皮膚防禦的最佳拍檔：樹突細胞與傷害受器的合作機制

皮膚作為身體的免疫屏障，分佈著眾多免疫細胞，如樹突細胞（dendritic cells ），它們如同守衛城牆的哨兵，透過分泌細胞激素和調節局部發炎反應來清除病原體，在後天免疫中扮演重要角色。此外，皮膚由豐富的感覺神經支配，因此也充當身體與環境之間的感覺介面。當皮膚受損時，意味著免疫屏障遭受破壞。此時，分布於皮膚的傷害受器（nociceptor）[註1]便會發出警報，傳遞癢或疼痛的訊號，讓我們立即意識到潛在的危險。然而，傷害受器不僅僅是傳遞感覺的機器，2023 年發表於 Science 的研究揭示了屏障組織的特別聯盟：樹突細胞與傷害受器之間展開一場合作，宛如兩位守護者在皮膚戰場上並肩作戰，共同抵禦外來威脅 [1]。

乾癬是一種慢性免疫疾病，儘管過去對乾癬的致病機制研究主要集中在免疫學上，但臨床病例報告指出，神經損傷的乾癬患者在受損神經支配處的皮膚乾癬症狀得到改善，甚至有部分患者的乾癬可完全緩解，但神經損傷康復後，乾癬卻會復發[2]。美國哈佛大學免疫學教授 Ulrich von Andrian 的團隊對此現象深感興趣，該團隊於 2014 年首次提出關於此現象的重要發現：樹突細胞與傷害受器的交互作用調控了乾癬的發炎反應 [3]。然而，兩種細胞間確切的互動機制仍懸而未解，因此該團隊針對此問題進行深入研究。

由於 2014 年的研究是在活體動物進行實驗，尚無法釐清樹突細胞和傷害受器是直接產生交互作用，抑或兩者間需透過中間媒介傳遞訊息，研究團隊便發展了一個將樹突細胞與傷害受器共同培養的系統，並將樹突細胞處理一種會誘發小鼠出現類乾癬發炎症狀的藥物 imiquimod（IMQ），藉此誘導樹突細胞產生促發炎細胞激素。實驗結果顯示，在不需要其他細胞、僅傷害受器的存在即可增強樹突細胞中促發炎細胞激素的含量（圖一A-B）。此外，使用過濾膜阻隔樹突細胞與傷害受器直接的物理性接觸時，樹突細胞產生的細胞激素含量與樹突細胞單獨培養時相似（圖一C），此結果表示，傷害受器藉由緊密的物理接觸增強樹突細胞的細胞激素反應。團隊進一步使用穿透式電子顯微鏡觀察到兩種細胞的細胞膜緊密並列（圖一D），並在活細胞成像中觀察到兩種細胞進行緊密且高度動態的物理交互作用（圖一E）。

圖一、傷害受器以緊密接觸方式增強樹突細胞對刺激產生的細胞激素反應樹突細胞單獨培養或與傷害接受器共同培養，並用促發炎刺激物 IMQ 後，測量上清液中的細胞激素（A）介白素 12 p40 （IL-12 p40，p40 為次單位）（B）介白素 6 （IL-6）（C）樹突細胞在單獨培養或與傷害受器共同培養，允許或使用 Transwell 過濾膜阻止細胞之間的直接物理接觸下的細胞激素含量。（D）穿透式電子顯微鏡觀察樹突細胞（DC）與傷害受器（axon）（E）活細胞成像觀察樹突細胞（綠色）與傷害受器（紅色）的交互作用。圖片來源：https://doi.org/10.1126/science.abm5658

鑒於體外模式中觀察到傷害受器與樹突細胞間物理接觸的重要性，研究團隊進一步探討了傷害受器是否透過趨化因子的產生，吸引樹突細胞靠近。實驗結果顯示，兩種亞型的樹突細胞均會向傷害受器條件培養液遷移。團隊進一步鑑定出傷害受器條件培養液中含有數種趨化因子，其中以趨化因子 2（chemokine ligand 2，CCL2）和趨化蛋白（chemerin）的含量最為豐富。去除正常小鼠之傷害受器條件培養液的 CCL2 顯著降低了樹突細胞的遷移。此外，樹突細胞對 Ccl2 基因剔除鼠的傷害受器條件培養液展現明顯弱化的遷移能力（圖二），這表示 CCL2 是傷害受器分泌的主要樹突細胞趨化因子，傷害受器可藉由 CCL2 調節樹突細胞的遷移行為與在組織的滯留時間。

圖二、傷害接受器透過分泌 CCL2 吸引樹突細胞靠近兩種亞型的樹突細胞分別處理不同濃度的控制組培養液（藍柱）、正常小鼠傷害受器條件培養液（紅柱）、Ccl2 基因剔除鼠的傷害受器條件培養液（黃柱）後的細胞遷移能力。圖片來源：https://doi.org/10.1126/science.abm5658

圖三、傷害受器接受刺激，進而引發鈣離子流入樹突細胞（A）在樹突細胞與傷害受器共同培養系統中，細胞加入鈣離子指示劑的影像。左圖為加入辣椒素前的狀態，右圖為加入辣椒素後的狀態。下方量化圖顯示樹突細胞和近端軸突（箭頭所示）的代表性鈣離子曲線。右上圖偽色表顯示鈣離子訊號強度（B）左圖顯示了有反應（綠色）、模糊（黃色）和無反應（紅色）的樹突細胞的鈣離子曲線代表圖，直條圖顯示了有反應的細胞比例，右圖顯示每個細胞鈣離子反應的量化結果。圖片來源：https://doi.org/10.1126/science.abm5658

接著，研究團隊使用鈣離子成像探討傷害刺激如何引發樹突細胞和傷害受器活化的機制。當在共同培養系統中處理辣椒素（capsaicin）時，傷害受器與樹突細胞的細胞內鈣離子均快速增加，但辣椒素卻無法引起單獨培養的樹突細胞產生鈣離子流入（圖三），此項結果指出辣椒素刺激引發的細胞去極化是藉由傷害受器活化所致，而非樹突細胞。

接著，研究團隊進行了單細胞 RNA 定序（single-cell RNA sequencing），發現傷害受器會引發所有樹突細胞中促發炎細胞激素編碼基因的上調。其中一種具代表性的促發炎細胞激素是介白素 1β（interleukin 1β，IL-1β）。IL-1β 是其前驅蛋白 pro-IL-1β 經切割後釋出的細胞激素，因此在甫合成時是以 pro-IL-1β 的形式存在細胞中。

研究團隊發現，無論是直接接觸傷害受器，或在物理性阻隔下進行共同培養（圖四A），甚至使用傷害受器條件培養液單獨培養樹突細胞（圖四B），均能測得樹突細胞中 pro-IL-1β 表現量的上升。這表示樹突細胞表現促發炎細胞激素的型態，亦稱前哨表型（sentinel phenotype）[註2]，可能不需直接與傷害接受器進行物理接觸，而是透過傷害受器釋放的物質所致。傷害受器條件培養液中含有一種神經胜肽，稱為降鈣素基因相關胜肽（calcitonin gene-related peptide，CGRP）。在辣椒素刺激下，會促進傷害受器釋出CGRP。而在傷害受器條件培養液中加入 CGRP 受體拮抗劑 olcegepant，則會降低樹突細胞中的 pro-IL-1β 表現量（圖四B），表示傷害受器透過 CGRP，增強樹突細胞的前哨功能。

圖四、傷害受器透過釋出 CGRP 誘導前哨表型的樹突細胞（A）兩種亞型的樹突細胞在單獨培養、與傷害受器接觸或物理隔離傷害受器共同培養，測得樹突細胞中促發炎細胞激素前趨蛋白pro-IL-1β表現量。（B）CGRP受體拮抗劑可抑制傷害受器條件培養液引發樹突細胞之 pro-IL-1β 表現量上升。圖片來源：https://doi.org/10.1126/science.abm5658

綜合而言，本篇研究探討了樹突細胞與傷害受器如何形成神經免疫單元。傷害受器透過至少三種模式與樹突細胞進行交互作用。首先，活化的樹突細胞與發送訊號的傷害受器接觸，使得電生理活性改變。其次，CCL2 的釋放吸引樹突細胞遷移，調節它們在屏障組織中的停留時間。第三，傷害受器釋出 CGRP，改變樹突細胞的基因轉錄，並增強其前哨功能。此項神經免疫單元結合了傷害受器快速感知有害刺激及傳遞訊號的特性，以及樹突細胞調節先天與後天免疫反應的能力，雙重特性結合下使得神經免疫單元成為身體的高級預警系統。特別是在屏障組織中，樹突細胞在傷害受器的調控下，能夠在感知到病原體引發疼痛感覺時，精細調節後天免疫反應，藉此有效應對病原體入侵。

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註1：傷害受器（nociceptor）是一種負責接受與傳導傷害及疼痛刺激的感覺神經元。

註2：前哨（sentinel）表型指免疫前哨細胞的表現特性，此類細胞包含樹突細胞、巨噬細胞、嗜中性球等，能夠透過數十種不同的感測器感知不同的免疫威脅，並以多種不同的方式做出反應，以調節細胞內在防禦、局部免疫反應或全身免疫活化。免疫前哨細胞透過細胞激素的表達，可產生全身性發炎來調節後天免疫反應，從而增加抗原呈現、後天免疫細胞的產生、選擇、成熟和招募。

Main Article:

Hanč, P., Gonzalez, R. J., Mazo, I. B., Wang, Y., Lambert, T., Ortiz, G., Miller, E. W., & von Andrian, U. H. (2023). Multimodal control of dendritic cell functions by nociceptors. Science (New York, N.Y.), 379(6639), eabm5658. https://doi.org/10.1126/science.abm5658

參考文獻

Hanč, P., Gonzalez, R. J., Mazo, I. B., Wang, Y., Lambert, T., Ortiz, G., Miller, E. W., & von Andrian, U. H. (2023). Multimodal control of dendritic cell functions by nociceptors. Science (New York, N.Y.), 379(6639), eabm5658. https://doi.org/10.1126/science.abm5658
Zhu, T. H., Nakamura, M., Farahnik, B., Abrouk, M., Lee, K., Singh, R., Gevorgyan, A., Koo, J., & Bhutani, T. (2016). The Role of the Nervous System in the Pathophysiology of Psoriasis: A Review of Cases of Psoriasis Remission or Improvement Following Denervation Injury. American journal of clinical dermatology, 17(3), 257–263. https://doi.org/10.1007/s40257-016-0183-7
Riol-Blanco, L., Ordovas-Montanes, J., Perro, M., Naval, E., Thiriot, A., Alvarez, D., Paust, S., Wood, J. N., & von Andrian, U. H. (2014). Nociceptive sensory neurons drive interleukin-23-mediated psoriasiform skin inflammation. Nature, 510(7503), 157–161. https://doi.org/10.1038/nature13199