母胎界面髓源抑制性细胞的研究进展

陈秀荣， 叶春雨，邱凌钰，李淑萍

从免疫角度而言，妊娠是免疫激活和免疫耐受动态平衡的生理过程。母体免疫系统识别携带有一半父系遗传基因的胚胎后，未出现类似器官移植的排异反应，反而保持炎症和抗炎反应之间的动态平衡。妊娠早期，适当的炎症反应有利于胚胎植入；妊娠中期，调节反应开始成为主要的免疫事件；妊娠晚期和妊娠最后几天，炎症反应在支持分娩中起主导作用。这表明母胎之间存在着复杂且精密的免疫调节机制[1]。母胎界面是由蜕膜组织及滋养细胞交互作用形成的共同界面，是受精卵着床、蜕膜发育、胎盘形成的关键部位。成功妊娠依赖于胚胎与母体蜕膜在此界面的协调过程。滋养细胞与蜕膜免疫细胞、蜕膜基质细胞(decidual stromal cells,DSCs)构成母胎界面的主要细胞，它们之间存在着精密而复杂的交互对话机制，并与妊娠微环境中的细胞因子、趋化因子等体液因子共同作用，维持正常妊娠[2]。髓源抑制性细胞(myeloid-derived suppressor cells，MDSCs)是在肿瘤、炎症、外伤、自身免疫性疾病等病理状态下异常分化的，由未成熟的粒细胞与单核前体细胞组成的异质性细胞群，其特征是髓系起源、未成熟状态和强大的T细胞抑制功能[3]。针对MDSCs的研究主要在肿瘤领域，但近年来的研究表明，MDSCs在妊娠期间母胎界面数量明显增加，并且在维持免疫耐受、促进胎儿血管生成及胎儿生长方面发挥作用。本综述讨论了MDSCs在母胎界面的研究进展，期望为妊娠相关疾病研究和诊治提供新的思路。

1 MDSCs的基本特征

1.1 MDSCs的表型

MDSCs尚缺乏特异性标志。小鼠MDSCs可以通过髓系分化抗原Gr-1和CD11b的共同表达来识别，Gr1包含嗜中性粒细胞特征的Ly6G和单核系细胞特征的Ly6C两种分子。Gr1+CD11b+称为总群MDSCs，进一步可分为两个亚群：多形核髓源抑制细胞(polymorphonuclear MDSCs,PMN-MDSCs)和单核样髓系来源细胞(monocytic MDSCs，M-MDSCs)。人类MDSCs缺乏Gr-1同源基因，通常表达CD11b和髓系标记物CD33，同样主要分为M-MDSCs和PMN-MDSCs两个亚型。M-MDSCs亚群表型为CD11b+CD14+CD15-CD33+，具有单核细胞的形态和表型。PMN-MDSCs表型为CD11b+CD14-CD15+CD33+，与中性粒细胞有相似的表型，两者可以通过密度梯度离心或植物凝集素样氧化型低密度脂蛋白受体-1(LOX-1)区分[3]。近年来在金黄色葡萄球菌慢性感染的小鼠中新发现一类特殊亚群，表型为CD11b+Siglec-F+CCR3lowIL-5RαlowSSC-Ahigh，具有髓系祖细胞的特征及克隆形成能力，被称为早期MDSCs(eMDSCs)，这进一步表明MDSCs的异质性和复杂性[4]。

1.2 MDSCs的积累

MDSCs在体内的积累遵循“双信号”模型，即MDSCs的扩增与激活来源两个不同信号途径。第一途径为未成熟骨髓细胞的增殖及MDSCs的分化抑制，由肿瘤或骨髓基质响应慢性刺激产生的各种细胞因子和生长因子诱导，包括粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子、巨噬细胞集落刺激因子、粒细胞集落刺激因子、白介素-6(interleukin-6,IL-6)、血管内皮生长因子等。上述因子主要通过激活非受体酪氨酸激酶-信号传导及转录激活蛋白3通路实现传导信号促进转录因子的表达，如缺氧诱导因子1α(hypoxia inducible factor 1 α,HIF-1α)、CCAAT增强子结合蛋白β等，阻止未成熟骨髓细胞正常分化，激活MDSCs的分化和扩增。 第二途径为MDSCs激活，该途径信号包括促炎分子干扰素-γ、IL-1β、IL-13、IL-4、Toll样受体配体，涉及STAT6、STAT1和 核因子-κB等几种不同信号通路，主要作用为引起MDSCs的活化[5]。

2 妊娠期MDSCs

2.1 母胎界面MDSCs的募集、增殖与活化

目前研究认为妊娠期间母胎界面MDSCs主要存在于绒毛间隙[6]。MDSCs的增殖对于成功妊娠十分必要。在小鼠妊娠期间，MDSCs在外周血、免疫器官及蜕膜组织中均有明显增殖，其数量在妊娠早期开始增加，妊娠中期达到峰值，妊娠后期有所下降，但仍高于未孕小鼠。对于妊娠女性，MDSCs在外周血及蜕膜中数量明显增加，并在产后迅速降至正常水平。蜕膜中PMN-MDSCs为MDSCs主要亚群,其在未孕女性子宫内膜中所占比例较低，但在妊娠期间大量增殖。妊娠期外周血PMN-MDSCs亚群也大量增殖，但M-MDSCs数量未见明显改变[7-10]。

妊娠期间MDSCs数量增加是募集、增殖、活化等多方面调控的结果。趋化因子-趋化因子受体作用轴是募集MDSCs到母胎界面的主要机制，趋化因子CXC亚家族受体2/CXC趋化因子1(CXCR2/CXCL1)作用轴是蜕膜中PMN-MDSCs数量增加的重要决定因素。小鼠实验证实，妊娠过程会刺激基质细胞中CXCL1的表达增加，通过识别并结合PMN-MDSCs表面CXCR2，诱导PMN-MDSCs向蜕膜迁移。CXCR2 不仅招募最多的PMN-MDSCs亚群,还调控PMN-MDSCs精氨酸酶1(argininase 1，Arg-1)的活性，促进PMN-MDSCs免疫抑制活性的表达[6]。

雌孕激素与妊娠期MDSCs增殖和激活密切相关，该过程主要影响JAK-STAT信号通路发挥作用。雌二醇诱导的STAT3信号通路在MDSCs的扩增和激活中起重要作用。研究表明，雌二醇以剂量依赖方式促进MDSCs扩增，经雌二醇处理后，MDSCs扩增的相关基因S100钙结合蛋白A8和A9(S100A8、S100A9)表达增加，并且MDSC免疫抑制活性也增加[9]。孕激素对MDSCs数量也起重要作用，孕酮剂量依赖性地促进PMN-MDSCs体外培养，引起MDSCs的分化、扩增和激活，该过程同样通过STAT3通路。孕酮水平与亚群M-MDSCs数量呈正相关。此外，雌二醇和孕酮水平的降低则会导致MDSCs数量的减少，使Th1/Th2平衡向Th1方向转变，引起早期流产[11-12]。

母胎界面其他因素如人白细胞抗原-G(human leukocyte antigen-G，HLA-G)、滋养细胞、HIF-1α等也与MDSCs数量增加相关。HLA-G是目前发现与母胎免疫关系最密切的非经典HLA-Ib类分子，可溶性HLA-G(sHLA-G)与PMN-MDSCs上受体免疫球蛋白样转录本4结合引起STAT3的磷酸化，进而引起PMN-MDSCs在母胎界面数量的增加[10，13]。sHLA-G还可以诱导外周血单核细胞向MDSCs的分化增殖，滋养细胞也可通过STAT3途径诱导外周血单核细胞分化成高表达吲哚胺2,3-双加氧酶、Arg-1和COX2的MDSCs样细胞[10]。研究表明，HIF-1α也会引起妊娠小鼠MDSCs，尤其是子宫MDSCs数量减少，并且表现出较低的抑制活性及较高的凋亡率，从而增加流产率[14-15]。也有研究表明，蜕膜GM-CSF刺激使得循环中性粒细胞通过pSTAT5/PD-L2信号通路获得免疫抑制表型和功能。这证实蜕膜PMN-MDSCs可能来源于中性粒细胞[16]。

2.2 母胎界面MDSCs的功能

MDSCs在妊娠期主要发挥免疫耐受作用，这依赖于其自身的细胞特性—免疫抑制性，主要通过自身分泌或表达抑制分子以及与其他蜕膜免疫细胞相互作用实现该功能。MDSCs在蜕膜组织中发挥免疫抑制性机制主要通过以下途径实现： ① 营养素的消耗。L-精氨酸是T细胞功能至关重要的代谢物。MDSCs表达吲哚胺2,3-双加氧酶和Arg-1，通过消耗精氨酸制造出一种饥饿的环境。缺乏必要营养会导致T细胞增殖停滞甚至耗尽。② 产生活性氧和氮物质。MDSCs分泌活性氧可以激活诱导型NO合酶产生高水平的活性氮物质，干扰TCR-MHC的相互作用，诱导T细胞失去反应性。③ 调节腺苷的胞外酶代谢及表达阴性免疫检查点分子如PD-L1、PD-L2的表达发挥免疫抑制作用[17-19]。 MDSCs介导的免疫抑制机制的主要目标是T细胞，但也通过抑制自然杀伤(natural killer，NK)细胞和树突状细胞(dendritic cell，DC)，调节巨噬细胞，诱导调节性T细胞(Treg)等发挥母胎免疫抑制作用[20]。NK细胞是早期妊娠蜕膜中的主要细胞类型,母胎界面MDSCs受到抑制时会引起NK细胞穿孔素和颗粒酶B的水平增加，以及活化型受体上调，导致NK细胞毒性增加，母胎界面的免疫耐受状态被破坏[21-23]。NKreg细胞是存在于母胎界面并表达CD25和FOXP3，同样具有保护胚胎功能的一种特殊类型的NK细胞。抑制MDSCs和PMN-MDSCs引起NKreg和Treg细胞的比例显著上调，这提示可能存在MDSCs-NKreg-Treg轴调节妊娠免疫耐受[21]。妊娠期间，MDSCs通过产生细胞因子和间接的细胞间相互作用促进Treg发挥免疫抑制作用。PMN-MDSCs在体外通过 CD4+CD25-T 细胞的抗 CD3/28 刺激PMN-MDSCs 诱导的转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)导致糖原合成酶激酶3β失活并随后稳定β-连环蛋白。TGF-β对β-连环蛋白稳定的影响导致Foxp3表达增加。从而诱导CD4+CD25-T细胞转化为Treg细胞[24]。MDSCs损耗同样诱导DC浸润分化成为耐受性DC，进而促进Treg增殖。因此“MDSCs-耐受性DC-Treg”可能作为一种代偿性免疫抑制机制，以确保胎儿和胎盘的正常发育[25]。此外，怀孕期间的PMN-MDSCs还调节Th细胞的极化，促进CD4+T细胞向Th2表型极化。限制体内DC和T细胞的增殖和浸润，支持静息巨噬细胞介导母胎免疫抑制[26-28]。

MDSCs在胚胎植入过程中发挥作用。胚胎植入早期通过腹腔注射anti-Gr-1消耗MDSCs后，胚胎植入率明显下降。这表明MDSCs在这个阶段起着重要的作用，可能调节滋养细胞的侵袭、子宫蜕膜血管的生成和血管重建[21]。PMN-MDSCs不仅通过分泌生长促进因子促进胎儿生长，而且有效促进CD49a+uNK细胞分泌生长促进因子促进胎盘发育[29-30]。有研究认为，MDSCs在胎盘血管形成方面发挥重要作用。子宫螺旋动脉重塑使得血管由小流量、高阻力重构为大直径、高流量。MDSCs富含促血管生成基因，通过产生血管内皮生长因子、基质金属蛋白酶 9等支持肿瘤环境下的血管生成,而胚胎滋养细胞侵入蜕膜也与肿瘤的侵袭过程有某种相似之处。进一步推测蜕膜MDSCs在促进胎盘血管形成、子宫动脉重塑等方面具有重大潜力[31-32]。

2.3 MDSCs与妊娠疾病

母胎界面MDSCs在维持正常妊娠方面发挥重要作用，其数量和功能异常与病理妊娠的发生密切相关。近年来研究表明，MDSCs与流产，尤其与不明原因复发性流产的发生密切相关。流产小鼠模型中母胎界面、外周血和脾脏的MDSCs数量均低于正常妊娠小鼠。腹腔注射抗Gr-1单克隆抗体耗尽母胎界面的MDSCs引起小鼠的胚胎再吸收率增加了50%，而补充PMN-MDSCs后此现象得到改善，这表明PMN-MDSCs在维持妊娠方面发挥重要作用[21]。早期流产女性体内雌二醇和孕酮水平的降低导致Th1/Th2平衡向Th1方向转变，蜕膜中STAT3表达的减少导致MDSCs积累的减少，引起早期流产的发生[33]。不明原因的自发性流产患者外周血及蜕膜组织中MDSCs数量下降。Li CC等[34]研究表明，蜕膜PMN-MDSCs的凋亡由TNF相关的凋亡诱导配体(TRAIL)以胱天蛋白3依赖的途径介导。不明原因复发性流产患者蜕膜PMN-MDSCs对TRAIL-诱骗受体(DcR2)诱导的凋亡通路反应敏感，细胞凋亡增加，导致MDSCs数量明显减少。在功能上，尽管其仍具有有效的免疫抑制特性，但更易发生炎症反应，与细胞外基质和其他细胞的相互作用也受损。

MDSCs还可以促进胎儿生长发育，避免胎儿宫内生长受限(intrauterine growth restriction，IUGR)发生。Shi M等[29]研究表明，PMN-MDSCs的数量与IUGR妊娠新生儿的不良结局呈负相关。IUGR患者PMN-MDSCs的抑制活性明显降低，Arg-1活性和活性氧水平降低，STAT6磷酸化水平降低，炎症因子增加。而PMN-MDSCs的过继移植后，这些都得到了纠正。最新研究表明，M-MDSCs上Tim-3的异常表达与子痫前期发病机制相关。子痫前期患者中T细胞免疫球蛋白和含粘蛋白3(Tim-3)/Galectin-9 (Gal-9)通路通过调控MDSC，使其高表达干扰素-γ，低表达TGF-β，阻断该通路则导致MDSCs免疫抑制功能下降[35]。早产是晚期妊娠免疫-内分泌相互作用改变的结果，MDSCs在此过程中也有参与。PMN-MDSCs在早产妇女中减少，而MDSCs和M-MDSCs增加并且数量与脐带血清雌二醇呈正相关，胎盘组织中ER-α过表达提示雌二醇介导的MDSCs在早产婴儿中的积累。在早产婴儿中，MDSCs介导的免疫抑制伴随着T细胞总量及其亚型Th和Tc的下降，这表明雌激素介导的STAT3激活可能是早产期间MDSCs积累的主要驱动因素。它们参与调节免疫系统，并可能导致早产婴儿的免疫缺陷状态[36-38]。此外，外周血MDSCs数量较多时，接受体外受精的妇女受孕概率也显著增加。MDSCs数量可能成为体外受精成功的预测指标[39]。

妊娠期间MDSCs数量的增加除对妊娠具有保护作用外，对患有癌症的孕妇也会产生不利影响。小鼠模型证实，MDSCs在体内的积累和对NK细胞的抑制作用可能成为导致怀孕期间乳腺癌高度转移的原因[40]。Kozasa K等[41]研究也表明，卵巢癌和乳腺癌患者妊娠期高雌激素水平可能通过诱导MDSCs加速癌症进展。

MDSCs在母乳中也有研究。Köstlin N等[42]研究表明，采取母乳喂养的产妇外周血及母乳中PMN-MDSC显著升高且功能活跃，具有免疫抑制活性，能抑制T细胞功能。与配方奶喂养的婴儿相比，母乳喂养婴儿的PMN-MDSCs水平增加。此外，MDSCs具有调节肠道局部免疫的作用，靶向MDSC治疗可能成为保护婴儿免受医院细菌感染和坏死性小肠结肠炎的一种策略。尽管母乳中PMN-MDSCs水平并不稳定，会受到孕龄和产妇年龄、孕妇产前治疗和婴儿性别的影响，但其对新生儿具有肠道黏膜免疫作用，可能成为炎症性疾病高风险早产儿改善新生儿结局的一种策略[43]。

3 小结

MDSCs在妊娠期母胎界面发生募集增殖活化，并发挥免疫抑制特性、维持免疫耐受及促进胎盘血管生成、促进胎儿生长等潜在机制。MDSCs数量及功能异常与流产、胎儿IUGR、子痫前期及早产密切相关。MDSCs在妊娠期间的活跃也会加重肿瘤患者进程。MDSCs在妊娠期间作用复杂，对其进一步研究将有助于进一步了解妊娠生理与病理，改善妊娠免疫，进而为预防和治疗这些妊娠相关疾病提供新的策略。