综述：肠道上皮MHC-II分子在微生物群、免疫与炎症交汇界面的作用

引言

肠道上皮作为高度专业化的界面，介于肠腔环境与宿主黏膜免疫系统之间，每日暴露于多样化的饮食抗原、共生微生物、微生物代谢物及潜在病原体，同时维持营养吸收和屏障完整性。传统上肠道上皮细胞（IEC）被视为黏膜屏障的结构组分，但遗传模型、类器官和单细胞技术进展确立了IEC是黏膜免疫的主动调节者。IEC通过感知微生物和饮食信号，与常驻免疫细胞沟通，协调免疫监视、组织修复和肠道稳态。在肠道屏障免疫调节机制中，通过主要组织相容性复合体II类（MHC-II）分子的抗原呈递是最引人注目且了解最少的机制之一。抗原呈递传统上被认为是专职抗原呈递细胞（APC）（包括树突状细胞、巨噬细胞和B细胞）的特有功能，但人和小鼠研究证明IEC表达MHC-II分子及抗原加工 machinery 组分，使其能够向CD4⁺ T细胞呈递肽抗原。鉴于IEC位于肠腔内容物与黏膜免疫系统之间的独特解剖位置，它们非常适合整合环境信号并影响局部适应性免疫应答。新兴证据表明上皮MHC-II有助于调节宿主-微生物群相互作用、维持黏膜稳态以及感染和炎症期间的免疫反应。然而，长期以来上皮MHC-II主要被视为炎症的副产物，因为MHC-II可被干扰素-γ（IFNγ）强烈诱导，在炎症性肠病（IBD）、乳糜泻、移植物抗宿主病（GVHD）和肠道感染中观察到的上皮表达增加通常被解释为局部炎症细胞因子产生的结果，而非具有内在生理意义。早期研究产生矛盾结果，提示IEC既能促进效应T细胞活化，也能通过调节性T细胞诱导免疫耐受。近期技术和概念进步从根本上重塑了这一观点：条件遗传模型证明上皮MHC-II直接影响体内肠道免疫应答；类器官系统使得在无专职APC情况下研究上皮抗原呈递成为可能；单细胞测序揭示了肠上皮亚群显著的异质性，鉴定出沿隐窝-绒毛轴和近端-远端轴的区域特异性和谱系特异性MHC-II表达差异。这些发现表明上皮抗原呈递不是所有IEC的统一特性，而是受上皮分化、解剖位置和环境线索高度调节的程序。此外，上皮MHC-II整合来自肠道微环境的信号，共生微生物群通过细胞因子网络和先天免疫途径成为上皮MHC-II表达的核心调节者，饮食因素和微生物群衍生的代谢物也影响上皮MHC-II表达，将营养状态和微生物代谢与上皮屏障的适应性免疫调节联系起来。在肠道疾病中，上皮MHC-II失调与慢性炎症相关，但其生物学后果取决于解剖位置、呈递抗原性质、炎症环境、微生物群组成和应答T细胞群等多种背景因素。本综述综合了关于IEC中MHC-II表达的最新进展，重点强调调节上皮抗原呈递的分子机制、沿肠道区域的MHC-II表达区域特化，以及上皮MHC-II在协调宿主-微生物群相互作用和CD4⁺ T细胞应答中的新兴作用，并讨论了上皮MHC-II与肠道炎症和屏障相关免疫稳态的关联，指出了未来靶向上皮-免疫串扰的研究和治疗策略的关键未解决问题。

肠道上皮作为免疫界面

肠道上皮是体内最专业化的屏障组织之一，在营养吸收、微生物控制和免疫调节的交叉点发挥作用。不同于大多数上皮表面，肠道上皮持续暴露于巨大的抗原负荷，包括饮食蛋白、共生微生物、微生物代谢物、环境抗原和肠道病原体。尽管持续刺激，炎症并非生理默认状态，健康肠道维持着对病原体的保护性免疫与对有益微生物和无害饮食抗原的免疫耐受之间的精细平衡。IEC与下层免疫系统持续沟通，使其成为黏膜免疫的主动调节者而非被动结构屏障。肠道上皮由解剖和功能不同的区室组成，小肠包含隐窝-绒毛单位以最大化营养消化和吸收，结肠缺乏绒毛而由深隐窝和扁平上皮表面组成，优化水吸收和宿主-微生物群分离。这些结构差异伴随微生物密度、代谢物可用性、黏液组织和免疫细胞组成的深刻区域变异，共同沿胃肠道形成不同的免疫微环境。单细胞转录组学进展揭示了IEC群体的显著异质性，包括肠上皮细胞、杯状细胞、潘氏细胞、肠内分泌细胞、簇细胞和微皱褶（M）细胞等，它们执行营养吸收、黏液分泌、抗菌防御、抗原采样和组织再生等专门功能。肠道上皮与常驻微生物群的密切关系成为黏膜稳态的决定性特征，共生微生物通过代谢物、微生物相关分子模式等影响上皮生理，而IEC通过产生黏液、抗菌肽和分泌免疫球蛋白运输机制等主动塑造微生物生态。IEC表达广泛的模式识别受体，包括Toll样受体、NOD样受体和炎症小体相关传感器，检测微生物和损伤相关分子模式，其反应在空间和时间上受严格调控。这些上皮衍生信号与常驻免疫细胞建立广泛的双向沟通，上皮内淋巴细胞（IEL）提供快速免疫监视，树突状细胞、巨噬细胞、固有淋巴样细胞（ILC）和适应性淋巴细胞通过细胞因子和趋化因子网络受IEC调节，反之免疫衍生的细胞因子如IFNγ、IL-22、IL-17、TNF和IL-13深刻影响上皮增殖、抗菌防御、黏液产生和屏障修复。在IEC与免疫系统沟通的多种机制中，抗原呈递是最出乎意料且概念上最重要的机制之一，IEC表达MHC-II分子及抗原加工 machinery 组分，使其能直接整合环境信号与局部适应性免疫应答，而非启动经典免疫，上皮抗原呈递日益被认为是微调组织微环境中CD4⁺ T细胞应答的机制。

肠道上皮细胞中的MHC-II抗原呈递机制

MHC-II抗原呈递传统上被认为是专职APC（树突状细胞、巨噬细胞和B细胞）的标志。IEC表达MHC-II挑战了经典观点。仅MHC-II表达不足以赋予抗原呈递能力，需要完整的辅助分子网络负责抗原摄取、加工、肽装载和转运。经典MHC-II途径始于内质网，新合成的MHC-II α和β链与不变链（CD74）组装，CD74占据肽结合槽并引导复合体至内体区室，在内体成熟过程中CD74被降解生成CLIP，随后通过HLA-DM（小鼠为H2-M）的催化活性与抗原肽交换。早期研究主要聚焦人肠道活检中HLA-DR分子的表面表达，后续工作证明上皮细胞表达MHC-II途径的多个组分，包括CD74、HLA-DM、溶酶体蛋白酶和CIITA（MHC-II基因表达的主转录调节因子）。人IEC系在IFNγ暴露下获得内化胞外蛋白、加工完整抗原并向CD4⁺ T细胞呈递抗原肽的能力，表明上皮细胞能执行完整的MHC-II加工途径。原代肠道类器官研究进一步支持此概念，人和小鼠肠道类器官对IFNγ刺激响应，协调诱导MHC-II基因和抗原加工组分，证实上皮区室本身含有抗原呈递所需的分子机制，且上皮MHC-II表达具有高度可塑性。尽管核心抗原加工途径在专职APC和IEC间保守，但存在重要差异：专职APC通过吞噬、巨胞饮等持续采样胞外蛋白并迁移至次级淋巴器官启动初始T细胞 priming，而IEC是固着细胞，直接位于肠腔界面，在高度特化的微环境中遇到饮食蛋白、微生物产物和上皮衍生物质，上皮抗原呈递被认为在肠道黏膜局部发挥作用，针对抗原经验淋巴细胞。IEC呈递的抗原来源包括可溶性肠腔蛋白的内吞、自噬提供的内源性肽，以及连续上皮更新暴露的细胞内蛋白。M细胞等特化上皮群体参与抗原转运，提示不同上皮亚群在MHC-II表达和呈递抗原谱上存在差异。IEC的另一区别特征是共刺激分子表达相对有限，健康上皮细胞一般低表达CD80、CD86、CD40等，而表达PD-L1等共抑制分子，表明上皮抗原呈递可能固有偏向调节而非启动适应性免疫应答。总之，IEC拥有完整的MHC-II介导抗原呈递分子机制，上皮抗原呈递是严格调控和环境响应程序，但生理相关抗原的身份、主要贡献的上皮亚群以及体内上皮MHC-II塑造CD4⁺ T细胞应答的精确机制仍有待解决。

上皮MHC-II表达的区域和上皮亚群特异性

上皮MHC-II表达并非均匀分布于整个肠道上皮，而是沿解剖区域、上皮谱系和分化状态呈现显著空间异质性。稳态下，组成性上皮MHC-II表达在小肠最显著，而健康结肠表达相对有限，这反映了组织遇到的不同生态景观：小肠持续暴露于新摄入的饮食抗原和相对低密度但高免疫原性的微生物群落，并有丰富的派尔集合淋巴结等淋巴组织支持适应性免疫；结肠含有更大微生物生物量，但受厚黏液层保护，物理隔离肠腔微生物与上皮表面。这种区域组织不是静态的，在IBD、肠道感染和GVHD等炎症条件下，MHC-II表达在整个肠道扩展，包括通常极少组成性表达的结肠上皮细胞，表明区域差异主要反映局部调节信号差异，而非上皮群体固有限制。空间异质性也存在于小肠内部，沿隐窝-绒毛轴变化，早期组织学研究表明绒毛尖端的分化肠上皮细胞表面MHC-II最高，而增殖性隐窝区细胞基础表达较低。但近期单细胞转录组分析揭示MHC-II表达分布于多个上皮谱系，包括干细胞、 transit-amplifying 祖细胞、分泌群体和分化上皮细胞，表明上皮抗原呈递根据谱系身份和分化状态调节。特别有趣的是，位于隐窝基底的肠道干细胞在生理条件下表达MHC-II，提示抗原呈递可能除了适应性免疫外还影响干细胞生物学。单细胞RNA测序和空间转录组学彻底改变了上皮MHC-II调控的理解，揭示了广泛的上皮多样性，MHC-II基因表达高度异质且动态调节。这些发现支持将上皮MHC-II视为空间组织的免疫程序，而非统一的上皮特征，区域差异、隐窝-绒毛区室化和谱系特异性转录程序共同生成高度特化的上皮抗原呈递景观。

上皮MHC-II的调控

5.1. 上皮MHC-II表达的转录控制

IEC中MHC-II表达高度动态并在转录水平严格调控。该调控网络的核心是CIITA，被广泛认为是MHC-II基因表达的主调节因子，它作为非DNA结合转录共激活因子，协调增强体在MHC-II启动子保守调控元件上的组装，驱动MHC-II α和β链及抗原加工途径多个组分（包括CD74、HLA-DM）的协调表达。CIITA表达本身受多个启动子区域调控，赋予细胞类型特异性响应。在专职APC中，组成性MHC-II表达主要通过启动子I和III维持，而非造血细胞（包括IEC）主要依赖启动子IV（pIV）。pIV激活强烈依赖IFNγ，解释了上皮MHC-II表达对局部炎症环境变化的敏感性。在调控上皮MHC-II的细胞因子中，IFNγ仍是最主要且研究最充分的诱导因子。IFNγ结合其异源二聚体受体激活JAK1/JAK2-STAT1信号级联，导致STAT1磷酸化、二聚化和核转位，激活的STAT1诱导IRF1，进而通过pIV驱动CIITA转录。原代上皮类器官研究进一步证实，IFNγ-JAK/STAT1-CIITA途径的激活是上皮固有反应，人和小鼠肠道类器官在缺乏免疫细胞情况下对IFNγ刺激迅速上调MHC-II基因。尽管IFNγ足以在实验上诱导上皮MHC-II，但积累证据表明肠道内稳态表达比简单细胞因子响应更复杂。在稳态条件下，健康小肠上皮组成性表达MHC-II，尽管缺乏明显炎症。无菌小鼠、抗生素处理动物和微生物感知途径缺陷小鼠显示上皮MHC-II表达显著降低，表明生理抗原呈递依赖于源自肠道微生物群的连续信号。稳态下上皮MHC-II表达可能反映健康肠道生态系统中常驻免疫群体（包括IEL、ILC、NK细胞和抗原经验T细胞）产生的低水平IFNγ，而非经典炎症期间的IFNγ产生。因此，稳态上皮MHC-II表达可能反映健康肠道生态系统内的紧张性细胞因子信号，而非组成性上皮基因表达。稳态与诱导型MHC-II表达的区别具有重要生物学意义，在稳态时上皮MHC-II主要限于小肠，而炎症条件下（如IBD、乳糜泻、GVHD和肠道感染）伴随强烈的IFNγ产生，导致整个小肠和结肠广泛诱导上皮MHC-II。物种特异性差异进一步使上皮MHC-II生物学复杂化，健康人小肠上皮细胞组成性表达丰富HLA-DR，而小鼠研究还鉴定出肠道干细胞和其他隐窝驻留上皮群体的组成性MHC-II表达。总之，上皮MHC-II表达由以CIITA为中心的高度可塑性转录网络控制，主要通过IFNγ依赖的JAK/STAT1途径激活，IEC持续根据周围组织免疫环境调整其抗原呈递能力。

上皮MHC-II的功能后果

IEC中MHC-II表达的鉴定自然提出一个基本问题：上皮抗原呈递的生理目的是什么？与专职APC不同，IEC位于肠腔抗原与黏膜免疫系统界面，但一般缺乏迁移能力和强共刺激能力。近期条件遗传模型、类器官和高维免疫分析进展大幅修正了观点：上皮MHC-II日益被认为是微调局部CD4⁺ T细胞应答的机制，整合环境信号与组织特异性免疫。上皮MHC-II的最佳支持功能之一是调节宿主-微生物群相互作用，肠道免疫系统必须对万亿共生微生物维持耐受，同时保持对入侵病原体的快速应答。IEC构成肠腔微生物遇到的第一细胞层，上皮抗原呈递非常适合持续采样并向邻近淋巴细胞传递微生物环境信息。近期研究表明上皮MHC-II直接塑造肠道黏膜内细菌反应性CD4⁺ T细胞群体，限制过度免疫激活同时保留保护性免疫。另一个重要进展是鉴定上皮MHC-II作为上皮内CD4⁺ 淋巴细胞（IEL）的调节因子，SFB诱导的上皮MHC-II促进细菌特异性CD4⁺ IEL分化和维持，将微生物定植与上皮免疫适应偶联。除了IEL，上皮MHC-II还调节固有层内CD4⁺ T细胞应答，独立于专职APC调节细菌反应性常规CD4⁺ T细胞，校准局部T细胞应答的幅度和质量，限制过度炎症同时保留抗原特异性免疫。上皮抗原呈递影响T细胞行为的机制仍不完全清楚，IEC一般表达较低水平经典共刺激分子，提示抗原呈递结果严重依赖周围细胞因子环境和应答淋巴细胞活化状态。稳态下，上皮呈递腔抗原可能有利于通过维持调节性或低反应T细胞状态诱导免疫耐受；而炎症期间，MHC-II增加与炎症细胞因子共同可能强化效应T细胞活化和抗微生物免疫。上皮MHC-II的另一个新兴功能是调节上皮稳态本身，缺失上皮MHC-II小鼠显示微生物定植后上皮更新改变，且肠道干细胞表达MHC-II提示免疫衍生信号可能通过抗原依赖相互作用直接影响干细胞功能。在肠道感染期间，上皮MHC-II功能尤其重要，感染通过细胞因子依赖机制急剧增加上皮MHC-II表达，促进局部CD4⁺ T细胞应答同时保留上皮屏障完整性。近期工作进一步证明通过微生物群衍生乙酸盐的饮食调控上皮MHC-II增强对艰难梭菌感染的抵抗，将营养状态、微生物代谢和上皮抗原呈递联系在统一保护途径中。尽管有这些进展，上皮MHC-II的精确作用仍未完全明确，可能因解剖位置和疾病背景而异。在急性感染中，增强的上皮抗原呈递可能放大保护性免疫并促进组织修复；而慢性炎症期间持续IFNγ产生可能维持高上皮MHC-II表达，潜在维持与活化T细胞的致病性相互作用。总之，上皮MHC-II是局部适应性免疫的调节者，其功能具有高度背景依赖性，在稳态下促进免疫耐受和屏障维持，在感染中贡献抗微生物防御，在慢性炎症中可能放大致病T细胞相互作用。

肠道疾病中的上皮MHC-II

对IEC主动调节局部CD4⁺ T细胞应答的认识深刻改变了我们对肠道疾病中上皮功能障碍的理解。传统上，炎症期间观察到的上皮MHC-II表达被视为IFNγ暴露的次要后果，主要作为免疫激活的组织学标记。然而，积累的实验证据表明上皮抗原呈递不仅仅是旁观者现象，还能通过塑造组织特异性免疫应答主动影响疾病进展。上皮MHC-II的生物学后果取决于炎症刺激性质、应答免疫群体和肠道黏膜区域组织，应被视为疾病的环境依赖性调节因子而非固有保护或致病途径。