间充质干细胞免疫调节作用的研究进展_罗成凤
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①本文为上海市自然科学基金( 10ZR1423500) 和上海市卫生局科研 项目( 2008008)
作者简介: 罗成凤( 1985 年 - ) ,女,在读硕士,主要从事生殖免疫学 方面研究,E-mail: lcfdwr1212@ 163. com;
通讯作者及指导教师: 周 倩( 1970 年 - ) ,女,博士,副研究员,硕士 生导师,主 要 从 事 生 殖 免 疫 学 研 究,E-mail: zhouqian@ yahoo. com. cn。
罗成凤等 间充质干细胞免疫调节作用的研究进展 第 2 期
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的抗原提呈细胞,它通过促进抗原特异性 T 细胞的 活化,激活固有免疫系统来启动,维持及调节免疫应 答。目前 研 究 MSC 对 DC 的 作 用,主 要 是 聚 焦 在 MSC 对 单 核 来 源 的 细 胞 向 DC 分 化 成 熟 的 影 响。 Nauta 等 的 [13] 研究表明 MSC 能下调 DC 上共刺激 分子 CD40、CD80、CD83、CD86 的表达,阻止 CD4 + 单核细 胞 及 CD34 + 祖 细 胞 向 DC 分 化。Spaggiari 等[14]后来证实 MSC 通过产生 PGE2 而抑制从单核 细胞到未成熟 DC 的阶段,通过抑制 DC 的成熟而抑 制免疫 反 应。Barbara 等[15] 通 过 比 较 脂 肪 来 源 的 MSC,羊水 MSC 及肾脏管状上皮细胞对单核来源的 DC 分化,成熟的影响时发现,羊水 MSC 通过产生 PGE2,上调 IL-10,下调 IL-12P70 的表达来完全消除 单核细胞到 DC 的分化,使其分子表面 CD80、CD86 及 HLA-DR 显著降低,显著抑制单核细胞上刺激分 子及活化标记物的表达。但也有报道脐带来源的多 能性间充质干细胞不仅不能抑制单核细胞向未成熟 的 DC 细 胞 分 化,甚 至 有 促 进 DC 细 胞 成 熟 的 作 用[16]。这种实验结果的差异,可能与 MSC 的来源 不同有关,提示我们 MSC 来源不同其免疫调节作用 可能也具有差异。 2. 2 MSC 对 NK 细胞的作用 NK 细胞是固有免疫 应答的主要细胞,活化的 NK 细胞可合成和分泌多 种细胞因子,发挥调节免疫以及直接杀伤靶细胞的 作用。Spaggiari 等[17]在研究 MSC 对 NK 细胞的作 用时发现,其能通过分泌 PGF2 及 IDO 来下调 NK 细胞上激活型受体的水平,进而发挥其免疫抑制的 作用。Sotiropoulou 等[18]研究发现 MSC 通过与 NK 细胞接触,分泌可溶性的细胞因子 TGF-β、sHLA-G 及 PGE-2 来抑制 IL-2 引起的 NK 细胞的增殖。 2. 3 MSC 对 B 细胞的作用 B 细胞通过产生抗体 来参与体液免疫应答,MSC 主要影响 B 细胞的增殖 与抗体产生来发挥免疫调节作用。MSC 在 IFN-γ 存在的 情 况 下 能 抑 制 活 化 的 B 细 胞 的 增 殖[19]。 Corcione 等[20]的研究证实 MSC 可以将 B 淋巴细胞 阻滞在细胞周期的 G0 / G1 期而部分地抑制 B 细胞 的活化及增殖。Comoli 等[21]的研究也证实 MSC 在 体外能抑制同源刺激而引起的 B 细胞抗体的产生。 2. 4 MSC 对 T 细胞的作用 大量的研究报道指 出,MSC 对 T 细胞的增殖以及细胞毒性 T 细胞的功 能具有免疫抑制的作用。Shi 等[22]将 MSC 与 PBMC 混合培养时,诱导 MSC 产生免疫抑制因子 sHLA-G 及趋化因子 CCL1,这两种因子为 MSC 发挥免疫抑 制作用提供了免疫微环境,同时诱导 T 细 胞 偏 向 TH2 免疫应答,抑制细胞毒性 T 细胞的功能。Jones
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doi: 10. 3969 / j. issn. 1000-484X. 2013. 02. 023
间充质干细胞免疫调节作用的研究进展①
中国免疫学杂志 2013 年第 29 卷
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罗成凤 综述 周 倩 审校 ( 同济大学附属第一妇婴保健院中心实验室,上海 200040)
中国图书分类号 R392. 4 文献标识码 A 文章编号 1000-484X( 2013) 02-0220-04
1. 3 MSC 的营养作用 近年来,关于 MSC 具有营 养作用的报道越来越受到关注。Ankrum 等[8]报道,
其用于治疗移植排斥反应、自身免疫性疾病等,本文 MSC 移植后,通过分泌大量的营养分子如细胞外基
将近年来有关间充质干细胞的免疫调节作用在此做 一综述。
1 间充质干细胞的生物学特性
质糖 蛋 白、细 胞 因 子、生 长 因 子 等 促 进 组 织 修 复。 Van 等[9]也报道在损伤的急性期,MSC 通过其营养 作用来促进损伤组织的重建。Wu 等[10]将骨髓来源
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中国免疫学杂志 2013 年第 29 卷
过共培养发现,羊膜来源的多能性干细胞能通过细 胞与细胞之间的接触来抑制有丝分裂原刺激引起的 外周血单核细胞的增殖。Zhang 等[32]的研究发现, 胎盘来源的间充质祖细胞能抑制外周血与脐带血中 T 细胞的增殖。Hwang 等[33]通过 Real-time PCR 及 Western blot 证实正常早孕组蜕膜间充质干细胞胞 内 sICAM-1 含量及条件培养基中 SDF-1 含量比子痫 前期患者蜕膜间充质干细胞表达高。进一步研究发 现 SDF-1 通过与蜕膜 MSC 上的趋化因子受体 CXCR4 结合而募集 MSC 到母胎界面局部而发挥免疫 调节的作用。多年来人们从不同的角度研究母-胎 界面发生的生物学事件,以阐述母-胎免疫调节的机 制,但迄今为止母胎免疫耐受的确切机制仍然不甚 明了。MSC 在母胎界面所起的调节作用,可能为母 胎免疫耐受学说提供一个新的视角。
1. 2 MSC 的增殖与分化能力 MSC 是一类能贴壁 生长的,成 纤 维 样 的 细 胞,具 有 向 中 胚 层 分 化 的 能 力。能够快速增殖,在合适的诱导条件下能够分化 为各种组织细胞,如成骨细胞、软骨细胞、神经细胞、
2 间充质干细胞发挥免疫调节作用的机制 研究
MSC 是一类具有免疫调节作用的细胞,大量的 文献报道了其发挥免疫调节作用的机制。研究发现
等[23]研究发现胎盘 MSC 能通过产生 IDO 来抑制同 源性 T 淋巴细胞的增殖。Najar 等[24]研究认为 MSC 对 T 细胞增殖产生免疫抑制作用主要与其表达 COX1 / COX2 有关,这两种酶能诱导 PGE2 的产生而 发挥作用,用 PGE2 抑制剂吲哚美辛阻断 PGE2 的合 成时,T 淋巴细胞的增殖能力也明显恢复。此外他 们还发现 MSC 以剂量依耐性来下调活化的 T 淋巴 细胞 CD38 的表达,通过调节 T 淋巴细胞的活化来 发挥免疫调节作用。Blanc 等[25]的研究发现,MSC 通过下调活化 T 淋巴细胞表面上的 IL-2 受体的表 达来抑制其增殖与活化。 2. 5 MSC 对 Treg 细胞的作用 Treg 细胞是现在公 认的具有免疫抑制作用的细胞群。有报道指出将 MSC 与 CD4 + T 细胞共培养时,MSC 能诱导 CD4 + CD25 + FOXP3 + Treg 细胞及 CD8 + Treg 细胞的增殖, 证明 MSC 具有诱导 CD4 + T 细胞向 Treg 细胞转化的 作用[26]。而 Shi 等[22]将 MSC 与 CD4 + T 细胞共培 养时发现,MSC 能通过分泌 TGF-β1 及 PGE2 来诱 导 Treg 细胞的增殖。Casiraghi 等[27]研究证实 MCS 能通过诱导 Treg 细胞的产生发挥免疫调节作用,抑 制移植排斥反应的发生。Chang 等[28]的 研 究 也 证 实 MSC 能提高 Treg 细胞的数量,抑制 T 细胞的增 殖而发挥免疫抑制作用,而且这种抑制作用在IFN-γ 的存在下进一步加强。 2. 6 MSC 发 挥 免 疫 调 节 作 用 有 关 的 其 它 因 素 Campioni 等[29]认为 MSC 上 CD90 抗原的表达对于 MSC 发挥免疫调节具有重要作用,CD90 + MSC 可 以通过分泌可溶性的 HLA-G 及 IL-10 来抑制 PHA 刺激引起的 PBMC 的增殖反应。当 MSC 表面 CD90 表达下调时,其分泌的可溶性的 HLA-G 及 IL-10 减 少,不能抑制 PHA 刺激引起的 PBMC 的增殖。Sato 等[30]在研究 NO 对鼠源性的 MSC 发挥免疫调节作 用时发现,当阻断 MSC 表面诱导性 NO 合 酶 表 达 时,其对抗 T 细胞增殖的能力也消失。说明 NO 在 MSC 发挥免疫调节过程中起着重要作用。
3 MSC 在母胎免疫耐受中的作用
正常妊娠类似于同种异体移植,母胎界面的免 疫耐受微环境对胚胎的成功着床和诱导胎儿在母体 子宫内的存活与发育至关重要。大量研究表明母胎 界面绒毛及蜕膜组织中存在间充质干细胞,并初步 报道了在母胎界面的 MSC 的免疫原性及其免疫调 节作用。Richard 等[31]研究羊膜来源的多能性祖细 胞的免疫原性,流式检测其表面表达 MHCⅠ抗原, 不表达 MHCⅡ抗原及共刺激分子 B7-1 和 B7-2。通
间充质干细胞( Mesenchymal stem cell,MSCs)
脂肪细胞等。Macias 等[7]从终末期的胎盘中提取
是一类具有多向分化潜能及免疫调节作用的细胞。 出蜕膜间充质干细胞,从形态学、表型、生长特性、核
其来源丰富,几乎存在于所有的组织,如骨髓、脂肪、 型、分化能力等方面证实,蜕膜来源的 MSC 比胎盘
刺激软骨细胞的增殖及基质的沉积来发挥其营养作 用进而促进软骨细胞的形成。此外在辐射烧伤损伤 模型、心梗及帕金森疾病模型中,运用 MSC 进行移 植治疗,都观察到其通过发挥营养作用来促进损伤 组织的修复。 1. 4 MSC 的迁移与归巢能力 MSC 能分泌大量具 有生物活性的因子,同时其表面也表达大量的趋化 因子受 体。Von 等[11] 的 研 究 表 明 当 损 伤 造 成 时, MSC 上趋化因子受体 CCR1、CCR4、CCR7、CXCR5 及 CCR10 的表达上调,在炎症因子趋化下,MSC 能 快速到达受损组织局部,发挥免疫调节及营养作用。 Ries 等[12]的研究指出,当组织损伤后,MSC 能优先 到达 受 损 的 部 位,增 强 伤 口 的 愈 合,促 进 组 织 的 重建。
的 MSC 与原代软骨细胞共培养时发现 MSC 是通过
1. 1 MSC 免疫表型 MSC 没有特异性的标记物, 只能以复杂的免疫表型来对其进行鉴别。大量研究 表明 MSC 表面 HLA 及共刺激分子表达较低,在体 外与同源性的 T 淋巴细胞共培养时,不引起 T 细胞 增殖,表 现 出 较 低 的 免 疫 原 性[1]。Deans[2] 及 Morandi[3]的研究证实 MSC 表 面 MHC Ⅰ 抗 原 表 达 较 低,不 表 达 MHC Ⅱ 抗 原、FasL、共 刺 激 分 子 B7-1、 B7-2、CD40、CD40L 等。它们不表达造血干细胞的 表面标记物 CD45、CD34,也不表达内皮细胞表面标 记物 CD31、PECAM-1,但 它 们 表 达 CD105、CD13、 CD106、CD44、CD90、CD29 及 STRO-1[4]。MSC 还组 成性的表达非典型性 HLA-G 及共抑制分子 B7-H1 及 B7-H4,这 些 分 子 对 于 免 疫 应 答 具 有 抑 制 作用[5,6]。
其可以通过对抗原提呈细胞、NK 细胞、B 细胞、T 细 胞、调节性 T 细胞等免疫细胞的影响来发挥免疫调 节作用。其中炎症因子 IFN-γ、TNF-α,免疫抑制因 子 IL-10、IL-4、TGF-β、HGF 及 NO、IDO、PGE2 等 在 MSC 发挥免疫调节的过程中起着重要作用。 2. 1 MSC 对抗原提呈细胞的作用 DC 是最主要
羊水、脐带、胎盘等。在合适的诱导条件下,能分化 其他部位来源的 MSC 具有更长的生命周期,更能保
为中胚层及其它胚层的细胞。目前大量的研究证据 持基因组的稳定性,并首次证实蜕膜来源的 MSC 能
表明 MSC 具有免疫调节,抗炎及营养的作用。MSC 够向三胚层细胞分化。
逃避免疫识别,在体外发挥免疫抑制的特性使其成 为细胞治疗与组织工程再造的侯选者。临床上已将