樹突細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)功能及其影響因素

呂麗娜

【編者按:本文根據(jù)呂麗娜教授在2010年中華醫(yī)學(xué)會(huì)泌尿外科學(xué)分會(huì)腎移植全國(guó)高峰論壇暨全國(guó)移植免疫高級(jí)研討班上授課內(nèi)容整理?！?/p>

樹突細(xì)胞(dendritic cells，DC)是 1973年由Steinman和Cohn［1］發(fā)現(xiàn)。DC在體內(nèi)的數(shù)量極微，但分布極其廣泛，是迄今為止所發(fā)現(xiàn)的功能最強(qiáng)的專職抗原呈遞細(xì)胞?；谶@一特性，早期的研究主要集中于利用DC增強(qiáng)機(jī)體的抗感染及抗腫瘤免疫應(yīng)答，并取得一系列的研究成果，大量DC瘤苗、DC病毒瘤苗以及其他基于DC的免疫治療藥物應(yīng)運(yùn)而生。近年來，隨著免疫學(xué)及分子生物學(xué)的快速發(fā)展，人們對(duì)DC的認(rèn)識(shí)不斷深入，發(fā)現(xiàn)DC不僅是機(jī)體免疫應(yīng)答的始動(dòng)者，而且在調(diào)控細(xì)胞和體液免疫功能、誘導(dǎo)免疫耐受等方面也有重要作用。本文基于我們團(tuán)隊(duì)的研究成果，結(jié)合近年文獻(xiàn)，就DC的免疫調(diào)節(jié)功能及其影響因素作一介紹。

1 DC的基本功能、來源及亞群

DC能夠捕獲、處理外來抗原，并遷移抗原至淋巴細(xì)胞富集區(qū)，將抗原肽相關(guān)信號(hào)呈遞給T細(xì)胞，影響T細(xì)胞的活化、增殖及分化，從而調(diào)控機(jī)體的免疫反應(yīng)。因此，抗原呈遞和遷移是DC的兩大基本功能。

DC在骨髓中從干細(xì)胞發(fā)育到祖細(xì)胞，再到前體細(xì)胞，最后進(jìn)入血液循環(huán)，循環(huán)的DC通過血管和細(xì)胞間隙進(jìn)入組織后成為未成熟DC［2］。發(fā)生感染或異體移植時(shí)這些未成熟DC捕獲異體抗原，隨之被激活。激活后產(chǎn)生一系列變化，使它能穿過組織，穿過淋巴內(nèi)皮屏障，進(jìn)入引流淋巴結(jié)，然后直接進(jìn)入T細(xì)胞依賴區(qū)與T細(xì)胞接觸，誘導(dǎo)免疫反應(yīng)。2007年發(fā)表于《科學(xué)》雜志的一項(xiàng)研究表明，DC和巨噬細(xì)胞具有共同的前體細(xì)胞——CD117+CX3CR1+干細(xì)胞，這種干細(xì)胞能夠分化為兩類細(xì)胞，一類為巨噬細(xì)胞和DC前體細(xì)胞(Mf and DC progenitor)，分化為單核巨噬細(xì)胞(CD11b+Gr1+F480+)和少量DC;另一類為普通DC前體細(xì)胞(common DC precursors)，標(biāo)記為L(zhǎng)in－cKitlowCD115+Flt3+，最終分化為各種亞群的 DC 細(xì)胞［3］。

DC是一群異質(zhì)性的細(xì)胞，有許多亞群，不同的亞群具有不同的免疫功能。目前研究最多的亞群包括傳統(tǒng)DC(conventional DC，cDC)和漿細(xì)胞樣DC(plasmacytoid DC，pDC)。cDC又可分為 CD11c+CD8α+DC 和 CD11c+CD8α－DC，表面標(biāo)記主要為CD11c+。CD8α+DC能夠產(chǎn)生大量的IL-12，激活T-bet信號(hào)傳導(dǎo)，促進(jìn)Th1型的免疫反應(yīng)。CD8α－DC主要產(chǎn)生IL-12，促進(jìn)嗜堿性粒細(xì)胞釋放大量的IL-4，激活T細(xì)胞的GATA3信號(hào)通路，從而誘導(dǎo)Th2型免疫反應(yīng)［4-5］。此外，最近研究結(jié)果表明一些特殊的DC亞群能夠誘導(dǎo)Th17型免疫反應(yīng)，與TGF-β和IL-6的分泌有關(guān)。pDC表面標(biāo)記為CD11clowLy6C+B220+，具有很強(qiáng)的致耐受能力。此外，不同組織中的不同DC亞群具有獨(dú)特的免疫功能。在肝臟組織中，至少存在兩群DC。通過轉(zhuǎn)基因小鼠技術(shù)證實(shí)這兩群DC對(duì)細(xì)胞因子的反應(yīng)性不同，粒細(xì)胞－巨噬細(xì)胞集落刺激因子能夠誘導(dǎo) CD11c+B220－DC;而IL-3/CD40L能夠誘導(dǎo)大量的CD11c－B220+DC，表達(dá)大量的CD205以及高表達(dá)共刺激分子，然而這群DC具有很強(qiáng)的致免疫耐受性［6］。在小腸組織中，目前發(fā)現(xiàn)至少存在4群腸淋巴結(jié)(Peyer's patchs)DC:CD11b+、CD11b+CD8α－、CD11b－CD8α+和CD11b－CD8α－DC。這些DC在特定的外界因素刺激下通過其表面分子和分泌的細(xì)胞因子誘導(dǎo)不同的T細(xì)胞反應(yīng)，與小腸的各種疾病的發(fā)生發(fā)展有關(guān)［7-8］。

2 DC調(diào)節(jié)機(jī)體免疫反應(yīng)的機(jī)制

DC不僅能夠誘導(dǎo)強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)，在機(jī)體抗感染和抗腫瘤免疫應(yīng)答中起重要作用;同時(shí)，DC也具有致耐受作用，維持機(jī)體對(duì)自身抗原耐受以及誘導(dǎo)移植免疫耐受［9］。DC調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)的機(jī)制與以下因素有關(guān):(1)DC的特殊亞群。不同的DC亞群具有不同的免疫功能。(2)DC的成熟狀態(tài)。未成熟DC具有較強(qiáng)的致耐受特性，而成熟DC具有很強(qiáng)的誘導(dǎo)免疫反應(yīng)的能力。(3)DC所處的組織微環(huán)境。不同的組織微環(huán)境對(duì)其功能和發(fā)生發(fā)展有很大的影響，如肝組織DC具有致耐受性，小腸和肺組織DC均具有各自的特性。(4)參與DC功能調(diào)節(jié)的各種刺激信號(hào)。與淋巴細(xì)胞的激活信號(hào)相似，有3種信號(hào)參與DC的功能調(diào)節(jié)。第一信號(hào)為MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ類分子與T淋巴細(xì)胞受體的結(jié)合，提供抗原刺激信號(hào);第二信號(hào)為DC與其他淋巴細(xì)胞直接接觸而形成的共刺激信號(hào)，包括B7家族、Ox40L和4-1BBL等與其相應(yīng)受體的相互作用。第三信號(hào)為DC與T細(xì)胞作用后所釋放的一系列細(xì)胞因子，如IL-12、IFN-γ、IL-4 以及 IL-10 等。

以上機(jī)制不僅能夠影響DC表型改變和細(xì)胞因子分泌，最重要是能夠調(diào)控DC的免疫功能，從而影響T細(xì)胞的功能狀態(tài)，包括影響T細(xì)胞的活化、促進(jìn)T細(xì)胞凋亡和無能，以及決定初始T細(xì)胞向輔助性 T 細(xì)胞(helper T cells，Th)1、Th2、Th17 及調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞(regulatory T cells，Treg)分化的方向等［10-12］。其中Treg在DC致免疫耐受中發(fā)揮重要作用。大量研究表明，致耐受性DC能夠選擇性擴(kuò)增Treg，而Treg又能影響致耐受性DC的致耐受特性，兩者相互作用共同維持機(jī)體的免疫平衡狀態(tài)。

3 組織微環(huán)境對(duì)DC功能的影響

肝是易誘導(dǎo)外周耐受形成的“免疫特惠”器官，許多動(dòng)物種系同種異體肝移植能越過主要組織相容性障礙而自發(fā)耐受，不需要免疫抑制劑的維持治療。目前，有許多研究證明肝的“免疫特惠”現(xiàn)象與肝DC有關(guān)。與脾DC或骨髓源性DC相比，肝DC具有很強(qiáng)的免疫調(diào)節(jié)特性。用脂多糖刺激后，發(fā)現(xiàn)與脾DC相比，肝DC能產(chǎn)生更多的IL-10、TGF-β以及IL-27［13］。將肝 DC與 T細(xì)胞共培養(yǎng)后，發(fā)現(xiàn) T細(xì)胞產(chǎn)生大量IL-10，選擇性擴(kuò)增Treg而抑制效應(yīng)性T細(xì)胞增殖，從而使平衡趨向免疫耐受。而脾DC在脂多糖刺激下則產(chǎn)生大量的IL-12，誘導(dǎo)Th1型免疫反應(yīng)。肝的組織微環(huán)境使肝DC維持在未成熟狀態(tài)，能夠引起宿主T細(xì)胞無能以及凋亡。通過人為方法改變肝組織微環(huán)境可影響肝DC的功能，從而影響移植肝的結(jié)局。比如，肝移植術(shù)前給予供者Flt-3L治療能夠促進(jìn)成熟DC在肝大量積聚，引發(fā)強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)，導(dǎo)致移植肝急性排斥反應(yīng)。此外，通過注射IL-2、IL-12等方法影響T細(xì)胞在肝中的活化和存活，導(dǎo)致肝移植后排斥反應(yīng)［14］。

腸道中的CD103+DC將視黃醛轉(zhuǎn)化成視黃酸，在后者刺激下，CD103+DC能誘導(dǎo)Treg擴(kuò)增。此外，腸道淋巴結(jié)DC的各種亞群在不同的外界抗原刺激下能夠誘導(dǎo)各種T細(xì)胞免疫反應(yīng)。這些均表明組織微環(huán)境對(duì)于DC功能有很大影響［7-8］。

4 DC表面免疫分子的表達(dá)對(duì)其功能的影響

一些免疫分子在DC表面高表達(dá)能夠增強(qiáng)DC誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)，比如CD70。DC激活后，CD70表達(dá)增加，通過與表達(dá)在T細(xì)胞上其受體CD27結(jié)合后，激活T-bet通路，誘導(dǎo)Bcl-xL表達(dá)，維持T細(xì)胞存活，并促進(jìn)T細(xì)胞表達(dá)IL-12Rβ2，與DC表達(dá)的IL-12結(jié)合介導(dǎo)Th1型免疫反應(yīng)［15］。Treg細(xì)胞通過抑制CD70的表達(dá)從而抑制DC介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，DC表面CD70表達(dá)降低時(shí)，盡管IL-12仍有表達(dá)，但是Th1型免疫反應(yīng)受到明顯的抑制［16］。

目前，許多研究探討誘導(dǎo)DC表面抑制性分子表達(dá)進(jìn)而最大限度地發(fā)揮其致耐受特性。B7-H1是B7家族中的一個(gè)抑制性共刺激分子，我們的研究證明它不僅能誘導(dǎo)T細(xì)胞凋亡，還能誘導(dǎo)和擴(kuò)增Treg細(xì)胞。敲除B7-H1基因后，發(fā)現(xiàn)肝DC誘導(dǎo)T細(xì)胞凋亡與擴(kuò)增Treg的能力顯著降低，說明B7-H1對(duì)于肝DC發(fā)揮致耐受性有非常重要的作用?？诜扇苄缘鞍渍T導(dǎo)免疫的無應(yīng)答或低應(yīng)答狀態(tài)(口服耐受)具有重要的生理學(xué)意義，盡管其機(jī)制仍不明確，但新近研究表明，其與pDC釋放IL-10并誘導(dǎo)T細(xì)胞表面CTLA-4和PD-1的表達(dá)有關(guān);CD8α+DC通過表達(dá)吲哚胺 2，3-雙加氧酶(indoleamine 2，3-dioxygenase)，不僅可以促進(jìn)反應(yīng)性T細(xì)胞的溶解和凋亡，而且能選擇性擴(kuò)增Treg細(xì)胞［17］。因此，研究DC表面的抑制性分子有助于開發(fā)新的藥物靶點(diǎn)以調(diào)控機(jī)體的免疫反應(yīng)。

通過人為改變DC表面這些免疫分子的表達(dá)水平能夠誘導(dǎo)機(jī)體特異性免疫反應(yīng)或特異性的免疫耐受。目前常見的方法主要包括:(1)應(yīng)用抑制性細(xì)胞因子(TGF-β、IL-10)或免疫抑制劑(環(huán)孢素、阿司匹林)等改變DC免疫功能;(2)免疫調(diào)節(jié)劑聯(lián)合來阻斷CD40L等正性共刺激分子，增強(qiáng)CTLA-4免疫球蛋白和PD-1等負(fù)性共刺激分子表達(dá);(3)通過靶向作用于轉(zhuǎn)錄因子(核因子-κB/STATs)來阻止DC的成熟或激活;(4)通過基因工程技術(shù)將CTLA-4免疫球蛋白/TGF-β/IL-10/IL-4等免疫抑制分子轉(zhuǎn)導(dǎo)入DC來增強(qiáng)其致耐受性。以上方法雖可以延長(zhǎng)器官移植物的存活時(shí)間，但目前尚不能誘導(dǎo)永久性的免疫耐受，然而多種方法聯(lián)合應(yīng)用有望在將來成功誘導(dǎo)供者抗原特異的、穩(wěn)定的、持久的免疫耐受。

5 肝星狀細(xì)胞對(duì)DC的影響

一些器官的組織細(xì)胞在DC的分化和功能中也起了重要作用。我們將肝星狀細(xì)胞與異體胰島細(xì)胞共同移植，胰島細(xì)胞生存期極大延長(zhǎng)。相關(guān)機(jī)制研究表明，在炎癥區(qū)域，肝星狀細(xì)胞被激活的T細(xì)胞所釋放的INF-γ激活后，誘導(dǎo)了大量髓源性抑制細(xì)胞分化和積聚。后者繼而殺傷CD8+效應(yīng)細(xì)胞，并誘導(dǎo)大量Treg細(xì)胞產(chǎn)生，最后導(dǎo)致宿主對(duì)移植物耐受。如胰島細(xì)胞單獨(dú)移植，在炎癥區(qū)域浸潤(rùn)的主要是DC細(xì)胞，提示肝星狀細(xì)胞能抑制DC而促進(jìn)髓源性抑制細(xì)胞分化［18］。

總之，闡明決定DC誘導(dǎo)免疫耐受功能以及DC選擇性觸發(fā)T細(xì)胞向輔助性T細(xì)胞Th1、Th2、Th17、Treg等不同方向分化的關(guān)鍵因素對(duì)尋找新的方法來調(diào)控機(jī)體免疫反應(yīng)具有重大意義。

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