間充質(zhì)干細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)作用的研究進(jìn)展①

羅成鳳 綜述 周 倩 審校 (同濟(jì)大學(xué)附屬第一婦嬰保健院中心實驗室，上海 200040)

間充質(zhì)干細(xì)胞(Mesenchymal stem cell，MSCs)是一類具有多向分化潛能及免疫調(diào)節(jié)作用的細(xì)胞。其來源豐富，幾乎存在于所有的組織，如骨髓、脂肪、羊水、臍帶、胎盤等。在合適的誘導(dǎo)條件下，能分化為中胚層及其它胚層的細(xì)胞。目前大量的研究證據(jù)表明MSC具有免疫調(diào)節(jié)，抗炎及營養(yǎng)的作用。MSC逃避免疫識別，在體外發(fā)揮免疫抑制的特性使其成為細(xì)胞治療與組織工程再造的侯選者。臨床上已將其用于治療移植排斥反應(yīng)、自身免疫性疾病等，本文將近年來有關(guān)間充質(zhì)干細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)作用在此做一綜述。

1 間充質(zhì)干細(xì)胞的生物學(xué)特性

1．1 MSC免疫表型 MSC沒有特異性的標(biāo)記物，只能以復(fù)雜的免疫表型來對其進(jìn)行鑒別。大量研究表明MSC表面HLA及共刺激分子表達(dá)較低，在體外與同源性的T淋巴細(xì)胞共培養(yǎng)時，不引起T細(xì)胞增殖，表現(xiàn)出較低的免疫原性［1］。Deans［2］及 Morandi［3］的研究證實 MSC表面 MHCⅠ抗原表達(dá)較低，不表達(dá) MHCⅡ抗原、FasL、共刺激分子 B7-1、B7-2、CD40、CD40L等。它們不表達(dá)造血干細(xì)胞的表面標(biāo)記物CD45、CD34，也不表達(dá)內(nèi)皮細(xì)胞表面標(biāo)記物 CD31、PECAM-1，但它們表達(dá) CD105、CD13、CD106、CD44、CD90、CD29 及 STRO-1［4］。MSC 還組成性的表達(dá)非典型性HLA-G及共抑制分子B7-H1及B7-H4，這些分子對于免疫應(yīng)答具有抑制作用［5，6］。

1．2 MSC的增殖與分化能力 MSC是一類能貼壁生長的，成纖維樣的細(xì)胞，具有向中胚層分化的能力。能夠快速增殖，在合適的誘導(dǎo)條件下能夠分化為各種組織細(xì)胞，如成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、脂肪細(xì)胞等。Macias等［7］從終末期的胎盤中提取出蛻膜間充質(zhì)干細(xì)胞，從形態(tài)學(xué)、表型、生長特性、核型、分化能力等方面證實，蛻膜來源的MSC比胎盤其他部位來源的MSC具有更長的生命周期，更能保持基因組的穩(wěn)定性，并首次證實蛻膜來源的MSC能夠向三胚層細(xì)胞分化。

1．3 MSC的營養(yǎng)作用 近年來，關(guān)于MSC具有營養(yǎng)作用的報道越來越受到關(guān)注。Ankrum等［8］報道，MSC移植后，通過分泌大量的營養(yǎng)分子如細(xì)胞外基質(zhì)糖蛋白、細(xì)胞因子、生長因子等促進(jìn)組織修復(fù)。Van等［9］也報道在損傷的急性期，MSC通過其營養(yǎng)作用來促進(jìn)損傷組織的重建。Wu等［10］將骨髓來源的MSC與原代軟骨細(xì)胞共培養(yǎng)時發(fā)現(xiàn)MSC是通過刺激軟骨細(xì)胞的增殖及基質(zhì)的沉積來發(fā)揮其營養(yǎng)作用進(jìn)而促進(jìn)軟骨細(xì)胞的形成。此外在輻射燒傷損傷模型、心梗及帕金森疾病模型中，運用MSC進(jìn)行移植治療，都觀察到其通過發(fā)揮營養(yǎng)作用來促進(jìn)損傷組織的修復(fù)。

1．4 MSC的遷移與歸巢能力 MSC能分泌大量具有生物活性的因子，同時其表面也表達(dá)大量的趨化因子受體。Von等［11］的研究表明當(dāng)損傷造成時，MSC上趨化因子受體CCR1、CCR4、CCR7、CXCR5及CCR10的表達(dá)上調(diào)，在炎癥因子趨化下，MSC能快速到達(dá)受損組織局部，發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)及營養(yǎng)作用。Ries等［12］的研究指出，當(dāng)組織損傷后，MSC能優(yōu)先到達(dá)受損的部位，增強(qiáng)傷口的愈合，促進(jìn)組織的重建。

2 間充質(zhì)干細(xì)胞發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用的機(jī)制研究

MSC是一類具有免疫調(diào)節(jié)作用的細(xì)胞，大量的文獻(xiàn)報道了其發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用的機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)其可以通過對抗原提呈細(xì)胞、NK細(xì)胞、B細(xì)胞、T細(xì)胞、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞等免疫細(xì)胞的影響來發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。其中炎癥因子IFN-γ、TNF-α，免疫抑制因子IL-10、IL-4、TGF-β、HGF及 NO、IDO、PGE2等在MSC發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)的過程中起著重要作用。

2．1 MSC對抗原提呈細(xì)胞的作用 DC是最主要的抗原提呈細(xì)胞，它通過促進(jìn)抗原特異性T細(xì)胞的活化，激活固有免疫系統(tǒng)來啟動，維持及調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答。目前研究MSC對DC的作用，主要是聚焦在MSC對單核來源的細(xì)胞向DC分化成熟的影響。Nauta等［13］的研究表明MSC能下調(diào)DC上共刺激分子CD40、CD80、CD83、CD86的表達(dá)，阻止 CD4+單核細(xì)胞及CD34+祖細(xì)胞向 DC分化。Spaggiari等［14］后來證實MSC通過產(chǎn)生PGE2而抑制從單核細(xì)胞到未成熟DC的階段，通過抑制DC的成熟而抑制免疫反應(yīng)。Barbara等［15］通過比較脂肪來源的MSC，羊水MSC及腎臟管狀上皮細(xì)胞對單核來源的DC分化，成熟的影響時發(fā)現(xiàn)，羊水MSC通過產(chǎn)生PGE2，上調(diào)IL-10，下調(diào)IL-12P70的表達(dá)來完全消除單核細(xì)胞到DC的分化，使其分子表面CD80、CD86及HLA-DR顯著降低，顯著抑制單核細(xì)胞上刺激分子及活化標(biāo)記物的表達(dá)。但也有報道臍帶來源的多能性間充質(zhì)干細(xì)胞不僅不能抑制單核細(xì)胞向未成熟的DC細(xì)胞分化，甚至有促進(jìn)DC細(xì)胞成熟的作用［16］。這種實驗結(jié)果的差異，可能與MSC的來源不同有關(guān)，提示我們MSC來源不同其免疫調(diào)節(jié)作用可能也具有差異。

2．2 MSC對NK細(xì)胞的作用 NK細(xì)胞是固有免疫應(yīng)答的主要細(xì)胞，活化的NK細(xì)胞可合成和分泌多種細(xì)胞因子，發(fā)揮調(diào)節(jié)免疫以及直接殺傷靶細(xì)胞的作用。Spaggiari等［17］在研究MSC對NK細(xì)胞的作用時發(fā)現(xiàn)，其能通過分泌PGF2及IDO來下調(diào)NK細(xì)胞上激活型受體的水平，進(jìn)而發(fā)揮其免疫抑制的作用。Sotiropoulou等［18］研究發(fā)現(xiàn)MSC通過與NK細(xì)胞接觸，分泌可溶性的細(xì)胞因子TGF-β、sHLA-G及PGE-2來抑制IL-2引起的NK細(xì)胞的增殖。

2．3 MSC對B細(xì)胞的作用 B細(xì)胞通過產(chǎn)生抗體來參與體液免疫應(yīng)答，MSC主要影響B(tài)細(xì)胞的增殖與抗體產(chǎn)生來發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。MSC在IFN-γ存在的情況下能抑制活化的 B細(xì)胞的增殖［19］。Corcione等［20］的研究證實MSC可以將B淋巴細(xì)胞阻滯在細(xì)胞周期的G0/G1期而部分地抑制B細(xì)胞的活化及增殖。Comoli等［21］的研究也證實MSC在體外能抑制同源刺激而引起的B細(xì)胞抗體的產(chǎn)生。

2．4 MSC對T細(xì)胞的作用 大量的研究報道指出，MSC對T細(xì)胞的增殖以及細(xì)胞毒性T細(xì)胞的功能具有免疫抑制的作用。Shi等［22］將MSC與PBMC混合培養(yǎng)時，誘導(dǎo)MSC產(chǎn)生免疫抑制因子sHLA-G及趨化因子CCL1，這兩種因子為MSC發(fā)揮免疫抑制作用提供了免疫微環(huán)境，同時誘導(dǎo)T細(xì)胞偏向TH2免疫應(yīng)答，抑制細(xì)胞毒性T細(xì)胞的功能。Jones等［23］研究發(fā)現(xiàn)胎盤MSC能通過產(chǎn)生IDO來抑制同源性T淋巴細(xì)胞的增殖。Najar等［24］研究認(rèn)為MSC對T細(xì)胞增殖產(chǎn)生免疫抑制作用主要與其表達(dá)COX1/COX2有關(guān)，這兩種酶能誘導(dǎo)PGE2的產(chǎn)生而發(fā)揮作用，用PGE2抑制劑吲哚美辛阻斷PGE2的合成時，T淋巴細(xì)胞的增殖能力也明顯恢復(fù)。此外他們還發(fā)現(xiàn)MSC以劑量依耐性來下調(diào)活化的T淋巴細(xì)胞CD38的表達(dá)，通過調(diào)節(jié)T淋巴細(xì)胞的活化來發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。Blanc等［25］的研究發(fā)現(xiàn)，MSC通過下調(diào)活化T淋巴細(xì)胞表面上的IL-2受體的表達(dá)來抑制其增殖與活化。

2．5 MSC對Treg細(xì)胞的作用 Treg細(xì)胞是現(xiàn)在公認(rèn)的具有免疫抑制作用的細(xì)胞群。有報道指出將MSC與CD4+T細(xì)胞共培養(yǎng)時，MSC能誘導(dǎo)CD4+CD25+FOXP3+Treg細(xì)胞及CD8+Treg細(xì)胞的增殖，證明MSC具有誘導(dǎo)CD4+T細(xì)胞向Treg細(xì)胞轉(zhuǎn)化的作用［26］。而 Shi等［22］將 MSC 與 CD4+T 細(xì)胞共培養(yǎng)時發(fā)現(xiàn)，MSC能通過分泌 TGF-β1及PGE2來誘導(dǎo)Treg細(xì)胞的增殖。Casiraghi等［27］研究證實MCS能通過誘導(dǎo)Treg細(xì)胞的產(chǎn)生發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用，抑制移植排斥反應(yīng)的發(fā)生。Chang等［28］的研究也證實MSC能提高Treg細(xì)胞的數(shù)量，抑制T細(xì)胞的增殖而發(fā)揮免疫抑制作用，而且這種抑制作用在IFN-γ的存在下進(jìn)一步加強(qiáng)。

2．6 MSC發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用有關(guān)的其它因素Campioni等［29］認(rèn)為MSC上CD90抗原的表達(dá)對于MSC發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)具有重要作用，CD90+MSC可以通過分泌可溶性的HLA-G及IL-10來抑制PHA刺激引起的PBMC的增殖反應(yīng)。當(dāng)MSC表面CD90表達(dá)下調(diào)時，其分泌的可溶性的HLA-G及IL-10減少，不能抑制PHA刺激引起的PBMC的增殖。Sato等［30］在研究NO對鼠源性的MSC發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)阻斷MSC表面誘導(dǎo)性NO合酶表達(dá)時，其對抗T細(xì)胞增殖的能力也消失。說明NO在MSC發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)過程中起著重要作用。

3 MSC在母胎免疫耐受中的作用

正常妊娠類似于同種異體移植，母胎界面的免疫耐受微環(huán)境對胚胎的成功著床和誘導(dǎo)胎兒在母體子宮內(nèi)的存活與發(fā)育至關(guān)重要。大量研究表明母胎界面絨毛及蛻膜組織中存在間充質(zhì)干細(xì)胞，并初步報道了在母胎界面的MSC的免疫原性及其免疫調(diào)節(jié)作用。Richard等［31］研究羊膜來源的多能性祖細(xì)胞的免疫原性，流式檢測其表面表達(dá)MHCⅠ抗原，不表達(dá)MHCⅡ抗原及共刺激分子B7-1和B7-2。通過共培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，羊膜來源的多能性干細(xì)胞能通過細(xì)胞與細(xì)胞之間的接觸來抑制有絲分裂原刺激引起的外周血單核細(xì)胞的增殖。Zhang等［32］的研究發(fā)現(xiàn)，胎盤來源的間充質(zhì)祖細(xì)胞能抑制外周血與臍帶血中T細(xì)胞的增殖。Hwang等［33］通過Real-time PCR及 Western blot證實正常早孕組蛻膜間充質(zhì)干細(xì)胞胞內(nèi)sICAM-1含量及條件培養(yǎng)基中SDF-1含量比子癇前期患者蛻膜間充質(zhì)干細(xì)胞表達(dá)高。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)SDF-1通過與蛻膜MSC上的趨化因子受體CXCR4結(jié)合而募集MSC到母胎界面局部而發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)的作用。多年來人們從不同的角度研究母-胎界面發(fā)生的生物學(xué)事件，以闡述母-胎免疫調(diào)節(jié)的機(jī)制，但迄今為止母胎免疫耐受的確切機(jī)制仍然不甚明了。MSC在母胎界面所起的調(diào)節(jié)作用，可能為母胎免疫耐受學(xué)說提供一個新的視角。

4 結(jié)語

MSC既是一種具有多向分化潛能的成人干細(xì)胞，同時又具有免疫調(diào)節(jié)的作用，使其成為再生醫(yī)學(xué)及免疫學(xué)研究的熱點。雖然現(xiàn)在有大量的證據(jù)證明其發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用的機(jī)制，在臨床上也將其廣泛用于移植排斥反應(yīng)，輔助造血干細(xì)胞移植，治療各種組織損傷性疾病，但還沒有足夠的證據(jù)證明其長期應(yīng)用的安全性，所以對其發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)的確切機(jī)制及臨床應(yīng)用的安全性還需要進(jìn)一步探討和深入。

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