间充质干细胞免疫原性和免疫调节作用的研究进展

(南华大学附属第二医院神经内科,湖南衡阳421001)

间充质干细胞(MSCs)是源自中胚层的非造血干细胞,可以从胎儿附属物、脐带、脂肪、骨髓等组织中分离得到,MSCs在适宜条件下可以分化为内、中、外3个胚层的组织。研究发现,MSCs具有免疫调节作用,在受到相关创伤和细胞因子刺激后能抑制免疫系统,发挥抗炎和抗增殖的作用[1],本文主要就MSCs的免疫调节特性作一综述。

1 MSCs的免疫原性

MSCs免疫原性低,以往考虑主要与低表达主要组织相容性复合体MHCⅠ,不表达MHCⅡ类分子、Fas配体及共刺激分子 B7-1、B7-2、CD40L、CD40 等有关[2]。在体外试验中,将MSCs与各类包括同种或者异种的T细胞共培养后并不能引起T细胞的增殖[3],即使加入 IFN-γ诱导 MSCs表达完整的MHCⅡ类分子后[4]。或者是在混合淋巴细胞中培养或有丝丝裂原PHA(植物血凝素)或者刀豆蛋白(ConA)刺激下,仍未见免疫应答,充分表明MSCs的低免疫原性[5]。同时在混合淋巴细胞反应中提供B7-1、B7-2、CD40L、CD40 等共刺激因子后,未能引起免疫应答。提示MSCs的低免疫原性与MHC及共刺激因子的表达无关,而与MSCs对免疫细胞的直接抑制作用及分泌相关因子形成免疫抑制微环境有关。并且有研究表明这种抑制作用对各类T细胞亚群均有效。在动物试验中发现,经体内扩增的HLA相合供者或“第三者”来源的MSCs输入动物体内后,未发生免疫排斥反应,且能显著延长移植器官存活时间,提示MSCs植入体内也具有低免疫原性,且能发挥免疫抑制效应[5]。另外MSCs分化成其他类型如软骨、脂肪、成骨等细胞后,仍然具有低免疫原性[6]。综上所述,无论何种MSCs都不会诱发宿主强烈的免疫排斥反应,因此MSCs可作为一种安全有效的基因治疗载体。有研究认为,在没有足够的证据证明异体MSCs体内移植不会引起免疫排斥反应之前,有必要适量应用免疫抑制剂,由此可见,MSCs的免疫原性问题引起了争议。

2 MSCs对各类免疫调节细胞的作用

MSCs对各类免疫细胞均具有免疫调节作用,即使在体外扩增培养的MSCs在体内也可以发挥免疫调节作用,但由于自然状态存在于人体内的MSCs较少,发挥免疫调节作用机制未完全研究清楚,考虑主要与直接接触及分泌可溶性因子有关。但是实验环境、实验人员的不同会造成结果的差异。

2.1 MSCs对T淋巴细胞的调节作用

MSCs抑制T细胞的具体机制尚未完全清楚,主要考虑是由细胞间直接接触和分泌可溶性细胞因子来发挥作用的。Krampera等[7]认为细胞直接接触是产生抑制作用的必要条件,然而Di Nicola等[8]应用Transwell系统表明细胞间直接接触和MSCs产生的可溶性细胞因子都在MSCs的免疫抑制中发挥作用。MSCs与T细胞的直接接触非必要条件,避免两者直接接触后T细胞的增殖仍然受到明显抑制,考虑是可溶性因子发挥作用。当然,若允许MSCs与T细胞的直接接触,则抑制作用将明显增强。直接接触是通过受体与配体结合的方式发挥作用,MSC缺乏共刺激因子,通过表达的PD-L1和PDL2与T细胞表达的PD-1分子结合传递免疫信号,抑制T细胞的活化与增殖[9]。另外MSCs还可以分泌可溶性因子如转化生长因子(TGF-β1)、肝细胞生长因子(HGF)、INF-γ、白介素-10(IL-10)[10]、前列腺素E-2(PGE-2)、吲哚胺2,3加氧酶(IDO)[11-12]、NO[13]等发挥免疫抑制作用。在混合淋巴细胞实验中加入MSCs发现IL-10水平有所升高,阻断IL-10信号通路能够部分恢复T细胞的增殖[14]。Di Nicola等[8]发现TGF-β1和HGF以协同的方式介导了MSCs的免疫抑制效应,在MSCs抑制的T细胞中分别加入TGF-β1或HGF中和抗体后,可部分恢复T细胞的功能,俩者同时加入则T细胞可恢复至正常无MSCs的水平。另有研究发现MSCs在经IFN-γ等细胞因子诱导下可表达IDO,该酶作用机制可能是将色氨酸酶解为犬尿氨酸,从而抑制T细胞增殖,而加入色氨酸能够恢复T细胞的增殖[15]。实际上MSCs的免疫调节作用是复杂的网络体系,与多种细胞因子的综合作用是分不开的,同时免疫微环境也是重要因素之一。此外Le-Blanc等[16]发现MSCs对T细胞的抑制作用成剂量依赖性,当混合淋巴细胞中MSCs的个数是(10～1 000个)时对T细胞增殖有促进作用,当数量是(10 000～40 000个)时则具有明显抑制作用。同时MSCs对T细胞的作用是可逆性,接受新刺激时受抑制的T细胞仍能增生,可推测这种抑制作用并不是诱导凋亡而是限制其增殖能力来发挥抑制作用。

2.2 MSCs对B细胞的调节作用

B细胞是另一类主要的免疫细胞。MSCs与B细胞的作用机制是通过细胞之间的直接接触来发挥作用。同时研究发现单独培养的MSCs上清液与B细胞不能发生反应,只有在两者共培养的情况下,MSCs才能抑制B细胞的增殖。说明MSCs通过可溶性细胞因子来起主导作用的,与T细胞类似,但是前提是得激活MSCs。具体来讲MSCs主要通过抑制B细胞的增殖、分化、趋向性及抗体的生成来发挥作用,如抑制CCR7、CXCR4、CXCR5及其配体CXCL13、CXCL12的表达来影响B细胞的趋化能力,CXCL12、CXCL13在B细胞归巢于次级淋巴器官中起决定性作用。另外阻止B细胞分化为浆细胞,抑制 IgM、IgA、IgG 的生成[17]。 Corcione等[18]报道称MSCs不是通过诱导凋亡而是通过使B细胞滞留于G0/G1期来抑制B细胞的增殖,这说明MSCs的作用不是永久性的,当抑制因素去除,B细胞仍能恢复增殖。同时Krampera等[19]研究发现IFN-γ在MSCs对B细胞的调节中起主导作用,其机制可能是诱导MSCs表达IDO,而此种表达是通过色氨酸途径抑制B增殖的。MSCs对B细胞调节作用存在较大争议,研究较晚,需要更进一步的研究来证实。

2.3 MSCs对NK细胞的调节作用

NK细胞是固有免疫的重要效应细胞,在抗肿瘤及抗感染中扮演着重要的角色,MSCs抑制NK细胞的机制较复杂,主要是通过直接接触和分泌可溶性因子来发挥作用的。其因子中PGE2和TGF-β被认定是最重要的[20],IDO的作用有也相当重要。MSCs通过下调NK细胞表面激动受体如NKp44、NKG2D和NKp30的表达来抑制NK细胞的增殖、毒性及因子的分泌[21]。同时有研究表明MSCs与NK细胞作用是相互的,MSCs能躲避NK细胞的杀伤作用,且对初始激活的及IL-15或IL-2诱导的NK细胞的增殖有抑制作用。其躲避能力主要是通过MSCs表面表达MHCⅠ[21],这点提示若提前使用IFN-γ上调 MHCⅠ的表达,便能抑制 NK细胞对MSCs的细胞毒作用。但是MSCs对于已激活的NK细胞不仅作用微弱,反而后者还可以通过受体与配体结合的溶胞途径清除非自体来源的MSCs[22],活化的NK细胞表达受体DNAM-1、NKp30和NKG2D,MSCs能依次表达相应的配体 nectin-2、ULBP和PVR。

2.4 MSCs对树突状细胞(DC)的调节作用

DC细胞在启动、调控和维持免疫反应方面有着重要的作用,但是DC细胞必须为成熟状态才能起作用,相关数据显示MSCs可影响DC的成熟、分化、增殖、迁移能力和抗原递呈作用[23],且这种作用主要是通过分泌可溶性因子及细胞间直接接触来实现的。Zhang等[23]研究发现MSCs抑制DC的成熟是通过抑制 CD40、CD86、CD83、HLA-DR 和共刺激分子等表达来实现的,另外MSCs可阻碍其迁移到淋巴结刺激T细胞的增殖,从而能诱导免疫耐受;MSCs通过下调 CD40、CD1a、CD86、CD80 的表达抑制单核细胞向DC分化;此外MSCs通过改变细胞因子促使成熟DC转化为不成熟表型,如TNF-a降低和IL-10升高。不仅如此,MSCs还能改变DC的分泌类型,抑制促炎症因子IFN-γ、IL-12和TNF-a的分泌,促进抗炎因子IL-10分泌[24]。同时应该看到若去除MSCs而加入DC诱导剂可逆转这种负调控作用,说明MSCs对DC的作用是可逆的。综上所述,MSCs发挥抑制作用的关键是诱导成熟的DC表达抑制表型,从而抑制T细胞的活化,同时也说明MSCs通过依赖APC的抑制作用参与免疫调节,DC参与间接抑制机制。

3 问题与展望

综上所述,MSCs能够调节多种免疫细胞,具有重要的免疫调节作用,具有独特的医学优势,为临床相关的免疫性疾病及炎症失调性疾病带来了希望。但同时也应该看到仍有许多问题亟待解决,如输注MSCs后,其免疫调节具体的机制尚不确定,其免疫原性仍有争议,其安全性也有待验证。尽管MSCs距离临床大规模应用还有相当长的路要走,但是有理由相信在不久的将来这些问题将一一解决,MSCs将另更多的患者受益。

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