树突状细胞生物学特征及功能的研究进展

杨丽红

(天津市眼科医院,天津 300020)

树突状细胞(dendritic cell,DC)广泛分布于机体所有的组织和器官中,体内的 DC主要有两种来源,即髓源性和血源性。髓源性 DC是指由骨髓和脐血中 CD34+造血祖细胞生成的 DC;而从外周血单个核细胞来源的 DC属于血源性的。血源性 DC在成熟的各个阶段几乎不吞噬和吞饮抗原,并且几乎不表达髓系抗原,故以下的讨论主要围绕髓源性 DC展开。随着近年来研究的深入,人们逐渐认识到 DC作为体内唯一能活化初始 T细胞的抗原递呈细胞,不仅能激活免疫反应还参与机体的外周耐受,在机体免疫中起着双向调节作用,是目前已知功能最强大的抗原递呈细胞。在自身免疫、超敏反应、肿瘤免疫和移植免疫等生理病理过程中发挥着重要的免疫介导作用。为此,本文就树突状细胞生物学特征及功能的研究进展作一综述。

1 DC的成熟化及表面标志

鉴于 DC前体细胞在不同分化阶段,不同的微环境中,发挥着不同的生物学功能。Banchereau[1]将 DC的发育分为4个阶段：(1)骨髓中的祖细胞;(2)与病原体相互识别前在血液、淋巴管和淋巴组织中巡逻的 DC前体,它们可分泌大量的细胞因子使炎症局限化;(3)驻留组织的不成熟 DC,它们拥有强大的吞噬功能便于抗原的摄取;(4)成熟 DC,出现于次级淋巴器官中,高表达协同刺激分子进行抗原的提呈。未成熟 DC具有较强的内吞能力,一般认为,DC成熟过程中其吞噬能力会逐渐减弱,伴有明显的形态学改变,如细胞表面伸出许多细而长形态不规则的树枝样突起,胞内囊泡结构减少,细胞器成分增加,而其抗原提呈能力逐渐增强。同时 DC表面表达分子发生改变。现一般认为它可作为 DC(尤其是LCs)较特异性的表面标志[2]。Coventry[3]等认为 CD1a还可以表达于胸腺细胞,是鉴定人外周血与骨髓中 DC的最好标记。未成熟 DC还低量表达 CD83、中等量表达 B7-1(CD80)、CD40及 ICAM-1(CD54)。而成熟 DC表达丰富的M HC-I类和 M HC-II类分子,并高水平表达多种共刺激分 子和表面分子如 CD80、CD83、B7-2(CD86)、LFA-3(CD58)、CD54、ICAM-3(CD50)及 CD40[4]。人类 DC还表达 CD44及 β1、β2整合素家族黏附分子。其中,协同刺激因子B7-1(CD80)、B7-2(CD86)通过与 T细胞膜表面的相应配体 CD28和 CTLA-4相互作用可活化 Th细胞,并使其产生IL-2、IL-6、IFN- γ、GM-CSF、TNF- α等大量细胞因子,进一步调节活化的 Th细胞 ,调节机体的细胞和体液免疫功能,结合后可以启动 DC的成熟过程,包括 DC形态学的改变,M HC-II抗原、CD80、CD86等分子的上调,还起着促进DC IL-12分泌和激活 T细胞的作用[5];CD83属于免疫球蛋白超家族成员,是成熟 DC所特有的膜标志分子[6～8],但CD83的功能还不很清楚 ,最近有人用携带阻断 CD83mRNA转录物质的单疱病毒1(HSV-1)感染 DC,DC表面高表达的黏 附分 子 LFA-1、LFA-3(CD58)、ICAM-3(CD50)和 β整合素家族黏附分子可以与 T细胞表面的相应配体结合,加强 DC和 T细胞间的作用。S-100b蛋白是存在于神经系统内,还特异性表达于 LCs和 DC的胞浆和胞核上,而在单核细胞和巨噬细胞却不表达 ,因而 S-100b被视为 LCs和 DC的特异性标志物[9]。最近,然而对肿瘤局部浸润 DC的亚型组成进行分析发现,癌灶主要以 CD1a+DC为主,而 S-100+/CD1a-DC则主要分散在周围的组织中。在肿瘤细胞学研究中,肿瘤浸润型 DC(TIDC)被广泛应用于肿瘤预后的判断、临床治疗指导中[10]。这一理论还有待于今后的实验加以证明。同样的,在人类乳头瘤病毒的临床研究中,人们也发现,单独用 S-100免疫染色检测到颈皮下淋巴结 LCs的数量明显少于用其它方法检测到的 LCs的数量。故推测,S-100+DC和 CD1a+DC可能是 DC的两种不同的亚型或不同成熟状态,S-100+DC的减少并不能代表 DC整体数量的减少,可能仅是免疫处于抑制状态的表现。

2 DC的生物学功能

2.1 抗原提呈

2.1.1 抗原的摄取

未成熟 DC具有极强的内吞能力,其内吞作用主要通过吞噬、液相吞饮和受体介导的内吞作用这3种方式来实现,其中液相吞饮功能最为强大。通过吞噬作用摄入大颗粒或微生物是未成熟 DC生理状态下最为有利的抗原摄取形式。但由于 DC表面缺乏特异性抗原受体,以此方式进入细胞的抗原种类和数量受到限制,液相吞饮作用能弥补这一缺陷。一般认为,DC在成熟过程中,内吞能力会逐步减弱,仅部分保留受体介导的内吞作用。

2.1.2 抗原的处理与加工

在不成熟 DC内,由于 DC中的溶酶体酶系的活性受 DC自身调控抑制,因此被送入溶酶体或内吞体的抗原将长时间被保留而不被降解且保持形成 M HC-II复合物的能力。这个过程有利于 TCR配体的形成。这时的 M HC-II分子 Ii链胞浆区包含着一个溶酶体定位信号,使得新合成的 M HC-II分子离开高尔基体后直接定位于内吞体或溶酶体中。故 DC胞内 M HC-II的表达量虽然很高,但仅有一小部分到达细胞表面。当受到炎症递质如 LPS、TN F-α或 CD40L的刺激后,DC溶酶体酶谱和其中的 PH值发生明显变化,加速了抗原性多肽的加工;同时未成熟 DC胞内抗水解酶 CystatinC的量降低,这使得剪切 Ii链的水解酶 CystatinS活性升高,促进 M HC-II-多肽复合物向 DC表面转移,DC表面的 M HC-II分子水平也随之上升。DC的成熟同时伴随着其表面协同刺激分子的上调,DC分泌的趋化因子还能够吸引其它成熟 DC和原始型 T细胞,使信号持续存在和放大。

2.2 DC与 T细胞的相互作用

2.2.1 DC参与 T细胞发育、分化和激活

在胸腺中,DC作为胸腺间质细胞对 T细胞在胸腺的阳性及阴性选择起着重要作用,这些 DC通过自身细胞表面膜分子与 T细胞表达的 ICAM-1、CD-40L等相互作用,参与T细胞对自身肽的中枢耐受;外周淋巴器官的 T细胞依赖区中存在极少量为成熟 DC,可能与记忆性 T细胞的形成与维持有关。DC不同于一般的 APC,它不仅能刺激已活化的或记忆性的 T细胞,还能显著刺激处女 T细胞的增殖,而且它触发的是点放射状放大反应,1个树突细胞可以激活100～3000个 T细胞。T细胞被激活需要两个来自胞外的信号刺激：第一信号来自抗原识别,即 TCR与 M HC分子-抗原肽复合物的特异结合;第二信号又称协同刺激信号,由 APC表面和 T细胞表面粘附分子对的相互作用提供。在接受 DC递呈抗原的过程中,只有双信号同时识别,T细胞才能充分活化,激活免疫反应,当共刺激通路被阻断后 ,尽管 T细胞仍接受 DC上的 M HC-抗原肽信号的刺激,但不会产生活化反而形成对被提呈抗原的无反应性。成熟 DC表面 M HC-II-多肽复合物表达的上调,增加了提呈的表位,加强了抗原提呈能力;高表达的多种协同刺激分子,B7-1(CD80)、B7-2(CD86)、LFA-3(CD58)、ICAM-1(CD54)、ICAM-3(CD50)及 CD40通过与 T细胞表面相应配体结合,形成CD28/B7、VLA-4/VCAM-1、LFA-1/ICAM-1和 CD2/LFA-3等分子对,提供了 T细胞激活的协同刺激信号。一项用8hr3H-DNA断裂(JAM)实验对 DC活化淋巴细胞的存活研究表明,未成熟 DC能诱导自身和同种异体 M HCI类分子相配的 LAK、NK、conA活化细胞、CD8+黑色素瘤特异性TIL和 T细胞克隆(M ART-1)DN A断裂,并呈数量依赖性。在诱导活化淋巴细胞凋亡的同时,未成熟 DC仍保存对同种异体淋巴细胞转化的能力。

2.2.2 诱导 Th的分化

Th细胞在获得性免疫应答中起重要的调节作用。按分泌的细胞因子的不同,分为3型：Th1型主要分泌 IFN-γ、IL-12、IL-2、TN F等,诱导机体产生细胞性免疫应答;Th2型主要 分泌 IL-4、IL-5、IL-6、IL-10、IL-13,诱导 机体产生体液性免疫应答;TH0型兼有 Th1、Th2的部分特点,分泌IL-2、IL-4、IL-10、IFN-γ,是一种未受抗原刺激的 T细胞。M-DC在受到抗原、组织微环境等因素影响时完全成熟,发生极化。DC极化后,一部分分泌高水平 IL-12,另一部分分泌 IL-6,几乎不分泌 IL-12。分泌 IL-12的 DC促进 Th1增殖分化 ,而不分泌 IL-12的 DC则促进 Th2增殖分化。以此促进 Th由 Th0向 Th1或 Th2分化。

2.2.3 T细胞对 DC的作用

活化的 T细胞在与 DC接触后,能通过分泌 IFN-γ调节 DC分泌 IL-1 β的能力,下调 CSF-1受体,使 DC对其诱导的增殖作用不敏感,并使 DC失去粘附和吞噬能力。另外,活化的 T细胞能上调并与 DC表面的协同刺激分子 CD40、CD80等结合,强烈的促使 DC分泌主导 Th1反应的 IL-12并延长 DC的寿命。DC还参与 B细胞发育、分化和激活;DC可通过分泌多种细胞因子,如人 DC分泌的 IL-1 β、IL-1α、IL-6、IL-8、IL-10、IL-12、及多种趋化因子等 ,介导其它免疫细胞的趋化作用,参与免疫功能的调节。

总之,DC成熟与否,在形态上、功能上表现出的巨大差异是决定着 DC在免疫反应中发挥何种作用的关键。目前,DC在生物学各个领域的作用正逐渐被认知,如利用 DC诱导异基因受体特异性免疫耐受,可显著延长移植物的存活时间,利用针对恶性肿瘤抗原的 DC瘤苗,可引发机体主动特异性抗肿瘤的免疫应答等研究已显示出了 DC在生物学治疗方面广阔的临床应用前景。然而,到目前为止,DC的许多功能尚不完全清楚,大量扩增存在困难,并且扩增后抗原递呈功能是否发生变化等问题尚有待研究以推进下一步的临床应用。

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