间充质干细胞在系统性红斑狼疮的免疫调节作用及应用

杨春娟，杨晶涵，张丽丽，张娇娇，王菁华，孙家梅，徐栋花

系统性红斑狼疮(systemic lupus erythe-matosus,SLE)是一种全身多器官、系统受累的自身免疫病，以免疫细胞激活、大量自身抗体产生为典型特征，与遗传、环境和雌激素等潜在相关[1]。研究表明，SLE中T细胞、B细胞、自然杀伤(natural killer，NK)细胞、树突细胞(dendritic cell, DC)和单核-巨噬细胞等免疫细胞功能失调，导致机体免疫稳态失衡，大量自身抗体持续产生，造成靶组织、脏器损伤[2]。目前，糖皮质激素和免疫抑制剂治疗是SLE主要治疗方案，但大部分患者难以获得临床缓解，病死率高。寻找更加优化的SLE治疗策略仍是目前亟待解决的难题。

间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSCs)是一种分布广泛，几乎存在于人体所有组织中的多能干细胞(图1)。MSCs免疫原性低、具有免疫调节和多向分化潜能，能定向分化为多种组织细胞，抑制自身免疫反应，维持机体免疫耐受。骨髓MSCs(bone marrow mesenchymal stem cells, BM-MSCs)是最早发现的一种MSC，具有免疫抑制和抗炎的作用，但其功能取决于机体内环境稳态。现有研究证实，BM-MSCs具有归巢能力，可以定向迁移到损伤部位，分泌有助于组织修复、再生的趋化因子、细胞因子，并能够分化为新生细胞[3]。SLE患者体内的MSCs增殖、分化与免疫调节功能异常。研究发现，BM-MSCs移植治疗能够明显改善SLE患者的临床症状[4]。

图 1 间充质干细胞来源及其对免疫细胞的调控作用

MSCs通过细胞间接触和旁分泌途径发挥免疫调节作用。细胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs)是其发挥旁分泌作用的主要方式。外泌体(exosome, exo)由脂质双层膜结构包裹，能在体液中稳定存在，实现生物活性物质的靶向运输，介导细胞间通讯，是EVs中最常见的一种。研究发现，MSC外泌体(mesenchymal stem cells exosome, MSC-exo)作用的发挥取决于其对蛋白质、RNA等物质转移的能力[5]。MSC-exo免疫原性更低，能够调节T、B细胞等多种免疫细胞介导的免疫炎性反应。因此，基于MSC-exo构建纳米载体系统，实现生物活性物质的靶向递送，为实现SLE无细胞生物疗法提供新的思路。

1 MSCs对SLE的免疫调节作用

MSCs通过调控T细胞、B细胞等免疫细胞的自噬能力，抑制其增殖、分化，发挥抗炎和免疫调节作用，有望成为SLE等自身免疫病的理想治疗手段。本文从阐述MSC对T细胞、B细胞、DC细胞、NK细胞和巨噬细胞的免疫调节作用入手，综述MSC对SLE的调控作用及机制(图1)。

1．1 MSCs对T细胞的调控作用

T细胞免疫功能紊乱是SLE发生、发展的关键环节。MSCs可以产生大量的可溶性免疫调节因子、生长因子，参与调控T细胞免疫反应。BM-MSCs在某些炎性细胞因子的刺激下表达高水平膜抑制分子细胞间黏附分子-1(Intercellular adhesion molecule-1, ICAM-1)等，抑制T细胞免疫活性[6]。

MSCs可通过分泌CXCL8和TGF-β1促进CD4+T细胞的迁移及分化[7]。在SLE中，异体脐带间充质干细胞(umbilical cord mesenchymal stem cells, UC-MSCs)可通过IFN/吲哚2，3双加氧酶(indole 2,3 dioxygenase, IDO)轴抑制T细胞的增殖[8]。另有研究发现，IFN-γ通过STAT1刺激MSCs产生IDO，进而增强MSCs的免疫抑制能力，抑制SLE患者T细胞的过度增殖[9]。BM-MSCs能有效抑制辅助性滤泡T细胞(follicular helper T cell, Tfh)的分化及IL-21的产生，减轻狼疮性肾炎病理损伤，提高狼疮小鼠的存活率[10]。人UC-MSCs可以调节淋巴细胞和抗炎因子的产生使其从促炎状态转为抗炎状态，维持机体免疫微环境平衡[11]。BM-MSCs可利用FAS及其配体 FASL偶联诱导T细胞凋亡，而巨噬细胞利用凋亡的T细胞碎片释放高水平的TGF-β上调Tregs，维持机体免疫耐受，成为治疗SLE的潜在有效途径[12]。SLE患者存在Treg缺陷，MSCs通过释放TGF-β1促进SLE中 Treg生成，影响SLE进展[13]。MSCs可依赖可溶性人白细胞抗原-G(soluble human leukocyte antigen-G, sHLA-G)上调SLE中Treg细胞[14](图1)。在狼疮小鼠中，MSCs诱导产生的一氧化氮合酶不仅抑制Tfh的增殖，还降低B细胞产生亲和成熟抗体的能力。同时，MSCs通过IDO、PGE2和IL-10等阻断或降低APC的免疫激活功能，导致T细胞缺少第二信号的刺激而不能激活[6]。此外，SLE患者Th1/Th2、Th17/Treg比例失调，而MSCs能够诱导T细胞趋向Treg和Th2，抑制Th17和Tfh细胞的免疫反应，调节T细胞的分化，维持细胞亚群平衡，减轻SLE患者的自身免疫炎性反应[4](图1)。研究证实，UC-MSCs可通过TGF-β和PGE2上调Treg、下调Th17，进而延缓SLE疾病的的进展[15]。UC-MSCs能减轻B6.lpr狼疮小鼠的症状，促进， CD4+T细胞凋亡及Th2极化，维持免疫微环境平衡[16]。SLE患者BM-MSC中micro-RNA let-7f表达显著下降，let-7在Treg/Th17失衡中起关键作用，因此，移植BM-MSCs增加let-7f的水平对SLE的治疗具有重要指导意义[17]。

1.2 MSCs对B细胞的调控作用

SLE中存在大量异常活化的B细胞，主要表现为记忆性B细胞和抗体产生增加。研究表明，SLE患者Toll样受体7(Toll-like receptor, TLR7)高表达，TLR7刺激 B细胞的活化及抗体的生成，参与SLE发病[18]。MSCs使B细胞生长周期停滞，使浆细胞生成受损、免疫球蛋白水平降低。

研究发现，正常的BM-MSCs对SLE来源的B细胞的具有抑制作用，但SLE病人的血浆抑制正常的MSCs发挥调节作用[19]。在机体炎症微环境下，MSCs通过耗竭色氨酸抑制B细胞的增殖和成熟，通过与T细胞的直接接触间接抑制B细胞的分化、成熟及抗体的产生[20]。B细胞的异常活化导致大量抗体及免疫复合物生成，激活补体，引起炎症细胞浸润及其介质释放，参与SLE发病。MSCs免疫抑制活性可通过与B细胞直接接触和诱导各种因子的释放实现。 MSCs促进Breg产生IL-10， 在诱导免疫应答和抑制炎症过度反应中起关键作用。MSCs抑制SLE中B细胞产生IgG、IgM和IgA、下调相关配体的表达、降低CD27与 CD38的表达，进而影响 B细胞的趋化和功能。

1.3 MSCs对DCs的调控作用

大多数SLE患者外周血中高度表达Ⅰ型IFN基因，Ⅰ型IFN水平与肾脏、造血系统和中枢神经系统损伤的严重程度密切相关。然而，浆细胞样DCs被认为是Ⅰ型IFN的主要产生者，同时T细胞、B细胞也参与介导IFN的产生[21]。在UC-MSC存在的情况下，单核细胞来源的DCs能促使异体naïve CD4+T细胞极化为Th2细胞[22]。MSCs可以抑制DCs成熟标志的上调，导致它们激活同种反应性T细胞的能力下降。同种异体BM-MSCs可通过上调耐受性DCs抑制SLE炎症反应；同种异体UC-MSCs移植后可显著上调外周血CD1c+DCs和血清FLT3L，并使其与FLT3结合，促进耐受性CD1c+DCs的分化[23]，为SLE患者的治疗提供新的思路(图1)。

1.4 MSCs对NK细胞的调控作用

SLE患者NK细胞的细胞毒功能和细胞因子谱受损，细胞数量减少，其中CD56dimNK细胞所占比下降，但其IFN-γ产生增加，呈激活状态，与疾病活动性相关[24]。活动性SLE患者NK中颗粒酶B表达升高，并通过产生IL-15进一步增强其表达，从而参与SLE炎症状态的维持[25]。SLE患者NK细胞中CD3zeta表达减少，使NK细胞转化为促炎表型，发生功能改变。MSCs能够抑制NK细胞的增殖、分化和成熟，调控NK细胞毒性、活性。胎肝来源的MSCs-exo通过TGF-β抑制NK细胞的增殖、激活和细胞毒性，进而发挥免疫调节功能[25]。然而，MSCs及MSCs-exo是否调控SLE中NK细胞的比例与功能罕见报道(图1)。

1.5 MSCs对巨噬细胞的调控作用

巨噬细胞极化失衡参与SLE的发生、发展。在SLE中，巨噬细胞凋亡异常，抗原提呈能力缺陷，激活自身反应性B细胞，导致自身抗体生成和免疫复合物沉积，进而导致靶器官损伤[26]。在体内外炎症因子刺激下，BM-MSCs能够促进巨噬细胞分化为抗炎表型(M2)，同时抑制促炎表型(M1)的分化，且能够增强巨噬细胞对微生物的清除、杀伤能力。此外，MSCs-exo 可通过miR-223靶向pknox促进巨噬细胞向M2分化，发挥其抗炎特性[27]。巨噬细胞介导的炎症反应能够增强MSCs免疫调节功能。MSCs通过TGF-β/Akt/Foxo1通路促进巨噬细胞M2极化，改善炎症状态，提高吞噬能力[28]。MSCs对巨噬细胞的表型及功能的调控作用为治疗SLE提供了新的思路。另外，MSC-exo通过调节巨噬细胞表型的转化，增强 M2抗炎表型，调节SLE体内免疫微环境的平衡。MSC-exo可显著抑制湿疹创面愈合模型小鼠外周血单个核细胞增殖，诱导Treg分化，减轻炎症反应和促进血管再生[29]。研究表明，在局部和全身应用MSC-exo能有效抑制组织炎症反应，促进受损实质细胞的存活和再生[30],被认为是缓解SLE患者炎性反应的一种潜在治疗方法。

2 MSCs对SLE治疗进展

SLE病情的反复发作，易造成组织损伤加剧。长期应用肾上腺皮质激素和免疫抑制剂引起的药物不良反应，也可导致不可逆的脏器功能改变[31]。生物制剂Belimumb已被批准应用于SLE的临床治疗，但治疗效果个体差异大。寻找改善甚至逆转SLE疾病状态的有效治疗方案亟待解决。

MSC移植(mesenchymal stem cell transplanta-tion, MSCT)治疗为重症SLE患者带来了新的希望。在接受MSCT的狼疮动物模型中发现，骨髓MSCT能够促进成骨细胞生态位重建，改善骨髓微环境，骨质疏松缓解[32]。BM-MSCs可通过旁分泌、定向分化实现对SLE损伤组织的修复[33]。BM-MSCs可在肺内大量聚集，保护肺泡上皮细胞，改善肺微环境，预防肺纤维化[34]，有望成为治疗SLE患者肺部病变的理想治疗手段。然而，骨髓作为MSCs的取材来源尚存在局限性，且随着年龄的增长，BM-MSCs的增殖分化特性也限制了其应用[35]。UC-MSCs细胞更原始、来源更广泛，采集不具备伦理争议，能够从脐带衬里，血管周围组织和华通氏胶中获得大量的MSCs，成为目前MSCT治疗中主要细胞来源。HUC-MSCs主要通过旁分泌、细胞替代和细胞-细胞接触三种途径参与机体免疫调节[36]。应用UC-MSCs治疗难治性、重症SLE患者，临床症状明显好转，病情活动指数明显下降[37]。牙髓MSCs能够减轻炎症反应，促进血管生成及器官组织的修复再生[38]，被认为是再生治疗的一个重要研究方向。相较于MSCs，MSC-exo被认为是一种更有前途的治疗手段，它在机体内结构稳定，免疫原性更低，在冷冻条件下可长期保存，穿透能力强，能够穿透MSCs不能逾越的血脑屏障，这对治疗SLE患者的神经系统病变具有重要意义，有望成为比MSCs更具优势的一种全新治疗手段。

3 MSCs治疗SLE应用前景

MSCs可以抑制SLE患者的自身免疫反应，调节机体的免疫状态，从而减轻患者自身免疫应答和继发性组织、脏器损伤，有望成为一种理想可靠的非药物治疗手段，尤其是对激素和免疫抑制剂抵抗、疗效差的难治性和重症SLE患者。MSC-exo作为一种无细胞制剂，具有同MSC相似的生物学功能，既避免了干细胞治疗的免疫排斥反应，也不存在伦理争议。MSCs已在动物模型和人类免疫相关疾病临床试验中初有成效，显示出良好的治疗潜能。然而，MSCs 本身存在基因突变和遗传不稳定、过度增殖及分化、致瘤性等，其免疫抑制作用可受到供体变异和体外扩增等免疫微环境的显著影响。详尽的治疗机制还需要进一步的探讨研究。除此之外，MSCs、MSC-exo移植存活率低、归巢和植入损伤组织能力差，长期应用的安全性等阻碍了其临床应用，还需要进一步的临床评估。进一步明确MSC及MSC-exo的调控作用及机制，能够为MSCs和MSC-exo临床治疗及应用提供更充分、更有力的证据，为 SLE 的治疗提供更安全、有效的MSCT治疗方案。