间充质干细胞的免疫学特性

包新杰 王任直

Friendenstein等[1]最先发现，骨髓中贴壁生长的单核细胞在一定条件下可向成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞分化。随后，研究人员又相继在脂肪、肌肉等组织中分离出类似细胞，并将其统一命名为间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)。近年来，MSCs作为组织工程良好的种子细胞被运用于一系列基础和临床研究中[2]。另外，很多研究显示，除免疫原性低外，MSCs还具备免疫抑制等特性[3-4]。虽然具体机制尚不十分清楚，也存在一些争议，但MSCs在移植和自身免疫性疾病等领域的潜在利用价值已成为大家关注的热点[5]。

一、MSCs的免疫原性

体外实验表明，MSCs的免疫原性很低，这可能与 MSCs 低表达主要组织相容性复合物( major histocompatibility complex,MHC )I、但不表达 MHC II 和一些重要的免疫协同刺激分子如CD40、CD80和CD86等有关[6]。将MSCs与异种或同种异体 T 细胞共培养，并不引起T细胞的显著增殖[7]。在体内实验方面，Li等[8]通过静脉途径应用同种异体 MSCs 治疗大鼠缺血性脑卒中，也并未发现免疫排斥反应。因而有学者提出，在运用非自体 MSCs 进行体内实验或治疗时无需使用免疫抑制剂，但很多人却拿出了一系列证实发生免疫排斥反应的实验证据[9-10]。Nauta 等[9]将同种异体 MSCs 静脉注入小鼠体内后，记忆T细胞显著增多，排斥反应明显。另有研究发现，异体MSCs在体外虽无免疫反应性，但移植到体内后却发生了免疫排斥反应[10]。最近，Sadek 等[11]发表评论认为，现在并没有足够的证据证明非自体 MSCs 体内移植不会引发免疫反应，所以适当使用免疫抑制剂是必要的。可见，MSCs 的免疫原性问题(尤其在体内)已成为目前争论的焦点。

二、MSCs的免疫抑制作用

Yanez等[12]在给小鼠静脉移植同种异体造血干细胞( hematopoietic stem cell,HSC )的同时静脉输入供体脂肪来源的MSCs发现，移植物抗宿主反应( graft versus host disease,GVHD )明显减轻。一项多中心临床试验中，46例血液病患者在输注匹配的HSC之前4h，提前输入骨髓来源的MSCs，术后GVHD的发生率明显降低，发病程度亦显著减轻[13]。在Bartholomew等[14]对狒狒进行的异体皮肤移植实验中，静脉输入供体骨髓来源的MSCs，可以使皮瓣存活时间延长，并认为其免疫抑制作用与环孢菌素等免疫抑制剂相当。目前认为，MSCs的免疫抑制作用与免疫系统的多种效应细胞有关。

( 一 )MSCs 与 T 细胞

将MSCs 加入由同种异体刺激引起的混合淋巴细胞反应( mixed lymphocyte response,MLR )体系中，T细胞的增殖反应会被显著抑制，这种抑制效应与MSCs的来源无关，可以是刺激源或是反应源的，也可以来源于无关的第三方[15-16]。MSCs还可抑制由非特异性丝裂原(刀豆蛋白、植物血凝素)[17]、CD3和CD28抗体[16]，甚至异种[18]刺激引起的T细胞增殖反应。MSCs的抑制作用是可逆的，去除MSCs后的混合淋巴细胞反应体系可以再次被各种刺激物激活[18]。

MSCs 抑制 T 细胞增殖的具体机制尚未完全清楚。Krampera 等[16]认为与细胞间的直接接触有关，用半透膜将MSCs 与 MLR 体系物理性分隔，与分隔前相比，T 细胞增殖被抑制的程度显著下降。但 Di Nicola 等[17]发现，MSCs 在被半透膜分隔后仍能有效地抑制 T 细胞增生。但在 MSCs 与 MLR 的共存体系中加入转化生长因子( transforming growth factor-β,TGF-β )和肝细胞生长因子( hepatocyte growth factor,HGF )的抗体后，MSCs对 T 细胞增殖的抑制作用则明显减弱，因此推测起作用的是MSCs分泌的一些可溶性因子，如 TGF-β和HGF等，而直接接触并非必需。最近，Sato等[19]发现，MSCs分泌的一氧化氮(NO)对T细胞增殖的抑制作用更为重要。除此之外，有人发现，IFN-γ诱导下的 MSCs 可以表达一种酶，称为吲哚胺-2,3-二氧化酶(indoleamine 2,3-dioxygenase,IDO)，该酶可将色氨酸酶解为犬尿氨酸，从而抑制 T 细胞的增殖[20]，但其具体机制尚有待进一步研究。

（二）MSCs与树突状细胞

树突状细胞(dendritic cells,DC)是一类重要的抗原呈递细胞，在T细胞的增殖中起着重要作用。研究表明，MSCs会干扰DC的分化与成熟，导致DC功能受损，从而影响T细胞的增殖，在MSCs干预下形成的DC表面不表达CD83；另外，DC分泌的许多因子会发生变化，如炎症前因子TNF-α、IFN-γ和IL-12下调，而抗炎因子IL-10却上调[21]。

用半透膜将MSCs和DC分隔后的研究发现，MSCs对DC的抑制主要是由MSCs分泌的一些可溶性因子介导的，如IL-6、M-CSF和PGE2[22]。而DC在MSCs干扰下表达上调的IL-10亦可强化MSCs的抑制作用，当用抗体中和IL-10后，T细胞的增殖可部分恢复[23]。

（三） MSCs与自然杀伤细胞

自然杀伤(natural killer,NK)细胞主要对表面缺乏MHC I表达的细胞有溶解作用。研究表明，MSCs能够抑制IL-2或IL-15诱导的NK细胞的增殖以及IFN-γ的产生[24-25]；MSCs并不能抑制新分离的NK细胞的溶解能力[24]，但共培养4～5d后MSCs对IL-2诱导的NK细胞的溶解作用产生显著抑制[26]。Sotiropoulou等[25]发现，DC细胞短期与MSCs共培养后，其溶解表面MHC I阳性肿瘤细胞的能力受到抑制，但并不影响对表面MHC I阴性细胞的溶解。

MSCs抑制DC细胞的机制较为复杂。可溶性因子PGE2和TGF-β被认为是最重要的，但细胞间的直接接触亦发挥一定作用[25]。最近，Spaggiari等[27]研究发现，IDO的作用亦相当关键，其可以下调NK细胞表面激动受体的表达，如NKp30、NKp44和NKG2D，从而抑制NK细胞的增殖、细胞因子分泌和细胞毒性。

长期以来，MSCs被认为具有免疫豁免的特性，不被新分离的NK细胞所溶解[24]。但最近有研究显示，激活的NK细胞能有效溶解非自体来源的MSCs[28]。尽管MSCs表面表达MHC I，从而躲避NK细胞，但激活的NK细胞能识别MSCs表面的其他配体，最终溶解MSCs[28]。当用IFN-γ诱导MSCs后，细胞表面MHC I表达升高，NK细胞介导对MSCs溶解作用下降[28]。

（四）MSCs与 B 细胞

MSCs能抑制由IL-4[29]或有丝分裂原[30]诱导的B细胞增殖。在对系统性红斑狼疮动物模型BXSB小鼠的研究中发现，同种异体MSCs除抑制B细胞增殖外，还可以抑制B细胞的活化以及IgG抗体的分泌[31]。这与用人MSCs的实验结果是一致的[32]。Krampera等[26]的研究显示，在IFN-γ环境下，MSCs仅抑制B细胞的增殖，这可能与IFN-γ刺激MSCs产生IDO有关。目前，多数学者认为，MSCs分泌的可溶性因子在MSCs抑制B细胞的过程中起主要作用[32]。

三、研究结果之间存在差异的原因

目前，尽管已经对MSCs的免疫原性、免疫抑制作用及其相关的作用机理做了大量的研究，但是不同实验室所得到的研究结果之间有一致的地方，也有不一致的方面，甚至有些结果截然相反。这可能与不同实验室之间实验条件存在差异等很多因素有关，但MSCs的异质性问题显然不容忽视。

因为MSCs表面缺乏特异标志物，最终分离得到的MSCs是一个异质的细胞群，缺乏均一性[2,33]。对此，国际细胞治疗协会于2006年提出3个最低标准[34]：(1)必须是贴壁的细胞；(2)表面CD105、CD73和CD90阳性，而CD45、CD34、CD14和CD11b必须为阴性；(3)在体外必须具备向成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞分化的能力。以上标准对MSCs的统一起到积极作用，但是研究发现满足以上条件的MSCs仍然无法达到均一化的要求，提示需要参考更多的表面标志。

另外，不同实验室采用的培养和分离方法不尽相同，导致最终各自使用的MSCs存在差异，这势必会造成不同研究的结果之间产生分歧，影响相互间的比较。如何纯化和统一MSCs至今是个难题，有待进一步研究。

四、安全问题

尽管已有一些临床研究对移植MSCs后的患者进行了长期的观察，未发现明显的副作用，但是MSCs移植入体内后的安全性问题至今仍是争论的焦点，如异位组织生成和细胞恶变成瘤等，其本质是对MSCs的最后转归缺乏认识。

另外，随着对MSCs免疫学特性研究的深入，学者们势必会考虑MSCs对宿主免疫系统抑制后带来的感染问题，包括细菌、病毒和真菌感染。有人认为，因MSCs具有向损伤部位聚集的特性，故推测MSCs的免疫抑制作用有可能是区域性的。但最近一项动物实验显示，无论是局部还是全身移植MSCs均会对宿主的整个抗肿瘤免疫系统产生抑制，有助于植入宿主体内的肿瘤细胞形成肿瘤[18]。

五、展望

如上所述，虽然MSCs具备的低免疫原性和免疫抑制特性，为治疗器官移植后的免疫排斥反应和自身免疫性疾病带来了希望，提供了一种新的治疗手段。但是，我们尚未对MSCs完全认识，仍然存在很多问题有待解决：如何进一步纯化MSCs？MSCs的免疫原性究竟如何？体内移植非自体MSCs时，是否有必要使用免疫抑制剂？MSCs发挥免疫抑制作用的确切机制是什么？移植非自体MSCs是否会诱发感染和肿瘤形成等。相信随着研究的不断深入，我们对MSCs的理解和应用会更加深刻和合理。

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