髓源性抑制細(xì)胞在母胎界面的免疫調(diào)節(jié)作用

黃丹,崔樹娜，2

(1.揚(yáng)州大學(xué)醫(yī)學(xué)院 中西醫(yī)結(jié)合學(xué)系，揚(yáng)州 225009；2.揚(yáng)州大學(xué)附屬醫(yī)院 婦產(chǎn)科，揚(yáng)州 225009)

妊娠是母體免疫系統(tǒng)平穩(wěn)耐受半同種異體胎兒組織的一種生理狀態(tài)，母胎界面的幾種免疫機(jī)制協(xié)同作用以保護(hù)胎兒免受排斥反應(yīng)。在妊娠的不同階段，子宮內(nèi)免疫細(xì)胞的百分比和功能會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化。正常妊娠過程中，滋養(yǎng)層細(xì)胞和蛻膜免疫細(xì)胞之間需要?jiǎng)討B(tài)的相互作用，為胚胎的成功植入和胎兒的正常發(fā)育提供合適的環(huán)境。蛻膜組織中最重要的免疫細(xì)胞包括子宮自然殺傷(uterine nature killer， uNK)細(xì)胞、不同的T細(xì)胞亞群、DC、巨噬細(xì)胞、ILC和髓源性抑制細(xì)胞(myeloid-derived suppressor cell， MDSC)等。妊娠時(shí)，免疫細(xì)胞調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，有利于維持成功妊娠所需的抑炎狀態(tài)[1-4]。此外，一些免疫和非免疫細(xì)胞分泌的性激素和細(xì)胞因子等體液因子在免疫耐受和妊娠維持方面也起著不可忽視的作用[5]。深入了解胎兒和母體組織中免疫耐受的過程以及正常妊娠期間免疫細(xì)胞百分比的變化，有助于更好地了解不孕、流產(chǎn)、先兆子癇等妊娠相關(guān)并發(fā)癥的病理生理學(xué)特性，同時(shí)為改善圍產(chǎn)期不良結(jié)局打下一定基礎(chǔ)。

1 MDSC的基本特征

1.1 起源、分化和活化MDSC的免疫抑制特性最早是在1987年由Young等[6]發(fā)現(xiàn)的，他們描述了肺癌模型中一部分骨髓來源的細(xì)胞具有抑制T細(xì)胞增殖的能力[6]。后來的研究表明，MDSC是由未成熟的粒細(xì)胞和單核細(xì)胞前體細(xì)胞組成的異質(zhì)性細(xì)胞群。體外或體內(nèi)生成有活性的MDSC需要2個(gè)主要條件：(1)骨髓造血率高，通過抑制髓樣細(xì)胞向成熟髓樣細(xì)胞分化，髓系細(xì)胞保持未成熟狀態(tài)。TGF-β、IL-1、IL-6、IL-10、IL-12、IL-13、GM-CSF、前列腺素E2(prostaglandin E2， PGE2)、巨噬細(xì)胞集落刺激因子(macrophage colony-stimulating factor， M-CSF)、環(huán)氧合酶2(cyclooxygenase 2， COX2)和VEGF等因子是誘導(dǎo)MDSC聚集和激活的重要因素[7-10]。上述因素主要通過JAK/STAT信號(hào)通路和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3， STAT3)促進(jìn)骨髓生成，使髓系細(xì)胞處于未成熟狀態(tài)，導(dǎo)致MDSC的增殖。在既往研究中STAT3似乎是最關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子，但最近的研究已經(jīng)引入轉(zhuǎn)錄因子STAT5、C/EBPβ、干擾素調(diào)節(jié)因子8(interferon regulatory factor 8， IRF8)和Notch這些在MDSC增殖過程中扮演重要角色的因子[10-11]。(2)激活MDSC所必需的相關(guān)因子譬如IFN-γ、TGF-β、IL-1β、TNF-α、COX2、缺氧誘導(dǎo)因子1α(hypoxia-inducible factor 1α， HIF-1α) 等和蛋白質(zhì)分子TLR配體等模式識(shí)別受體(pattern recognition receptor， PRR)配體所提供的適宜微環(huán)境。這些因子通過STAT6、STAT1和NF-κB等途徑傳遞信號(hào)以激活MDSC[12-13]。

1.2 表型目前MDSC仍缺乏特異性表面標(biāo)志。小鼠MDSC已有2個(gè)主要的表面標(biāo)志即Gr-1和CD11b，對(duì)識(shí)別一般群體的MDSC十分有效。然而，由于存在不同的亞群，如多形核髓系來源的抑制細(xì)胞(polymorphonuclear MDSC， PMN-MDSC)(CD11b+Ly6G+Ly6Clow)、單核樣髓系來源抑制細(xì)胞(monocytic MDSC， mMDSC)(CD11b+Ly6G-Ly6Chigh)等，這些表面標(biāo)志似乎不足以對(duì)所有MDSC進(jìn)行分類[14-15]。人類CD15+細(xì)胞中有一小部分不表達(dá)CD11b，故用CD33代替CD11b作為髓系標(biāo)志物。人M-MDSC也可歸類為CD33+細(xì)胞，而PMN-MDSC為CD33dim[16-17]。

1.3 免疫抑制機(jī)制PMN-MDSC和M-MDSC均可通過多種機(jī)制抑制免疫應(yīng)答。MDSC分泌的某些抑制性介質(zhì)可用于區(qū)分其與成熟單核細(xì)胞及中性粒細(xì)胞。大多數(shù)研究認(rèn)為，MDSC發(fā)揮免疫抑制作用的最主要因素是精氨酸酶1(arginase 1， Arg1)、吲哚胺-2，3-雙加氧酶(indoleamine-2，3-dioxygenase， IDO)、一氧化氮、活性氧類(reactive oxygen species， ROS)和前列腺素E2(prostaglandin E2， PGE2)。IDO和Arg1通過消耗必需氨基酸譬如精氨酸和色氨酸等造成饑餓微環(huán)境，缺乏必需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致T細(xì)胞功能受抑，甚至耗竭[18-20]。ROS與一氧化氮相互作用促進(jìn)過氧亞硝酸鹽(peroxynitrite， PNT)的產(chǎn)生，PNT導(dǎo)致CD8+T細(xì)胞受體的硝化，這一過程干擾了TCR-MHC的相互作用，并誘導(dǎo)T細(xì)胞發(fā)生失能，即使在同源抗原存在的情況下也是如此。亦有少數(shù)研究認(rèn)為，MDSC的免疫抑制機(jī)制是通過不同途徑誘導(dǎo)Treg形成的，如細(xì)胞與細(xì)胞接觸或通過分泌TGF-β[21-22]。

2 妊娠中的MDSC

從免疫學(xué)角度來看，妊娠是一種矛盾的狀態(tài)，需要在炎癥反應(yīng)和抑炎反應(yīng)之間取得平衡才能保證正常妊娠狀態(tài)的維持。在妊娠早期，可控的炎癥反應(yīng)是受精卵植入和胎盤形成所必需；妊娠中期，調(diào)節(jié)反應(yīng)開始成為主要的免疫學(xué)事件；妊娠晚期，炎癥反應(yīng)則在支持分娩方面發(fā)揮主導(dǎo)作用[23]。因此，建立可持續(xù)的母胎免疫耐受至關(guān)重要。不同類型的免疫系統(tǒng)效應(yīng)細(xì)胞[如uNK細(xì)胞、不成熟樹突狀細(xì)胞(immature dendritic cell， iDC)、巨噬細(xì)胞、Treg和Th2等]在誘導(dǎo)耐受中起重要作用[24]。在小鼠蛻膜組織中，MDSC是僅次于uNK細(xì)胞的第二大類免疫細(xì)胞，特別是在妊娠中期。圍繞人類和小鼠妊娠模型的幾項(xiàng)研究表明，在妊娠的所有階段，MDSC的百分比均增加[25-26]。對(duì)人類的早期研究表明，健康孕婦外周血中PMN-MDSC的百分比在孕期各階段均較未孕婦女升高，M-MDSC的百分比保持不變。此外，有研究表明，M-MDSC的數(shù)量與孕期血清雌激素和孕酮水平呈正相關(guān)。同時(shí)表明，給予17b-雌二醇可誘導(dǎo)STAT3表達(dá)上調(diào)，并通過這一信號(hào)通路促進(jìn)MDSC的增殖，抑制效應(yīng)通路激活。因此，雌激素水平在早期妊娠維持中有不可替代的作用[27]。與上述研究相一致的是，PMN-MDSC在妊娠小鼠的幾個(gè)免疫器官和蛻膜組織中均有明顯的增殖。PMN-MDSC的百分比和抑制功能調(diào)控被認(rèn)為主要是通過孕酮和STAT3信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)的。有證據(jù)表明，孕激素受體的激活導(dǎo)致MDSC中STAT3蛋白的高表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致MDSC在懷孕期間的增殖[28]。 妊娠早期孕激素不足將無法誘導(dǎo)MDSC聚集，導(dǎo)致機(jī)體穩(wěn)態(tài)失衡，可能會(huì)造成流產(chǎn)。

除了雌激素和孕激素，還有其他因素參與調(diào)控MDSC的增殖與分化。HLA-G是一種由母胎界面的幾類細(xì)胞表達(dá)和分泌的抗原，也是蛻膜組織中MDSC招募的關(guān)鍵分子。可溶性HLA-G與其同源受體免疫球蛋白樣轉(zhuǎn)錄本4(immunoglobulin-like transcript 4， ILT-4)結(jié)合，通過STAT3信號(hào)通路誘導(dǎo)PBMC向MDSC的分化和增殖，類似于上述中激素的作用[29-30]。缺氧和HIF-1α的表達(dá)是母胎界面誘導(dǎo)和招募MDSC的另幾個(gè)影響因素。最近的一項(xiàng)研究表明，HIF-1α缺陷的MDSC表現(xiàn)出免疫抑制功能受損，更容易發(fā)生凋亡[31]。此外，滋養(yǎng)層細(xì)胞也是MDSC擴(kuò)增的有效參與者。體外研究證明，滋養(yǎng)層細(xì)胞系(HTR8-SVneo)可誘導(dǎo)外周血CD141+單核細(xì)胞分化為CD141+HLA-DR2low、IDO1、Arg1和COX2高表達(dá)的MDSC亞群，這些骨髓單核細(xì)胞在與滋養(yǎng)層細(xì)胞共同培養(yǎng)后能表達(dá)更高水平的STAT3，是滋養(yǎng)層細(xì)胞誘導(dǎo)MDSC擴(kuò)增的潛在機(jī)制[32]。

雖然MDSC在蛻膜和母胎界面的確切定位還有待進(jìn)一步研究，但已有證據(jù)表明，這些細(xì)胞主要分布于胎盤的絨毛間隙[33]。這些發(fā)現(xiàn)表明，MDSC，特別是PMN-MDSC，于妊娠期間出現(xiàn)在母胎界面，甚至外周血中，激活STAT3和選擇性CXC趨化因子受體2(selective CXC chemokine receptor 2， CXCR2)，它們是促進(jìn)MDSC在母胎界面分化和聚集的主要因素。MDSC在妊娠期間聚集和增殖的主要步驟如下(圖1)。

圖1 MDSC在妊娠過程中的增殖

除研究MDSC在妊娠動(dòng)物模型和人群中的招募和擴(kuò)增機(jī)制外，許多學(xué)者還試圖闡明它們?cè)谌焉锲陂g潛在的免疫抑制作用。在妊娠人群中，最早的對(duì)母胎界面MDSC的研究已經(jīng)涉及蛻膜CD33+HLA-DR-和CD33+HLA-DR+/-細(xì)胞，這2種亞型都能抑制T細(xì)胞的增殖，因此，它們?cè)诠δ苌峡梢员幻枋鰹镸DSC[34]。兩者均能夠產(chǎn)生高水平的精氨酸、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶和胰島素樣生長(zhǎng)因子，以及典型的抗抑炎細(xì)胞因子如IL-10和TGF-β等。在小鼠模型中，MDSC在妊娠期間的潛在作用已經(jīng)通過耗竭M(jìn)DSC得到證實(shí)，在這種情況下，DC和T細(xì)胞表現(xiàn)出較強(qiáng)的增殖能力。此外，MDSC耗竭時(shí)uNK細(xì)胞和巨噬細(xì)胞在維持成功妊娠方面顯示出缺陷。這些數(shù)據(jù)表明，MDSC在母胎免疫耐受中的關(guān)鍵作用不僅是通過抑制DC和T細(xì)胞的增殖，還通過支持uNK細(xì)胞和靜息巨噬細(xì)胞的功能發(fā)揮作用[35]。研究表明，妊娠相關(guān)MDSC通過分泌TGF-β和激活TGF-β/β連環(huán)蛋白(β-catenin)信號(hào)通路誘導(dǎo)Foxp3+Treg增殖，Treg數(shù)量的增加可以引起正反饋循環(huán)方式下的MDSC百分比增高[36]。此外，MDSC還能通過細(xì)胞間相互作用誘導(dǎo)T細(xì)胞向抑炎亞型Th2轉(zhuǎn)變。MDSC支持母胎免疫耐受的另一個(gè)途徑是通過減少初始T細(xì)胞表面的L選擇素表達(dá)實(shí)現(xiàn)的。L選擇素的表達(dá)抑制了初始T細(xì)胞向淋巴結(jié)的運(yùn)輸，但這種效應(yīng)的確切分子機(jī)制尚不明確[37]。MDSC的促血管生成作用在胎盤形成過程中也是非常重要的，因?yàn)樘ケP形成過程密切依賴于血管生成，與腫瘤的侵襲過程有一定相似之處[38]。此外，在某些情況下，MDSC有更高的抑制性免疫檢查點(diǎn)的表達(dá)，它們?cè)谀柑ソ唤缣幍拇罅看嬖诳赡苁悄阁w保持對(duì)胎兒耐受的另一重要潛在機(jī)制[39-40]。雖然上文已經(jīng)列出了MDSC在母胎界面的幾種潛在機(jī)制，但其在妊娠期間可能還有其他機(jī)制，要全面了解MDSC在妊娠中的功能還需要大量的研究。MDSC在妊娠期間的功能和作用如下(圖2)。

3 MDSC在妊娠相關(guān)并發(fā)癥中的作用

如上，MDSC在妊娠期發(fā)揮著中重要的作用，它們的缺失或功能失調(diào)可能會(huì)導(dǎo)致妊娠期并發(fā)癥的發(fā)生。有研究調(diào)查了罹患妊娠相關(guān)并發(fā)癥婦女或相關(guān)疾病小鼠模型中MDSC的百分比，發(fā)現(xiàn)流產(chǎn)婦女外周血和蛻膜組織中MDSC的百分比明顯降低，且功能可能存在缺陷，其抑制T細(xì)胞反應(yīng)的能力降低[26]。最近的一項(xiàng)研究表明，在早期流產(chǎn)婦女中，雌二醇和孕酮水平的降低會(huì)導(dǎo)致MDSC數(shù)量減少，從而引起Th1/Th2平衡改變，調(diào)節(jié)雌二醇、孕酮與MDSC的串?dāng)_和平衡Th1/Th2細(xì)胞因子是成功妊娠的先決條件[41]。在妊娠相關(guān)的炎癥性并發(fā)癥先兆子癇(preeclampsia， PE)中，PMN-MDSC的誘導(dǎo)似乎受到抑制，PE患者血清中作為PMN-MDSC重要效應(yīng)分子的Arg1水平明顯低于健康孕婦[42]。即使在不孕婦女中，MDSC的百分比也是預(yù)測(cè)治療結(jié)果的重要因素。例如，接受體外受精的婦女成功受孕的機(jī)會(huì)在其外周血中MDSC數(shù)量較多的情況下顯著增加[43]。有研究表明，MDSC的耗竭可以導(dǎo)致蛻膜NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性增加，而正常妊娠的一個(gè)主要特征是母胎界面上少量的細(xì)胞毒性NK細(xì)胞和大量的不具有細(xì)胞毒性的NK細(xì)胞[44]。

注：iNOS為誘導(dǎo)型NOS(inducible NOS)。圖2 MDSC在妊娠期間的功能和作用

然而，在某些情況下，MDSC可能會(huì)起到雙刃劍的作用。例如，一項(xiàng)研究證明，MDSC的數(shù)量增加可能會(huì)對(duì)患有腫瘤的孕婦造成嚴(yán)重影響。在孕鼠體內(nèi)聚集的MDSC抑制了NK細(xì)胞的活性，并促進(jìn)了孕鼠體內(nèi)的腫瘤轉(zhuǎn)移[45]。妊娠誘導(dǎo)的MDSC對(duì)乳腺癌轉(zhuǎn)移的影響也已經(jīng)在小鼠模型中顯示出來。最近的一項(xiàng)研究提出，受卵巢癌和乳腺癌影響的患者在懷孕期間的高雌激素水平可能通過誘導(dǎo)MDSC加速腫瘤進(jìn)展[46]。

4 胎兒和新生兒的MDSC

在新生兒期，免疫系統(tǒng)經(jīng)歷劇烈的變化以適應(yīng)出生后的環(huán)境。免疫抑制狀態(tài)需要轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶鉅顟B(tài)，以建立對(duì)細(xì)菌、病毒和真菌等病原體的積極防御。這一過渡過程需要一段時(shí)間[47]，在此期間，調(diào)節(jié)性免疫機(jī)制在免疫反應(yīng)中發(fā)揮核心作用。一般說來，Th2的細(xì)胞因子譜是這一時(shí)期免疫應(yīng)答的主要參與者，通過降低和控制CD8+T細(xì)胞反應(yīng)調(diào)節(jié)免疫平衡，Treg聚集和iDC高表達(dá)是新生兒免疫系統(tǒng)的重要特征[48-53]。MDSC存在于臍帶血甚至新生兒外周血中，可能是胎兒和新生兒免疫抑制狀態(tài)的重要原因之一。新生兒臍血中MDSC的百分比高于成人甚至兒童。臍帶血PMN-MDSC在功能上能夠抑制T細(xì)胞增殖，同時(shí)也減少Th1和Th17細(xì)胞因子的產(chǎn)生。這些MDSC還可通過細(xì)胞-細(xì)胞接觸的方式抑制細(xì)胞毒性NK細(xì)胞[54]。如前所述，基于Th2的免疫反應(yīng)在新生兒中占主導(dǎo)地位，臍帶血來源的MDSC在抑制Th1應(yīng)答和誘導(dǎo)Th2及Treg方面潛力巨大。MDSC通過細(xì)胞間接觸、Arg-1和ROS介導(dǎo)Th2誘導(dǎo)，這些MDSC誘導(dǎo)的Treg是通過iNOS及其產(chǎn)物介導(dǎo)的[55]。

然而，MDSC的聚集在新生兒中是有益的保護(hù)作用機(jī)制，還是可能導(dǎo)致感染尚不明確。一方面，有研究表明，在新生兒中，MDSC在遇到感染原時(shí)調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)并保護(hù)新生兒免受無法控制的炎癥反應(yīng)等[56]；另一方面，一項(xiàng)研究報(bào)告了早產(chǎn)兒臍帶和外周血中MDSC數(shù)量較多，在這些嬰兒中，MDSC一直保持高水平直到出生后28 d，因此，MDSC被認(rèn)為是導(dǎo)致早產(chǎn)兒比足月新生兒感染風(fēng)險(xiǎn)更高的潛在原因之一[57]。

5 結(jié)語

MDSC的擴(kuò)增不僅表現(xiàn)在母胎界面，亦可表現(xiàn)在孕婦的外周血或其他免疫器官中。在妊娠狀態(tài)下，MDSC對(duì)于維持母胎免疫耐受至關(guān)重要。一般說來，MDSC使免疫反應(yīng)偏向于Th2并介導(dǎo)抑制性免疫反應(yīng)，能夠在母胎界面誘導(dǎo)Treg，還能通過產(chǎn)生IDO、Arg1、ROS和NO等因子直接抑制免疫應(yīng)答。然而，MDSC的其他潛在機(jī)制如增加免疫檢查點(diǎn)的表達(dá)等還有待進(jìn)一步研究。由于TGF-β和血管生成因子等的產(chǎn)生，MDSC除了具有免疫抑制特性外，還可能參與胎盤形成和胎兒生長(zhǎng)，即使在出生后，MDSC的益處仍在發(fā)揮。另一方面，MDSC數(shù)量的增加對(duì)于腫瘤患者等來說，妊娠可能增加其病情。對(duì)MDSC的更進(jìn)一步研究將有助于研究者對(duì)妊娠生理和病理機(jī)制的深入了解，幫助找尋免疫治療的有效靶點(diǎn)，未來可能通過調(diào)節(jié)不同背景下的MDSC功能以治療免疫相關(guān)的異常妊娠及相關(guān)并發(fā)癥等。