先天性淋巴细胞（innate lymphoid cell, ILC）家族由自然杀伤（NK）细胞、ILC1、ILC2和ILC3组成，它们参与对病毒、细菌、寄生生物和转化细胞的免疫应答。ILC1、ILC2和ILC3亚群主要是组织驻留型，并深深“烙印”在驻留器官上。它们表现出多种效应，驱动看似矛盾的反应，比如组织修复，或者对过敏原的免疫病理学和促进肿瘤的发生。尽管如此，现在仍有少量研究表明，非NK ILC可能不是绝对致瘤性的，并且有可能被用来驱动抗肿瘤反应。在此，研究人员研究了ILC在癌症中的多效性行为，并为思考如何修饰ILC并将其用于免疫治疗打开了新视野。
最近，自体嵌合抗原受体（chimeric antigen receptor, CAR）T细胞被开发用于治疗白血病和淋巴瘤。尽管基于免疫检查点抑制剂和CAR-T细胞的第一波癌症免疫疗法取得了前所未有的成功，但许多人未能从此类疗法中获益。因此，有必要扩大下一代癌症免疫肿瘤学治疗。
在形成我们对免疫保护和免疫监视的理解方面，先天免疫系统和适应性免疫系统之间的区别至关重要。在过去20年里，免疫疗法彻底改变了癌症治疗。它将我们的治疗策略重点放在利用人体自身的免疫系统上，并通过利用控制白细胞分子连接的途径和进化选择的机制来消除肿瘤细胞。T细胞是第一个作为免疫治疗靶点的免疫细胞。靶向特定受体并作为免疫检查点抑制剂的单克隆抗体，随后被设计成专门针对这些免疫系统“刹车”，以恢复强大和长期的抗肿瘤免疫。最近，自体嵌合抗原受体（chimeric antigen receptor, CAR）T细胞被开发用于治疗白血病和淋巴瘤。尽管基于免疫检查点抑制剂和CAR-T细胞的第一波癌症免疫疗法取得了前所未有的成功，但许多人未能从此类疗法中获益。因此，有必要扩大下一代癌症免疫肿瘤学治疗。沿着这条路线，T细胞对抗癌症的核心作用不应掩盖T细胞不是自主的这一事实。它们本质上依赖于来自其他细胞（如先天细胞）的快速信号传递来引导它们的反应。因此，如果我们要在根除癌症和免疫治疗方面取得成功，开发并有效利用先天系统和适应性系统可能是克服治疗效果不足的关键。
先天性淋巴细胞亚群
ILC是一种淋巴细胞，不表达抗原特异性受体，但通过产生细胞因子和分泌蛋白对感染或损伤作出反应，从而在攻击前线引导和增强免疫反应。它们形成五个不同的亚群，包括NK细胞和淋巴组织诱导（lymphoid-tissue inducer, LTi）细胞以及ILC1、ILC2和ILC3。虽然ILC具有迁移能力，但ILC1-ILC3主要驻留于组织内。
ILC1和NK细胞有几个共同特征，包括它们表达转录因子T-bet（由TBX21编码）、天然细胞毒性受体NKp46和分泌干扰素-γ（IFN-γ）的能力。虽然NK细胞因其在免疫监视中的作用而被广泛认可，但ILC1的分化显著，如其较弱的细胞毒性活性所示。ILC2是一个相对同质的群体，在大多数成体组织中形成稳定而持久的细胞群。它们的发育和维持依赖于转录因子GATA3，并且是2型细胞因子（如IL-5和IL-13）的构成来源，这些细胞因子是通过对IL-33、IL-25、TSLP或IL-18的应答而分泌的，具体取决于组织。所有ILC3都依赖于转录因子RORγt（由RORC编码），但根据其在小鼠和人类中表达的自然细胞毒性受体（natural cytotoxicity receptor, NCR）NKp46或在人类中表达的NKp44，将其分为更复杂的亚群。辅助性ILC3可分为NCR-和NCR+ILC3两个主要亚群。相比之下，LTi细胞被认为是ILC3的一个独特谱系，因为它们的发育不依赖于转录因子早幼粒细胞白血病锌指（promyelocytic leukemia zinc finger, PLZF）。该亚群在胚胎发生过程中启动次级淋巴结（lymph node, LN）和派尔斑的形成，LTi细胞的缺失与LN形成的缺失有关。尽管如此，LTi细胞和NCR-ILC3表现出高度相似的转录组，在亚群之间只有极少量的差异表达基因。NCR+ ILC3通过Notch2依赖性信号传导和T-bet的上调从NCR-ILC3细胞中产生。在成熟期，ILC3和LTi细胞组成性分泌IL-22。IL-22作用于粘膜上皮，诱导产生抗菌肽和表达紧密连接，并改善营养吸收。IL-22通过促进有益共生细菌在肠道定植以预防肠道炎症。
ILC在肿瘤微环境中的募集
募集免疫细胞进入肿瘤对于抑制肿瘤生长和有效清除癌细胞至关重要。免疫细胞从血液或淋巴向组织的运输受到无数趋化因子表达的精细控制，这些趋化因子形成局部梯度，引导进入组织。然后，组织中的定位和保留取决于整合素与选择素的组合，它们的表达通常由炎症信号调节。
ILC最初被鉴定为“组织驻留细胞”，但后来的证据表明，ILC与其他免疫细胞一样，在炎症条件下有能力在器官内和器官之间迁移。与T细胞或NK细胞类似，ILC表达许多趋化因子受体、整合素和选择素，允许它们在体内适当流动，特别是向炎症部位迁移，在那里调节自身功能。过敏或细胞因子激发和病原体感染后观察到ILC转运。间接证据，例如与健康捐赠者相比，癌症患者循环中ILC出现频率增加，可能表明ILC流向肿瘤。事实上，已有报道患有结直肠癌和胃癌、黑色素瘤或慢性淋巴细胞白血病的患者的血液中ILC1和ILC2频率增加。这些研究表明，ILC可能从远处组织流向肿瘤，但其潜在机制仍有待于进一步了解。尽管组织中ILC扩增的机制尚不清楚，但ILC也可能通过原位增殖进行扩增。因此，肿瘤中浸润性ILC的聚集可能反映了组织内ILC的募集和局部扩增。
先天细胞在炎症和肿瘤微环境中表现出可塑性
ILC1的组织特异性使其能够适应其微环境，这一特征使得定义ILC1表型和功能特征面临挑战，并且ILC1能将其与NK细胞区分开来，尤其是在炎症和肿瘤环境中。例如，转化生长因子β（TGF-β）已被证明可以控制唾液腺ILC1的发育，TGF-β信号的缺乏与ILC1相关标记物的丢失有关，如CD49a、CD103和CD69。在富含TGF-β的肿瘤微环境中，NK细胞可以转移到ILC1样细胞中，并下调转录因子EOMES的表达。这些ILC1样细胞无法抑制纤维肉瘤的生长和转移。NK细胞和ILC1之间的这种可塑性并不局限于肿瘤环境。在寄生虫感染中，IL-12促进NK细胞转化为Eomes-ILC1样细胞（图1），在非酒精性脂肪肝中，IL-12与细胞毒性降低相关。目前尚不清楚ILC1是否能转分化为细胞毒性NK细胞。ILC1中EOMES的异位表达促进NK细胞相关标记物的上调，如CD11b或KLRG1；然而，这并不能将细胞转化为终末成熟的NK细胞。然而，在IL-1β和IL-23存在的情况下，ILC1已被证明转化为ILC3。在鳞状细胞癌患者中观察到这种可塑性，突出ILC1谱系适应局部肿瘤信号的能力。
在炎症期间，循环中很容易检测到ILC2的一个独特亚群。因此，ILC2分为两个主要亚群，稳定状态下存在于组织中的天然ILC2（nILC2）与炎症期间从血液和淋巴中动员的炎症ILC2（iILC2）。nILC2被定义为CD90hiST2+KLRG1–细胞，而iILC2的特点是CD90低表达、ST2缺失和KLRG1高表达。通过缺乏前列腺素D2受体2 CRTH2和减少CD127表达，也可以将人类中激活的循环ILC2与组织驻留的ILC2区分开来。
与NK细胞和ILC1相似，ILC2具有可塑性，可在人和小鼠体内转分化为ILC1和ILC3样细胞。iILC2优先对IL-25产生反应，后者在真菌感染后诱导RORγt和IL-17的表达。作为对IL-1β和IL-12的反应，ILC2下调GATA-3，从而降低它们产生IL-5的能力，上调T-bet及其IFN-γ的产生（图1）。这些“ex-ILC2”是在慢性炎症下形成的。Ex-ILC2发生在慢性阻塞性肺病（COPD）患者的肺部和克罗恩病患者的肠道。有趣的是，虽然IL-4可以逆转ILC2向ILC1样细胞的转化，但尚未报道ILC1向ILC2样细胞的转分化。人类ILC2可转化为表达RORγt、产生IL-17的ILC，以响应IL-1β和IL-23。ILC2转化为ILC3样细胞涉及TGF-β信号传导，它诱导ILC2上的IL-23受体表达，使其转分化为产生IL-17的细胞。鉴于TGF-β在肿瘤微环境中的作用以及在驱动ILC可塑性方面的作用，有必要详细评估其对肿瘤中ILC2转化为ILC3样细胞的影响。
当NCR+ILC3表达T-bet时，它们也可以在IL-12信号下转分化为产生IFN-γ的ILC1。NCR-和NCR+ILC3亚群之间的平衡取决于T-bet对Notch2配体信号的上调。然而，这一途径似乎也依赖TGF-β使NCR-ILC3分化为NCR+ILC3，这一点似乎至关重要。在缺乏TGF-βRII的情况下，NCR+ILC3累积，表明TGF-β信号在这些细胞的发育中起抑制作用。在细菌感染或对IL-12产生应答后，NCR+ILC3下调RORγt并转分化为产生IFN-γ的ILC1。在稳定状态下，转录因子c-MAF限制NCR+ILC3中T-bet和IFN-γ的表达，后者通常保持ILC3的一致性。在人类中，ILC3可转化为类似NK细胞的细胞，以响应IL-12和IL-15。这些ex-ILC3上调EOMES和T-bet，甚至可以获得细胞毒性活性，但通常受到芳基烃受体（aryl hydrocarbon receptor, AHR）表达的抑制，AHR通过抑制NK细胞相关基因来维持ILC3的特性。总的来说，虽然ILC被分为多个亚群，但现在很明显，ILC是高度可塑性的细胞，可以快速响应微环境信号（图1）。这一特征可能在肿瘤微环境中形成ILC的表型和功能方面发挥关键作用。有趣的是，除了LTi，所有ILC亚群都可以具有ILC1或获得类似ILC1的特征。相比之下，迄今为止尚未报道ILC1转分化为NK或ILC2，表明ILC亚群的可塑性能力存在差异。
局部免疫监视与癌症-免疫平衡
人体不断受到生物（例如感染）和物理（例如辐射）威胁，可能导致细胞损伤，损害基因组完整性，增加癌症风险。为了成功地限制癌细胞生长和抑制癌症发展，建立了细胞内和细胞外的肿瘤抑制机制。当新生癌细胞逃避内在机制时，免疫系统构成了检测和消除癌细胞的最后一道屏障，阻止个体发展成临床可检测的肿瘤。抗原特异性T细胞在限制肿瘤形成中起主要作用，并通过免疫监视提供有效的防线。然而，缺乏T细胞的环境（例如，缺乏适应性免疫细胞的重组激活基因（Rag）缺陷小鼠，或缺乏适应性和先天性淋巴免疫细胞的Rag2-/-Il2gc-/-小鼠），抗体耗竭以去除宿主中的T细胞或调节抗原特异性T细胞的能力，强调其他淋巴细胞（如ILC）也必须具有通过类似免疫监视的机制限制肿瘤细胞的作用。使用小鼠联体共生模型（parabiosis，两只小鼠共享免疫细胞）对免疫细胞迁移能力的评估记录了组织驻留细胞的多样性。该实验系统揭示了组织中长期存在髓系和淋巴细胞亚群，尤其是ILC，可能使它们处于组织修复和预防感染的状态，并识别和消除新生癌细胞以控制肿瘤发展。
NK细胞可被视为CD8+T细胞的天然对应物。与杀伤性T细胞不同，它们可以检测“自身”主要组织相容性复合体（MHC）I类表达的变化和应激诱导配体的变化，使它们能够控制异常细胞，如病毒感染和转化的细胞。NK细胞特别适合识别免疫原性差的细胞。在功能上，NK细胞主要通过穿孔素和颗粒酶（图2）诱导靶细胞死亡，并配备有多种严格调控的激活和抑制受体，使其能够整合“自我”信号并消除致瘤细胞。
非NK ILC1是反派，还是仅仅被误解？
传统上，Lin-NKp46+细胞的所有免疫监视功能都归因于NK细胞，而忽略了这些细胞代表由NK细胞和非NK ILC1组成的异质群体的概念。将第1组ILC确定为包括常规NK细胞和细胞毒性较小的辅助细胞，如ILC1，这给每种细胞类型在肿瘤免疫中的作用留下了一个问题，尤其是在肝脏，这两个亚群的数量相当。使用肝脏ILC1或NK细胞缺陷的多种互补小鼠模型表明，ILC1对于控制肿瘤细胞的转移至关重要，而NK细胞限制肿瘤生长。
这些结果表明这两种细胞类型之间存在非冗余功能，并表明在局部肿瘤免疫监视中，第1组ILC内可能存在互补性。更为复杂的是，对乳腺肿瘤形成的自发小鼠模型（Polyma middle T, PyMT）的详细分析揭示了两种先天性细胞类型的存在，称为1型样先天性淋巴细胞（ILC1l）和1型先天样T细胞（ILTC1）。这些细胞类型都是NK1.1+CD49ahiGrzmb+CD103+。ILC11表达CD8，但缺乏PD-1表达，而ILTC1也表达T细胞受体。这两种细胞类型主要存在于由滞留分子CD49a和CD103连接的组织内，并随着肿瘤细胞的发育而扩增（图2）。这种表型不同于传统的NK细胞。它们的发育依赖于细胞因子IL-15，但与NK细胞不同，不需要转录因子NFIL3。早期对ILC1的描述表明，它们缺乏强大的细胞溶解活性，表现出受损的免疫监视活性，甚至导致了肝癌等肿瘤的发展。与健康捐赠者相比，黑色素瘤患者的血液和LN转移瘤富含ILC1，尽管这些ILC1在功能上受到肿瘤微环境的抑制。在未能控制疾病的个体中，在ipilimumab治疗前发现循环中ILC1的比例较高，这表明ILC1可能与预后不佳和免疫治疗反应不良有关（表1）。
第1组ILC的行为在很大程度上取决于细胞因子IL-15。众所周知，IL-15能够促进传统NK细胞的分化和激活，并形成不同的CD8+ T细胞亚群。此外，在头颈部肿瘤中，IL-15信号驱动NK细胞转化为上皮内样ILC1。这些转化的NK细胞表达CD49a和CD103以及更高水平的IFN-γ，并显示出比CD49a-NK细胞更强的抗肿瘤功能。NK细胞维持IL-15受体的表达确实对其存活和反应性以及在头颈癌中转分化为杀伤性ILC1样细胞至关重要。其他先天性免疫细胞的情况是否如此尚不清楚，但可以解释不同NK或ILC1亚群的肿瘤微环境患病率和功能的差异。
ILC2中的朋友还是敌人？
在多种癌症中，肿瘤内ILC2的存在通常与抗肿瘤反应受损和预后不良有关。产生IL-13的ILC2失调会促使单核细胞募集和分化为髓源性抑制细胞(myeloid-derived suppressor cell, MDSC) (图2)，这与急性髓系白血病、前列腺癌和膀胱癌的复发率增加和生存率低下有关。此外，ILC2可以通过促进组织修复、持续癌细胞增殖或肿瘤调节性T细胞的募集和功能来促进肿瘤生长（表1）。
相反，越来越多的证据表明，ILC2还可以通过募集树突状细胞、抗肿瘤嗜酸性粒细胞和抗原特异性CD8+T细胞来促进抗肿瘤反应。对原发性和转移性肿瘤细胞系以及体内小鼠系统的系统分析显示，ILC2通过先天免疫和适应性免疫细胞肿瘤募集和激活增强抗肿瘤反应，并确定ILC2对IL-33催化抗肿瘤反应的依赖性（图2和表1）。表达IL-33的组织在肿瘤形成过程中表现出强烈的延迟，而ILC2对于这种IL-33依赖性保护至关重要。在胰腺导管腺癌中，ILC2可浸润肿瘤并激活组织特异性免疫，包括树突状细胞和CD8+T淋巴细胞（图2）。它们放大保护性反应的能力可以通过抗PD-1阻断剂介导。类似地，在黑色素瘤中，ILC2通过产生细胞因子IL-5和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF），主导ILC肿瘤浸润并协同募集嗜酸性粒细胞（图2）。与胰腺癌一样，阻断IL-33诱导的PD-1表达以促进IL-C2的扩增，显著增强了它们抑制原发性黑色素瘤生长的能力。对人类肿瘤的分析显示，与GM-CSF表达相关的2型免疫特征基因的表达与预后结果改善之间存在强烈的相关性。
ILC3在肠粘膜之外的作用？
ILC3在肠道中特别丰富，它们参与免疫保护以抵抗感染。矛盾的是，使用结直肠癌小鼠模型进行的初步分析表明，与IL-17和IL-22产生相关的IL-C3反应失调促进了肠道炎症和肿瘤的持续进展。此外，据报道，在TGF-β信号传导后，ILC3可能转分化为分泌IL-10的调节性ILC，对疾病结果产生负面影响（图2）。肿瘤浸润性ILC3还可以转分化为ILC1样细胞，在人类中显示细胞毒性活性，并在小鼠模型中抑制黑色素瘤生长，这表明ILC3可能在某些情况下促进抗肿瘤保护并积极影响治疗结果（图2和表1）。
虽然ILC3在肠道肿瘤发生和治疗反应中的作用开始显现，但它们在其他组织的肿瘤发展和治疗结果中的影响在很大程度上尚不清楚。目前的理解仅限于胰腺癌、肝细胞癌和乳腺癌的零星研究，ILC3已被证明可促进这些肿瘤的发展和转移。在这些RORγt表达的ILC中，关于LTi细胞的功能及其对癌症预后的影响知之甚少。尽管它们在胚胎发生过程中对次级淋巴组织的生成至关重要，因此有可能将它们确定为肿瘤中三级淋巴结构形成的关键驱动因素，这与改善预后有关。例如，在肺癌中，肿瘤病变中NKp44+ ILC3的积累与三级淋巴结构的密度相关，可能有助于改善疾病的预后。这些结果为通过特异性靶向增强抗肿瘤免疫反应和改善临床结果来放大LTi细胞功能提供了理论依据。
癌症中ILC保护与损害的悖论反映了一个对微环境做出反应的关键适应计划
在理解ILC在肿瘤反应中的作用时，一个主要的混杂因素是不同的临床结果。多种因素促成了当前情况的发展，包括：（1）ILC采样通常是一个快照（snapshot），发生在疾病发展的后期；（2）ILC表现出显著的可塑性，允许它们对重塑其表面表型但增加反应复杂性的外部因素作出反应；（3）ILC的一个主要作用是维持免疫稳态，可能涉及组织修复之外的未被认识的免疫监视机制。因此，ILC暂时改变其表型和功能的能力使其能够适应肿瘤微环境（即肿瘤类型、疾病阶段和炎症环境），并可能对ILC介导的癌症反应产生深远影响。
ILC维持免疫稳态。这取决于面对炎症时效应器反应的产生和驱动组织修复和重塑的能力之间的平衡。受到损害后炎症使组织恢复正常。不受控制的炎症会导致组织结构和行为的急性或慢性破坏，可能通过血管新生和细胞基因组不稳定性的诱导而导致肿瘤发生。ILC与多种炎症性疾病有关，包括哮喘、炎症性肠病、克罗恩病和银屑病以及系统性和自身免疫性疾病。它们广泛分布于全身，这使它们能够对组织中发生的损伤做出反应。在小鼠中，ILC亚群在不同组织中的富集程度不同；在人类身上，解剖学上区域划分远没有那么明显。ILC被主动募集到炎症部位，并且可以在肿瘤发展的早期发现。ILC1在乳腺癌和胃肠道癌（包括食管癌、胃癌、结肠癌和直肠癌）、多发性骨髓瘤、黑色素瘤淋巴结转移、慢性淋巴细胞白血病和急性髓系白血病中富集。ILC2在原发性黑色素瘤病变、急性早幼粒细胞白血病、乳腺癌和非侵袭性膀胱癌中富集，并在肺癌中被激活。ILC2可以作为肿瘤浸润淋巴群成员浸润胰腺肿瘤，促进T细胞介导的抗肿瘤反应。ILC3存在于人类非小细胞肺癌（non-small-cell lung cancer, NSCLC）的淋巴浸润，以及小鼠模型和人类肿瘤的结直肠癌中。因此，早期、轻度和晚期炎症会激活ILC的募集途径，并影响其表型、功能和疾病结局。
结论
在过去十年里，有关ILC的知识激增，揭示了它们在疾病的保护性和非保护性作用中的意外贡献，起初是在炎症中，最近是在癌症中。对于癌症，ILC在肿瘤微环境中的作用还有很多需要了解的。关于不同ILC亚群的身份以及它们在肿瘤微环境中可能在体内表现出的效应器功能类型仍存在争议。然而，一些问题开始得到解答。包括：
1.ILC在肿瘤中聚集吗？目前很清楚，肿瘤中存在白细胞，但它们是起源于骨髓祖细胞还是原位生长，或者它们随时间持续的程度仍有待解决。类似地，尽管死亡细胞释放的因子（如IL-33）可能在局部激活和/或扩增中发挥关键作用，但驱动IL-C聚集或局部增殖的机制仍有待研究。
2.ILC在评估免疫治疗反应时是否具有预后或预测价值？描述ILC在抗肿瘤反应中潜在积极影响的报告不断出现，至少在某些情况下是如此。通过建模，已经证明ILC在肿瘤中有很强的相关性或预测能力。最终需要在疾病的不同阶段进行更详细的评估，以了解这些预测因子在时间上的鲁棒性，以及结果是否可能是肿瘤特异性的。此外，考虑募集到该环境中的相关细胞（如嗜酸性粒细胞）是否可以作为免疫治疗后肿瘤进展或治疗效果的“生物标记物”，也很有吸引力。
3.ILC在抗肿瘤适应性免疫反应中的作用是什么？先天免疫和适应性免疫反应是高度互补的，在肿瘤微环境中相互作用。ILC分泌细胞因子（如IL-4和IL-9）的激活可能为适应性细胞的激活和功能奠定基础，如B细胞亚型转换或CD8+T细胞激活。事实上，ILC上MHC II类、ICOS和OX-40配体的变化调控了肺和肠道中CD4+T细胞反应，表明ILC对肿瘤微环境有显著影响，并可以编排ILC与适应性细胞之间的相互作用，以决定肿瘤的命运。
4.肿瘤微环境是否会改变ILC表型和功能？疾病阶段、局部炎症程度和相关肿瘤环境如何影响ILC的功能？确切地说，这些因素如何影响ILC在肿瘤中的可塑性、表型和功能仍有待完全阐明。
虽然越来越多的例子表明ILC在肿瘤微环境中发挥着重要作用，但迫切需要更详细地了解它们在肿瘤环境中的分子编程是如何协调的，以便在我们的免疫治疗武器库中进一步利用这些独特的先天免疫细胞。
参考文献：Jacquelot N, Seillet C, Vivier E, et al. Innate lymphoid cells and cancer[J]. Nature Immunity,2022,23:371-379.