揭示JAK1GoF小鼠神经调控免疫的新视角

2017年，不列颠哥伦比亚大学的Stuart Turvey首次报告了携带生殖系JAK1功能获得突变（GoF）的患者，Turvey教授也是本文的作者之一。这些患者表现出多种过敏性疾病，包括湿疹、哮喘和严重的嗜酸性粒细胞增多。于是，研究人员对两名患者的临床症状进行了仔细检查。他们发现，这两名患者出现湿疹的时间明显早于哮喘，而且湿疹普遍比哮喘更严重，这表明JAK1在多个组织中的激活会导致不同的组织特异性结果。

为了研究JAK1的组织特异性影响，研究人员委托赛业生物构建了一个小鼠品系（JAK1^GoF），其中小鼠Jak1基因被人类JAK1 GoF突变所取代。他们发现，JAK1^GoF小鼠在出生后不久就会出现湿疹的症状，而对照组小鼠没有。令人惊讶的是，与皮肤状态不同，JAK1^GoF小鼠的肺部与对照组小鼠相比并没有出现明显的炎症病变。基于此，他们提出一种假设，即肺部对JAK1介导的炎症具有抵抗力，而皮肤却没有。

接下来，研究人员开展了气道过敏原挑战实验，看看是否会引起炎症反应增强。他们用哮喘相关的真菌过敏原链格孢菌（Alternaria alternata）对JAK1^GoF小鼠和对照小鼠进行了鼻腔处理。组织病理学分析表明，与对照组相比，JAK1^GoF小鼠的肺部病理变化增强，表现为过敏原刺激后的气道重塑、炎症浸润、杯状细胞增生和粘液分泌增加。这些结果表明，尽管JAK1全面激活不会导致肺部的自发性过敏性炎症，但过敏原的刺激会使JAK1^GoF小鼠更容易出现某些过敏性病理特征。

考虑到肺部在稳态时对JAK1介导的炎症有抵抗力，研究人员假设肺部基质中的JAK1激活可能会赋予组织特异性的抵抗力。为了验证这一点，他们将野生型小鼠的骨髓转移至野生型小鼠和JAK1^GoF小鼠体内，生成了骨髓嵌合体小鼠（WT→WT和WT→JAK1^GoF）（图1）。与WT→WT小鼠相比，WT→JAK1^GoF小鼠在过敏原刺激时的肺部病理变化明显减少，II型固有淋巴细胞（ILC2）和嗜酸性粒细胞的频率也显著下降。令人惊讶的是，RNA测序数据的KEGG通路分析表明，WT→JAK1^GoF小鼠中哮喘和炎症相关通路的表达明显受到抑制。这些意外的结果表明JAK1^GoF的基质表达赋予了小鼠对肺部炎症的抵抗力。

 JAK1^GoF的基质表达对过敏性肺部炎症具有保护作用[1]

最近有报道称，感觉神经元可以抑制肺部炎症，于是研究人员假设，感觉神经元通过JAK1信号传导介导了一个关键的调控回路。他们利用TRPV1激动剂树脂毒素（resiniferatoxin）来处理表达TRPV1的神经元，以去除神经支配。在皮下注射树脂毒素后，小鼠丧失了痛觉。令人惊讶的是，在去除神经支配后，小鼠支气管周围和血管周围的炎症浸润、杯状细胞增生和粘液分泌增加，且ILC2和嗜酸性粒细胞的频率也显著升高。在进一步分析后，他们发现迷走感觉神经元对过敏性肺部炎症起着关键的抑制作用。

通过分析迷走神经节（VG）的单细胞RNA测序数据集，研究人员发现大多数Nav1.8⁺感觉神经元都表达Jak1。于是他们假设，迷走感觉神经元中的Jak1表达可能是肺部免疫稳态所必需的。为了验证这一点，他们使用了条件性敲除Jak1的小鼠（Jak1^Δneuron小鼠）。在过敏原挑战后，Jak1^Δneuron小鼠的所有炎症参数都显著增强，表明Nav1.8⁺感觉神经元中的JAK1信号传导调节了小鼠肺部的过敏性炎症（图2）。同时，蛋白酶过敏原（木瓜蛋白酶）诱导的另一过敏性炎症小鼠模型也证实了这些结果。

越来越多的证据表明，感觉神经元释放神经肽来调节多个屏障表面的炎症反应。那么，JAK1也许能控制神经肽的表达以调节组织中的神经炎症。在筛选了多个与神经炎症有关的神经肽后，他们发现在迷走神经节中，JAK1可以调节包括Calcb在内的多种神经肽的表达（图2），Calcb编码降钙素基因相关肽β（CGRPβ）。考虑到JAK1改变细胞程序的能力在很大程度上取决于STAT蛋白的下游磷酸化，而计算机分析预测CALCB是STAT6的转录靶点，他们推测CGRPβ可能是受JAK1控制的一种关键的调节性神经肽。

 感觉神经元中Jak1的破坏加剧了过敏性肺部炎症，并改变了神经肽的表达水平^[1]

4 CGRPβ抑制ILC2功能和过敏性肺部炎症

ILC2是过敏性肺部炎症的重要驱动因素，但CGRPβ在这方面的作用还不大清楚。通过体外实验，研究人员发现CGRPβ可有效抑制ILC2产生IL-5和IL-13。之后他们利用Rag1^-/-小鼠来评估CGRPβ是否能够抑制体内ILC2反应和过敏性肺部炎症。在鼻过敏原挑战后，Rag1^-/-小鼠出现了明显的ILC2和嗜酸性粒细胞反应，但经CGRPβ处理的小鼠表现出免疫细胞反应减弱和组织炎症减弱，但CGRPβ受体拮抗剂的处理会导致过敏性肺部炎症加重。这些结果显示，CGRPβ能够抑制ILC2的功能和过敏性肺部炎症。

最后，研究人员试图测试将人类JAK1 GoF特异性递送到肺部神经元是否能抑制过敏性炎症。他们将表达人类JAK1 GoF变异的逆向腺相关病毒导入小鼠体内，并让它们接受气道过敏原挑战。他们发现，小鼠的迷走感觉神经元感染了AAV，并且能有效抑制过敏性肺部炎症。将相同的人类JAK1 GoF变异插入小鼠的感觉神经元中，效果也相似，过敏性肺部炎症得到了有效抑制。这些结果表明，JAK1可调节感觉神经元中的CGRPβ，并促进肺部的免疫稳态。

这项研究表明，尽管淋巴细胞中的JAK1激活具有广泛的促炎作用，但感觉神经系统中的JAK1激活却具有之前未发现的免疫调节作用。这一观察结果或许可以解释为什么JAK1抑制剂在治疗湿疹上非常成功，但在治疗哮喘方面却没有取得进展。文章还指出，了解各种神经肽如何调节皮肤、肺部和肠道的炎症是神经免疫性的一个新兴领域。未来，有可能通过感觉神经调控来治疗各种炎症、传染、代谢甚至是恶性疾病。