母胎界面髓源抑制性細(xì)胞的研究進(jìn)展

陳秀榮， 葉春雨，邱凌鈺，李淑萍

從免疫角度而言，妊娠是免疫激活和免疫耐受動(dòng)態(tài)平衡的生理過程。母體免疫系統(tǒng)識(shí)別攜帶有一半父系遺傳基因的胚胎后，未出現(xiàn)類似器官移植的排異反應(yīng)，反而保持炎癥和抗炎反應(yīng)之間的動(dòng)態(tài)平衡。妊娠早期，適當(dāng)?shù)难装Y反應(yīng)有利于胚胎植入；妊娠中期，調(diào)節(jié)反應(yīng)開始成為主要的免疫事件；妊娠晚期和妊娠最后幾天，炎癥反應(yīng)在支持分娩中起主導(dǎo)作用。這表明母胎之間存在著復(fù)雜且精密的免疫調(diào)節(jié)機(jī)制[1]。母胎界面是由蛻膜組織及滋養(yǎng)細(xì)胞交互作用形成的共同界面，是受精卵著床、蛻膜發(fā)育、胎盤形成的關(guān)鍵部位。成功妊娠依賴于胚胎與母體蛻膜在此界面的協(xié)調(diào)過程。滋養(yǎng)細(xì)胞與蛻膜免疫細(xì)胞、蛻膜基質(zhì)細(xì)胞(decidual stromal cells,DSCs)構(gòu)成母胎界面的主要細(xì)胞，它們之間存在著精密而復(fù)雜的交互對(duì)話機(jī)制，并與妊娠微環(huán)境中的細(xì)胞因子、趨化因子等體液因子共同作用，維持正常妊娠[2]。髓源抑制性細(xì)胞(myeloid-derived suppressor cells，MDSCs)是在腫瘤、炎癥、外傷、自身免疫性疾病等病理狀態(tài)下異常分化的，由未成熟的粒細(xì)胞與單核前體細(xì)胞組成的異質(zhì)性細(xì)胞群，其特征是髓系起源、未成熟狀態(tài)和強(qiáng)大的T細(xì)胞抑制功能[3]。針對(duì)MDSCs的研究主要在腫瘤領(lǐng)域，但近年來的研究表明，MDSCs在妊娠期間母胎界面數(shù)量明顯增加，并且在維持免疫耐受、促進(jìn)胎兒血管生成及胎兒生長(zhǎng)方面發(fā)揮作用。本綜述討論了MDSCs在母胎界面的研究進(jìn)展，期望為妊娠相關(guān)疾病研究和診治提供新的思路。

1 MDSCs的基本特征

1.1 MDSCs的表型

MDSCs尚缺乏特異性標(biāo)志。小鼠MDSCs可以通過髓系分化抗原Gr-1和CD11b的共同表達(dá)來識(shí)別，Gr1包含嗜中性粒細(xì)胞特征的Ly6G和單核系細(xì)胞特征的Ly6C兩種分子。Gr1+CD11b+稱為總?cè)篗DSCs，進(jìn)一步可分為兩個(gè)亞群：多形核髓源抑制細(xì)胞(polymorphonuclear MDSCs,PMN-MDSCs)和單核樣髓系來源細(xì)胞(monocytic MDSCs，M-MDSCs)。人類MDSCs缺乏Gr-1同源基因，通常表達(dá)CD11b和髓系標(biāo)記物CD33，同樣主要分為M-MDSCs和PMN-MDSCs兩個(gè)亞型。M-MDSCs亞群表型為CD11b+CD14+CD15-CD33+，具有單核細(xì)胞的形態(tài)和表型。PMN-MDSCs表型為CD11b+CD14-CD15+CD33+，與中性粒細(xì)胞有相似的表型，兩者可以通過密度梯度離心或植物凝集素樣氧化型低密度脂蛋白受體-1(LOX-1)區(qū)分[3]。近年來在金黃色葡萄球菌慢性感染的小鼠中新發(fā)現(xiàn)一類特殊亞群，表型為CD11b+Siglec-F+CCR3lowIL-5RαlowSSC-Ahigh，具有髓系祖細(xì)胞的特征及克隆形成能力，被稱為早期MDSCs(eMDSCs)，這進(jìn)一步表明MDSCs的異質(zhì)性和復(fù)雜性[4]。

1.2 MDSCs的積累

MDSCs在體內(nèi)的積累遵循“雙信號(hào)”模型，即MDSCs的擴(kuò)增與激活來源兩個(gè)不同信號(hào)途徑。第一途徑為未成熟骨髓細(xì)胞的增殖及MDSCs的分化抑制，由腫瘤或骨髓基質(zhì)響應(yīng)慢性刺激產(chǎn)生的各種細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子誘導(dǎo)，包括粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子、巨噬細(xì)胞集落刺激因子、粒細(xì)胞集落刺激因子、白介素-6(interleukin-6,IL-6)、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子等。上述因子主要通過激活非受體酪氨酸激酶-信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3通路實(shí)現(xiàn)傳導(dǎo)信號(hào)促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，如缺氧誘導(dǎo)因子1α(hypoxia inducible factor 1 α,HIF-1α)、CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白β等，阻止未成熟骨髓細(xì)胞正常分化，激活MDSCs的分化和擴(kuò)增。 第二途徑為MDSCs激活，該途徑信號(hào)包括促炎分子干擾素-γ、IL-1β、IL-13、IL-4、Toll樣受體配體，涉及STAT6、STAT1和 核因子-κB等幾種不同信號(hào)通路，主要作用為引起MDSCs的活化[5]。

2 妊娠期MDSCs

2.1 母胎界面MDSCs的募集、增殖與活化

目前研究認(rèn)為妊娠期間母胎界面MDSCs主要存在于絨毛間隙[6]。MDSCs的增殖對(duì)于成功妊娠十分必要。在小鼠妊娠期間，MDSCs在外周血、免疫器官及蛻膜組織中均有明顯增殖，其數(shù)量在妊娠早期開始增加，妊娠中期達(dá)到峰值，妊娠后期有所下降，但仍高于未孕小鼠。對(duì)于妊娠女性，MDSCs在外周血及蛻膜中數(shù)量明顯增加，并在產(chǎn)后迅速降至正常水平。蛻膜中PMN-MDSCs為MDSCs主要亞群,其在未孕女性子宮內(nèi)膜中所占比例較低，但在妊娠期間大量增殖。妊娠期外周血PMN-MDSCs亞群也大量增殖，但M-MDSCs數(shù)量未見明顯改變[7-10]。

妊娠期間MDSCs數(shù)量增加是募集、增殖、活化等多方面調(diào)控的結(jié)果。趨化因子-趨化因子受體作用軸是募集MDSCs到母胎界面的主要機(jī)制，趨化因子CXC亞家族受體2/CXC趨化因子1(CXCR2/CXCL1)作用軸是蛻膜中PMN-MDSCs數(shù)量增加的重要決定因素。小鼠實(shí)驗(yàn)證實(shí)，妊娠過程會(huì)刺激基質(zhì)細(xì)胞中CXCL1的表達(dá)增加，通過識(shí)別并結(jié)合PMN-MDSCs表面CXCR2，誘導(dǎo)PMN-MDSCs向蛻膜遷移。CXCR2 不僅招募最多的PMN-MDSCs亞群,還調(diào)控PMN-MDSCs精氨酸酶1(argininase 1，Arg-1)的活性，促進(jìn)PMN-MDSCs免疫抑制活性的表達(dá)[6]。

雌孕激素與妊娠期MDSCs增殖和激活密切相關(guān)，該過程主要影響JAK-STAT信號(hào)通路發(fā)揮作用。雌二醇誘導(dǎo)的STAT3信號(hào)通路在MDSCs的擴(kuò)增和激活中起重要作用。研究表明，雌二醇以劑量依賴方式促進(jìn)MDSCs擴(kuò)增，經(jīng)雌二醇處理后，MDSCs擴(kuò)增的相關(guān)基因S100鈣結(jié)合蛋白A8和A9(S100A8、S100A9)表達(dá)增加，并且MDSC免疫抑制活性也增加[9]。孕激素對(duì)MDSCs數(shù)量也起重要作用，孕酮?jiǎng)┝恳蕾囆缘卮龠M(jìn)PMN-MDSCs體外培養(yǎng)，引起MDSCs的分化、擴(kuò)增和激活，該過程同樣通過STAT3通路。孕酮水平與亞群M-MDSCs數(shù)量呈正相關(guān)。此外，雌二醇和孕酮水平的降低則會(huì)導(dǎo)致MDSCs數(shù)量的減少，使Th1/Th2平衡向Th1方向轉(zhuǎn)變，引起早期流產(chǎn)[11-12]。

母胎界面其他因素如人白細(xì)胞抗原-G(human leukocyte antigen-G，HLA-G)、滋養(yǎng)細(xì)胞、HIF-1α等也與MDSCs數(shù)量增加相關(guān)。HLA-G是目前發(fā)現(xiàn)與母胎免疫關(guān)系最密切的非經(jīng)典HLA-Ib類分子，可溶性HLA-G(sHLA-G)與PMN-MDSCs上受體免疫球蛋白樣轉(zhuǎn)錄本4結(jié)合引起STAT3的磷酸化，進(jìn)而引起PMN-MDSCs在母胎界面數(shù)量的增加[10，13]。sHLA-G還可以誘導(dǎo)外周血單核細(xì)胞向MDSCs的分化增殖，滋養(yǎng)細(xì)胞也可通過STAT3途徑誘導(dǎo)外周血單核細(xì)胞分化成高表達(dá)吲哚胺2,3-雙加氧酶、Arg-1和COX2的MDSCs樣細(xì)胞[10]。研究表明，HIF-1α也會(huì)引起妊娠小鼠MDSCs，尤其是子宮MDSCs數(shù)量減少，并且表現(xiàn)出較低的抑制活性及較高的凋亡率，從而增加流產(chǎn)率[14-15]。也有研究表明，蛻膜GM-CSF刺激使得循環(huán)中性粒細(xì)胞通過pSTAT5/PD-L2信號(hào)通路獲得免疫抑制表型和功能。這證實(shí)蛻膜PMN-MDSCs可能來源于中性粒細(xì)胞[16]。

2.2 母胎界面MDSCs的功能

MDSCs在妊娠期主要發(fā)揮免疫耐受作用，這依賴于其自身的細(xì)胞特性—免疫抑制性，主要通過自身分泌或表達(dá)抑制分子以及與其他蛻膜免疫細(xì)胞相互作用實(shí)現(xiàn)該功能。MDSCs在蛻膜組織中發(fā)揮免疫抑制性機(jī)制主要通過以下途徑實(shí)現(xiàn)： ① 營(yíng)養(yǎng)素的消耗。L-精氨酸是T細(xì)胞功能至關(guān)重要的代謝物。MDSCs表達(dá)吲哚胺2,3-雙加氧酶和Arg-1，通過消耗精氨酸制造出一種饑餓的環(huán)境。缺乏必要營(yíng)養(yǎng)會(huì)導(dǎo)致T細(xì)胞增殖停滯甚至耗盡。② 產(chǎn)生活性氧和氮物質(zhì)。MDSCs分泌活性氧可以激活誘導(dǎo)型NO合酶產(chǎn)生高水平的活性氮物質(zhì)，干擾TCR-MHC的相互作用，誘導(dǎo)T細(xì)胞失去反應(yīng)性。③ 調(diào)節(jié)腺苷的胞外酶代謝及表達(dá)陰性免疫檢查點(diǎn)分子如PD-L1、PD-L2的表達(dá)發(fā)揮免疫抑制作用[17-19]。 MDSCs介導(dǎo)的免疫抑制機(jī)制的主要目標(biāo)是T細(xì)胞，但也通過抑制自然殺傷(natural killer，NK)細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞(dendritic cell，DC)，調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞，誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)等發(fā)揮母胎免疫抑制作用[20]。NK細(xì)胞是早期妊娠蛻膜中的主要細(xì)胞類型,母胎界面MDSCs受到抑制時(shí)會(huì)引起NK細(xì)胞穿孔素和顆粒酶B的水平增加，以及活化型受體上調(diào)，導(dǎo)致NK細(xì)胞毒性增加，母胎界面的免疫耐受狀態(tài)被破壞[21-23]。NKreg細(xì)胞是存在于母胎界面并表達(dá)CD25和FOXP3，同樣具有保護(hù)胚胎功能的一種特殊類型的NK細(xì)胞。抑制MDSCs和PMN-MDSCs引起NKreg和Treg細(xì)胞的比例顯著上調(diào)，這提示可能存在MDSCs-NKreg-Treg軸調(diào)節(jié)妊娠免疫耐受[21]。妊娠期間，MDSCs通過產(chǎn)生細(xì)胞因子和間接的細(xì)胞間相互作用促進(jìn)Treg發(fā)揮免疫抑制作用。PMN-MDSCs在體外通過 CD4+CD25-T 細(xì)胞的抗 CD3/28 刺激PMN-MDSCs 誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)導(dǎo)致糖原合成酶激酶3β失活并隨后穩(wěn)定β-連環(huán)蛋白。TGF-β對(duì)β-連環(huán)蛋白穩(wěn)定的影響導(dǎo)致Foxp3表達(dá)增加。從而誘導(dǎo)CD4+CD25-T細(xì)胞轉(zhuǎn)化為Treg細(xì)胞[24]。MDSCs損耗同樣誘導(dǎo)DC浸潤(rùn)分化成為耐受性DC，進(jìn)而促進(jìn)Treg增殖。因此“MDSCs-耐受性DC-Treg”可能作為一種代償性免疫抑制機(jī)制，以確保胎兒和胎盤的正常發(fā)育[25]。此外，懷孕期間的PMN-MDSCs還調(diào)節(jié)Th細(xì)胞的極化，促進(jìn)CD4+T細(xì)胞向Th2表型極化。限制體內(nèi)DC和T細(xì)胞的增殖和浸潤(rùn)，支持靜息巨噬細(xì)胞介導(dǎo)母胎免疫抑制[26-28]。

MDSCs在胚胎植入過程中發(fā)揮作用。胚胎植入早期通過腹腔注射anti-Gr-1消耗MDSCs后，胚胎植入率明顯下降。這表明MDSCs在這個(gè)階段起著重要的作用，可能調(diào)節(jié)滋養(yǎng)細(xì)胞的侵襲、子宮蛻膜血管的生成和血管重建[21]。PMN-MDSCs不僅通過分泌生長(zhǎng)促進(jìn)因子促進(jìn)胎兒生長(zhǎng)，而且有效促進(jìn)CD49a+uNK細(xì)胞分泌生長(zhǎng)促進(jìn)因子促進(jìn)胎盤發(fā)育[29-30]。有研究認(rèn)為，MDSCs在胎盤血管形成方面發(fā)揮重要作用。子宮螺旋動(dòng)脈重塑使得血管由小流量、高阻力重構(gòu)為大直徑、高流量。MDSCs富含促血管生成基因，通過產(chǎn)生血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、基質(zhì)金屬蛋白酶 9等支持腫瘤環(huán)境下的血管生成,而胚胎滋養(yǎng)細(xì)胞侵入蛻膜也與腫瘤的侵襲過程有某種相似之處。進(jìn)一步推測(cè)蛻膜MDSCs在促進(jìn)胎盤血管形成、子宮動(dòng)脈重塑等方面具有重大潛力[31-32]。

2.3 MDSCs與妊娠疾病

母胎界面MDSCs在維持正常妊娠方面發(fā)揮重要作用，其數(shù)量和功能異常與病理妊娠的發(fā)生密切相關(guān)。近年來研究表明，MDSCs與流產(chǎn)，尤其與不明原因復(fù)發(fā)性流產(chǎn)的發(fā)生密切相關(guān)。流產(chǎn)小鼠模型中母胎界面、外周血和脾臟的MDSCs數(shù)量均低于正常妊娠小鼠。腹腔注射抗Gr-1單克隆抗體耗盡母胎界面的MDSCs引起小鼠的胚胎再吸收率增加了50%，而補(bǔ)充PMN-MDSCs后此現(xiàn)象得到改善，這表明PMN-MDSCs在維持妊娠方面發(fā)揮重要作用[21]。早期流產(chǎn)女性體內(nèi)雌二醇和孕酮水平的降低導(dǎo)致Th1/Th2平衡向Th1方向轉(zhuǎn)變，蛻膜中STAT3表達(dá)的減少導(dǎo)致MDSCs積累的減少，引起早期流產(chǎn)的發(fā)生[33]。不明原因的自發(fā)性流產(chǎn)患者外周血及蛻膜組織中MDSCs數(shù)量下降。Li CC等[34]研究表明，蛻膜PMN-MDSCs的凋亡由TNF相關(guān)的凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL)以胱天蛋白3依賴的途徑介導(dǎo)。不明原因復(fù)發(fā)性流產(chǎn)患者蛻膜PMN-MDSCs對(duì)TRAIL-誘騙受體(DcR2)誘導(dǎo)的凋亡通路反應(yīng)敏感，細(xì)胞凋亡增加，導(dǎo)致MDSCs數(shù)量明顯減少。在功能上，盡管其仍具有有效的免疫抑制特性，但更易發(fā)生炎癥反應(yīng)，與細(xì)胞外基質(zhì)和其他細(xì)胞的相互作用也受損。

MDSCs還可以促進(jìn)胎兒生長(zhǎng)發(fā)育，避免胎兒宮內(nèi)生長(zhǎng)受限(intrauterine growth restriction，IUGR)發(fā)生。Shi M等[29]研究表明，PMN-MDSCs的數(shù)量與IUGR妊娠新生兒的不良結(jié)局呈負(fù)相關(guān)。IUGR患者PMN-MDSCs的抑制活性明顯降低，Arg-1活性和活性氧水平降低，STAT6磷酸化水平降低，炎癥因子增加。而PMN-MDSCs的過繼移植后，這些都得到了糾正。最新研究表明，M-MDSCs上Tim-3的異常表達(dá)與子癇前期發(fā)病機(jī)制相關(guān)。子癇前期患者中T細(xì)胞免疫球蛋白和含粘蛋白3(Tim-3)/Galectin-9 (Gal-9)通路通過調(diào)控MDSC，使其高表達(dá)干擾素-γ，低表達(dá)TGF-β，阻斷該通路則導(dǎo)致MDSCs免疫抑制功能下降[35]。早產(chǎn)是晚期妊娠免疫-內(nèi)分泌相互作用改變的結(jié)果，MDSCs在此過程中也有參與。PMN-MDSCs在早產(chǎn)婦女中減少，而MDSCs和M-MDSCs增加并且數(shù)量與臍帶血清雌二醇呈正相關(guān)，胎盤組織中ER-α過表達(dá)提示雌二醇介導(dǎo)的MDSCs在早產(chǎn)嬰兒中的積累。在早產(chǎn)嬰兒中，MDSCs介導(dǎo)的免疫抑制伴隨著T細(xì)胞總量及其亞型Th和Tc的下降，這表明雌激素介導(dǎo)的STAT3激活可能是早產(chǎn)期間MDSCs積累的主要驅(qū)動(dòng)因素。它們參與調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)，并可能導(dǎo)致早產(chǎn)嬰兒的免疫缺陷狀態(tài)[36-38]。此外，外周血MDSCs數(shù)量較多時(shí)，接受體外受精的婦女受孕概率也顯著增加。MDSCs數(shù)量可能成為體外受精成功的預(yù)測(cè)指標(biāo)[39]。

妊娠期間MDSCs數(shù)量的增加除對(duì)妊娠具有保護(hù)作用外，對(duì)患有癌癥的孕婦也會(huì)產(chǎn)生不利影響。小鼠模型證實(shí)，MDSCs在體內(nèi)的積累和對(duì)NK細(xì)胞的抑制作用可能成為導(dǎo)致懷孕期間乳腺癌高度轉(zhuǎn)移的原因[40]。Kozasa K等[41]研究也表明，卵巢癌和乳腺癌患者妊娠期高雌激素水平可能通過誘導(dǎo)MDSCs加速癌癥進(jìn)展。

MDSCs在母乳中也有研究。K?stlin N等[42]研究表明，采取母乳喂養(yǎng)的產(chǎn)婦外周血及母乳中PMN-MDSC顯著升高且功能活躍，具有免疫抑制活性，能抑制T細(xì)胞功能。與配方奶喂養(yǎng)的嬰兒相比，母乳喂養(yǎng)嬰兒的PMN-MDSCs水平增加。此外，MDSCs具有調(diào)節(jié)腸道局部免疫的作用，靶向MDSC治療可能成為保護(hù)嬰兒免受醫(yī)院細(xì)菌感染和壞死性小腸結(jié)腸炎的一種策略。盡管母乳中PMN-MDSCs水平并不穩(wěn)定，會(huì)受到孕齡和產(chǎn)婦年齡、孕婦產(chǎn)前治療和嬰兒性別的影響，但其對(duì)新生兒具有腸道黏膜免疫作用，可能成為炎癥性疾病高風(fēng)險(xiǎn)早產(chǎn)兒改善新生兒結(jié)局的一種策略[43]。

3 小結(jié)

MDSCs在妊娠期母胎界面發(fā)生募集增殖活化，并發(fā)揮免疫抑制特性、維持免疫耐受及促進(jìn)胎盤血管生成、促進(jìn)胎兒生長(zhǎng)等潛在機(jī)制。MDSCs數(shù)量及功能異常與流產(chǎn)、胎兒IUGR、子癇前期及早產(chǎn)密切相關(guān)。MDSCs在妊娠期間的活躍也會(huì)加重腫瘤患者進(jìn)程。MDSCs在妊娠期間作用復(fù)雜，對(duì)其進(jìn)一步研究將有助于進(jìn)一步了解妊娠生理與病理，改善妊娠免疫，進(jìn)而為預(yù)防和治療這些妊娠相關(guān)疾病提供新的策略。