樹突狀細胞在急性腎損傷中的研究進展

梁怡然， 張冰瑩， 吳　聲， 丁小強， 方　藝

復旦大學附屬中山醫(yī)院腎內科，上海　200032

?

·綜述·

樹突狀細胞在急性腎損傷中的研究進展

梁怡然， 張冰瑩， 吳聲， 丁小強， 方藝*

復旦大學附屬中山醫(yī)院腎內科，上海200032

[摘要]樹突狀細胞(dendritic cells, DC)是連接固有免疫和適應性免疫的橋梁，在免疫反應中發(fā)揮重要的抗原提呈作用。急性腎損傷(acute kidney injury, AKI)是各種原因導致的急性腎臟實質損傷。腎臟極易發(fā)生缺血性損傷，而免疫炎癥反應是急性缺血性腎損傷發(fā)生發(fā)展的重要機制，其中樹突狀細胞和腎小管上皮細胞間的相互作用有望成為治療腎損傷和延緩其病程的新靶點。[關鍵詞]急性腎損傷; 樹突狀細胞; 缺血性腎損傷; 免疫炎性反應

樹突狀細胞(dendritic cell, DC)是一種重要的免疫細胞，在免疫反應中發(fā)揮重要的抗原提呈作用，負責啟動和激活初始T細胞對蛋白質抗原的識別和應答，并對自身抗原產生免疫耐受。急性腎損傷(acute kidney injury, AKI)的發(fā)病率較高，其發(fā)生發(fā)展和免疫炎性反應密切相關。本文將從DC在嚙齒類動物和人類腎臟中的定位、生理狀態(tài)和AKI炎性狀態(tài)下DC的遷徙特性、DC對AKI相關免疫炎性反應的調控機制、以DC為靶點的AKI防治前景等幾個方面，對近年來的相關研究成果作一綜述。

1DC的分類和定位

DC是一類形態(tài)、結構和功能特異的抗原提呈細胞，因其成熟時伸出許多偽足樣突起而得名。目前主要根據(jù)DC的來源、分布對其進行分類。根據(jù)來源，DC可以分為髓樣DC(myeloid DC, MDC)和淋巴樣DC(lymphoid DC, LDC)。根據(jù)分布，DC可分為外周循環(huán)DC和組織固有DC。人類MDC是髓樣干細胞在粒細胞巨噬細胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor,GM-CSF) 刺激下分化而成[1]，也稱為DC1，與單核細胞和粒細胞有共同的前體細胞，可產生大量的白介素-12(interleukin-12, IL-12)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)和少量的IL-6，還誘導輔助性T細胞(T help cells, Th)向Th1分化。人類 LDC起源于淋巴樣干細胞，也稱為漿細胞樣DC(plasmacytoid DC, PDC)，即DC2，與T細胞和自然殺傷細胞(natural killer cells, NK)有共同的前體細胞，可分泌大量IL-6和少量IL-12，誘導Th向Th2分化[1]。小鼠DC起源和人類相似，也分為兩類，MDC來源于骨髓，LDC來源于血液和扁桃體。

腎臟DC(kidney DC, KDC)屬于MDC，來源于骨髓中的巨噬細胞和DC前體細胞(macrophage/ DC precursors, MDPs)。MDP分化為單核細胞或普通DC前體細胞(common DC precursor,CDP)，其中，單核細胞分化為Ly6C+單核細胞和Ly6C-單核細胞，CDP分化為DC。生理狀態(tài)下KDC來源于Ly6C-單核細胞和DC前體細胞，炎性狀態(tài)下KDC來源于所有類型的MDPs[2]。

Hart 和Fabre[3]首次在嚙齒類動物組織中發(fā)現(xiàn)，DC存在于大腦以外的所有實體器官。然而，2015年弗吉尼亞醫(yī)學院的研究人員[4]證實，DC也存在于動物大腦。動物和人的腎臟中均存在DC，其主要分布于腎小管間質[5]。嚙齒類動物的KDC可用CD11c來定位，此外，KDC細胞表面所表達的不同共刺激分子和主要組織相容性復合物Ⅱ(major histocompatibility complex class Ⅱ, MHC Ⅱ)可表示DC的不同成熟狀態(tài)[6]。相對于嚙齒類DC，人類DC表面分子標志物更多，如CD304、CD209等[2]。

2機體生理狀態(tài)和AKI炎性狀態(tài)下DC的遷徙

腎臟未成熟DC(immature DC, iDC)攝取抗原后通過淋巴管進入局部淋巴結，并分化為成熟DC(mature DC, mDC)，提呈抗原激發(fā)T細胞免疫應答。DC的體內遷徙是其分化成熟和實現(xiàn)抗原提呈所必需的過程，也是DC的重要特征，與其趨化因子受體表達有關。iDC表達CCR1、CCR2、CCR5、CXCR1和CXCR2，mDC表達CCR7和CXCR4[2]，因此，不同成熟狀態(tài)的DC能結合不同趨化因子并遷徙到相應部位發(fā)揮不同作用。iDC表達的CCR1、CCR2和CCR5能與細菌或病毒成分、炎性因子、活化的免疫細胞表面配體等結合，從而協(xié)助KDC遷徙到腎組織中表達CCL1、CCL2和CCL5的區(qū)域；如阻斷KDC細胞膜上的CCR5，體內DC的遷徙則受到抑制[7]。

DC表面趨化因子受體的表達除受到DC成熟狀態(tài)的影響外，也受到外源性刺激因素的影響，例如，KDC受脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)刺激后，細胞膜上的CCR7表達增加[7]。CCR7的配體是C-C趨化因子配體19(C-C chemokine ligand type 19, CCL19)和CCL21，這兩種配體分布在高內皮微靜脈和次級淋巴組織中。高內皮細胞微靜脈是淋巴組織中特殊的毛細血管后微靜脈，是淋巴細胞自血液進入淋巴組織的通道。因此，刺激后的KDC在趨化因子作用下從腎小管間質進入腎臟淋巴組織。腎小球腎炎患者的腎小球KDC的CCR1表達增加[8]，阻斷其表達會抑制白細胞的浸潤[9]和疾病發(fā)展[10]，可能與CCR1表達上調后為DC提供了提呈和加工抗原的途徑有關。T淋巴細胞激活上調性表達分泌因子(regulated upon activation normal T-cell expressed and secreted, RANTES)在腎臟內皮細胞膜表達，在梗阻性腎病患者[11]和同種異體移植物排異的動物模型[12]中表達增加。血液中iDC在CCR5的作用下向腎臟實質遷徙，而阻斷CCR5的表達及功能有利于抑制腎損傷后的炎性細胞浸潤。

3AKI時KDC的免疫調控機制

3.1AKI時KDC的遷移及其調控機制革蘭陰性細菌感染是導致AKI發(fā)生的重要危險因素，可以誘發(fā)膿毒血癥AKI。LPS是革蘭陰性細菌表面的大分子，作為內毒素可以引起動物強烈的免疫炎性反應。動物實驗[13]觀察到，當靜脈給予小鼠LPS、IL-1或TNF-α12 h后，KDC開始從腎臟間質遷移到腎臟淋巴結中。Roake等[13]報道，KDC在LPS等免疫刺激啟動4 h后開始向淋巴結遷徙，48 h時KDC在腎臟淋巴結中的數(shù)量達峰值，LPS刺激后KDC的遷徙可以持續(xù)1周。靜脈給予小鼠LPS后，KDC同時向腎臟髓質(T細胞區(qū))遷徙。Dong 等[7]證實，LPS誘導KDC向腎臟髓質遷移，促進抗原特異性T細胞的增殖，并導致過度的免疫炎性反應。

除感染因素外，缺血缺氧損傷也是AKI最主要的發(fā)病機制之一，氧分壓水平直接影響DC的分化成熟。體外實驗[14]顯示，人類外周血來源的單核細胞分化的DC在不同低氧條件下表現(xiàn)出不同的分化和成熟表型。適度低氧抑制DC分化和成熟因子(CD40、CD80、CD83、CD86、MHC Ⅱ)的表達，從而抑制DC對T細胞的刺激潛能和DC的遷徙能力，或通過DC上調細胞表面的程序性細胞死亡配體(programmed cell death ligand-1, PD-L1)，使其與T細胞表面的受體PD-1結合，減少T細胞增殖；而長時間低氧促進DC成熟并在成熟因子協(xié)助下誘導T細胞反應。后者通過分泌細胞因子、活化巨噬細胞等效應細胞以及誘導抗體產生，進一步加重腎損傷。

3.2KDC的雙刃劍作用在AKI免疫調控機制中，KDC的雙刃劍作用受到普遍關注。KDC的雙刃劍作用與DC成熟度以及表面分子類型有關。Steinman等[15]發(fā)現(xiàn)，生理狀態(tài)下的iDC表達低水平的MHC和共刺激分子(CD80、CD86、CD40)，iDC和抗原結合后誘導抗原特異性T細胞的免疫耐受；在炎性狀態(tài)下，iDC和外來抗原結合后，MHC II和共刺激分子表達上調，iDC轉變?yōu)閙DC，KDC功能由吞噬抗原轉變?yōu)樘岢士乖?，并轉移到T細胞廣泛分布的次級淋巴組織，激活適應性免疫反應。

此外，DC的雙刃劍作用還與其來源有關。在嚙齒類動物中，根據(jù)是否表達CD8同源二聚體和β2整聯(lián)蛋白CD11b/CD18，將DC分為CD8+DC和CD8-DC，兩類DC對T細胞的調控功能不同，前者可能誘導免疫耐受，但目前沒有定論；而人類DC不存在和嚙齒類CD8對應的類型[16]。

4誘導DC免疫耐受的機制

組織中固有DC抗原提呈途徑分為兩類:直接途徑和間接途徑。前者是移植物DC表達的MHC與移植物抗原結合，將抗原提呈給受體組織中的T細胞；后者是受體組織中DC表達的MHC與移植物抗原結合，將抗原提呈給受體組織中的T細胞。這兩種途徑在移植物排異過程不同階段的重要性不同。AKI中KDC的免疫耐受作用機制類似于移植腎的抗排斥機制，但DC提呈抗原的途徑及其作用時間和強度仍不確切。

目前針對移植腎的免疫治療措施為誘導iDC的產生。細胞成熟度對KDC的功能有很大影響。研究[17]顯示，在生理狀態(tài)下，幾乎所有動物模型的淋巴管內DC呈現(xiàn)成熟狀態(tài)。這似乎與iDC在健康狀態(tài)下發(fā)揮誘導免疫耐受的功能矛盾。針對該現(xiàn)象，有學者推測一定比例的iDC對生理狀態(tài)下免疫耐受的誘導是必要的[2]；另有學者認為mDC和iDC之間可能存在半成熟DC(semi-mature DC，smDC)[18]，這種smDC導致炎性因子產生不足，進而誘導免疫耐受。

目前認為，iDC和smDC誘導免疫耐受的機制包括3種：(1)免疫偏倚，阻斷共刺激分子信號通路或用特殊細胞因子培養(yǎng)DC的研究[19]顯示，DC誘導T細胞分化為Th2細胞，形成免疫耐受；(2)DC誘導T細胞的無能或凋亡，DC膜表面分子的過量表達可導致T細胞的凋亡，如人凋亡相關因子配體(FasL)、一氧化氮[20]、色氨酸分解酶[21]可以協(xié)助DC誘導T細胞凋亡，而清除抗原特異性T細胞是誘導免疫耐受最有效的方法；(3)KDC誘導調節(jié)性T細胞(regulatory T cell, Treg)的產生[22]，Treg抑制免疫反應，DC和Treg 之間可以形成抑制免疫反應的反饋環(huán)路[17]。

iDC抑制移植腎排異反應的作用首先在小鼠模型中得到證實[23]。隨后，研究[24]證實，給予大鼠地塞米松處理的DC和細胞毒性T細胞相關蛋白-4(cytotoxic T lymphocyte associate protein-4, CTLA-4)抗體干預后，移植腎的存活時間延長，相關機制包括地塞米松抑制DC成熟、CTLA-4抗體阻斷了DC向T細胞提呈抗原以及Treg的參與。再次提示，DC和T細胞的相互作用在誘導免疫耐受中有重要意義。在恒河猴模型中，器官移植前清除T細胞和抑制DC成熟，移植物生存率升高至87%[25]。此外，DC表面不同Notch配體對Th1/Th2反應的誘導[26]、DC表面新發(fā)現(xiàn)的共刺激分子(如B7家族分子)等在DC免疫耐受中的調控機制仍有待于進一步研究[26-28]。然而，目前DC在人類器官移植領域的應用尚未見報道，如何將動物模型器官移植中的DC治療應用于臨床，尤其應用于AKI的防治，仍是醫(yī)學領域面臨的重要挑戰(zhàn)。

5以低氧誘導因子-1α(hypoxia induced factor 1α, HIF-1α)/miR21和DC為靶點的AKI治療前景

核轉錄因子κB(NF-κB)是DC成熟的重要調控因子，而抑制NF-κB已證實為減輕AKI損傷的重要措施之一[29]。我們以往的研究[30]也證實，缺血預適應的保護機制之一在于：缺血誘導 HIF-1及miR-21上調后，通過抑制程序性細胞死亡因子4(programmed cell death 4, PDCD4)的表達而抑制NF-B的作用。我們認為，上調HIF-miR21或抑制NF-B活性最終可能造成KDC成熟障礙，從而減輕免疫炎性反應和腎損傷程度。值得一提的是，HIF-1α一方面通過與NF-B相互作用參與固有免疫反應，另一方面在適應性免疫階段，HIF-1α可以促進CD4+T細胞由Th1向Th2轉型或向Treg細胞分化、增殖[31]。上述研究成果提示，針對DC分化和成熟的一些干預措施，包括以HIF-miR21和NF-B為靶點的干預手段，有望成為今后AKI防治的新方向。

6小結

免疫炎性失控是AKI發(fā)生和發(fā)展的重要機制之一，而DC在AKI相關免疫炎性調控中的作用越來越受到關注。盡管KDC的研究受到體內難以檢測、體外缺乏特異性標志物及免疫炎性反應復雜性的限制，但是，隨著近年來實驗技術的不斷發(fā)展和對DC研究的深入，對KDC的研究也逐漸增多，在此基礎上，以KDC為干預靶點，探索AKI免疫失控的關鍵機制，并尋找相應的干預措施，有望成為臨床AKI防治的新策略。

參考文獻

[1]Rogers NM, Matthews TJ, Kausman JY, et al. Review article: kidney dendritic cells: their role in homeostasis, inflammation and transplantation[J]. Nephrology (Carlton), 2009, 14(7): 625-635.

[2]Teteris SA, Engel DR, Kurts C. Homeostatic and pathogenic role of renal dendritic cells[J]. Kidney Int, 2011, 80(2): 139-145.

[3]Hart DN, Fabre JW. Demonstration and characterization of Ia-positive dendritic cells in the interstitial connective tissues of rat heart and other tissues, but not brain[J]. J Exp Med, 1981,154(2): 347-361.

[4]Louveau A, Smirnov I, Keyes TJ, et al. Corrigendum:Structural and functional features of central nervous system lymphatic vessels[J]. Nature, 2016,533(7602): 278.

[5]陳楠.樹突狀細胞：腎臟疾病干預調節(jié)的新靶標[J]. 中華腎臟病雜志, 2006,22(10): 587-588.

[6]Krüger T, Benke D, Eitner F, et al. Identification and Functional Characterization of Dendritic Cells in the Healthy Murine Kidney and in Experimental Glomerulonephritis[J]. J Am Soc Nephrol, 2004, 15(3): 613-621.

[7]Dong X, Swaminathan S, Bachman LA, et al. Antigen presentation by dendritic cells in renal lymph nodes is linked to systemic and local injury to the kidney[J]. Kidney Int, 2005, 68(3): 1096-1108.

[8]Coates PT, Colvin BL, Ranganathan A, et al. CCR and CC chemokine expression in relation to Flt3 ligand-induced renal dendritic cell mobilization[J].Kidney Int, 2004, 66(5): 1907-1917.

[9]Furuichi K, Wada T, Sakai N, et al. Distinct expression of CCR1 and CCR5 in glomerular and interstitial lesions of human glomerular diseases[J]. Am J Nephrol, 2000, 20(4): 291-299.

[10]Vielhauer V, Berning E, Eis V, et al. CCR1 blockade reduces interstitial inflammation and fibrosis in mice with glomerulosclerosis and nephrotic syndrome[J]. Kidney Int, 2004, 66(6): 2264-2278.

[11]Anders HJ, Belemezova E, Eis V, et al. Late onset of treatment with a chemokine receptor CCR1 antagonist prevents progression of lupus nephritis in MRL-Fas(lpr) mice[J]. J Am Soc Nephrol, 2004, 15(6): 1504-1513.

[12]Vielhauer V, Anders HJ, Mack M, et al. Obstructive nephropathy in the mouse: progressive fibrosis correlates with tubulointerstitial chemokine expression and accumulation of CC chemokine receptor 2- and 5-positive leukocytes[J]. J Am Soc Nephrol, 2001,12(6): 1173-1187.

[13]Roake JA, Rao AS, Morris PJ, et al. Dendritic cell loss from nonlymphoid tissues after systemic administration of lipopolysaccharide, tumor necrosis factor, and interleukin 1[J]. J Exp Med, 1995, 181(6):2237-2247.

[14]Mancino A, Schioppa T, Larghi P, et al. Divergent effects of hypoxia on dendritic cell functions[J]. Blood, 2008,112(9): 3723-3734.

[15]Steinman RM, Hawiger D, Nussenzweig MC. Tolerogenic dendritic cells[J]. Annu Rev Immunol, 2003,21:685-711.

[16]Edgtton KL, Kausman JY, Li M, et al. Intrarenal antigens activate CD4+ cells via co-stimulatory signals from dendritic cells[J]. J Am Soc Nephrol, 2008,19(3): 515-526.

[17]Morelli AE, Thomson AW. Dendritic cells: regulators of alloimmunity and opportunities for tolerance induction[J]. Immunol Rev, 2003,196: 125-146.

[18]Lutz MB, Schuler G. Immature, semi-mature and fully mature dendritic cells: which signals induce tolerance or immunity[J] Trends Immunol, 2002,23(9): 445-449.

[19]Kassianos AJ, Wang X, Sampangi S, et al. Frackalkine-CX3CR1-dependent recruitment and retention of human CD1c+ myeloid dendritic cells by in vitro-activated proximal tubular epithelial cells[J]. Kidney int, 2015, 87(6):1153-1163.

[20]Okusa MD, Li L. Dendritic cells in acute kidney injury: cues from the microenvironment[J]. Trans Am Clin Climatol Assoc, 2012, 123: 54-62.

[21]Fallarino F, Grohmann U, Vacca C, et al. T cell apoptosis by kynurenines[J]. Adv Exp Med Biol, 2003, 527: 183-190.

[22]Wood KJ, Sakaguchi S. Regulatory T cells in transplantation tolerance[J]. Nat Rev Immunol, 2003, 3(3): 199-210.

[23]Gorczynski RM, Bransom J, Cattral M, et al. Synergy in induction of increased renal allograft survival after portal vein infusion of dendritic cells transduced to express TGFbeta and IL-10, along with administration of CHO cells expressing the regulatory molecule OX-2[J]. Clin Immunol,2000, 95(3):182-189.

[24]Mirenda V, Berton I, Read J, et al. Modified dendritic cells coexpressing self and allogeneic major histocompatability complex molecules: An efficient way to induce indirect pathway regulation[J]. J Am Soc Nephrol, 2004,15(4): 987-997.

[25]Amsen D, Blander JM, Lee GR, et al. Instruction of distinct CD4 T helper cell fates by different notch ligands on antigen-presenting cells[J]. Cell, 2004,117(4):515-526.

[26]Chen L. Co-inhibitory molecules of the B7-CD28 family in the control of T-cell immunity[J]. Nat Rev Immunol, 2004,4(5):336-347.

[27]Demirci G, Amanullah F, Kewalaramani R,et al. Critical role of OX40 in CD28 and CD154-independent rejection[J]. J Immunol, 2004,172(3):1691-1698.

[28]Gao W, Demirci G, Strom TB, et al. Stimulating PD-1-negative signals concurrent with blocking CD154 co-stimulation induces long-term islet allograft survival[J]. Transplantation, 2003,76(6):994-999.

[29]Creusot RJ. NF-κB in DCs: it takes effort to be immature[J]. Nat Med, 2011, 17(12):1554-1556.

[30]Jiang SH, Liu CF, Zhang XL, et al. Renal protection by delayed ischaemic preconditioning is associated with inhibition of the inflammatory response and NF-kappaB activation[J]. Cell Biochem Funct, 2007, 25(3): 335-343.

[31]Cao Q, Zheng D, Wang YP, et al. Macrophages and dendritic cells for treating kidney disease[J]. Nephron Exp Nephrol, 2011, 117(3): e47-e52.

[本文編輯]姬靜芳

[收稿日期]2015-10-16[接受日期]2016-01-26

[基金項目]國家自然科學基金(81200557),上海市科學技術委員會科研計劃項目(14DZ2260200).Supported by National Natural Science Foundation of China(81200557)and Project of Shanghai Science and Technology Committee(14DZ2260200).

[作者簡介]梁怡然，碩士生. E-mail: 14211210006@fudan.edu.cn *通信作者(Corresponding author). Tel: 021-64041990,E-mail: fang.yi@zs-hospital.sh.cn

[中圖分類號]R 692.5

[文獻標志碼]A

Progress of dendritic cells in acute kidney injury

LIANG Yi-ran, ZHANG Bing-ying, WU Sheng, DING Xiao-qiang, FANG Yi*

Department of Nephrology, Zhongshan Hospital, Fudan University, Shanghai200032, China

[Abstract]Dendritic cells (DC) serve as a bridge between innate immune response and adaptive immune response by playing a role as important antigen presenting cells. Acute kidney Injury (AKI) results in acute renal parenchymal injury caused by multiple reasons. The kidney is very prone to ischemic injury, and the immune inflammatory response is an important mechanism in the development of acute ischemic renal injury, in which the interaction between dendritic cells and renal tubular epithelial cells is expected to be the new target to treat renal damage and delay the course of the disease.

[Key Words]acute kidney injury; dendritic cells; ischemic kidney injury; immune inflammation response