肠道上皮细胞排列在肠道内壁上，为危险的细菌（如肠道致病性大肠杆菌）创造了一道屏障，这些细菌  试图附着并消除该屏障，从而导致腹泻。 此类病原体对人类健康构成重大风险，并导致发展中国家的婴儿死亡。

发表在《免疫》杂志上的一项研究中，阿拉巴马大学伯明翰分校病理学系的 Carlene L. Zindl 博士和医学博士 Casey T. Weaver 展示了两种类型的免疫细胞如何运作 ;   一个是先天免疫系统的一部分，另一个是适应性免疫系统的一部分；  发挥独特而不可或缺的作用来捍卫这一障碍。

该研究使用了由啮齿类柠檬酸杆菌感染结肠细菌的小鼠，该小鼠模拟了由肠致病性和肠出血性大肠杆菌引起的人类疾病。  小鼠和人类的结肠具有表面肠上皮细胞或表面 IEC，它们面向结肠腔并排列在结肠隐窝的口中。  结肠隐窝是结肠中无数微小的凹痕，形状像厚壁试管。  在每个隐窝的底部是产生所有新 IEC 子集的干细胞，每个隐窝只有大约 75 到 110 个细胞深，周长 23 个细胞，而人结肠大约有 9,950,000 个隐窝， 地穴 IEC 排列在每个地穴上。

白细胞介素 22 或 IL-22 是一种细胞因子信号蛋白，由细胞产生以启动免疫反应。  UAB 研究人员开发了在 IL-22 中具有报告基因的小鼠，因此他们可以分辨出哪些细胞产生了 IL-22。  他们还能够针对不同免疫细胞群的 IL-22 缺乏症，了解细胞亚群中 IL-22 产生的丧失对啮齿类杆菌感染进展的影响。

研究人员发现，在任何感染之前，先天免疫细胞的 ILC3 亚群是处于稳定状态的主要 IL-22 阳性细胞。  在 C.rodentium 的早期感染过程中，第 3 至第 6 天，ILC3 产生了最大量的 IL-22。  在感染后期，第 7 天到第 14 天，T 细胞数量增加了 50 倍，并且是主要的 IL-22 生产者。   此外，这两种类型的细胞具有不同的微解剖生态位——;  ILC3 被限制在离隐窝一定距离的小的、孤立的淋巴滤泡中，并且在感染期间它们的数量没有增加。  快速生长的 T 细胞围绕着隐窝，与 ILC3 相比更接近 IEC。

通过在两种或任何一种免疫细胞类型中敲除 IL-22 的产生，研究人员可以辨别它们的特殊作用——；  通过使用 C.rodentium 的生物发光菌株可视化活体小鼠的感染，以及查看哪些 IEC 被 IL-22 激活。

在具有完整免疫系统的小鼠中，在第 3 至第 7 天，在结肠中观察到一些 C.rodentium 生长；  但老鼠在感染中幸存下来。  在 ILC3 和 T 细胞均不产生 IL-22 的小鼠中，在第 3 至第 7 天观察到重度啮齿类梭状芽孢杆菌感染，此后所有小鼠都死于感染。

ILC3 不产生 IL-22，但在 T 细胞中仍保持 IL-22 产生的小鼠开始死于感染，其速度与总 IL-22 敲除小鼠一样快。  但 40% 的人幸存了下来，这可能是后来 T 细胞产生的 IL-22 所挽救的。与其他两种小鼠品系相比，仅在 T 细胞中失去 IL-22 产生的小鼠开始死于感染，并且它们显示出 60% 的存活率。

“这些数据表明，先天性细胞衍生的 IL-22 在感染早期可以限制啮齿类杆菌的定植，”Wyatt 和 Susan Haskell 病理学医学卓越主席 Weaver 说，“但无法补偿 T细胞衍生的 IL-22 在细菌抑制和宿主保护中的作用。"

结肠切片的显微镜检查表明，免疫系统完整的小鼠在第 4 到 9 天时表面 IEC 有细菌附着，但在隐窝内没有细菌生长。  在没有由所有免疫细胞或仅由 T 细胞产生 IL-22 的小鼠中，在隐窝腔内观察到严重感染，并且在第 9 天，C.rodentium 已附着到隐窝 IEC。

当免疫细胞产生的 IL-22 与 IEC 结合时，它会激活靶细胞中的 STAT3 信号通路，进而激活或抑制靶细胞中的特定基因。对 STAT3 激活染色的结肠切片的显微镜检查表明，尽管 ILC3 在抑制肠道病原性细菌感染早期过程中的细菌定植方面发挥着关键作用，但 ILC3 仅诱导微弱的 STAT3 信号传导，并且该信号传导仅限于表面 IEC。相比之下，随着感染的进展，T 细胞通过将 IL-22 递送至隐窝 IEC 和表面 IEC 来促进结肠屏障防御，从而在两个 IEC 群体中诱导强大、持续的 STAT3 信号传导。“我们的数据确定，在啮齿类杆菌感染期间，保护结肠隐窝需要‘特化’T细胞免疫，”Zindl说。  “与 ILC3 不同，这可能反映了 T 细胞迁移到隐窝上皮并通过肽-MHC 和/或表面粘附分子相互作用与 IEC 直接接触的能力。”

IEC 中由此产生的基因表达变化包括抗菌肽、中性粒细胞募集趋化因子和改变结肠杯状细胞和肠细胞产生的保护性粘蛋白的酶的信使 RNA 表达增加。   所有这些都有助于对抗细菌感染。相反，干扰素γ诱导的促炎基因被抑制。  “这些数据揭示了 T 细胞衍生的 IL-22 的双重作用，”研究人员说，“既能促进隐窝的抗菌防御，又能限制不受控制的 IEC 和免疫细胞激活引起的组织损伤。”

ILC 和 T 细胞在感染过程中产生和作用的 IL-22 存在时空差异，它们揭示了产生 IL-22 的 T 细胞在保护肠隐窝中不可或缺的作用。