干細(xì)胞來源的胞外囊泡對T細(xì)胞的免疫調(diào)控作用

謝敏 佘周 溫在馳 Amin Sheikh Abdirahman 文川 萬伍卿

胞外囊泡（extracellular vesicles，EVs）是由雙層脂質(zhì)構(gòu)成的膜囊泡，直徑50 ～ 2 000 nm[1]，包含脂質(zhì)[2]、蛋白質(zhì)[2-3]、細(xì)胞器[4-5]和核酸[4-7]等母體細(xì)胞來源的活性成分。EVs內(nèi)含物的具體組分隨環(huán)境條件[6]以及不同細(xì)胞起源[7]變化而變化。目前為止，幾乎所有的細(xì)胞（包括干/祖/前體細(xì)胞）均能產(chǎn)生EVs[8-10]，并能在所有的體液中被發(fā)現(xiàn)。根據(jù)大小、生物學(xué)起源，EVs分為3種主要類型：外泌體（exosomes，Exos）、微囊泡（microvesicles，MVs）、凋亡小體。由于大小、密度上有重疊，術(shù)語“EVs”通常是指外泌體和微囊泡。除了細(xì)胞間直接接觸[11]、細(xì)胞間隧道[12]，細(xì)胞間也通過旁分泌方式進(jìn)行交流，EVs被認(rèn)為是通過旁分泌方式將攜帶的信號分子從一個(gè)細(xì)胞水平轉(zhuǎn)移到另一細(xì)胞，或進(jìn)入各種體液中，通過持續(xù)地釋放—攝取過程調(diào)控靶細(xì)胞的基因表達(dá)和表型改變。EVs被靶細(xì)胞通過多種內(nèi)化機(jī)制攝取[13]，隨后觸發(fā)細(xì)胞的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[9,14]，在機(jī)體內(nèi)參與多種生理及病理過程，例如免疫反應(yīng)、細(xì)胞表型轉(zhuǎn)換等。越來越多的研究表明干細(xì)胞來源的胞外囊泡（stem cell-derived extracellular vesicles，SC-EVs）對T細(xì)胞具有調(diào)控作用。本綜述著重講述SC-EVs對T細(xì)胞的影響。

一、SC-EVs對T細(xì)胞的調(diào)控作用受到不同炎性環(huán)境的影響

有研究顯示，SC-EVs對T細(xì)胞的作用受到不同環(huán)境條件的影響。例如，人臍帶血間充質(zhì)干細(xì)胞在干擾素-γ（interferon-γ，IFN-γ）刺激和無IFN-γ刺激條件下，其分泌的MVs在體外對T細(xì)胞均表現(xiàn)類似的免疫抑制作用；但是，在體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)只有無IFN-γ刺激條件下分泌的MVs減輕小鼠腎缺血性再灌注的炎癥損傷，質(zhì)譜分析發(fā)現(xiàn)IFN-γ條件下的MVs蛋白質(zhì)含量急劇變化，導(dǎo)致IFN-γ條件下的MVs可能喪失調(diào)控獲得性免疫細(xì)胞的能力。引起這些現(xiàn)象的部分原因可能是因?yàn)橥患?xì)胞在不同外部條件下，其分泌的EVs可能來源于細(xì)胞內(nèi)的不同結(jié)構(gòu)[15]。然而，在另一篇文獻(xiàn)中報(bào)道稱，轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）和IFN-γ刺激MSC，其分泌的外泌體對外周血單個(gè)核細(xì)胞（periferal blood mononuclear cells，PBMCs）具有顯著的抑制作用，更有效地促進(jìn)T細(xì)胞分化為T輔助細(xì)胞（regulatory T cells，Tregs），從而減輕炎癥，可能原因是TGF-β和IFN-γ條件下的EVs攜帶更高水平的白細(xì)胞介素-10（interleukin，IL-10）、IFN-γ和吲哚胺-2,3-雙加氧酶[16]。

二、SC-EVs對T細(xì)胞分化的影響

（一）SC-EVs調(diào)控Th17/Treg平衡

研究發(fā)現(xiàn)，干細(xì)胞來源的EVs抑制活化的CD4+T細(xì)胞向T輔助17細(xì)胞（T helper 17，Th17）分化，下調(diào)促炎的IL-17水平，同時(shí)促進(jìn)Tregs[7,17-20]（表1），上調(diào)抗炎的TGF-β水平?？赡艿臋C(jī)制是SC-EVs通過EVs攜帶的抗炎前列腺素E2和TGF-β分子[7]以及EVs轉(zhuǎn)移的microRNA-155-5p[19]或調(diào)控抗原遞呈細(xì)胞失去遞呈抗原的能力[20]等機(jī)制調(diào)控T細(xì)胞的免疫反應(yīng)使機(jī)體保持相對的穩(wěn)態(tài)。

（二） SC-EVs調(diào)控Th1/Th2平衡

一方面，SC-EVs調(diào)控T輔助2細(xì)胞（T helper 2，Th2）免疫反應(yīng)向T輔助1細(xì)胞（T helper 1，Th1）傾斜。例如，病程早期的過敏性哮喘為Th2細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，主要為嗜酸性粒細(xì)胞浸潤[21]。人脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞來源的胞外囊泡（adipose mesenchymal stem cell derived extracellular vesicles，AD-MSC-EVs）降低支氣管肺泡灌洗液中嗜酸性粒細(xì)胞浸潤，下調(diào)IL-4、IL-5、TGF-β水平，但對IFN-γ、IL-10無明顯影響[21]。病程后期的嚴(yán)重頑固性哮喘病為Th2/Th17混合免疫反應(yīng)，由中性粒細(xì)胞介導(dǎo)的過敏性氣道炎癥。人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞來源的胞外囊泡（bone marrow mesenchymal stem cell derived extracellular vesicles，BM-MSC-EVs）主要減少支氣管肺泡灌洗液中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞浸潤，下調(diào)IL-4、IL-5、IL-17，上調(diào)IFN-γ、IL-10[22]。可能機(jī)制是EVs通過將Th2或 Th2/Th17炎性反應(yīng)轉(zhuǎn)換為上調(diào)相應(yīng)的Th1免疫反應(yīng)同時(shí)分泌或不分泌IL-10等抗炎介質(zhì)，從而發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用[22]（表1）。另一方面，SC-EVs也調(diào)控Th1向Th2細(xì)胞轉(zhuǎn)變的免疫反應(yīng)。例如，SC-EVs通過下調(diào)促炎性的腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、IFN-γ，上調(diào)抗炎的IL-10或IL-4，誘導(dǎo)Th1免疫反應(yīng)向Th2轉(zhuǎn)換，恢復(fù)Th1/Th2平衡[17-19,23,24]（表1）。因此，SC-EVs能夠調(diào)控Th1和Th2細(xì)胞的細(xì)胞因子分泌水平恢復(fù)體內(nèi)免疫反應(yīng)的平衡。

（三）SC-EVs抑制初始T細(xì)胞向T濾泡輔助細(xì)胞（T follicular helper，Tfh）/Th17、 Th1/Th17、Th2細(xì)胞分化，促進(jìn)向Tregs細(xì)胞分化

例如，在干燥綜合征疾病模型中，干細(xì)胞來源的EVs通過抑制初始CD4+T細(xì)胞向Tfh、Th17細(xì)胞分化，阻止疾病進(jìn)展[25]（表1）。此外，在1型糖尿病模型中，SC-EVs通過下調(diào)IFN-γ、IL-17[26-27]，上調(diào)IL-10、TGF-β水平[26]，阻礙活化的T細(xì)胞向Th1和Th17細(xì)胞分化[26-27]（表1），并增加Tregs細(xì)胞[26]，從而誘導(dǎo)免疫耐受。一種可能機(jī)制是EVs調(diào)控靶細(xì)胞中參與炎癥和免疫細(xì)胞發(fā)育相關(guān)的基因表達(dá)，例如，下調(diào)Tregs細(xì)胞中miR-155水平[28]；另一種機(jī)制是SC- EVs通過誘導(dǎo)抗原遞呈細(xì)胞的表型改變[25-27,29,30]（表1）間接地調(diào)控T細(xì)胞分化。另外，在系統(tǒng)性硬化癥小鼠模型中行間充質(zhì)干細(xì)胞移植，受者BM-MSCs能夠從供者M(jìn)SCs中攝取EVs攜帶的miR-151-5p，重利用miR-151-5p抑制IL4Rα/mTOR路徑，下調(diào)細(xì)胞因子IL-4水平，抑制Th2細(xì)胞分化和浸潤，重建骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞功能和骨髓穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而防止疾病進(jìn)展[31]（表1）。

三、SC-EVs對T細(xì)胞增殖活化的影響

關(guān)于SC-EVs調(diào)控活化T細(xì)胞增殖的研究結(jié)果一直存在爭議。例如，有研究表明，SC-EVs不抑制T細(xì)胞增殖，但誘導(dǎo)增加Tregs，抑制促炎細(xì)胞因子表達(dá)，提升抗炎性細(xì)胞因子水平[17-18,32]；也有研究發(fā)現(xiàn)SC-EVs調(diào)控PBMCs中的T細(xì)胞增殖作用不明確[33-34]；還有研究證實(shí)SC-EVs與PBMCs共培養(yǎng)，尤其抑制T細(xì)胞的增殖[35]。這些文章中大多數(shù)研究結(jié)果表明SC-EVs間接地對T細(xì)胞產(chǎn)生調(diào)控作用[36-37]，極少數(shù)研究揭示SC-EVs直接作用于T細(xì)胞[38]。

一方面，SC-EVs能夠抑制T細(xì)胞增殖活化。SC-EVs抑制T細(xì)胞增殖[29,35,38-42]、活化[19,26-27,29,35,38,40]，維持T細(xì)胞初始、未活化的狀態(tài)[35]（表1），可以通過EVs攜帶的活性CD73蛋白[39,43]、miR-125a-3p[35]或TGF-β信號[42,44]（表1）來解釋。EVs表達(dá)的CD73具有ATPase活性，催化腺苷一磷酸產(chǎn)生腺苷，高表達(dá)CD39的活化T細(xì)胞能夠高效地催化腺苷三磷酸產(chǎn)生腺苷一磷酸。據(jù)此，研究發(fā)現(xiàn)在體外人MSC-EVs通過腺苷信號抑制T細(xì)胞增殖[39]（表1）。然而，一種或兩種機(jī)制均有可能，例如，有研究發(fā)現(xiàn)，外周環(huán)境腺苷信號與SC-EVs攜帶的TGF-β1，分別與T細(xì)胞表達(dá)的腺苷2A受體和TGF-β1受體結(jié)合協(xié)同抑制CD4+T細(xì)胞增殖[42]（表1）。

另一方面，SC-EVs也能夠促進(jìn)T細(xì)胞增殖活化。SC- EVs表達(dá)GM-CSF[45]或攜帶β-catenin信號路徑[46]，促進(jìn)T細(xì)胞活化后的遷移，從而增強(qiáng)了T細(xì)胞的抗腫瘤能力。例如，在移植的肺腺癌小鼠模型中，表達(dá)GM-CSF的小鼠胚胎干細(xì)胞（embryonic stem cells，ESC）來源的外泌體促進(jìn)效應(yīng)CD8+T細(xì)胞向瘤內(nèi)遷移，進(jìn)而上調(diào)瘤內(nèi)的TNF-α和IFN-γ水平，抑制Tregs向瘤內(nèi)遷移，促進(jìn)機(jī)體對異己成分的清除作用[45]（表1）。大鼠AD- MSC來源的外泌體，促進(jìn)肝細(xì)胞癌大鼠模型循環(huán)中NK-T細(xì)胞戰(zhàn)勝腫瘤細(xì)胞的能力，促進(jìn)更多的CD8α+Type I NK-T細(xì)胞向腫瘤內(nèi)遷移，從而發(fā)揮抗腫瘤作用[46]（表1）。此外，SC-EVs具有啟動(dòng)局部自體免疫反應(yīng)的作用。例如，1型糖尿病模型中，小鼠胰島MSCs來源的外泌體，激活抗原遞呈細(xì)胞，進(jìn)而活化胰島中自體反應(yīng)的T和B細(xì)胞，并增加它們各自的記憶細(xì)胞，誘導(dǎo)IFN-γ產(chǎn)生，從而加速破壞胰島細(xì)胞[47]。研究發(fā)現(xiàn)，卒中后外周免疫系統(tǒng)表現(xiàn)為免疫抑制，主要為T細(xì)胞、B細(xì)胞和NK細(xì)胞等淋巴細(xì)胞減少癥[48-49]。系統(tǒng)給藥人MSC-EVs逆轉(zhuǎn)外周淋巴細(xì)胞減少癥，從而建立適合神經(jīng)細(xì)胞修復(fù)的內(nèi)環(huán)境[48-49]（表1）。

表1 干細(xì)胞來源的胞外囊泡對T細(xì)胞的免疫調(diào)控作用

四、SC-EVs對T細(xì)胞遷移和浸潤的影響

研究證實(shí)，SC-EVs抑制自體反應(yīng)的T細(xì)胞增殖和活化作用不明顯，但能抑制T細(xì)胞在病灶中的浸潤[50-51]，降低炎性損傷。一種機(jī)制是脂肪干細(xì)胞來源的EVs在不影響?zhàn)じ椒肿颖磉_(dá)，但在疾病預(yù)防期主要通過干擾依賴趨化因子的整合素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑，抑制致病的T細(xì)胞在靜脈中黏附及溢出[50]（表1）；另一種機(jī)制是人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞來源的外泌體下調(diào)病灶處C-C 模體趨化因子配體-21的表達(dá)，抑制炎癥對T細(xì)胞的吸引作用[51]（表1）。

續(xù)表1 干細(xì)胞來源的胞外囊泡對T細(xì)胞的免疫調(diào)控作用

五、SC-EVs對T細(xì)胞凋亡的影響

SC-EVs在一些研究中通過誘導(dǎo)T細(xì)胞凋亡[17,32,43]發(fā)揮免疫抑制作用。例如，在嚴(yán)重的人-鼠異種慢性移植物抗宿主病模型中，致病的CD39+Th1細(xì)胞顯著增加，人BM- MSCs來源的 CD73+外泌體與Th1細(xì)胞協(xié)同促進(jìn)體內(nèi)腺苷大量積累，此時(shí)，Th1細(xì)胞通過腺苷A2A受體增加自身凋亡，從而降低TNF-α和IFN-γ水平緩解全身炎癥反應(yīng)[43]（表1）。

六、展望

綜上所述，SC-EVs在絕大多數(shù)研究中對T細(xì)胞主要表現(xiàn)為免疫抑制特性，誘導(dǎo)免疫耐受環(huán)境。鑒于對胚胎干細(xì)胞使用的倫理性的考慮，對成體干細(xì)胞的致瘤性、免疫原性以及肺栓塞等風(fēng)險(xiǎn)的顧慮[52]，此外，轉(zhuǎn)移的細(xì)胞可能會(huì)出現(xiàn)死亡或不能完全歸巢到受損位置的風(fēng)險(xiǎn)，由于SC-EVs調(diào)控的免疫反應(yīng)不僅與干細(xì)胞自身類似，更重要的是，相比于親代細(xì)胞，EVs具有多種優(yōu)勢，例如，EVs能在所有體液被發(fā)現(xiàn)表明它們無處不在的事實(shí)；它們的膜結(jié)合型結(jié)構(gòu)將其包裹的內(nèi)容物與外部環(huán)境隔離從而具有一定的生物穩(wěn)定性；它們的小尺寸使得EVs不會(huì)困于肺、肝、脾臟等過濾器官，因此，EVs作為一種新的無細(xì)胞療法有前途的候選者，可能替代干細(xì)胞廣泛用于調(diào)控多種免疫性疾病。目前，雖然SC-EVs應(yīng)用于人體的臨床研究很少[53]，但是，鑒于EVs相對于干細(xì)胞自身的諸多優(yōu)點(diǎn)，未來干細(xì)胞源性胞外囊泡針對T細(xì)胞調(diào)控為主的免疫疾病的治療作用仍被寄予厚望。