额外的微环境来源的信号（例如，基质或免疫因子）来实现PC的完全反应性。这种可变性突出了细胞因子-上皮相互作用的复杂性，并强调在评估IL-22对PC生物学影响时需要同时考虑体外和体内模型。
IL-13与PC AMP功能
白细胞介素-13（IL-13）是2型免疫中的核心效应细胞因子，由Th2细胞、第2组先天淋巴样细胞（ILC2）、簇细胞和其他免疫亚群响应蠕虫感染、过敏原暴露和某些代谢信号而产生。在PC生物学的背景下，IL-13发挥快速和长期的调节作用。直接用IL-13刺激PC可诱导其分泌囊泡快速脱颗粒，将大量AMP（如α-防御素、溶菌酶和RegIIIγ）释放到隐窝腔中。这种立即释放增强了黏膜抗菌防御，并可能作为对环境或免疫触发因素的一线保护反应。
IL-13也作为PC功能的转录调节剂，通常与其他细胞因子协同作用。值得注意的是，IL-9驱动的PC特异性基因（包括编码关键AMP的基因）的诱导需要IL-13信号，突显了2型免疫内部相互依赖的细胞因子网络。除了经典的免疫细胞来源，IL-13的产生可以通过上皮营养感应启动。簇细胞是特化的化学感应上皮细胞，它们检测管腔代谢物（如琥珀酸盐）并通过分泌IL-13作出反应，进而作用于包括PC在内的上皮群体。这种级联反应导致AMP表达上调和上皮基因程序改变，将环境线索直接与肠道先天免疫联系起来。
在功能上，IL-13协调快速脱颗粒与持续转录增强抗菌途径的能力，使其成为PC输出的多功能调节剂。在健康肠道中，这些效应可能有助于维持微生物群平衡并通过保护隐窝环境免受微生物侵蚀来加强干细胞微环境。然而，在慢性炎症或过敏条件下，持续的IL-13信号可能潜在地破坏这种平衡，改变AMP组成或释放模式，并以可能加剧疾病的方式影响微生物群落结构。因此，理解IL-13-PC相互作用的情境依赖性结果对于区分其保护作用与其可能导致病理的潜力非常重要。
IL-9促进PC标志物表达
IL-9是一种多效细胞因子，主要由Th9细胞分泌，但也由肥大细胞和先天淋巴样细胞亚群分泌，它在塑造黏膜免疫、上皮生物学和炎症反应中发挥多种作用。在PC生物学的背景下，IL-9已被涉及调节AMP表达和上皮重塑。值得注意的是，IL-9刺激以IL-13依赖性方式增加了Ang4（血管生成素-4，一种PC来源的AMP）的表达，突显了IL-9并非孤立作用，而是需要与下游2型细胞因子通路进行串扰。除了转录调控，IL-9转基因（Tg）小鼠表现出显著的上皮改变，其特征是PC增生和PC样特征在其典型的小肠隐窝生态位之外异位表达。具体而言，IL-9 Tg小鼠的组织学分析显示，不仅在通常局限于PC的回肠隐窝，而且在结肠腺和十二指肠上皮中也存在嗜酸性玫瑰红/酒石黄染色阳性细胞，表明肠道上皮发生了更广泛的重塑。
IL-9在PC化生中的作用在肠外疾病中得到进一步证明，特别是在慢性髓系白血病（CML）期间，CML诱导胃肠道中的促炎信号和肠上皮产生IL-33。IL-33进而诱导回肠和结肠内第2组先天淋巴样细胞（ILC2）产生IL-9，这在CML小鼠中负责PC化生。这种现象表明，在IL-9的影响下，通常不采用PC特征的上皮细胞可以经历一种“转分化”，获得PC样特性，包括分泌颗粒和AMP产生。
机制上，IL-9改变PC生物学的能力与IL-13的存在密切相关，而IL-13是PC特异性基因完全诱导所必需的。这表明IL-9作为启动或起始因子，为上皮重塑奠定基础，而IL-13提供驱动PC表型功能分化和成熟所需的互补信号。这种协同作用反映了2型免疫反应的整合性质，其中IL-9、IL-13和其他介质（如IL-4）共同作用，重塑上皮景观，增强抗菌防御，并使宿主反应适应环境挑战，如蠕虫感染、过敏性炎症或慢性黏膜损伤。
TNF作为PC功能障碍的介质
肿瘤坏死因子α（TNF）是一种多功能促炎细胞因子，在炎症性疾病中高度上调。TNF在肠道炎症中的作用通过使用TNF阻断剂临床治疗炎症性肠病（IBD）而确立。多项研究表明，PC对TNF信号敏感，并随后发生细胞死亡，这与小鼠肠道炎症有关。此外，过度表达TNF并发展出克罗恩病样回肠炎的小鼠（TNFΔARE小鼠）表现出功能失调的PC，颗粒性降低，PC来源的AMP转录本减少。在炎症期间，PC释放的IL-17被TNF迅速增加，使肠道中的炎症反应持续存在。TNF诱导的全身性和致死性炎症与PC功能障碍及随后的肠上皮屏障功能障碍有关。这依赖于肠上皮细胞特异性TNF受体1（TNFR1）的表达，但尚未进一步确定TNFR1在PC中相对于其他上皮细胞的作用。最近的一项研究进一步将PC中通过TNFR1的TNF信号与肠道来源的细菌脓毒症联系起来。使用PC特异性缺失TNFR1的小鼠，证明了TNF信号在PC中的关键作用，通过其AMP活性丧失，允许细菌从肠腔易位到组织并导致多微生物脓毒症。
机制上，TNF被证明在转录上下调未折叠蛋白反应（UPR）的关键介质基因，UPR是PC高度依赖以维持活力和稳态的细胞应激反应。这些结果提出了一种超越完全阻断TNF的新治疗策略，并表明特异性抑制TNFR1，或高级靶向TNFR1抑制至PC或TNF-PC轴的下游信号，可能对细菌脓毒症有益。除了UPR，可以推测TNF影响了其他已确立为PC功能所必需的应激反应通路，例如自噬，这在其他细胞类型中被TNF损害。鉴于PC在稳态期间表达TNF，并在疾病（包括坏死性小肠结肠炎或克罗恩病）期间表达增加并包装进分泌颗粒，需要进一步研究以更好地理解PC中TNF的自分泌信号或向其他肠道细胞的旁分泌信号。支持PC产生的TNF的旁分泌信号，在二硫腙诱导的PC变性期间从PC释放的TNF被证明可诱导肠黏膜细胞增殖。
展望
这些先前的研究定义了PC对细胞因子刺激的反应性。在某些环境影响下，例如食用高脂肪成分的西方饮食、吸烟、肥胖或慢性肠道炎症期间，会出现PC改变，这可能与肠道疾病相关。对这些环境触发因素响应的PC的细胞因子调节可能在PC功能障碍中起作用，尽管需要在对急性和慢性环境因素暴露及疾病进展期间进行仔细表征。重要的是，PC对细胞因子的反应性也涉及PC来源的癌症；携带肿瘤抑制基因Apc突变的PC只有在由西方饮食消耗慢性诱导或由DSS结肠炎急性诱导的炎症期间才能作为癌症的起始细胞。这表明PC的致瘤潜力高度依赖于从炎症微环境接收的信号。
从临床角度来看，PC表型分析以前高度依赖于病理学检查，现在正转向更数字化的工作流程，包括使用人工智能-机器学习方法来量化PC特征，如PC数量、密度和颗粒面积。这显示了在临床实践中使用高通量PC量化作为疾病结局和并发症的预测标志物的潜力，这些疾病与PC改变相关，如克罗恩病、储袋炎和移植物抗宿主病。
PC的抗菌功能及其功能障碍，包括AMP的表达、分泌颗粒的密度和防御素的释放， certainly 有助于PC与肠道疾病的联系。相比之下，关于细胞因子如何影响PC在维持肠道干细胞和上皮稳态周转以及引发上皮损伤和修复反应的疾病期间的关键作用，人们知之甚少。解决这一空白对于全面理解PC对上皮稳态的双重贡献至关重要。
一个未解决的问题涉及调节PC功能的这些细胞因子的细胞和微生物来源。确定关键介质是源自上皮细胞（包括PC自身）、免疫细胞，还是来自与肠道微生物群的相互作用，以及这在稳态和疾病状态下如何变化，对于澄清细胞因子信号的情境依赖性效应非常重要。从转化角度来看，细胞因子既代表潜在的治疗靶点，也代表工具。在克罗恩病中阻断IL-17的临床试验突显了调节细胞因子通路的希望和复杂性，需要考虑包括IL-17在内的细胞因子阻断如何影响PC功能，从而影响治疗效果或失败。展望未来，给予促进PC AMP功能的细胞因子可能为肠道疾病提供治疗选择，前提是仔细考虑其多效性、情境依赖性和持续时间效应。因此，对细胞因子-PC相互作用的更深入的机制理解对于在疾病干预和黏膜愈合中利用这些通路至关重要。
