間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)作用及其機(jī)制

胡洋，唐洲平

1 間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells，MSCs）

MSCs是來(lái)源于中胚層前體細(xì)胞的有著自我更新和多向分化潛能的非造血干細(xì)胞，表達(dá)CD105、CD90、CD73、CD29和CD44等分子標(biāo)志物，不表達(dá)CD45、CD34和CD14等表面標(biāo)志物[1,2]。在特定培養(yǎng)條件的誘導(dǎo)下，MSCs既能分化成同胚層細(xì)胞，如脂肪、軟骨和骨骼肌細(xì)胞等；也能分化為內(nèi)胚層細(xì)胞，如心肌或神經(jīng)細(xì)胞等[3,4]。它在機(jī)體內(nèi)含量極其豐富，可來(lái)源于多種組織，包括皮膚、心臟、大腦、牙髓、絨毛、臍血、胎盤(pán)和脂肪等。MSCs對(duì)多種疾病模型都有較好的治療效應(yīng)，其作用機(jī)制主要包括：分泌多種生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子對(duì)過(guò)度活化的炎癥反應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)；促進(jìn)損傷組織再生和分泌包含具有調(diào)節(jié)功能的microRNA及線粒體微囊泡等[5]。

2 小膠質(zhì)細(xì)胞

小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的巨噬細(xì)胞，胚胎發(fā)育過(guò)程中由卵黃囊衍生而來(lái)，定居在發(fā)育的大腦中[6]。近年來(lái)研究表明，僅僅在大腦中生長(zhǎng)繁殖的小膠質(zhì)細(xì)胞就足夠維持?jǐn)?shù)目的恒定性，不需要從血液系統(tǒng)募集巨噬細(xì)胞。小膠質(zhì)細(xì)胞并非均一分配在整個(gè)中樞神經(jīng)系統(tǒng)，是機(jī)體固有免疫應(yīng)答的主要媒介。在生理環(huán)境中，小膠質(zhì)細(xì)胞主要起免疫監(jiān)視和維持穩(wěn)態(tài)的作用[7]。在炎癥環(huán)境或被炎癥介質(zhì)刺激后會(huì)迅速激活，扮演著神經(jīng)保護(hù)和神經(jīng)毒性的雙重角色。發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用的小膠質(zhì)細(xì)胞屬于M2型，分泌抗炎因子和神經(jīng)保護(hù)因子，拮抗氧化應(yīng)激和促炎神經(jīng)遞質(zhì)的損傷。具有神經(jīng)毒性的小膠質(zhì)細(xì)胞屬于M1型，釋放促炎神經(jīng)遞質(zhì)，損傷神經(jīng)元功能，促使細(xì)胞死亡[8]。

神經(jīng)系統(tǒng)疾病如卒中、神經(jīng)變性疾病（包括阿爾茨海默癥、肌萎縮側(cè)索硬化癥等）和神經(jīng)系統(tǒng)損傷等疾病模型中，靜止的小膠質(zhì)細(xì)胞會(huì)激活，釋放大量炎癥因子，如腫瘤壞死因子-α（tumor necrosisfactor-a，TNF-α）、白 介素-1（interleukin-1，IL-1）、白介素-6（interleukin-6，IL-6）等[9]，損傷局部神經(jīng)元。激活的小膠質(zhì)細(xì)胞在進(jìn)一步的免疫應(yīng)答過(guò)程中可改變其表面分子標(biāo)志物的表達(dá)，造成更嚴(yán)重的級(jí)聯(lián)放大反應(yīng)[10,11]。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷及變性疾病中，更需要嚴(yán)密調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞，防止其過(guò)度活化，或?qū)⒋傺椎腗1型盡可能轉(zhuǎn)變成抗炎的M2型[12]。

3 MSCs與小膠質(zhì)細(xì)胞

MSCs對(duì)炎癥反應(yīng)的多個(gè)環(huán)節(jié)都能發(fā)揮調(diào)控作用[13]。它能與多種參與固有免疫應(yīng)答的細(xì)胞相互作用，包括樹(shù)突細(xì)胞（dendritic cells，DC），外周血巨噬細(xì)胞和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的小膠質(zhì)細(xì)胞等[14,15]。Prockop等[16]總結(jié)了炎癥反應(yīng)早期MSCs對(duì)巨噬細(xì)胞發(fā)揮免疫調(diào)控作用的2條重要負(fù)反饋環(huán)路。一是前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）環(huán)路，活化的巨噬細(xì)胞分泌炎癥介質(zhì)激活MSCs，使其上調(diào)花生四烯酸信號(hào)通路的表達(dá)，PGE2釋放量增加，可以將促炎型的M1型巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)變成抗炎的M2型；二是腫瘤壞死因子α相關(guān)蛋白-6（tumor necrosis factor alpha stimu-lated gene-6，TSG-6）環(huán)路，是激活的MSCs所分泌的一種抗炎蛋白，可作用于巨噬細(xì)胞表面的CD44分子，抑制toll樣受體2（toll like receptor 2，TLR2）介導(dǎo)的核轉(zhuǎn)錄因子-κB（nuclear factor-kappa B，NF-κB）信號(hào)通路的表達(dá)，最終降低巨噬細(xì)胞促炎因子的分泌。研究還表明激活的MSCs能分泌斯鈣素1（stanniocalcin-1），抑制巨噬細(xì)胞炎癥小體的激活，降低氧化應(yīng)激過(guò)程中有毒活性物質(zhì)的產(chǎn)生[17]。

和巨噬細(xì)胞相似，MSCs也能讓M1型小膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)變成M2型，這種所謂的“鎮(zhèn)靜”效應(yīng)可能與趨化因子軸（CX3C chemokine receptor 1/ligand1，CX3CR1/CX3CL1）軸有關(guān)，激活的MSC釋放CX3CL1上調(diào)CX3CR1/CX3CL1軸的表達(dá)，抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的激活或?qū)⒒罨募?xì)胞轉(zhuǎn)為靜止?fàn)顟B(tài)[18]。Liu等[19]發(fā)現(xiàn)TNFα激活的MSCs能夠抑制脂多糖激活的小膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥反應(yīng)，其分泌的TSG-6蛋白與BV2細(xì)胞表面CD44結(jié)合后干擾下游NFκb通路表達(dá)，減少炎癥因子釋放，而敲除BV2細(xì)胞表面的CD44分子后，抑制炎癥的效應(yīng)大大減弱。TSG-6還能誘導(dǎo)細(xì)胞表面CD44分子的表達(dá)。

因此，MSCs已被用于各類(lèi)神經(jīng)系統(tǒng)疾病模型的治療。此外，MSCs還能作為載體傳輸外源性基因，如過(guò)表達(dá)膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（glial cell-derived neurotrophic factor，GDNF）或腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF），促進(jìn)組織損傷的修復(fù)。

4 MSCs、小膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)系統(tǒng)疾病

4.1 缺血性腦卒中

缺血性腦卒中后腦組織局部區(qū)域的炎癥反應(yīng)會(huì)促使神經(jīng)細(xì)胞發(fā)生凋亡或壞死。MSCs能夠改善卒中動(dòng)物模型的神經(jīng)功能，抑制局部區(qū)域小膠質(zhì)細(xì)胞的活化。

MSCs通過(guò)分泌各種蛋白和因子來(lái)調(diào)節(jié)新生缺血性卒中小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ吞幱谀X損傷急性期時(shí)，在缺血半暗帶區(qū)域的小膠質(zhì)細(xì)胞會(huì)過(guò)度分泌一系列細(xì)胞因子，包括TNF-α、IL-1和IL-6等[20]，產(chǎn)生神經(jīng)毒性。MSC療法的作用機(jī)制包括促進(jìn)血管生成和神經(jīng)再生（分泌營(yíng)養(yǎng)因子），免疫調(diào)節(jié)和抗炎作用[21]。經(jīng)靜脈直接移植的MSCs遷移到損傷區(qū)域后，激活NF-κB通路，促使IL-6表達(dá)增加，適度激活靜止的小膠質(zhì)細(xì)胞，增強(qiáng)神經(jīng)保護(hù)作用。同時(shí)，MSCs還可以通過(guò)分泌PGE2、TSG-6等蛋白來(lái)抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的過(guò)度活化，延緩神經(jīng)元的死亡。MSC療法還可以減少脂多糖激活的小膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥因子分泌，下調(diào)水通道蛋白4的表達(dá)水平，減少星形膠質(zhì)細(xì)胞的凋亡[22]。

4.2 脊髓損傷

中樞神經(jīng)系統(tǒng)創(chuàng)傷性損傷時(shí)會(huì)發(fā)生神經(jīng)元死亡和血腦屏障的破壞，局部小膠質(zhì)細(xì)胞過(guò)度激活和外周單核細(xì)胞遷移，MSCs療法已被證實(shí)能改善創(chuàng)傷模型的預(yù)后，可能的機(jī)制之一是MSCs能調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞及巨噬細(xì)胞的免疫活化水平。

Yoshihara等[23]用MSCs治療實(shí)驗(yàn)性脊髓損傷大鼠時(shí)，發(fā)現(xiàn)大鼠腦脊液內(nèi)的TNF-α炎癥因子水平降低。Nakajima等[24]用MSCs治療脊髓損傷大鼠模型，并在治療早期（3 d）對(duì)病灶內(nèi)的巨噬細(xì)胞進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)在損傷后1周，治療大鼠的抗炎M2型巨噬細(xì)胞增加，而對(duì)照大鼠的巨噬細(xì)胞主要為促炎M1型。研究還發(fā)現(xiàn)，脊髓損傷后立即靜脈注射MSCs，在損傷后24 h、72 h和7 d檢測(cè)比較2組的炎癥因子水平，前者促炎性細(xì)胞因子IL-4和TNF-α的分泌顯著低于后者[25]。此外，用基因修飾技術(shù)使MSCs過(guò)表達(dá)腦多巴胺神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，移植到脊髓損傷病灶部位，能減少大鼠脊髓損傷后的局部炎癥反應(yīng)，降低前列腺素E2，IL-1β、TNF-α的表達(dá)[26]。

4.3 多發(fā)性硬化（multiple sclerosis，MS）

MS是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的慢性炎性疾病，由神經(jīng)系統(tǒng)異常的自身免疫應(yīng)答，主要是適應(yīng)性免疫應(yīng)答所致。在MS中膠質(zhì)細(xì)胞的活化與神經(jīng)元損傷有關(guān)[27]，且在進(jìn)展性MS中，這種發(fā)生率可能會(huì)增加[28]。隨著MS病理學(xué)特異性的“小膠質(zhì)細(xì)胞結(jié)節(jié)”被發(fā)現(xiàn)，在MS病灶區(qū)域和看似正常的腦白質(zhì)中都能檢測(cè)到激活的小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，這與軸突變性密切相關(guān)，還可能演變成脫髓鞘病變[29-31]。在MS中，巨噬細(xì)胞表現(xiàn)為促炎表型，與疾病的惡化相一致。小膠質(zhì)細(xì)胞和單核細(xì)胞可能通過(guò)不同的方式觸發(fā)MS。Yamasaki等[32]發(fā)現(xiàn)，在發(fā)病初期，來(lái)自外周血的單核巨噬細(xì)胞會(huì)介導(dǎo)脫髓鞘反應(yīng)，而小膠質(zhì)細(xì)胞保持非活化狀態(tài)，能夠清除髓鞘磷脂碎片。研究證實(shí)，MSCs不僅可以調(diào)節(jié)體外小膠質(zhì)細(xì)胞的活化，還可以影響體內(nèi)的小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞[33]。MSC可分泌各種各樣的可溶性因子，Bai等[34]研究表明，MSCs分泌的肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子（hepatic growth factor，HGF），有助于改善MS疾病模型的預(yù)后，這種保護(hù)作用是由cMet介導(dǎo)，HGF通過(guò)阻斷免疫細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞上的cMet受體，發(fā)揮對(duì)MS的保護(hù)作用。

4.4 阿爾茨海默?。ˋlzheimer disease，AD）

AD是一種老年慢性神經(jīng)退行性疾病，其病理學(xué)特征為神經(jīng)外膜沉積的淀粉樣蛋白β蛋白（Aβ）（老年斑）和神經(jīng)元內(nèi)tau蛋白相纏結(jié)。最近研究表明，AD模型中由于免疫調(diào)節(jié)失衡可導(dǎo)致小膠質(zhì)細(xì)胞的異?；罨痆35]。通過(guò)刺激核受體激動(dòng)劑誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞和中樞神經(jīng)系統(tǒng)巨噬細(xì)胞的吞噬作用來(lái)增強(qiáng)對(duì)Aβ的清除，能夠改善實(shí)驗(yàn)AD模型的預(yù)后[36]。

MSC已用于AD實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹委?。?jīng)雙側(cè)大腦移植人臍帶血來(lái)源的MSCs（hUCB-MSC）能促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞降解Aβ酶（如中性溶酶1）的表達(dá)，并減少模型動(dòng)物Aβ斑塊的數(shù)量；hUCB-MSCs釋放可溶性細(xì)胞間粘附分子-1（sICAM-1），通過(guò)sICAM-1/LFA-1信號(hào)通路誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)中性溶酶1，來(lái)減少Aβ斑塊[37]。在相同的動(dòng)物模型中，向海馬兩側(cè)重復(fù)給予hUCB-MSCs卻不會(huì)誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)Aβ降解酶（如neprysi-lin），但作者發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞具有更活化的表型，且促炎細(xì)胞因子如IL-1β和TNF-α表達(dá)降低，說(shuō)明MSC療法可通過(guò)調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞的免疫活性來(lái)發(fā)揮對(duì)AD模型的神經(jīng)保護(hù)作用[38]。

5 總結(jié)

在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中，MSCs治療MS、ALS、創(chuàng)傷性腦損傷、脊髓損傷和卒中的臨床試驗(yàn)已經(jīng)在進(jìn)行之中。其中，MSCs對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞的調(diào)控十分重要，機(jī)制較為復(fù)雜，需要更多更精準(zhǔn)的研究，為臨床應(yīng)用奠定更好的基礎(chǔ)。