JAK1是人體內的一種重要蛋白質，支持細胞通訊并控制免疫系統。控制JAK1的活性對某些癌癥及類風濕性關節炎等疾病的治療很重要。目前，美國FDA批準了多種JAK1抑制劑用于治療濕疹，但沒有一種抑制劑獲批用于哮喘，而且多種吸入性JAK1抑制劑在臨床試驗中均以失敗告終。由此可見，人們需要深入了解JAK信號傳導在各個器官中的組織特異性作用。

II型細胞因子主要依賴下游的JAK1信號傳導來促進過敏性炎癥。然而，目前對JAK抑制的了解大多來自于造血系統。JAK1信號傳導在基質細胞（如上皮細胞和成纖維細胞）中發揮何種作用，人們的了解還很有限。深入了解JAK1信號傳導在組織和細胞中的特異性作用，才能更好地治療哮喘等過敏性疾病。

近日，西奈山伊坎醫學院的研究人員利用小鼠模型揭示了迷走感覺神經元中的JAK1在調節神經肽表達和神經炎癥中的作用，而這種作用以前未被發現。這項研究成果于2024年1月4日發表在《Cell》雜志上，有望幫助人們進一步優化治療性JAK抑制劑，從而在未來加強精準醫療。

圖片來源：《Cell》
（https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.11.027）

研究材料與方法
在這項研究中，研究人員使用了多個小鼠模型，包括C57BL/6野生型小鼠、適應性淋巴細胞缺陷的Rag1^-/-小鼠等。其中，JAK1^GoF小鼠和Jak1^{STOPflox-JAK1 GoF}小鼠由賽業生物構建。他們通過鼻腔注射鏈格孢菌誘導了過敏性肺部炎癥，并通過組織病理學評估肺部的病理變化。他們還分析了迷走神經元中多種神經肽的表達，以及它們如何受JAK1的影響。

技術路線
01 構建JAK1^GoF小鼠，用人類JAK1 GoF突變取代小鼠Jak1基因
02 開展氣道過敏原挑戰實驗，發現JAK1^GoF可抑制過敏原誘導的肺部炎癥
03 通過一系列實驗證實迷走感覺神經元中的Jak1表達是肺部免疫穩態所必需的
04 JAK1調節神經肽CGRPβ的水平，而CGRPβ可抑制ILC2功能和過敏性肺部炎癥
05 將人類JAK1 GoF插入感覺神經元可抑制小鼠的過敏性肺部炎癥

研究結果
1 JAK1 GoF突變不會導致肺部的自發性過敏性炎癥
2017年，不列顛哥倫比亞大學的Stuart Turvey首次報告了攜帶生殖系JAK1功能獲得突變（GoF）的患者，Turvey教授也是本文的作者之一。這些患者表現出多種過敏性疾病，包括濕疹、哮喘和嚴重的嗜酸性粒細胞增多。于是，研究人員對兩名患者的臨床癥狀進行了仔細檢查。他們發現，這兩名患者出現濕疹的時間明顯早于哮喘，而且濕疹普遍比哮喘更嚴重，這表明JAK1在多個組織中的激活會導致不同的組織特異性結果。

為了研究JAK1的組織特異性影響，研究人員委托賽業生物構建了一個小鼠品系（JAK1^GoF），其中小鼠Jak1基因被人類JAK1 GoF突變所取代。他們發現，JAK1^GoF小鼠在出生后不久就會出現濕疹的癥狀，而對照組小鼠沒有。令人驚訝的是，與皮膚狀態不同，JAK1^GoF小鼠的肺部與對照組小鼠相比并沒有出現明顯的炎癥病變。基于此，他們提出一種假設，即肺部對JAK1介導的炎癥具有抵抗力，而皮膚卻沒有。

2 基質中的JAK1^GoF可抑制過敏原誘導的肺部炎癥
接下來，研究人員開展了氣道過敏原挑戰實驗，看看是否會引起炎癥反應增強。他們用哮喘相關的真菌過敏原鏈格孢菌（Alternaria alternata）對JAK1^GoF小鼠和對照小鼠進行了鼻腔處理。組織病理學分析表明，與對照組相比，JAK1^GoF小鼠的肺部病理變化增強，表現為過敏原刺激后的氣道重塑、炎癥浸潤、杯狀細胞增生和粘液分泌增加。這些結果表明，盡管JAK1全面激活不會導致肺部的自發性過敏性炎癥，但過敏原的刺激會使JAK1^GoF小鼠更容易出現某些過敏性病理特征。

考慮到肺部在穩態時對JAK1介導的炎癥有抵抗力，研究人員假設肺部基質中的JAK1激活可能會賦予組織特異性的抵抗力。為了驗證這一點，他們將野生型小鼠的骨髓轉移至野生型小鼠和JAK1^GoF小鼠體內，生成了骨髓嵌合體小鼠（WT→WT和WT→JAK1^GoF）（圖1）。與WT→WT小鼠相比，WT→JAK1^GoF小鼠在過敏原刺激時的肺部病理變化明顯減少，II型固有淋巴細胞（ILC2）和嗜酸性粒細胞的頻率也顯著下降。令人驚訝的是，RNA測序數據的KEGG通路分析表明，WT→JAK1^GoF小鼠中哮喘和炎癥相關通路的表達明顯受到抑制。這些意外的結果表明JAK1^GoF的基質表達賦予了小鼠對肺部炎癥的抵抗力。
 

圖1 JAK1^GoF的基質表達對過敏性肺部炎癥具有保護作用[1]

3 感覺神經元中的JAK1調節肺部炎癥和神經肽水平
最近有報道稱，感覺神經元可以抑制肺部炎癥，于是研究人員假設，感覺神經元通過JAK1信號傳導介導了一個關鍵的調控回路。他們利用TRPV1激動劑樹脂毒素（resiniferatoxin）來處理表達TRPV1的神經元，以去除神經支配。在皮下注射樹脂毒素后，小鼠喪失了痛覺。令人驚訝的是，在去除神經支配后，小鼠支氣管周圍和血管周圍的炎癥浸潤、杯狀細胞增生和粘液分泌增加，且ILC2和嗜酸性粒細胞的頻率也顯著升高。在進一步分析后，他們發現迷走感覺神經元對過敏性肺部炎癥起著關鍵的抑制作用。

通過分析迷走神經節（VG）的單細胞RNA測序數據集，研究人員發現大多數Nav1.8⁺感覺神經元都表達Jak1。于是他們假設，迷走感覺神經元中的Jak1表達可能是肺部免疫穩態所必需的。為了驗證這一點，他們使用了條件性敲除Jak1的小鼠（Jak1^Δneuron小鼠）。在過敏原挑戰后，Jak1^Δneuron小鼠的所有炎癥參數都顯著增強，表明Nav1.8⁺感覺神經元中的JAK1信號傳導調節了小鼠肺部的過敏性炎癥（圖2）。同時，蛋白酶過敏原（木瓜蛋白酶）誘導的另一過敏性炎癥小鼠模型也證實了這些結果。

越來越多的證據表明，感覺神經元釋放神經肽來調節多個屏障表面的炎癥反應。那么，JAK1也許能控制神經肽的表達以調節組織中的神經炎癥。在篩選了多個與神經炎癥有關的神經肽后，他們發現在迷走神經節中，JAK1可以調節包括Calcb在內的多種神經肽的表達（圖2），Calcb編碼降鈣素基因相關肽β（CGRPβ）。考慮到JAK1改變細胞程序的能力在很大程度上取決于STAT蛋白的下游磷酸化，而計算機分析預測CALCB是STAT6的轉錄靶點，他們推測CGRPβ可能是受JAK1控制的一種關鍵的調節性神經肽。
 

圖2 感覺神經元中Jak1的破壞加劇了過敏性肺部炎癥，并改變了神經肽的表達水平^[1]

4 CGRPβ抑制ILC2功能和過敏性肺部炎癥
ILC2是過敏性肺部炎癥的重要驅動因素，但CGRPβ在這方面的作用還不大清楚。通過體外實驗，研究人員發現CGRPβ可有效抑制ILC2產生IL-5和IL-13。之后他們利用Rag1^-/-小鼠來評估CGRPβ是否能夠抑制體內ILC2反應和過敏性肺部炎癥。在鼻過敏原挑戰后，Rag1^-/-小鼠出現了明顯的ILC2和嗜酸性粒細胞反應，但經CGRPβ處理的小鼠表現出免疫細胞反應減弱和組織炎癥減弱，但CGRPβ受體拮抗劑的處理會導致過敏性肺部炎癥加重。這些結果顯示，CGRPβ能夠抑制ILC2的功能和過敏性肺部炎癥。

5 將人類JAK1 GoF插入感覺神經元可抑制過敏性肺部炎癥
最后，研究人員試圖測試將人類JAK1 GoF特異性遞送到肺部神經元是否能抑制過敏性炎癥。他們將表達人類JAK1 GoF變異的逆向腺相關病毒導入小鼠體內，并讓它們接受氣道過敏原挑戰。他們發現，小鼠的迷走感覺神經元感染了AAV，并且能有效抑制過敏性肺部炎癥。將相同的人類JAK1 GoF變異插入小鼠的感覺神經元中，效果也相似，過敏性肺部炎癥得到了有效抑制。這些結果表明，JAK1可調節感覺神經元中的CGRPβ，并促進肺部的免疫穩態。

研究結論

這項研究表明，盡管淋巴細胞中的JAK1激活具有廣泛的促炎作用，但感覺神經系統中的JAK1激活卻具有之前未發現的免疫調節作用。這一觀察結果或許可以解釋為什么JAK1抑制劑在治療濕疹上非常成功，但在治療哮喘方面卻沒有取得進展。文章還指出，了解各種神經肽如何調節皮膚、肺部和腸道的炎癥是神經免疫性的一個新興領域。未來，有可能通過感覺神經調控來治療各種炎癥、傳染、代謝甚至是惡性疾病。

原文檢索：
[1]Tamari M, Del Bel KL, Ver Heul AM, et al. Sensory neurons promote immune homeostasis in the lung. Cell. 2024 Jan 4;187(1):44-61.e17. https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.11.027