STTT丨季光/王睿瑞/温蒞团队发现铜绿假单胞菌LPS可增强肺部NK细胞抗菌防御

细菌性肺炎是老年人群感染相关发病与死亡的重要原因。随着年龄增长，呼吸道黏膜免疫发生变化，肺部对细菌入侵的防御能力也可能随之减弱。既往研究多从免疫衰老或感染后的炎症失衡解释这一现象，但老年人长期接触的低水平微生物信号，是否也会影响肺部先天免疫细胞的功能状态，仍不清楚。脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）是革兰阴性菌外膜的主要成分，通常被视为促炎刺激物；然而，不同细菌的LPS在分子结构及免疫活性上并不相同。由此产生的问题是：低剂量LPS暴露能否预先调整肺部的抗菌应答，这种作用又是否取决于LPS的细菌来源？

近日，上海中医药大学季光、王睿瑞团队与耶鲁大学温蒞团队在Signal Transduction and TargetedTherapy发表题为Source-specific priming of lung NK cells by Pseudomonas LPS enhances resistance to bacterialpneumonia的研究论文。研究发现，气管内给予低剂量铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）来源LPS，可在共生微生物群参与下增强小鼠对后续细菌性肺炎的抵抗能力；同样条件下，大肠杆菌来源LPS未表现出相应的保护作用。机制研究进一步将这一来源特异性的效应定位于肺部自然杀伤细胞（natural killer cell，NK细胞），并发现补体受体C3aR1及其相关的LFA-1介导细胞黏附参与了保护性功能的形成。

研究首先从健康老年人的循环微生物信号入手。研究团队纳入103名65岁以上健康老年人，采用数字PCR检测外周血细菌16S rRNA基因信号，发现其水平与年龄呈正相关；这一结果在另一组37名健康老年人中得到重复观察。进一步分析提示血液样本中存在假单胞菌属相关DNA信号，同时检测到与LPS暴露相关的指标变化。不过，研究未在相应培养条件下发现可培养的血液细菌，因此上述结果反映的是微生物来源信号，而不能据此推断健康老年人血液中存在持续活菌定植。人群观察提示了年龄与微生物成分暴露之间的联系，但这些信号是否具有功能效应，还需要动物实验验证。

随后，研究人员在小鼠中经气管给予低剂量铜绿假单胞菌LPS，并于7天后进行活铜绿假单胞菌感染。与对照组相比，预处理提高了年轻及老龄小鼠的感染后生存率。为了判断保护作用是否依赖T、B细胞，研究进一步采用缺乏成熟T细胞和B细胞的Rag1缺陷小鼠。即使在适应性免疫缺失的背景下，LPS预处理仍降低了肺部细菌负荷，减轻肺组织损伤，并改善肺屏障完整性，表明先天免疫足以介导这一保护效应。但当相同实验在无菌小鼠中开展时，保护作用明显减弱，提示共生微生物群是建立这种保护性状态所需的条件之一。

这种抗感染作用并不是所有LPS共有的特性。研究人员使用大肠杆菌来源LPS进行平行比较，发现其预处理并不能像铜绿假单胞菌LPS一样降低肺部细菌负荷或改善屏障损伤。进一步将感染病原体换为金黄色葡萄球菌后，铜绿假单胞菌LPS依然表现出保护作用，而大肠杆菌LPS仍未产生同等效果。也就是说，保护作用既不局限于对原来那种细菌的感染防御，也不能简单归因于接受过LPS刺激；LPS来源是影响免疫应答结局的重要因素。

为寻找承担这一保护作用的细胞，研究团队分析了不同LPS处理后的肺部免疫细胞组成及转录组变化。基于肺部CD45阳性细胞整体RNA测序数据，并结合ImmGen参考数据进行细胞类型相关信号推断，研究发现铜绿假单胞菌LPS处理后的转录变化与NK细胞特征更为一致，补体相关基因C3ar1尤其突出。由于这一分析本身不能替代单细胞测序或纯化细胞验证，研究人员随后分离肺部及脾脏NK细胞进行检测，发现处理后肺部NK细胞C3ar1表达约升高50倍，而脾脏NK细胞及肺部去除NK细胞后的其他免疫细胞均未出现相同变化，显示出明确的肺部局部特征。与此同时，LPS预处理后分离获得的肺部NK细胞在体外分泌更多IFN-γ，提示其效应功能已发生改变。

研究随后通过NK细胞过继转移检验这种改变能否带来实际保护。研究人员将LPS预处理供体小鼠的肺部NK细胞分离出来，经气管转移至未经预处理的受体小鼠，再给予活菌感染。接受预处理NK细胞的受体小鼠肺部细菌负荷降低，肺组织病变减轻，支气管肺泡灌洗液中IFN-γ增加，而TNF-α、IL-1β和IL-6等炎症因子下降。来自老龄小鼠的预处理NK细胞同样可在老龄受体中降低肺部细菌负荷。更重要的是，已接受预处理的NK细胞转移到无菌受体后仍可发挥保护作用，说明微生物群对NK细胞保护性状态的形成更为重要，而该状态一旦形成，转移后的NK细胞仍具有抗感染能力。

C3aR1表达上调是否只是伴随现象，还是NK细胞功能增强所必需的环节？研究人员在LPS预处理的肺部NK细胞中利用siRNA降低C3ar1表达，再将其转移至受体小鼠。C3ar1敲低后，受体肺泡灌洗液中的IFN-γ水平下降，感染后肺部细菌负荷增高，炎症反应加重，原有保护作用明显削弱。考虑到C3aR1可能影响整合素LFA-1的活化，研究又通过ICAM-1包被板检测NK细胞的黏附能力。结果显示，LPS预处理增强了肺部NK细胞对ICAM-1的结合，敲低C3ar1则消除了这种增强作用。上述结果支持C3aR1通过促进LFA-1相关的高亲和力黏附，帮助NK细胞与局部靶细胞或免疫细胞建立更稳定的接触，从而支持IFN-γ分泌及肺部抗菌应答；但并不意味着NK细胞依靠黏附直接杀伤细胞外细菌。

研究机制示意图：铜绿假单胞菌LPS预处理在肺部微生物群相关条件下增强NK细胞C3aR1表达和LFA-1相关黏附，并通过IFN-γ及局部先天免疫应答提高对细菌性肺炎的抵抗能力。

综上，本研究发现铜绿假单胞菌来源LPS能够以依赖共生微生 物群的方式，使肺部NK细胞形成持续增强的抗菌功能状态，其保护效应与C3aR1上调、LFA-1相关细胞黏附及IFN-γ反应有关；这一作用未在大肠杆菌来源LPS中观察到。与经典的内毒素耐受不同，该现象反映了不同来源LPS在特定组织环境中引发的差异性先天免疫调节。不过，人群部分主要是循环细菌DNA的观察性证据，机制及抗感染效应仍以小鼠实验为主；LPS结构差异的直接分子基础、微生物群参与预处理的具体方式，以及这类策略在人体中的安全性尚未确定。研究为理解肺部NK细胞如何感知微生物来源信号提供了新的证据，也为今后探索局部先天免疫干预提供了实验依据。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41392-026-02832-z

制版人：十一

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