髓源性抑制细胞在母胎界面的免疫调节作用

黄丹,崔树娜，2

(1.扬州大学医学院 中西医结合学系，扬州 225009；2.扬州大学附属医院 妇产科，扬州 225009)

妊娠是母体免疫系统平稳耐受半同种异体胎儿组织的一种生理状态，母胎界面的几种免疫机制协同作用以保护胎儿免受排斥反应。在妊娠的不同阶段，子宫内免疫细胞的百分比和功能会发生动态变化。正常妊娠过程中，滋养层细胞和蜕膜免疫细胞之间需要动态的相互作用，为胚胎的成功植入和胎儿的正常发育提供合适的环境。蜕膜组织中最重要的免疫细胞包括子宫自然杀伤(uterine nature killer， uNK)细胞、不同的T细胞亚群、DC、巨噬细胞、ILC和髓源性抑制细胞(myeloid-derived suppressor cell， MDSC)等。妊娠时，免疫细胞调节免疫反应，有利于维持成功妊娠所需的抑炎状态[1-4]。此外，一些免疫和非免疫细胞分泌的性激素和细胞因子等体液因子在免疫耐受和妊娠维持方面也起着不可忽视的作用[5]。深入了解胎儿和母体组织中免疫耐受的过程以及正常妊娠期间免疫细胞百分比的变化，有助于更好地了解不孕、流产、先兆子痫等妊娠相关并发症的病理生理学特性，同时为改善围产期不良结局打下一定基础。

1 MDSC的基本特征

1.1 起源、分化和活化MDSC的免疫抑制特性最早是在1987年由Young等[6]发现的，他们描述了肺癌模型中一部分骨髓来源的细胞具有抑制T细胞增殖的能力[6]。后来的研究表明，MDSC是由未成熟的粒细胞和单核细胞前体细胞组成的异质性细胞群。体外或体内生成有活性的MDSC需要2个主要条件：(1)骨髓造血率高，通过抑制髓样细胞向成熟髓样细胞分化，髓系细胞保持未成熟状态。TGF-β、IL-1、IL-6、IL-10、IL-12、IL-13、GM-CSF、前列腺素E2(prostaglandin E2， PGE2)、巨噬细胞集落刺激因子(macrophage colony-stimulating factor， M-CSF)、环氧合酶2(cyclooxygenase 2， COX2)和VEGF等因子是诱导MDSC聚集和激活的重要因素[7-10]。上述因素主要通过JAK/STAT信号通路和信号转导与转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3， STAT3)促进骨髓生成，使髓系细胞处于未成熟状态，导致MDSC的增殖。在既往研究中STAT3似乎是最关键的转录因子，但最近的研究已经引入转录因子STAT5、C/EBPβ、干扰素调节因子8(interferon regulatory factor 8， IRF8)和Notch这些在MDSC增殖过程中扮演重要角色的因子[10-11]。(2)激活MDSC所必需的相关因子譬如IFN-γ、TGF-β、IL-1β、TNF-α、COX2、缺氧诱导因子1α(hypoxia-inducible factor 1α， HIF-1α) 等和蛋白质分子TLR配体等模式识别受体(pattern recognition receptor， PRR)配体所提供的适宜微环境。这些因子通过STAT6、STAT1和NF-κB等途径传递信号以激活MDSC[12-13]。

1.2 表型目前MDSC仍缺乏特异性表面标志。小鼠MDSC已有2个主要的表面标志即Gr-1和CD11b，对识别一般群体的MDSC十分有效。然而，由于存在不同的亚群，如多形核髓系来源的抑制细胞(polymorphonuclear MDSC， PMN-MDSC)(CD11b+Ly6G+Ly6Clow)、单核样髓系来源抑制细胞(monocytic MDSC， mMDSC)(CD11b+Ly6G-Ly6Chigh)等，这些表面标志似乎不足以对所有MDSC进行分类[14-15]。人类CD15+细胞中有一小部分不表达CD11b，故用CD33代替CD11b作为髓系标志物。人M-MDSC也可归类为CD33+细胞，而PMN-MDSC为CD33dim[16-17]。

1.3 免疫抑制机制PMN-MDSC和M-MDSC均可通过多种机制抑制免疫应答。MDSC分泌的某些抑制性介质可用于区分其与成熟单核细胞及中性粒细胞。大多数研究认为，MDSC发挥免疫抑制作用的最主要因素是精氨酸酶1(arginase 1， Arg1)、吲哚胺-2，3-双加氧酶(indoleamine-2，3-dioxygenase， IDO)、一氧化氮、活性氧类(reactive oxygen species， ROS)和前列腺素E2(prostaglandin E2， PGE2)。IDO和Arg1通过消耗必需氨基酸譬如精氨酸和色氨酸等造成饥饿微环境，缺乏必需营养物质会导致T细胞功能受抑，甚至耗竭[18-20]。ROS与一氧化氮相互作用促进过氧亚硝酸盐(peroxynitrite， PNT)的产生，PNT导致CD8+T细胞受体的硝化，这一过程干扰了TCR-MHC的相互作用，并诱导T细胞发生失能，即使在同源抗原存在的情况下也是如此。亦有少数研究认为，MDSC的免疫抑制机制是通过不同途径诱导Treg形成的，如细胞与细胞接触或通过分泌TGF-β[21-22]。

2 妊娠中的MDSC

从免疫学角度来看，妊娠是一种矛盾的状态，需要在炎症反应和抑炎反应之间取得平衡才能保证正常妊娠状态的维持。在妊娠早期，可控的炎症反应是受精卵植入和胎盘形成所必需；妊娠中期，调节反应开始成为主要的免疫学事件；妊娠晚期，炎症反应则在支持分娩方面发挥主导作用[23]。因此，建立可持续的母胎免疫耐受至关重要。不同类型的免疫系统效应细胞[如uNK细胞、不成熟树突状细胞(immature dendritic cell， iDC)、巨噬细胞、Treg和Th2等]在诱导耐受中起重要作用[24]。在小鼠蜕膜组织中，MDSC是仅次于uNK细胞的第二大类免疫细胞，特别是在妊娠中期。围绕人类和小鼠妊娠模型的几项研究表明，在妊娠的所有阶段，MDSC的百分比均增加[25-26]。对人类的早期研究表明，健康孕妇外周血中PMN-MDSC的百分比在孕期各阶段均较未孕妇女升高，M-MDSC的百分比保持不变。此外，有研究表明，M-MDSC的数量与孕期血清雌激素和孕酮水平呈正相关。同时表明，给予17b-雌二醇可诱导STAT3表达上调，并通过这一信号通路促进MDSC的增殖，抑制效应通路激活。因此，雌激素水平在早期妊娠维持中有不可替代的作用[27]。与上述研究相一致的是，PMN-MDSC在妊娠小鼠的几个免疫器官和蜕膜组织中均有明显的增殖。PMN-MDSC的百分比和抑制功能调控被认为主要是通过孕酮和STAT3信号通路实现的。有证据表明，孕激素受体的激活导致MDSC中STAT3蛋白的高表达，进而导致MDSC在怀孕期间的增殖[28]。 妊娠早期孕激素不足将无法诱导MDSC聚集，导致机体稳态失衡，可能会造成流产。

除了雌激素和孕激素，还有其他因素参与调控MDSC的增殖与分化。HLA-G是一种由母胎界面的几类细胞表达和分泌的抗原，也是蜕膜组织中MDSC招募的关键分子。可溶性HLA-G与其同源受体免疫球蛋白样转录本4(immunoglobulin-like transcript 4， ILT-4)结合，通过STAT3信号通路诱导PBMC向MDSC的分化和增殖，类似于上述中激素的作用[29-30]。缺氧和HIF-1α的表达是母胎界面诱导和招募MDSC的另几个影响因素。最近的一项研究表明，HIF-1α缺陷的MDSC表现出免疫抑制功能受损，更容易发生凋亡[31]。此外，滋养层细胞也是MDSC扩增的有效参与者。体外研究证明，滋养层细胞系(HTR8-SVneo)可诱导外周血CD141+单核细胞分化为CD141+HLA-DR2low、IDO1、Arg1和COX2高表达的MDSC亚群，这些骨髓单核细胞在与滋养层细胞共同培养后能表达更高水平的STAT3，是滋养层细胞诱导MDSC扩增的潜在机制[32]。

虽然MDSC在蜕膜和母胎界面的确切定位还有待进一步研究，但已有证据表明，这些细胞主要分布于胎盘的绒毛间隙[33]。这些发现表明，MDSC，特别是PMN-MDSC，于妊娠期间出现在母胎界面，甚至外周血中，激活STAT3和选择性CXC趋化因子受体2(selective CXC chemokine receptor 2， CXCR2)，它们是促进MDSC在母胎界面分化和聚集的主要因素。MDSC在妊娠期间聚集和增殖的主要步骤如下(图1)。

图1 MDSC在妊娠过程中的增殖

除研究MDSC在妊娠动物模型和人群中的招募和扩增机制外，许多学者还试图阐明它们在妊娠期间潜在的免疫抑制作用。在妊娠人群中，最早的对母胎界面MDSC的研究已经涉及蜕膜CD33+HLA-DR-和CD33+HLA-DR+/-细胞，这2种亚型都能抑制T细胞的增殖，因此，它们在功能上可以被描述为MDSC[34]。两者均能够产生高水平的精氨酸、诱导型一氧化氮合酶和胰岛素样生长因子，以及典型的抗抑炎细胞因子如IL-10和TGF-β等。在小鼠模型中，MDSC在妊娠期间的潜在作用已经通过耗竭MDSC得到证实，在这种情况下，DC和T细胞表现出较强的增殖能力。此外，MDSC耗竭时uNK细胞和巨噬细胞在维持成功妊娠方面显示出缺陷。这些数据表明，MDSC在母胎免疫耐受中的关键作用不仅是通过抑制DC和T细胞的增殖，还通过支持uNK细胞和静息巨噬细胞的功能发挥作用[35]。研究表明，妊娠相关MDSC通过分泌TGF-β和激活TGF-β/β连环蛋白(β-catenin)信号通路诱导Foxp3+Treg增殖，Treg数量的增加可以引起正反馈循环方式下的MDSC百分比增高[36]。此外，MDSC还能通过细胞间相互作用诱导T细胞向抑炎亚型Th2转变。MDSC支持母胎免疫耐受的另一个途径是通过减少初始T细胞表面的L选择素表达实现的。L选择素的表达抑制了初始T细胞向淋巴结的运输，但这种效应的确切分子机制尚不明确[37]。MDSC的促血管生成作用在胎盘形成过程中也是非常重要的，因为胎盘形成过程密切依赖于血管生成，与肿瘤的侵袭过程有一定相似之处[38]。此外，在某些情况下，MDSC有更高的抑制性免疫检查点的表达，它们在母胎交界处的大量存在可能是母体保持对胎儿耐受的另一重要潜在机制[39-40]。虽然上文已经列出了MDSC在母胎界面的几种潜在机制，但其在妊娠期间可能还有其他机制，要全面了解MDSC在妊娠中的功能还需要大量的研究。MDSC在妊娠期间的功能和作用如下(图2)。

3 MDSC在妊娠相关并发症中的作用

如上，MDSC在妊娠期发挥着中重要的作用，它们的缺失或功能失调可能会导致妊娠期并发症的发生。有研究调查了罹患妊娠相关并发症妇女或相关疾病小鼠模型中MDSC的百分比，发现流产妇女外周血和蜕膜组织中MDSC的百分比明显降低，且功能可能存在缺陷，其抑制T细胞反应的能力降低[26]。最近的一项研究表明，在早期流产妇女中，雌二醇和孕酮水平的降低会导致MDSC数量减少，从而引起Th1/Th2平衡改变，调节雌二醇、孕酮与MDSC的串扰和平衡Th1/Th2细胞因子是成功妊娠的先决条件[41]。在妊娠相关的炎症性并发症先兆子痫(preeclampsia， PE)中，PMN-MDSC的诱导似乎受到抑制，PE患者血清中作为PMN-MDSC重要效应分子的Arg1水平明显低于健康孕妇[42]。即使在不孕妇女中，MDSC的百分比也是预测治疗结果的重要因素。例如，接受体外受精的妇女成功受孕的机会在其外周血中MDSC数量较多的情况下显著增加[43]。有研究表明，MDSC的耗竭可以导致蜕膜NK细胞的细胞毒性增加，而正常妊娠的一个主要特征是母胎界面上少量的细胞毒性NK细胞和大量的不具有细胞毒性的NK细胞[44]。

注：iNOS为诱导型NOS(inducible NOS)。图2 MDSC在妊娠期间的功能和作用

然而，在某些情况下，MDSC可能会起到双刃剑的作用。例如，一项研究证明，MDSC的数量增加可能会对患有肿瘤的孕妇造成严重影响。在孕鼠体内聚集的MDSC抑制了NK细胞的活性，并促进了孕鼠体内的肿瘤转移[45]。妊娠诱导的MDSC对乳腺癌转移的影响也已经在小鼠模型中显示出来。最近的一项研究提出，受卵巢癌和乳腺癌影响的患者在怀孕期间的高雌激素水平可能通过诱导MDSC加速肿瘤进展[46]。

4 胎儿和新生儿的MDSC

在新生儿期，免疫系统经历剧烈的变化以适应出生后的环境。免疫抑制状态需要转变为平衡状态，以建立对细菌、病毒和真菌等病原体的积极防御。这一过渡过程需要一段时间[47]，在此期间，调节性免疫机制在免疫反应中发挥核心作用。一般说来，Th2的细胞因子谱是这一时期免疫应答的主要参与者，通过降低和控制CD8+T细胞反应调节免疫平衡，Treg聚集和iDC高表达是新生儿免疫系统的重要特征[48-53]。MDSC存在于脐带血甚至新生儿外周血中，可能是胎儿和新生儿免疫抑制状态的重要原因之一。新生儿脐血中MDSC的百分比高于成人甚至儿童。脐带血PMN-MDSC在功能上能够抑制T细胞增殖，同时也减少Th1和Th17细胞因子的产生。这些MDSC还可通过细胞-细胞接触的方式抑制细胞毒性NK细胞[54]。如前所述，基于Th2的免疫反应在新生儿中占主导地位，脐带血来源的MDSC在抑制Th1应答和诱导Th2及Treg方面潜力巨大。MDSC通过细胞间接触、Arg-1和ROS介导Th2诱导，这些MDSC诱导的Treg是通过iNOS及其产物介导的[55]。

然而，MDSC的聚集在新生儿中是有益的保护作用机制，还是可能导致感染尚不明确。一方面，有研究表明，在新生儿中，MDSC在遇到感染原时调节免疫系统并保护新生儿免受无法控制的炎症反应等[56]；另一方面，一项研究报告了早产儿脐带和外周血中MDSC数量较多，在这些婴儿中，MDSC一直保持高水平直到出生后28 d，因此，MDSC被认为是导致早产儿比足月新生儿感染风险更高的潜在原因之一[57]。

5 结语

MDSC的扩增不仅表现在母胎界面，亦可表现在孕妇的外周血或其他免疫器官中。在妊娠状态下，MDSC对于维持母胎免疫耐受至关重要。一般说来，MDSC使免疫反应偏向于Th2并介导抑制性免疫反应，能够在母胎界面诱导Treg，还能通过产生IDO、Arg1、ROS和NO等因子直接抑制免疫应答。然而，MDSC的其他潜在机制如增加免疫检查点的表达等还有待进一步研究。由于TGF-β和血管生成因子等的产生，MDSC除了具有免疫抑制特性外，还可能参与胎盘形成和胎儿生长，即使在出生后，MDSC的益处仍在发挥。另一方面，MDSC数量的增加对于肿瘤患者等来说，妊娠可能增加其病情。对MDSC的更进一步研究将有助于研究者对妊娠生理和病理机制的深入了解，帮助找寻免疫治疗的有效靶点，未来可能通过调节不同背景下的MDSC功能以治疗免疫相关的异常妊娠及相关并发症等。