引言
组织免疫需要浸润免疫细胞、组织驻留免疫细胞与构成器官结构的局部结构细胞、基质细胞之间进行复杂的对话。这些复杂的细胞相互作用发生在周围组织基质的背景下，并受到年龄、饮食、昼夜节律和生物性别等多种内在和外在因素的共同调控。肺部疾病在全球范围内很常见，涵盖哮喘、慢性阻塞性肺疾病（COPD）、间质性肺疾病（ILD）以及囊性纤维化（CF）等遗传性疾病。所有这些疾病都涉及一定程度的基本免疫失调，而性别对肺免疫系统和特定免疫细胞的影响可能导致男性和女性肺部疾病表型的差异。
1.1 胎儿和早期生命肺发育中的性别差异
呼吸系统存在显著的解剖和生理性别差异，这些差异深刻地塑造了整个生命过程中的肺发育和肺部疾病的严重程度。实际上，肺发育的性别差异从产前时期就开始了。在人类妊娠16周后，男性和女性的肺部开始出现显著差异。从本质上讲，女性的气道比男性的气道阻力更低，肺泡内衬的表面活性物质产量更高，这对于肺泡形成和稳定、降低表面张力、促进气流至关重要。性激素强烈地促成了这些肺成熟差异，雄激素抑制表面活性脂质生成，而雌激素促进表面活性物质生成和新生儿肺泡形成。因此，早产男性新生儿面临更大的呼吸窘迫综合征相关发病率风险。
对肺部计算机断层扫描的三维形态学分析表明，尽管男性的肺比女性大，但肺泡数量、肺泡尺寸和肺实质弹性在两性间没有差异。这些生命早期的肺容量差异预示着日后的肺功能，导致女性和男性之间不同的发育轨迹。这些性别相关差异进一步受到不同发育阶段个体性激素水平变化的影响。
1.2 肺免疫谱的性别差异
生物性别是导致免疫景观差异的重要因素，包括免疫细胞的表型差异以及循环和组织驻留免疫细胞亚群之间的差异。这反映在免疫系统的先天和适应性两个方面。一项针对500多种基因敲除小鼠品系的高通量表型研究发现，生物性别是导致免疫细胞群体变异性的主要因素。
Belios等人的近期研究表明，在稳态下，与雌性小鼠相比，雄性C57BL/6小鼠的气道巨噬细胞频率和数量增加。另一方面，雌性小鼠肺中组织驻留CD103+树突状细胞（DC）的数量和频率均高于雄性小鼠。有趣的是，CD103+DC对于交叉呈递和通过扩增效应T细胞启动肺部抗病毒反应至关重要。这或许可以解释为何男性发生病毒感染的风险更大。
浆细胞样树突状细胞（pDC）是通过产生高水平的I型干扰素来阻断病毒感染的关键免疫细胞，其信号传导下游是Toll样受体7（TLR7），这是一个X连锁基因。相应地，雌性pDC比雄性pDC产生更高的IFN-α，在人类中，pDC被认为对COVID-19相关性肺炎具有保护作用，这一发现可能部分解释了在男性中观察到的更高感染患病率和严重程度。
此外，在初始小鼠中，与雄性相比，雌性肺中2型先天淋巴细胞（ILC2）数量以及CD4+组织驻留记忆细胞更多。在响应IL-33诱导的肺部炎症时，与雄性小鼠相比，雌性小鼠肺中招募了更多的ILC2和嗜酸性粒细胞，并伴随着2型（T2）细胞因子和趋化因子产量的增加。在IL-33驱动的急性肺部炎症期间，与雄性小鼠相比，IL-33在雌性小鼠中引发了更强的肥大细胞反应，这种性别相关差异在阉割小鼠中被逆转。此外，从雌性小鼠分离的肥大细胞对IL-33的反应性比雄性小鼠更强。这些发现表明，IL-33介导的炎症表现出雌性占主导的性别二态性。
CD8+组织驻留记忆T细胞（TRM）驻留在肺等多种屏障部位，是抗病毒免疫的关键协调者，这些细胞的空间组织位置决定了其多样性和免疫功能。Poon等人研究表明，在两种不同的病毒感染模型中，性激素差异性地调节组织驻留CD8+T细胞。雄性供体在脾脏和肺中维持更高频率的流感特异性CD8+组织效应记忆（TEM）细胞，而在巨细胞病毒感染中，与雌性相比，雄性在肺和肺引流淋巴结中携带更高频率的巨细胞病毒特异性TEM细胞。相反，脾脏和肺中的流感特异性CD8+T效应记忆重表达CD45RA（TEMRA），以及肺和肺引流淋巴结中的巨细胞病毒特异性TEMRA，在雌性供体中比雄性更高。这表明病毒感染在不同组织部位对病毒驱动的T细胞分化和维持的贡献不同。相反，在肝细胞癌小鼠模型中，雄性小鼠的抗肿瘤CD8+T细胞反应减弱，导致肿瘤负荷增加。
关于体液免疫反应，一项仅针对人类的外体研究表明，两性血液中的B细胞数量相似，但在青春期到更年期之间，女性显示出更多数量的类别转换和记忆B细胞，这些细胞在青春期阶段能高效地产生抗体。这表明雌激素可能在B细胞发育中起调节作用。此外，在卵清蛋白（OVA）激发小鼠模型中，与雄性小鼠相比，雌性小鼠的肺B细胞产生了更高的OVA特异性IgE和IgG1反应。因此，雌性小鼠能够比雄性小鼠产生更强大和精细的抗体反应。
免疫细胞组成的性别差异可能因组织类型而异，其功能在免疫反应中进一步由其解剖位置塑造。这在脂肪组织炎症的小鼠模型中得到很好证明，其中雄性小鼠的内脏脂肪组织（VAT）中富集了调节性T细胞（Treg），而雌性小鼠则没有。而且，VAT Treg在表型、转录图谱和染色质可及性方面与雌性小鼠的Treg截然不同。雄性VAT中增加的炎症通过CCL2-CCR2轴促进了Treg细胞的募集。从机制上讲，作者发现雄激素信号调节了雄性VAT特有的、产生IL-33的独特基质细胞亚群的分化，这以B淋巴细胞诱导成熟蛋白1（Blimp1）转录因子依赖性方式影响了Treg的扩增。
1.3 肺结构细胞中的性别差异
生物性别对肺结构细胞功能的影响研究较少。气道结构细胞是肺部免疫反应的关键启动者，其功能的精确性别二态性仍未明确。
气道上皮是肺部重要的结构屏障，但也启动对吸入物质（如过敏原、病毒、细菌和污染颗粒）的免疫反应。在这方面，对稳态下雌性与雄性小鼠气管上皮细胞（mTEC）进行的转录分析确定，与雄性相比，雌性具有与增强屏障功能和更高纤毛功能相关基因的更高表达。长期暴露于香烟烟雾会破坏雄性和雌性的上皮屏障功能，而雌性mTEC表现出独特的去分化转录特征，与雄性相比，基底细胞和细胞衰老标志物增加。
此外，单细胞RNA测序分析揭示了从COPD患者获得的人气道上皮细胞存在性别二态性。作者发现，吸烟在女性和男性的气道上皮中诱导了巨大的转录组变化，特别是病毒反应和自噬通路。具体而言，与男性吸烟者相比，女性吸烟者的上皮细胞在自噬、对病毒的反应以及I型干扰素信号通路方面显著富集。
其他研究也证明了肺微血管内皮的性别差异。在生理剪切应力下培养的健康男性和女性供体的人肺微血管内皮细胞（HPMEC），通过RNA测序和无标记定量蛋白质组学进行分析。基因表达显示在常氧和缺氧条件下均存在性别特异性通路，包括那些参与细胞增殖的通路。女性HPMEC的增殖率低于男性HPMEC。在这些基因中，血小板反应蛋白-1（一种增殖抑制剂）在女性细胞中的表达水平高于男性细胞。
肺成纤维细胞是肺部免疫反应的关键启动者，在哮喘等肺部疾病背景下，对于调节2型淋巴细胞的扩增和功能至关重要。St?lting等人最近的一项研究发现，与雄性小鼠相比，雌激素会放大雌性小鼠在早期生命长期暴露于屋尘螨（HDM）后的2型气道反应。E2刺激了肺成纤维细胞和上皮细胞产生白细胞介素-33（IL-33），导致辅助性T细胞2（TH2）上表皮生长因子受体（EGFR）表达上调，从而增强了IL-5和IL-13的产生。
在新生儿肺高氧小鼠模型中，观察到成纤维细胞增殖和纤维化基因表达的性别差异。基因表达数据显示，雄性成纤维细胞显示出Notch信号通路更强的激活，该通路被认为驱动促纤维化反应。
2. 影响免疫的多层遗传、激素和环境因素
肺部免疫的性别差异受到遗传、性激素和环境因素网络的精确调控，这些因素相互沟通以塑造功能性的细胞间相互作用、细胞-基质相互作用、肺发育、稳态和病理。
2.1 遗传学
生物性别通过免疫和非免疫细胞的差异来塑造免疫系统的功能，这些影响进一步受到组织特异性因素的影响。性别通常由基因型决定，XX表示女性，XY表示男性。XXY、XYY或XO等不太常见的基因型与改变的疾病易感性相关。自身免疫性疾病，包括系统性红斑狼疮，与X染色体剂量增加相关，表明X染色体在调节免疫细胞中起直接作用。
X染色体的大小约为Y染色体的三倍，包含大约800个蛋白质编码基因，其中许多与免疫有关。为了平衡基因剂量，女性一条X染色体上的大多数基因通过失活被沉默。然而，23%–30%的失活X染色体会发生逃逸失活，有些仅在特定组织中逃逸。例如，ZBED2和USP11是组织特异性逃逸基因，分别调节肿瘤中的T细胞耗竭和控制调节性T细胞功能。相反，其他基因总是逃逸失活；这些基因通常编码驱动先天和适应性免疫的蛋白质。此外，一些位于X和Y染色体的同源假常染色体区域，在那里逃逸X失活可防止单倍体不足。因此，逃逸导致的表达增加有益于某些基因，例如，识别病毒单链RNA的TLR7仅编码在X染色体上，并且经常逃逸失活，导致女性每个X染色体上都有一个拷贝。
这在SARS-CoV2等肺部病毒感染的背景下尤为重要，全基因组关联研究表明，TLR7基因位点不同的CpG甲基化模式在女性和男性之间存在差异，使得男性更容易受到感染。
2.2 性激素
性激素，包括雌激素、孕激素和雄激素，影响免疫细胞的分子变化。女性和男性性激素水平在整个生命过程中强烈波动。此外，在女性中，性激素水平在整个月经周期中会发生变化，并随着使用激素避孕或激素替代疗法而变化。这些激素波动导致了基于性别的免疫功能差异。
据报道，辅助生殖技术（ART）会显著影响女性所孕育后代的免疫反应。Weinstock等人的研究表明，与未接受任何生育治疗的母亲所生的后代相比，接受生育治疗的女性，其孕育的后代感染相关发病率显著增加。
外周和组织驻留的免疫及结构细胞均表达雌激素受体（ERα和ERβ）、雄激素受体（AR）和孕激素受体（PR），并对激素信号作出反应。先前的报告广泛记录了先天性和适应性免疫细胞如何表达ER、AR和PR信号并对性激素作出反应。通常，雌激素增强免疫活性，而睾酮在循环和组织浸润免疫细胞群体中发挥免疫抑制作用。
除了对免疫系统的影响外，性激素与肺功能之间存在直接关联。利用英国生物银行数据发现，睾酮与男性的FEV1和FVC呈正相关，但与女性无关，尽管纵向分析显示，基线睾酮水平较高的女性在随访期间FVC和FEV1的下降减少。一项涉及孟德尔随机化的更严格分析（最小化了观察性效应）揭示，更高的睾酮水平导致英国普通人群中男性和女性的FEV1和FVC水平更高。相反，性激素结合球蛋白（SHBG）对男性的FEV1和FEV1/FVC有负面影响。这些发现表明，睾酮补充可能对有加速肺功能下降风险的人群有益，而对睾酮水平较低的人进行肺功能缺陷筛查可能是审慎的。
2.3 环境因素
肺部免疫防御不断遇到宿主外在的环境因素，如过敏原、微生物、污染颗粒、化学物质等，而免疫反应的结果受到多种其他因素的强烈影响，包括生物性别、年龄、微生物组状态、饮食、营养、昼夜节律以及人类生命过程中的行为。值得注意的是，男性和女性表现出不同的肠道和肺部微生物组组成，性别特异性的微生物组差异已被证明会影响动物模型中自身免疫疾病的发展。
在实验设计、分析和解释中将生物性别作为一个关键的免疫学变量，对于人类和动物研究都至关重要。主要的国际资助机构强制要求在所有的资助申请实验方案中纳入两性。此外，设计对接受性激素治疗的跨性别个体进行肺部免疫学研究，可能为人工激素替代疗法对肺部免疫功能的影响提供有价值的见解。
2.3.1 肺和肠道微生物组的性别差异
Chi等人的近期研究发现，组织免疫受到性激素和微生物群的综合作用调节，性激素控制免疫反应的强度，而微生物群校准免疫反应的基调。
微生物组由细菌、病毒和真菌组成，影响多种疾病的免疫反应，包括肺部疾病，并对免疫发育产生微妙影响。肺结构、环境暴露、饮食、激素以及药物补充剂或生物制剂的差异可能改变组织内的微生物组成和多样性，从而调节肺部免疫细胞功能。性激素和微生物之间的相互作用可能影响细菌生长、信号传导和代谢。微生物组的组成和多样性可能在整个生命周期以及激素水平高峰阶段（如生殖期、青春期、怀孕期和更年期）有所不同。
此外，肠道微生物组可以影响肺部免疫，并且肠道微生物群落结构和功能可能存在性别差异。在小鼠过敏性气道炎症模型中，以及在小鼠进行膳食维生素D补充后，观察到雄性和雌性小鼠肺部微生物组的差异。一项针对囊性纤维化患者的研究发现，病情加重与月经周期重合，并与较高的雌二醇水平相关。相反，服用口服避孕药的女性病情加重较少。
另一项研究调查了氨曲南（一种针对革兰氏阴性菌的β-内酰胺类抗生素，包括囊性纤维化中常见的肺部微生物组物种铜绿假单胞菌）的效果。作者报告称，雄性表现出显著更高的香农多样性指数，表明微生物组多样性更高，这与铜绿假单胞菌丰度较低以及窄食单胞菌属、链球菌属、戴阿利斯特杆菌属和肖特沃斯氏菌属组成增加相关。相比之下，雌性显示出更高的铜绿假单胞菌丰度，并且对氨曲南有更大的反应倾向。
另一项研究分析了肺腺癌（LUAD）与肺鳞状细胞癌（LUSC）患者的肺部微生物组。结果表明，肿瘤中含有独特的、显著失调的微生物种群，这取决于肺癌类型和患者的生物性别。在患有LUSC的年轻男性中，恶臭假单胞菌是最主要的细菌物种。相比之下，所有女性LUAD患者都表现出在LUAD男性中未观察到的独特细菌物种。
这些发现独特地暗示，细菌物种可能作为特定肺癌类型的准确诊断生物标志物，因为它们的出现似乎受到患者性别的影响。
此外，由于肺部的解剖位置，肺部微生物组受到口咽和肠道微生物群落的强烈影响，口腔、肠道和肺部微生物之间的相互作用可以强烈塑造肺部免疫反应的结果。
在一个研究肺-肠轴在过敏反应中作用的HDM诱导过敏性气道炎症小鼠模型中，鼻内给予过敏原引起了肠道和肺部微生物组的性别特异性变化，并在两性之间诱导了肺部病理学的明显差异。与雄性相比，雌性在HDM暴露后显示出显著更高的炎症和组织病理学变化，但雄性表现出比雌性更高的气道高反应性（AHR）。此外，粪便样本分析显示，肠道微生物组的改变影响了肺基因表达和相关通路的性别特异性变化。这些肠道微生物组改变与厚壁菌门与拟杆菌门的比例（F:B）相关，该比例在HDM激发后雄性小鼠中显著低于雌性。此外，HDM暴露后，雄性的微生物α多样性增加，而雌性则减少。
2.3.2 饮食对性别差异的贡献
饮食在调节免疫反应的性别特异性效应方面起着关键作用，母体饮食对后代的肺部健康有长期影响。在西方世界，饮食通常包含高脂肪、低纤维和高盐食物。小鼠研究表明，过量的母体高盐饮食导致雄性后代更容易发生肺纤维化，而雌性后代则表现出代谢和免疫通路的明显变化。这些发现强调，生命早期是营养决定肺病性别特异性易感性的关键发育窗口。
此外，摄入的纤维量和类型可以通过肠道微生物组影响肺部反应。Trompette等人的先前研究表明，饲喂不同纤维水平饮食并暴露于HDM的小鼠组在过敏性气道疾病中具有不同的免疫结果。作者观察到，摄入高水平可发酵纤维的小鼠肺部炎症低于低纤维饮食的小鼠。有趣的是，这些动物还拥有一个在代谢纤维时能产生更高水平短链脂肪酸的肠道微生物群落。这些脂肪酸分子促进了树突状细胞的生成，这些细胞触发肺部过敏性炎症的能力较低。在这方面，肠道来源的代谢物如何特异性调节肺部免疫反应仍不清楚，这将是未来研究的一个重要领域。
同样，Tashiro等人研究表明，在臭氧诱导的气道高反应性后，肠道微生物组促成了臭氧诱导的气道高反应性的性别差异。雄性和雌性小鼠在臭氧暴露前3天被饲喂无纤维饮食或富含纤维素或果胶的饮食。与对照或富含果胶的饮食相比，富含纤维素的饮食减少了雄性小鼠中臭氧诱导的气道高反应性，但对雌性无效。相反，无纤维饮食增加了雌性的臭氧反应，但对雄性小鼠无效。这些差异归因于膳食纤维对肠道微生物组影响的性别二态性，并确定了与臭氧诱导气道高反应性相关的特定细菌物种。因此，饮食可以差异性调节性激素在塑造肺部免疫中的作用，并且是呼吸健康的重要考虑因素。最近的饮食趋势，包括素食、纯素食、高脂肪和生酮饮食，对免疫反应有深远影响。事实上，纯素饮食与抗病毒免疫反应相关，而生酮饮食则导致适应性免疫反应的改变。在这方面，当前饮食趋势如何影响肺部免疫仍不清楚，值得进一步探究。
2.3.3 昼夜节律的性别差异
昼夜节律是由调节24小时周期内基因表达的反馒环驱动的内部生理变化。下丘脑的视交叉上核作为主要起搏器，接收光和暗信号，使系统与太阳日同步，并通过自主神经和内分泌通路在整个身体传递定时信号。此外，交感神经系统通过协调免疫细胞募集的组织特异性振荡来同步细胞和组织中的昼夜节律。这些节律起源于分子、细胞、组织和器官水平，并通过接收来自进食和其他行为的昼夜节律信号而持续存在。一个良好同步的昼夜节律系统使身体能够预测和管理定期的生理需求。
昼夜节律的性别差异可能导致男性和女性之间不同的易感性和疾病风险。暴露于人造光、不规律的睡眠模式、时区旅行、轮班工作和其他当代因素会扰乱昼夜节律。这种不同步会导致生理功能的短期损害，并随着时间的推移增加糖尿病、心血管疾病和癌症的风险，尤其是在女性中。
昼夜节律和性别差异导致哮喘相关性肺部炎症的病理生理学。Srinivasan等人最近的一项研究表明，在慢性HDM暴露后，根据小鼠暴露于过敏原的时间（授时时间：ZT0/上午6:00与ZT12/下午6:00），女性和男性之间对哮喘病理学的影响存在差异。在ZT12暴露于HDM导致雌性小鼠与雄性相比，嗜酸性粒细胞亚型浸润更多，相关趋化因子水平升高。此外，TH2基因表达、细胞因子释放和体液免疫反应在ZT12时在雌性中更高。这些发现表明，气道炎症受到一天中的时间和基于性别的差异的影响，包括HDM诱导的哮喘表型中的炎症和重塑。昼夜节律紊乱可能进一步恶化女性的哮喘结局。
此外，一项临床研究发现，与男性相比，经历睡眠-觉醒周期紊乱的女性认知功能受损程度更大，这表明其影响远大于男性。与此一致，正常昼夜节律的波动可能对女性的损害大于男性。
另外，性激素和时钟基因与昼夜节律具有双向关系，昼夜节律控制性激素的合成，并随着一天中的时间和动情周期的特定阶段而波动。性激素直接与昼夜节律系统相互作用以调节基因表达，影响生物过程，并调节它们自身的合成。因此，性激素和生物钟表现出双向关系，并且可能对女性和男性的肺部免疫产生不同的影响。
2.3.4 细胞外基质的性别差异
细胞外基质（ECM）在调节细胞行为、组织结构和疾病进展中起着关键作用。因此，细胞功能不能脱离周围组织ECM微环境来理解。ECM的改变与大多数肺部疾病相关，大多数研究强调，ECM失调不仅破坏组织完整性，而且深刻影响免疫细胞浸润和定位。
ECM在组织免疫研究中经常被忽视，因为其成分不溶、高度交联，更难提取和分析。
Puttur等人先前已经表明，肺ECM对于调节早期生命慢性过敏原诱导的肺部炎症中的气道重塑至关重要，并且在急性肺部炎症中调节免疫细胞行为和功能。ECM的发育是否存在性别差异，哪些ECM亚型有助于免疫细胞功能和组织重塑，目前尚不清楚。
最近的一个肺组织研究联盟分析了747名COPD患者或健康对照者的肺组织基因表达和DNA甲基化数据，利用基因调控网络确定了COPD相关基因调控的性别和疾病特异性差异。作者发现，与男性受试者相比，健康女性受试者中涉及ECM的基因表现出更强的转录因子靶向性。然而，在COPD中，这种模式发生了逆转，男性显示出比女性更强的ECM相关基因的调控靶向性。吸烟暴露、年龄、肺功能和肺气肿都与ECM相关基因的性别特异性差异甲基化相关。
另一项研究调查主动脉瓣狭窄（AVS）的病理学发现，男性比女性更容易发生瓣膜钙化，而女性更容易发生瓣膜纤维化。有趣的是，作者发现Y染色体调节雄性特异性瓣膜间质细胞（VIC），使其在AVS期间异常激活肌成纤维细胞，驱动雌性的纤维化瓣膜表型。相反，在雄性中，肌成纤维细胞进一步分化为成骨细胞样细胞并产生钙纳米颗粒，从而驱动雄性的瓣膜钙化。作者发现，雄性VIC响应纳米级ECM信号，促进成骨细胞样细胞表型，这表明性染色体连锁基因可以通过响应纳米级ECM信号来驱动疾病进展。
关于ECM对免疫功能的调节，基因表达变化并不总是转化为蛋白质产生。因此，随着定制顺序提取工作流程的出现，能够全面分析细胞和细胞外蛋白质区室，以及性别特异性差异的识别，可以生成蛋白质组图谱来指导性别间细胞-基质相互作用的选择。此外，为了保留空间信息，可以在成像后获取活体组织进行多重蛋白质组分析。串联质量标签（TMT）18重标记的肺切片将允许跨多个肺区域同时定量，提供空间分辨的ECM图谱，揭示性别间的区域分子差异。这种整合方法将使空间蛋白质组谱与高分辨率细胞-基质模式显微镜成像直接关联成为可能，推进我们对局部基质环境如何在患病肺组织中指导性别间免疫细胞反应的理解。因此，环境因素在控制性激素与免疫系统之间的相互作用中起着关键作用，对肺部疾病和感染的结果有强烈影响。
除了上述影响性激素与肺部免疫相互作用的环境因素外，体温可能是另一个值得关注的环境因素。近年来，发现体温存在性别二态性。女性的平均体温比男性高0.1-0.5°C，并通过激活高度保守的发热和热休克通路影响免疫细胞的代谢来调节组织免疫。在这方面，性别间体温差异如何影响肺部免疫仍知之甚少。面对全球变暖和气候变化的挑战，探究体温如何调节肺部和全身免疫反应，以
