随着年龄的增长，全身免疫功能的退化被称为免疫衰老(immune-senescence)，最终导致疫苗接种反应差、持续的低级别炎症和感染敏感性的增加。近几年来，我国人群的老龄化趋势日趋加剧，因此研究衰老进程中的免疫系统功能变化意义重大。肠道作为一个具有多种免疫细胞类型的复杂器官系统，在衰老过程中表现出稳态失调和功能衰退，但其机制尚不完全清楚。第3组先天性淋巴细胞（Group 3 innate lymphoid cells,ILC3s）构成异质细胞群，参与胞外菌防御，并对调节肠道微环境的免疫耐受至关重要，而ILC3s功能失调可能会导致肠道粘膜相关组织炎症性疾病甚至癌症的发展。肠道ILC3s通过产生白细胞介素-22（IL-22）和IL-17A，保护机体免受共生菌群损害，维持上皮屏障完整性。在肠道动态平衡过程中，ILC3s分泌的IL-22能够促进组织修复，把共生菌群限制在肠腔和肠道上皮表面，形成重要的免疫屏障。此外，ILC3s可参与调节肠道中调节性T细胞（Treg）的启动和免疫耐受。因此，探索肠道ILC3s在衰老过程中的稳态和功能变化对改善晚年健康具有重要意义。表观遗传失调是衰老和衰老相关疾病中观察到的细胞功能退化的重要机制。因此，深入探究肠道ILC3s在衰老过程中的具体表现及潜在调控机制，将为治疗衰老引起的肠道相关疾病指明方向。 

在这项最新研究中，研究人员通过聚焦肠道稳态发现老龄小鼠肠道中ILC3s内部亚群显著失调，主要表现为老龄小鼠肠道CCR6+ ILC3亚群减少，尤其是CCR6+CD4+ ILC3s显著减少，而NKp46+ ILC3s增加。值得注意的是，在老龄小鼠中ILC3s的稳态失衡也伴随着功能衰退，这些细胞分泌IL-22和IL-17A的能力减弱，在小鼠细菌和真菌感染模型中限制了宿主的抗感染能力，导致老龄小鼠肠道炎症病理表现严重。进一步通过不同年龄小鼠骨髓嵌合体实验发现，CCR6+ ILC3s稳态的维持是由细胞内源性机制调节，而NKp46+ ILC3亚群则受到肠道微环境中信号通路或代谢改变的影响，这可能与该细胞集群表现出的高度表型和功能可塑性相关。

示意图：表观调控因子Cxxc1在衰老过程中维持肠道3型固有淋巴细胞稳态和功能的机制研究

根据研究报道，衰老的特征主要包括细胞间通讯改变、干细胞耗竭、端粒磨损、细胞衰老、基因组不稳定性和表观遗传失调等。其中，表观遗传失调是衰老和衰老相关疾病中观察到的细胞功能退化的重要机制。通过单细胞组学数据分析发现，与年轻小鼠相比，老龄小鼠肠道CCR6+ ILC3s除关键功能基因表达下调外，与H3K4三甲基化修饰相关的蛋白尤其是Cxxc1表达降低，提示H3K4me3修饰参与了该亚群的衰老进程。CXXC锌指蛋白1（CXXC finger protein 1, Cxxc1）在2000年被发现，由Cxxc1基因编码，是H3K4甲基转移酶Sted1的一个重要保守亚基。Cxxc1包含两个重要的功能域，能够将H3K4甲基化酶Setd1募集到大多数CpG岛。鉴于未甲基化的CpG岛通常代表着基因的转录处于活跃状态，因此Cxxc1的功能通常被认为与转录激活相关。通过构建和分析Cxxc1^f/f Rorc^cre小鼠，研究人员在年轻小鼠中重现了与老龄小鼠类似的衰老表型，包括ILC3s的稳态失衡及功能衰退。scRNA-seq的综合分析显示，Cxxc1^f/f Rorc^cre小鼠和老龄小鼠中肠道ILC3s的转录组景观展示出极大的相似性。

CUT&Tag分析显示，Cxxc1缺陷的CCR6+ ILC3s中，H3K4me3修饰水平降低的区域与全基因组范围内Cxxc1结合位点高度重叠。在Cxxc1^f/f Rorc^cre小鼠CCR6+ ILC3s和DN ILC3s亚群中，启动子区域H3K4me3的富集明显降低，而在NKp46+ ILC3s亚群中，H3K4me3的富集程度无显著变化。综合分析发现了一个潜在的Cxxc1靶点，Krüppel样因子4（Klf4）。Klf4是一种进化上保守的含锌指结构的转录因子，能够调节多种细胞生物学过程，如细胞生长、增殖和分化，并在干细胞的多能性中起关键作用。作者推测Klf4可能是Cxxc1在CCR6+ ILC3s老龄化过程中发挥作用的潜在靶点。过表达Klf4能够部分恢复老龄小鼠和Cxxc1敲除鼠的肠道CCR6+ ILC3s的分化和功能缺陷。因此，这些数据强调了表观遗传调控对衰老过程中先天性淋巴细胞稳态和功能的影响，并表明靶向肠道内的ILC3s可能为改善年龄相关感染提供新的策略。

综上所述，该文章强调了Cxxc1维持的H3K4me3对衰老过程中先天性淋巴细胞稳态和功能的影响，并表明靶向肠道ILC3s可能为增强肠道老龄化过程中ILC3s抵抗病原微生物感染和维持黏膜组织稳态作用提供新策略，从而有望改善由衰老引起的肠道相关疾病。

浙江大学基础医学院免疫研究所博士生沈鑫、浙江大学爱丁堡大学联合学院博士生高先志、美国MD安德森癌症研究中心的博士生罗伊凯为该论文的共同第一作者；浙江大学基础医学院免疫研究所的汪洌教授、美国MD安德森癌症研究中心的梁晗教授、美国NIH国家癌症研究所的吴船教授为该论文的共同通讯作者。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s43587-023-00453-7