神經(jīng)干細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)作用的研究進(jìn)展

高謀 徐如祥 楊志軍

·專題筆談·

神經(jīng)干細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)作用的研究進(jìn)展

高謀 徐如祥 楊志軍

由多種免疫細(xì)胞及細(xì)胞因子參與介導(dǎo)的免疫應(yīng)答在神經(jīng)損傷修復(fù)中意義重大。神經(jīng)干細(xì)胞(NSCs)移植可發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用改善微環(huán)境，促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)。為進(jìn)一步闡明NSCs的免疫調(diào)節(jié)作用，本文就近年來(lái)對(duì)NSCs與免疫細(xì)胞，NSCs與細(xì)胞因子間相互作用的研究進(jìn)行綜述。

神經(jīng)干細(xì)胞； 免疫調(diào)節(jié)； 免疫細(xì)胞； 細(xì)胞因子

神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cells，NSCs)是一類具有自我更新和多向分化潛能的成體干細(xì)胞，應(yīng)用NSCs移植治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)疾病目的是修復(fù)和替代有功能的神經(jīng)細(xì)胞。受多種因素影響移植體內(nèi)的NSCs難以定向分化為可整合到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中傳遞信息的成熟神經(jīng)元，因此細(xì)胞替代的治療理念有待完善。近來(lái)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)靜脈移植異體NSCs不僅能在免疫器官中存活，而且低免疫源性的NSCs可與多種免疫細(xì)胞相互作用，影響后者功能[1]。將NSCs與免疫細(xì)胞離體共培養(yǎng)也發(fā)現(xiàn)二者間有多種聯(lián)系，這些聯(lián)系可通過(guò)分泌細(xì)胞因子得以實(shí)現(xiàn)，細(xì)胞因子不僅在免疫應(yīng)答中發(fā)揮重要作用，而且作為信號(hào)分子可在細(xì)胞增殖與凋亡、分化與成熟等方面影響細(xì)胞功能[2]。由此一些學(xué)者認(rèn)為NSCs移植發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)改善微環(huán)境的作用甚至超過(guò)其細(xì)胞替代作用[3]。本文就近年來(lái)NSCs免疫調(diào)節(jié)作用的研究進(jìn)行綜述。

一、NSCs與免疫細(xì)胞

近年來(lái)運(yùn)用芯片技術(shù)發(fā)現(xiàn)NSCs可表達(dá)免疫調(diào)節(jié)基因，這些基因約占其總量的18%[4]。外源性NSCs參與宿主內(nèi)自身免疫應(yīng)答可發(fā)揮多種調(diào)節(jié)作用，如將異體NSCs注入宿主淋巴器官，發(fā)現(xiàn)NSCs可抑制樹突狀細(xì)胞(dendritic cells，DCs)活化，抑制抗原特異性T細(xì)胞增殖，從而減輕炎癥反應(yīng)[1,5]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Th1型細(xì)胞具有促進(jìn)炎癥反應(yīng)的作用，而NSCs可誘導(dǎo)其發(fā)生細(xì)胞凋亡[6]。可見NSCs與免疫細(xì)胞間的相互作用是前者調(diào)控免疫應(yīng)答的主要方式之一。隨著研究深入，學(xué)者們關(guān)注到CNS損傷后的免疫反應(yīng)，并發(fā)現(xiàn)免疫細(xì)胞不僅參與炎癥介導(dǎo)的病理性損傷，而且可參與 “保護(hù)性自身免疫”，影響內(nèi)源性神經(jīng)干/祖細(xì)胞定向遷移和分化成熟[1]。顱腦創(chuàng)傷后血腦屏障功能紊亂，CNS自身抗原暴露，DCs作為免疫系統(tǒng)內(nèi)專職的抗原呈遞細(xì)胞，可將這些抗原物質(zhì)提呈給T細(xì)胞并促使其增殖活化啟動(dòng)適應(yīng)性免疫應(yīng)答，已有文獻(xiàn)報(bào)道針對(duì)CNS自身抗原物質(zhì)的免疫反應(yīng)在一定程度內(nèi)有利于神經(jīng)修復(fù)再生[7]。

CNS損傷后激活的抗原特異性T細(xì)胞可介導(dǎo)免疫反應(yīng)，有實(shí)驗(yàn)報(bào)道T細(xì)胞參與的免疫應(yīng)答加劇了神經(jīng)系統(tǒng)炎癥反應(yīng)[7,8]。此外，T細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子IL-2、IL-10及IL-35等可參與病理性自身免疫和保護(hù)性免疫應(yīng)答，可見T細(xì)胞具有兩面性即神經(jīng)毒性和神經(jīng)保護(hù)性，具體作用依賴于細(xì)胞活化狀態(tài)和特定的病理環(huán)境，因此進(jìn)一步研究應(yīng)關(guān)注如何靶向調(diào)控T細(xì)胞功能，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[9,10]。結(jié)合NSCs移植治療策略，筆者希望NSCs可對(duì)T細(xì)胞活化發(fā)揮積極導(dǎo)向作用，以使后者介導(dǎo)保護(hù)性免疫應(yīng)答，有利于神經(jīng)再生。此外，也要考慮到T細(xì)胞介導(dǎo)的病理性自身免疫是否會(huì)針對(duì)異體NSCs產(chǎn)生毒性作用，這些研究可為NSCs移植時(shí)機(jī)選擇和是否應(yīng)用具有抑制T細(xì)胞毒性的轉(zhuǎn)基因NSCs提供依據(jù)。

上述中提到外源性NSCs可抑制DCs和T細(xì)胞增殖，而DCs和T細(xì)胞在一定程度內(nèi)可促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生，有利于內(nèi)源性NSCs增殖分化?？梢奛SCs與免疫細(xì)胞間作用復(fù)雜，看似矛盾的結(jié)果其內(nèi)部可能有著更深層次的原因。此外應(yīng)注意這些結(jié)果是在不同研究背景下觀測(cè)到的，研究者們已知同種細(xì)胞在不同生長(zhǎng)階段中可表現(xiàn)出截然相反的功能，如成熟的DCs可誘導(dǎo)免疫應(yīng)答活化小膠質(zhì)細(xì)胞，而未成熟的DCs則誘導(dǎo)免疫耐受發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[11]。此外一種細(xì)胞在不同病理環(huán)境中也可出現(xiàn)極性轉(zhuǎn)變，由促進(jìn)炎癥反應(yīng)的類型向拮抗炎癥反應(yīng)的類型轉(zhuǎn)變，如巨噬細(xì)胞在LPS刺激下可分泌Th1型促炎因子，而在IL-4作用下則分泌Th2型抑炎因子[12]。

在CNS內(nèi)部也有一套完整的免疫調(diào)控體系，小膠質(zhì)細(xì)胞能吞噬異物，星形膠質(zhì)細(xì)胞可提呈抗原，內(nèi)源性NSCs本身也是一種免疫細(xì)胞，由它們分泌的細(xì)胞因子可調(diào)控免疫應(yīng)答，影響神經(jīng)發(fā)生[1]。小膠質(zhì)細(xì)胞是單核系來(lái)源的免疫細(xì)胞，與定居于其他組織器官中的巨噬細(xì)胞有類似功能，當(dāng)CNS損傷后小膠質(zhì)細(xì)胞遷移到損傷區(qū)可提呈抗原，分泌細(xì)胞因子趨化免疫細(xì)胞浸潤(rùn)[12]。由多種免疫細(xì)胞參與的炎癥反應(yīng)一方面可加速清除變性壞死物，激活內(nèi)源性NSCs定向遷移到達(dá)病灶；另一方面，免疫細(xì)胞可分泌多種細(xì)胞因子發(fā)揮生物學(xué)作用，如IL-1和IL-6可促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)性增生，從而局限致傷因素，填補(bǔ)組織缺損[1]。膠質(zhì)細(xì)胞增生可為神經(jīng)元修復(fù)提供支架，而過(guò)度增生可形成膠質(zhì)瘢痕阻礙軸突生長(zhǎng)，影響神經(jīng)環(huán)路重建，甚至有形成腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)[13]。這些病理變化與免疫應(yīng)答密切相關(guān)，移植NSCs可下調(diào)促炎因子，可能在一定程度上減少了后者對(duì)膠質(zhì)細(xì)胞的刺激作用，進(jìn)而調(diào)控膠質(zhì)瘢痕的形成。

二、NSCs與細(xì)胞因子

NSCs與免疫系統(tǒng)間的相互作用使其在神經(jīng)修復(fù)方面表現(xiàn)出巨大的潛力。顱腦創(chuàng)傷早期移植的NSCs可下調(diào)促炎因子IL-6和TNF-α的表達(dá)，從而抑制炎癥反應(yīng)，減輕繼發(fā)性病理?yè)p傷，為細(xì)胞提供適宜的修復(fù)環(huán)境[14]。此外，NSCs不僅與浸潤(rùn)腦組織參與局部炎癥反應(yīng)的免疫細(xì)胞直接作用，而且可分泌多種細(xì)胞因子作用于不同細(xì)胞受體上發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用[5]?？梢娂?xì)胞因子這類由免疫活性細(xì)胞產(chǎn)生的調(diào)節(jié)因子，在NSCs與免疫系統(tǒng)間發(fā)揮著重要的媒介作用。然而細(xì)胞因子也有兩面性，如促炎因子IL-6和TNF-α可抑制神經(jīng)發(fā)生，營(yíng)養(yǎng)因子BDNF和抗炎因子IL-15可促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生，但這并不絕對(duì)，細(xì)胞因子在不同階段可發(fā)揮不同作用[1]。隨著研究深入，大量證據(jù)表明細(xì)胞因子在CNS創(chuàng)傷后免疫反應(yīng)中可發(fā)揮保護(hù)性作用，而一旦分泌過(guò)量或失去調(diào)控將加重組織損傷[15]。

近來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，IL-1β能抑制海馬齒狀回顆粒區(qū)細(xì)胞增殖，并誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞促其表達(dá)單核細(xì)胞趨化蛋白，增加巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)，加重神經(jīng)損傷[16]。IL-6具有多種生物學(xué)功能，在CNS創(chuàng)傷中可參與星形膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)性增生，造成血腦屏障功能紊亂促使免疫細(xì)胞和細(xì)胞因子進(jìn)入CNS內(nèi)參與繼發(fā)性病理?yè)p傷，此外IL-6也具有神經(jīng)保護(hù)作用，然而體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)IL-6可抑制神經(jīng)發(fā)生，當(dāng)給予IL-6抗體后神經(jīng)發(fā)生恢復(fù)正常[17]。IL-8可趨化T細(xì)胞參與炎癥反應(yīng)，而IL-10主要發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[18]。前已述及NSCs移植可影響細(xì)胞因子表達(dá)，進(jìn)一步研究應(yīng)從細(xì)胞因子產(chǎn)生機(jī)制入手。

TNF-α是一種具有廣泛生物學(xué)活性的細(xì)胞因子，近來(lái)TNF-α在CNS損傷中的作用受到較多關(guān)注，而對(duì)于其是加重?fù)p傷還是促進(jìn)修復(fù)目前尚存爭(zhēng)議[1]。有報(bào)道稱TNF-α可加重少突膠質(zhì)細(xì)胞損傷，抑制髓鞘形成，引起多發(fā)性硬化，此外在腦損傷和癲癇發(fā)作時(shí)TNF-α結(jié)合相應(yīng)受體轉(zhuǎn)導(dǎo)信號(hào)，可抑制成年動(dòng)物NSCs增殖[19]。TNF-α作為促炎因子參與血腦屏障功能破壞并加重病理性損傷，然而有研究發(fā)現(xiàn)CNS損傷后，TNF-α敲除鼠的皮質(zhì)脊髓束未見側(cè)支發(fā)芽，并且其運(yùn)動(dòng)功能沒有得到改善，說(shuō)明TNF-α參與損傷后神經(jīng)功能重塑[20]。

CNS創(chuàng)傷后小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞可表達(dá)TGF-β，在腦損傷動(dòng)物模型大腦皮層內(nèi)TGF-β水平的動(dòng)態(tài)變化伴隨著TNF-α和IL-6的變化，提示TGF-β可能具有類似功能[21]。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子在CNS損傷后可參與神經(jīng)再生修復(fù)，如脊髓損傷后，BDNF的mRNA和蛋白水平顯著上升，損傷局部BDNF免疫陽(yáng)性的小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞也明顯增多[22]。此外一些免疫調(diào)節(jié)因子如白血病抑制因子和睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子可通過(guò)與gp130結(jié)合刺激NSCs增殖[23]。在炎癥反應(yīng)和神經(jīng)退行性病變中，小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元及NSCs可合成趨化因子并表達(dá)相應(yīng)受體。這些因子與受體結(jié)合后可傳遞信息調(diào)控基因表達(dá)，從而在神經(jīng)損傷修復(fù)中發(fā)揮作用[24]。

綜上所述，細(xì)胞因子在CNS免疫應(yīng)答中發(fā)揮著多種作用，可擴(kuò)大炎癥反應(yīng)，也可保護(hù)神經(jīng)組織，作為神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)免疫反應(yīng)重要參與者，它們不僅在多種細(xì)胞間發(fā)揮媒介作用，而且參與并介導(dǎo)了NSCs的免疫調(diào)節(jié)作用。

三、小結(jié)

免疫應(yīng)答在神經(jīng)損傷修復(fù)中意義重大，NSCs可參與其中并發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。隨著研究深入，NSCs免疫調(diào)控作用的機(jī)制將被進(jìn)一步闡明，而應(yīng)用NSCs移植發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用將賦予干細(xì)胞治療以新的使命。

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Research progress of immunomodulation effect of neural stem cells

Gao Mou,Xu Ruxiang,Yang Zhijun. Affiliated Bayi Brain Hospital,General Hospital of Beijing Military Region,Beijing 100700, China

Xu Ruxiang,Email:zjxuruxiang@163.com

Immune response,which is involved and mediated by a variety of immunocytes and cytokines,has great significance in nerve injury and repair.Grafted neural stem cells(NSCs)have the potential of immunomodulation to improve the microenvironment and promote nerve repair.In order to further clarify the immunomodulation effect of NSCs,we review and summary of some recent studies related to the interactions between NSCs and immunocytes as well as cytokines in this article.

Neural stem cell; Immunomodulation; Immunocyte;Cytokine

2015-07-27)

(本文編輯:張麗)

10.3877/cma.j.issn.2095-9141.2015.06.010

軍隊(duì)“十二五”重大科技研究項(xiàng)目(BWS12J010)

100700北京，北京軍區(qū)總醫(yī)院附屬八一腦科醫(yī)院

徐如祥，Email:zjxuruxiang@163.com

高謀,徐如祥,楊志軍.神經(jīng)干細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)作用的研究進(jìn)展[J/CD].中華神經(jīng)創(chuàng)傷外科電子雜志,2015,1(6)：358-360.