間充質(zhì)干細(xì)胞介導(dǎo)白細(xì)胞介素因子調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)的機(jī)制研究

秦 菊 江 濱 陸柏江 袁明俊 周 影

間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells，MSCs)是具有多向分化潛能且具有較強(qiáng)免疫調(diào)節(jié)活性的成體干細(xì)胞，可以分化為骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞和脂肪細(xì)胞等多種組織細(xì)胞，存在于人體骨髓、脂肪、臍帶和胎盤等多種組織和器官。目前已被廣泛應(yīng)用為組織工程及再生醫(yī)學(xué)的原材料，或作為治療炎性疾病的免疫調(diào)節(jié)劑。MSCs包括CD11b-、CD14-、CD34-、CD45-、HLA-DR-、CD73+、CD90+、CD105+等免疫表型，具有廣譜的免疫調(diào)節(jié)能力，因而有一定的抗炎及免疫抑制作用，既是炎性反應(yīng)的感受器，又是炎性反應(yīng)的調(diào)節(jié)器[1]。其對(duì)于損傷組織的再生修復(fù)也展露出一定的治療優(yōu)勢及廣闊的應(yīng)用前景。目前大多數(shù)研究認(rèn)為，MSCs主要是通過可溶性細(xì)胞因子的釋放和(或)細(xì)胞間接觸而進(jìn)行免疫調(diào)控。其與免疫調(diào)節(jié)相關(guān)的包括白細(xì)胞介素、前列腺素及吲哚胺2，3-雙加氧酶等多種細(xì)胞因子，而這些免疫調(diào)節(jié)因子在MSCs介導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)中的相關(guān)作用機(jī)制尚未完全闡明，明確其關(guān)鍵作用機(jī)制對(duì)今后MSCs在臨床疾病治療中的推廣至關(guān)重要[2]。

一、白細(xì)胞介素功能概述

白細(xì)胞介素(interleukin，IL)，簡稱白細(xì)胞介素，是指在白細(xì)胞或免疫細(xì)胞間相互作用的細(xì)胞因子，在調(diào)控機(jī)體免疫反應(yīng)的過程中發(fā)揮重要作用。IL種類繁多，功能復(fù)雜，包括IL-1家族、IL-2家族、趨化因子家族、IL-6家族、IL-10家族、IL-12家族、IL-17家族及其他類，包含IL-1、IL-2、IL-4、IL-6、IL-8、IL-10等多種白細(xì)胞介素，不同種類白細(xì)胞介素來源于不同免疫細(xì)胞，同時(shí)又靶向作用于各種免疫細(xì)胞，從而調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞增殖、活化及分化等生物進(jìn)程，進(jìn)而調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)和機(jī)體免疫性疾病，是細(xì)胞內(nèi)最為重要的炎性反應(yīng)介質(zhì)[3]。與MSCs調(diào)節(jié)免疫相關(guān)的白細(xì)胞介素分子主要功能詳見表1[4]。

表1 各類白細(xì)胞介素因子來源及功能

二、MSCs介導(dǎo)白細(xì)胞介素調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的研究概況

1. 對(duì)T淋巴細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用：T淋巴細(xì)胞在細(xì)胞免疫中起著核心作用，目前大多數(shù)研究認(rèn)為MSCs調(diào)節(jié)免疫主要依賴T淋巴細(xì)胞[5]。

(1)調(diào)控Th17/ Treg平衡：Th17細(xì)胞是原始T淋巴細(xì)胞(Th0)在IL-6、TGF-β等可溶性細(xì)胞因子的刺激下誘導(dǎo)分化形成的輔助性T細(xì)胞。Treg細(xì)胞是外周成熟T淋巴細(xì)胞在持續(xù)性抗原刺激及IL-10、TGF-β等細(xì)胞因子的作用下誘導(dǎo)產(chǎn)生的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞。Th17/Treg比值的變化與機(jī)體的炎性反應(yīng)狀態(tài)密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，MSCs可通過分泌免疫抑制性細(xì)胞因子(如IL-6、IL-8、IL-10、TGF-β和HGF)來抑制促炎性Th17細(xì)胞的發(fā)育并刺激Treg細(xì)胞分化，如MSCs通過降低IL-6的水平，抑制Th0分化形成為Th17；同時(shí)，MSCs分泌IL-10又通過下調(diào)單核細(xì)胞表面主要組織相容性復(fù)合體Ⅱ類抗原(MHCⅡ類)的表達(dá)，減弱其抗原遞呈作用，促進(jìn)原始T淋巴細(xì)胞向Treg方向分化，抑制炎性細(xì)胞的激活、遷移和黏附[6]。Th17細(xì)胞增殖受到抑制：一方面，由Th17細(xì)胞分泌的IL-17、IL-21等炎性細(xì)胞因子減少。另一方面，IL-17的減少又從一定程度上負(fù)反饋抑制T淋巴細(xì)胞增殖及活化，減輕炎性反應(yīng)。IL-17是一種多效性細(xì)胞因子，不僅可直接誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生IL-6、IL-8等促炎性細(xì)胞因子，同時(shí)又能通過絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)途徑或經(jīng)核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)信號(hào)通路刺激內(nèi)皮細(xì)胞、上皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞分泌粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞刺激因子，進(jìn)一步促進(jìn)中性粒細(xì)胞在炎癥部位的募集，觸發(fā)T淋巴細(xì)胞增殖及活化，上調(diào)部分促炎性細(xì)胞因子最終誘發(fā)機(jī)體炎性反應(yīng)[7]。Treg細(xì)胞增多：一方面通過表達(dá)FoxP3蛋白(控制Treg細(xì)胞發(fā)育和功能的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子之一)和分泌IL-10、TGF-β等抗炎性細(xì)胞因子直接發(fā)揮抗炎作用；同時(shí)又能抑制T淋巴細(xì)胞的異?；罨蜏p少部分炎性細(xì)胞因子(如IL-1β、TNF-α和IFN-γ)的分泌，協(xié)同調(diào)控免疫炎性反應(yīng)[8]。另有研究指出，MSCs分泌產(chǎn)生的IL-10不僅可直接促進(jìn)Th0細(xì)胞向Treg方向分化，又能誘導(dǎo)成熟的Th17細(xì)胞向Treg轉(zhuǎn)化，同時(shí)還能刺激Treg上的程序性死亡配體1(PD-L1，T淋巴細(xì)胞表面的一種共刺激分子，主要表達(dá)于活化的T淋巴細(xì)胞表面)高表達(dá)，而增強(qiáng)MSCs的免疫抑制能力，其機(jī)制與Foxp3蛋白通路相關(guān)[9]。其他相關(guān)研究示MSCs調(diào)節(jié)Th17/Treg平衡的機(jī)制可能與STAT3/STAT5信號(hào)通路相關(guān)，STAT5磷酸化會(huì)抑制Th17細(xì)胞的分化，減少IL-17的產(chǎn)生，同時(shí)促進(jìn)Treg細(xì)胞的分化和FoxP3蛋白的表達(dá)[10]。也有研究認(rèn)為MSCs調(diào)節(jié)Th17/Treg平衡與FAS/ FASL通路、IL-6-JAK-STAT3軸及轉(zhuǎn)錄因子RORγt和RORα表達(dá)水平相關(guān)[11]。

(2)調(diào)控Th1/ Th2平衡：Th1/Th2平衡對(duì)于維持機(jī)體正常的免疫功能至關(guān)重要。Th1/Th2平衡偏向Th1，Th1細(xì)胞分泌IL-2、IFN-γ、TNF-α等炎性細(xì)胞因子，激活NF-κB炎癥通路，同時(shí)促進(jìn)IL-1β及其他炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生，導(dǎo)致炎癥發(fā)生；Th1/Th2平衡偏向Th2，Th2主要分泌IL-4、IL-10等抗炎性細(xì)胞因子，通過抑制Th1的分化及IFN-γ、TNF-β等炎性細(xì)胞因子生成，而發(fā)揮抑制炎癥的作用[12]。Chen等[13]研究發(fā)現(xiàn)，骨髓來源MSCs和外周血單核細(xì)胞共培養(yǎng)，能促進(jìn)輔助性T細(xì)胞Th1向Th2方向轉(zhuǎn)換，并顯著減少促炎性細(xì)胞因子IL-1β和TNF-α水平。有研究認(rèn)為，不同的白細(xì)胞介素因子對(duì)MSCs的免疫調(diào)節(jié)作用也有差異。Xu等[14]研究發(fā)現(xiàn)，IL-27可通過JAK/STAT1途徑提高M(jìn)SC的PD-L1的表達(dá)水平，不僅可調(diào)節(jié)MSC的增殖、黏附和遷移等功能，同時(shí)也增強(qiáng)了MSC對(duì)Th1和Th2細(xì)胞的調(diào)控作用。此外，IL-33也可誘導(dǎo)T淋巴細(xì)胞由Th1向Th2方向轉(zhuǎn)換，有利于炎癥的緩解[15]。也有研究認(rèn)為，MSCs分泌的IDO在抑制淋巴細(xì)胞活性和增強(qiáng)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的功能方面發(fā)揮主要作用。

2.對(duì)巨噬細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用：巨噬細(xì)胞是廣泛分布的先天性免疫細(xì)胞，是固有免疫的重要組成部分，在不同的微環(huán)境刺激下，巨噬細(xì)胞可通過極化分型而發(fā)揮不同的生物學(xué)作用。研究發(fā)現(xiàn)，MSCs分泌的IL-6可直接改善系統(tǒng)性紅斑狼瘡小鼠中CD206+巨噬細(xì)胞的比例及其生物活性[16]。相關(guān)研究證明，MSCs可顯著抑制NLRP3炎癥體介導(dǎo)的IL-1β及TNF-α的分泌，同時(shí)在環(huán)氧合酶2(cyclooxygenase2,COX-2)和腫瘤壞死因子α刺激基因-6(tumor necrosis factor alpha stimu-lated gene-6，TSG-6)信號(hào)通路的協(xié)同作用下誘導(dǎo)M2型巨噬細(xì)胞的產(chǎn)生，抑制M1型巨噬細(xì)胞的活化，從而減輕炎性反應(yīng)[17]。此外，MSCs分泌的PGE2、IDO等細(xì)胞因子也可協(xié)同促進(jìn)M1巨噬細(xì)胞向M2的轉(zhuǎn)化。M1型巨噬細(xì)胞受到抑制，IL-1β、IL-6、IL-12、IL-23、TNF-α、IFN-γ等炎癥相關(guān)細(xì)胞因子表達(dá)減少，進(jìn)而Th1、Th17等促炎性免疫細(xì)胞活化減少，炎性反應(yīng)減輕[18]；M2型增多，則通過M2型分泌的IL-10、精氨酸酶-1(Arg-1)及血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)等細(xì)胞因子增加，不僅可抑制機(jī)體炎性反應(yīng)，同時(shí)也可促進(jìn)損傷組織修復(fù)等生物進(jìn)程。因此，有研究提出，MSCs能促進(jìn)M2巨噬細(xì)胞活化和基質(zhì)金屬蛋白酶-13(matrix metalloproteinase 13, MMP13)的表達(dá)，具有阻止組織纖維化進(jìn)展的作用，有望成為今后抗纖維化治療的靶點(diǎn)[19]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，MSCs可通過激活S1P/SK1/S1PR1、miR-let7/HMGA2/NF-κB等途徑促進(jìn)巨噬細(xì)胞M2極化[20,21]。或者通過MSC表面表達(dá)上調(diào)的CD200與M1巨噬細(xì)胞受體CD200R之間相互作用而致巨噬細(xì)胞重新編程，最終促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞活化[22]。

3.對(duì)樹突狀細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用：樹突狀細(xì)胞(dendritic cell,DC)是機(jī)體內(nèi)最主要的抗原遞呈細(xì)胞，是先天性免疫和適應(yīng)性免疫之間的橋梁，成熟DC通過膜表面的抗原肽MHCⅠ類和抗原肽MHCⅡ類分子復(fù)合物將抗原遞呈給相應(yīng)的T淋巴細(xì)胞，誘導(dǎo)T淋巴細(xì)胞增殖活化，啟動(dòng)T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的適應(yīng)性免疫[23]。DC分為未成熟型和成熟型：未成熟型具有較強(qiáng)的吞噬和吞飲作用，而抗原遞呈能力弱；成熟型抗原遞呈能力強(qiáng)，吞噬能力較弱。研究證實(shí)，MSCs可通過分泌IL-6、單核細(xì)胞集落刺激因子而進(jìn)一步抑制和破壞DC表面Toll樣受體2(toll-like receptors 2，TLR2)的活化，抑制NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路來抑制DC的分化、內(nèi)吞作用，影響單核前體細(xì)胞向DC分化，抑制DC成熟，使DC處于耐受狀態(tài)，同時(shí)又可調(diào)節(jié)DC刺激淋巴細(xì)胞的增殖，使其從分泌促炎性細(xì)胞因子轉(zhuǎn)為分泌抗炎性細(xì)胞因子[24]。另一方面，IL-6能夠減弱DC識(shí)別和攝取抗原的能力，抑制DC參與活化的表面標(biāo)志物的表達(dá)，減弱DC處理抗原及向T淋巴細(xì)胞遞呈抗原的能力，減少T淋巴細(xì)胞的增殖[25]。此外，IL-10也通過JAK-STAT途徑的下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)參與了DC的分化和成熟[26]。相關(guān)研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，MSCs通過其分泌的PGE2、IL-10、半乳糖凝集素-1 (galectin-1,Gal-1)和Gal-3等細(xì)胞因子，進(jìn)而下調(diào)單核細(xì)胞衍生分化為DC過程中CD1a、CD40、CD80、CD86和HLA-DR的表達(dá)，同時(shí)阻止DC成熟過程中CD40、CD86和CD83的表達(dá)，最終抑制DC內(nèi)吞作用和分泌IL-12能力，阻止其活化[27]。其中，PGE2主要是促進(jìn)生成 IL-10，通過下調(diào)MHCⅡ類分子，阻礙單核細(xì)胞向DC的分化。另有研究認(rèn)為MSC可通過Notch/Jagged1信號(hào)通路使DC誘導(dǎo)更多Treg細(xì)胞的擴(kuò)增。

4.對(duì)自然殺傷細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用：自然殺傷細(xì)胞(natural killer cell,NK)是體內(nèi)重要的免疫細(xì)胞之一，能在不依賴 T、B淋巴細(xì)胞的情況下發(fā)揮細(xì)胞毒性作用，參與機(jī)體免疫反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，MSCs可通過分泌IL-1、IDO、PGE2、可溶性的HLA-G5和TGF-β等細(xì)胞因子，對(duì)抗IL-2和IL-15誘導(dǎo)自然殺傷細(xì)胞的增殖效應(yīng)，阻止細(xì)胞毒活性和殺傷性細(xì)胞因子的產(chǎn)生。且MSCs對(duì)NK細(xì)胞的增殖、活化及細(xì)胞毒性等不同生物進(jìn)程均有不同程度的影響。MSC不僅可以抑制未激活的NK細(xì)胞的增殖，尚能抑制激活的NK細(xì)胞增殖，同時(shí)還可抑制NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性以及受體CD69、CD94D、NKp G2和NKp30等的表達(dá)[28]。其可能機(jī)制為MSCs通過分泌細(xì)胞因子激活JAK/STAT信號(hào)通路，上調(diào)細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子3的目的基因，從而抑制自然殺傷細(xì)胞的增殖，最終發(fā)揮免疫抑制作用。

三、展 望

MSC取材容易、用途廣泛等優(yōu)勢使得MSCs在目前的眾多研究中占有獨(dú)特地位，是細(xì)胞療法可靠的種子細(xì)胞之一。目前越來越多的研究認(rèn)為MSC的免疫調(diào)節(jié)作用是其發(fā)揮治療作用的主要功能特性，而MSCs調(diào)節(jié)免疫的作用機(jī)制復(fù)雜多樣，目前仍不十分明確，需進(jìn)一步的研究和驗(yàn)證。與此同時(shí)，雖然MSCs分泌的白細(xì)胞介素因子對(duì)于炎性反應(yīng)的調(diào)控作用已被目前大量研究所證實(shí)，但MSCs調(diào)控白細(xì)胞介素因子的途徑復(fù)雜多樣，包括直接分泌白細(xì)胞介素因子調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)和(或)通過分泌其他的細(xì)胞因子調(diào)控免疫細(xì)胞的增殖、分化及分泌等功能而間接調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。細(xì)胞因子種類繁多，作用靶點(diǎn)廣，對(duì)于不同的免疫細(xì)胞又可表現(xiàn)出不同的功能特性。且目前研究證實(shí)，MSC的免疫調(diào)節(jié)作用受細(xì)胞來源及所在微環(huán)境的影響可發(fā)生一定程度的變化。因此，明確MSC介導(dǎo)白細(xì)胞介素調(diào)控免疫反應(yīng)的作用機(jī)制，以及不同種類白細(xì)胞介素因子對(duì)MSC功能的影響，對(duì)于今后MSC在臨床治療中的應(yīng)用至關(guān)重要。此外，白細(xì)胞介素因子種類繁多，作用復(fù)雜，對(duì)于免疫細(xì)胞的調(diào)控方式具有多樣性，因此，MSC對(duì)于各種不同白細(xì)胞介素因子的研究仍有待于進(jìn)一步探索和細(xì)化。