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    人臍帶間充質(zhì)干細胞培養(yǎng)上清對正常人淋巴細胞各亞群比例的影響①

    2014-02-06 04:38:26邵紅偉盧志毅張柳華黃樹林
    中國免疫學雜志 2014年5期
    關(guān)鍵詞:免疫調(diào)節(jié)免疫抑制充質(zhì)

    陳 璇 袁 茵 邵紅偉 盧志毅 張柳華 黃樹林

    (廣東藥學院生命科學與生物制藥學院生物制藥研究所廣東省生物技術(shù)候選藥物研究重點實驗室,廣州 510006)

    人臍帶間充質(zhì)干細胞培養(yǎng)上清對正常人淋巴細胞各亞群比例的影響①

    陳 璇 袁 茵②邵紅偉 盧志毅 張柳華 黃樹林

    (廣東藥學院生命科學與生物制藥學院生物制藥研究所廣東省生物技術(shù)候選藥物研究重點實驗室,廣州 510006)

    目的:研究人臍帶間充質(zhì)干細胞(hUC-MSCs)培養(yǎng)上清對正常人外周血單個核細胞(PBMC)活化、生存及其各淋巴細胞亞群比例的影響。方法:通過密度梯度離心法分離PBMC,加入OKT3刺激,用含有hUC-MSCs培養(yǎng)上清的條件培養(yǎng)基(MSC-CM)處理PBMC,流式細胞術(shù)分析比較處理組和對照組各淋巴細胞亞群比例的變化,ELISA法檢測MSC-CM對PBMC分泌IFN-γ、IL-10的影響,Annexin V/PI雙染確定活化PBMC的凋亡情況。結(jié)果:MSC-CM下調(diào)了CD4+/CD8+T細胞比值,上調(diào)了PBMC中CD4+CD25+CD127lowTreg細胞的含量,而對其他淋巴細胞亞群的比例無顯著影響;MSC-CM抑制了PBMCs分泌IFN-γ的能力,但對IL-10的分泌有促進作用;此外,MSC-CM對PBMCs有保護作用,降低了PBMC在OKT3刺激下的凋亡程度。結(jié)論:人臍帶間充質(zhì)干細胞的免疫抑制功能可不依賴于與免疫細胞的直接或間接接觸,并且與誘導免疫細胞凋亡無關(guān),促進Treg細胞的增殖和活化可能是人臍帶間充質(zhì)干細胞發(fā)揮其免疫抑制功能的途徑之一。

    人臍帶間充質(zhì)干細胞;調(diào)節(jié)性T淋巴細胞;免疫調(diào)節(jié)

    間充質(zhì)干細胞(Mesenchymal stem cells,MSCs)廣泛存在于多種組織,具有自我更新和多向分化潛能,并具有獨特的免疫調(diào)節(jié)作用,是細胞治療領(lǐng)域理想的種子細胞[1]。目前,在MSCs的臨床以及基礎(chǔ)研究中廣泛使用的是骨髓來源的MSCs(BMMSCs)。骨髓的來源有限,取樣時要進行侵襲性操作,而且隨著供體年齡增長骨髓中MSCs的數(shù)量急劇下降,使其應(yīng)用受到了限制[2]。人臍帶組織來源的間充質(zhì)干細胞(hUC-MSCs)取材方便,無倫理學爭議,增殖能力更強,能連續(xù)多次傳代后仍保持干細胞特性,已成為BM-MSCs的良好替代物。

    間充質(zhì)干細胞能夠調(diào)控體內(nèi)多種免疫細胞的活化和功能,具有廣泛的免疫抑制效應(yīng),在自身免疫性疾病和移植物抗宿主?。℅VHD)的臨床治療中有潛在的應(yīng)用價值[3,4]。因此,有關(guān) MSCs免疫調(diào)節(jié)作用機制的研究已成為干細胞研究領(lǐng)域的熱點。目前對于骨髓源MSCs免疫特性的研究比較充分,而臍帶源MSCs免疫調(diào)節(jié)功能的研究則相對較少。本實驗主要研究了hUC-MSCs培養(yǎng)上清對淋巴細胞活化、生存及其各亞群比例的影響,旨在明確 hUCMSCs是否具有固有的分泌性免疫調(diào)節(jié)功能,探究在hUC-MSCs免疫調(diào)節(jié)過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用的免疫細胞,為人臍帶來源間充質(zhì)干細胞的臨床應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

    1 材料與方法

    1.1 主要試劑 DMEM/F12培養(yǎng)基購自美國Gibco BRL公司,人淋巴細胞分離液為天津灝洋生物制品科技有限公司產(chǎn)品,鼠抗人CD3-PE-Cy5、CD4-PE、CD8-PC7、CD19-ECD、CD16-FITC、CD56-PE、CD4-FITC、CD25-PC5、CD127-PE等熒光標記抗體購自Beckman Coulter公司,細胞因子 IFN-γ、IL-10 ELISA檢測試劑盒購自武漢博士德生物公司,Annexin VFITC/PI細胞凋亡檢測試劑盒為MBL公司產(chǎn)品。

    1.2 細胞培養(yǎng) 人臍帶間充質(zhì)干細胞由本室分離和鑒定[5],培養(yǎng)于含10%胎牛血清的 DMEM/F12培養(yǎng)基中,取P3~P8代hUC-MSCs的培養(yǎng)上清用于實驗。具體方法為:將1.5×106個hUC-MSCs細胞接種于10 cm塑料培養(yǎng)皿,加入10 ml DMEM/F12完全培養(yǎng)基培養(yǎng)3 d后(約80%融合)收集細胞培養(yǎng)上清,0.22μm濾膜過濾,4℃保存,1周內(nèi)使用。用于培養(yǎng)PBMC的間充質(zhì)干細胞條件培養(yǎng)基(MSCCM)的配方為:hUC-MSCs培養(yǎng)上清:DMEM/F12培養(yǎng)基(含10%胎牛血清)=3∶2,臨用前配制。

    使用淋巴細胞分離液從健康成年人外周血中分離PBMC。取等量的同一供者PBMC,分別以MSCCM和DMEM/F12培養(yǎng)基進行培養(yǎng),培養(yǎng)體系中含1 000 U/ml的人重組IL-2和50 ng/m l OKT3,5 d后收集細胞進行流式檢測,同時收集細胞培養(yǎng)上清用于ELISA檢測。

    1.3 流式細胞術(shù)檢測淋巴細胞各亞群比例 離心收集對照組PBMC和MSC-CM處理組PBMC,加入PBS洗滌1次,按2×105細胞/管加入流式管,根據(jù)每一種淋巴細胞免疫表型檢測的需要,設(shè)置相應(yīng)的空白對照、同型對照、單色熒光補償對照以及單色或多色標記的待測樣本,加入對應(yīng)的熒光標記抗體,室溫避光孵育30min,洗滌2次,最后用500μl PBS重懸細胞,上BECKMAN COULTER Gallios流式細胞儀檢測B細胞、T細胞以及NK細胞的含量,使用FlowJo軟件分析檢測結(jié)果。

    1.4 細胞凋亡檢測 取對照組PBMC和MSC-CM處理組PBMC各1×105個,用PBS洗滌1次,每管加85μl結(jié)合緩沖液重懸細胞,再加入10μl Annexin V-FITC和5μl PI,輕輕混勻后室溫避光孵育15 min,最后向每管中加400μl結(jié)合緩沖液,用流式細胞儀測定兩組PBMC的細胞凋亡情況。

    1.5 ELISA法檢測細胞因子分泌 取對照組PBMC和MSC-CM處理組PBMC的培養(yǎng)上清,過濾除去上清中殘留的細胞,另取在CO2培養(yǎng)箱中同步培養(yǎng)的同批次無細胞DMEM/F12培養(yǎng)基和MSC-CM作為空白對照,以上4組分別按100μl/孔加入到預包被有IFN-γ抗體或IL-10抗體的酶標板孔內(nèi),每組3復孔,采用雙抗夾心ELISA法測定各孔在450 nm處的OD值,具體操作按說明書進行。

    1.6 統(tǒng)計學分析 本實驗數(shù)據(jù)采用 GraphPad Prism軟件進行處理,以x-±s表示,組間比較采用t檢驗(t檢驗前先做兩樣本的方差齊性檢測)。

    2 結(jié)果

    2.1 淋巴細胞各亞群比例測定 通過單色或多色免疫熒光染色流式細胞術(shù)分析PBMC中淋巴細胞各亞群的含量,分別測定了CD19+B淋巴細胞、CD3+T淋巴細胞、CD4+CD25+CD127low調(diào)節(jié)性T淋巴細胞、CD3-CD16+CD56+NK細胞在兩組PBMC中的比例以及兩組PBMC中CD4+/CD8+T淋巴細胞的比值。通過比較得知,對照組PBMC和MSC-CM處理組PBMC的CD19+B淋巴細胞、CD3+T淋巴細胞和CD3-CD16+CD56+NK細胞的含量均無顯著性差異,而 MSC-CM處理組 PBMC的 CD4+CD25+CD127low調(diào)節(jié)性 T淋巴細胞含量高于對照組,CD4+/CD8+T淋巴細胞比值低于對照組,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05),見表1和圖1。

    2.2 IFN-γ和IL-10的分泌水平 通過ELISA法分別檢測了實驗組PBMC和MSC-CM處理組PBMC分泌IFN-γ和IL-10的情況。結(jié)果顯示,在OKT3刺激下,與對照組相比,經(jīng)MSC-CM處理的PBMC分泌IFN-γ的能力下降,但分泌IL-10的能力增強,上述差異均有統(tǒng)計學意義,見圖2。

    2.3 PBMC凋亡率的改變 對照組PBMC和MSC-CM處理組PBMC體外培養(yǎng)5 d時的自發(fā)凋亡情況見圖2。從流式圖中可以看出,MSC-CM處理組PBMC發(fā)生早期凋亡(Annexin V+PI-,右下象限)和晚期凋亡(Annexin V+PI+,右上象限)的細胞均少于對照組;相應(yīng)地,MSC-CM處理組PBMC的活細胞比例則顯著高于對照組。上述差異均有統(tǒng)計學意義,見圖3。

    表1 hUC-M SCs培養(yǎng)上清對淋巴細胞各亞群比例的影響±s)Tab.1 Effect of hUC-MSC supernatant on subgroup proportions in lym phocytes± s)

    表1 hUC-M SCs培養(yǎng)上清對淋巴細胞各亞群比例的影響±s)Tab.1 Effect of hUC-MSC supernatant on subgroup proportions in lym phocytes± s)

    Note:1)P <0.01;2)P <0.05.

    Cell proportion(%)+CD19+ CD3+ CD4+CD25+CD127low CD3-CD16+CD56+ CD3+CD4+/CD3+CD8 PBMC in DMEM-F12 6.15 ±1.15 69.63 ±12.97 3.16 ±0.37 7.88 ±5.71 1.63 ±0.40 PBMC in MSC-CM 5.33 ±0.64 69.07 ±14.15 5.43 ±0.721) 6.44 ±5.74 0.67 ±0.262)

    圖1 hUC-MSCs培養(yǎng)上清作用下淋巴細胞各亞群比例變化的流式檢測Fig.1 Representative flow cytometric analysis of subgroup proportions in PBMC treated w ith conditioned medium of hUC-MSCs

    圖3 hUC-M SCs培養(yǎng)上清降低活化PBMC的凋亡程度Fig.3 hUC-MSCs protect activated PBMC from apoptosis

    圖2 hUC-MSCs培養(yǎng)上清作用下PBMC分泌細胞因子IFN-γ、IL-10 的變化Fig.2 Secretion levels of IFN-γ and IL-10 by PBMC cultured in DMEM/F12 medium and in MSC-CM

    3 討論

    間充質(zhì)干細胞具有獨特的免疫調(diào)節(jié)功能,能在體內(nèi)外發(fā)揮免疫抑制作用,包括抑制同種異體PBMC誘導的T細胞、B細胞、NK細胞的增殖以及抑制樹突細胞(DC)的成熟[6,7]。有研究證明,骨髓來源的MSCs(BM-MSCs)對于異基因造血干細胞移植后發(fā)生的急性頑固性移植物抗宿主病具有良好的臨床治療效果[8],在同種異體移植耐受誘導方面具有極大的臨床應(yīng)用價值。與BM-MSCs的低免疫原性相似,hUC-MSCs不表達HLA-DR或共刺激分子,不能激活異源PBMC的增殖反應(yīng)[9],也可用于異基因移植。此外,hUC-MSCs還具有來源充足、無痛取樣、微生物感染幾率低和擴增性好等優(yōu)點,臍帶組織在人類胚胎發(fā)育中的特殊地位和作用也為hUCMSCs帶來了更潛在的優(yōu)勢。

    本文用含有hUC-MSCs獨立培養(yǎng)上清的條件培養(yǎng)基處理OKT3刺激的PBMC,檢測后發(fā)現(xiàn)處理組PBMC分泌IFN-γ的水平明顯低于未處理組。IFN-γ的分泌水平是表征PBMC活化程度的標志之一。因此,我們的結(jié)果不僅證實hUC-MSCs具有免疫調(diào)節(jié)作用,同時也反映出hUC-MSCs不依賴于細胞直接接觸而發(fā)揮其免疫抑制功能的特點。盡管有報道認為MSCs需要與靶細胞發(fā)生直接接觸才能發(fā)揮免疫抑制作用[10],但大多數(shù)的研究仍然表明,MSCs的免疫抑制作用主要還是通過可溶性細胞因子的釋放而實現(xiàn)的[11]。

    已報道的由MSCs分泌并介導免疫抑制的可溶性因子有轉(zhuǎn)化生長因子-β(Transforming growth factor-β,TGF-β)、肝細胞生長因子(Hepatocyte growth factor,HGF)[11]、白介素 2(Interleukin-2,IL-2)和 IL-10[12]、2,3-吲哚胺雙加氧酶(IDO)、一氧化氮(Nitric oxide,NO)以及前列腺素 E2(PGE2)[13]。因此,除了直接接觸以外,在Transwell實驗中,MSCs仍可抑制絲裂原激活的PBMC增殖和IFN-γ的分泌,其免疫抑制效應(yīng)持續(xù)不變[13]。但在間充質(zhì)干細胞是否天生就具有免疫抑制能力這一問題上,有人提出MSCs的免疫抑制功能是在受到活化的免疫細胞所分泌的炎癥因子刺激后才表現(xiàn)出來的,而并非天生固有的[14]。這種觀點與Transwell實驗的結(jié)果并不矛盾,因為用Transwell將MSCs與PBMC分隔并不能阻止兩者之間通過可溶性因子進行動態(tài)的信號交換。而本文使用的是處于獨立培養(yǎng)狀態(tài)的MSCs培養(yǎng)上清,在用于處理PBMC之前并未與其發(fā)生過任何直接或間接的接觸,卻仍可抑制PBMC分泌IFN-γ,這提示hUC-MSCs可能具有固有的分泌型免疫抑制能力。

    本文進一步研究了hUC-MSCs上清對PBMC各淋巴細胞亞群比例的影響。我們的數(shù)據(jù)顯示,含有hUC-MSCs上清的條件培養(yǎng)基(MSC-CM)下調(diào)了CD4+/CD8+T淋巴細胞比值,使 CD4+CD25+CD127lowTreg細胞在淋巴細胞中的比例發(fā)生了上調(diào),但對其他淋巴細胞亞群無顯著影響。不僅如此,MSC-CM還促進了PBMC的IL-10分泌水平。Treg是機體發(fā)揮免疫抑制功能的關(guān)鍵性調(diào)節(jié)細胞,在體內(nèi)的主要作用是調(diào)節(jié)機體免疫平衡,防止免疫反應(yīng)無限制擴大及抑制自身免疫反應(yīng)的發(fā)生。Treg細胞能夠抑制CD4+CD25-T細胞的增殖活化,抑制NK細胞的增殖、細胞因子分泌和細胞毒作用,以及抑制B細胞的免疫活性[15]。IL-10是Treg細胞發(fā)揮其免疫抑制功能的關(guān)鍵性細胞因子,Treg通過分泌IL-10抑制Th1介導的免疫反應(yīng)、Th2介導的抗體產(chǎn)生和CD8+細胞毒性T細胞的活化[16]。因此,本文的結(jié)果表明,hUC-MSCs不僅使Treg細胞在數(shù)量上發(fā)生了擴增,可能還對Treg細胞的活化和功能有促進作用,Treg細胞可能是hUC-MSCs發(fā)揮免疫抑制作用的重要效應(yīng)細胞。

    CD4+/CD8+T淋巴細胞的比值是判斷機體免疫狀態(tài)的敏感指標,它的下降提示機體免疫功能低下或處于免疫抑制狀態(tài)。本研究發(fā)現(xiàn),hUC-MSCs上清在使 Treg細胞比例增加的同時,還下調(diào)了CD4+/CD8+T淋巴細胞的比值,這進一步證明了hUC-MSCs所具有的免疫抑制功能。由于Treg細胞能夠抑制CD4+T淋巴細胞亞群中起主要免疫效應(yīng)的輔助性T細胞的活化增殖和細胞因子分泌[17],因此,本文推測hUC-MSCs上清引起的Treg細胞增加與CD4+/CD8+比值下降之間可能存在一定的關(guān)系,即:Treg細胞可能通過抑制CD4+T淋巴細胞主要亞群的增殖,進而影響CD4+T淋巴細胞的整體含量,并導致CD4+/CD8+T淋巴細胞的比值的下降。

    本研究還發(fā)現(xiàn),hUC-MSCs培養(yǎng)上清對活化的PBMC有保護作用,能降低PBMC在OKT3刺激下的凋亡程度,從而證明hUC-MSCs免疫調(diào)節(jié)功能的發(fā)揮與誘導免疫細胞凋亡無關(guān)。目前文獻中關(guān)于MSCs影響免疫細胞凋亡的認識仍存在分歧,有報道認為MSCs通過啟動活化T細胞的早期凋亡而發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用[18],但是后期也有 MSCs保護 T細胞、使其免于凋亡的報道[19]。本研究的數(shù)據(jù)證明hUC-MSCs能夠抑制免疫細胞凋亡而不是誘導凋亡,與Benvenuto等[19]的報道相一致。

    綜上所述,本文通過將獨立培養(yǎng)的hUC-MSCs培養(yǎng)上清作用于活化的PBMC,發(fā)現(xiàn)hUC-MSCs可通過分泌可溶性因子抑制免疫反應(yīng),其免疫抑制功能的發(fā)揮可不依賴于與免疫細胞的直接或間接接觸,也不會加劇免疫細胞的凋亡,并且證實促進Treg細胞的擴增和活化可能是hUC-MSCs發(fā)揮其免疫抑制功能的途徑之一,為人臍帶間充質(zhì)干細胞在臨床免疫治療中的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。

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    [收稿2013-10-25 修回2013-12-23]

    (編輯 張曉舟)

    Influence of supernatant from human umbilical cord-derived mesenchymal stem cells on proportions of each human lym phoid subgroup

    CHENXuan,YUANYin,SHAOHong-Wei,LUZhi-Yi,ZHANGLiu-Hua,HUANGShu-Lin.GuangdongProvincialKey LaboratoryofBiotechnologyCandidateDrugResearch,DepartmentofLifeScienceandBiologicalPharmacy,GuangdongPharmaceuticalUniversity,Guangzhou510006,China

    Objective:To investigate the impact of human umbilical cord-derivedmesenchymal stem cells on the activation,the survival of human peripheral blood mononuclear cell(hPBMC)and the proportions of each human lymphoid subgroup.Methods:PBMC were isolated from healthy donors by density gradient centrifugation,then cultured in MSC-CM as treatment group after being activated by OKT3.Each lymphoid subgroup proportion was analyzed by flow cytometry to observe the difference between treatment and control group.The effect ofMSC-CM on activated PBMC for the production of IFN-γ and IL-10 were tested by ELISA.The level of apoptosis was assessed by flow cytometrywith Annexin-V/PIas fluorescentmarker.Results:Compared with the controlgroup,MSC-CM down-regulated the ratio of CD4+T cell to CD8+T cell,and increased the proportion of CD4+CD25+CD127lowTreg cell,thus other subgroup had no significantdifference.MSC-CM inhibited the production of IFN-γ by PBMC,but promoted the secretion of IL-10,and protected PBMCs from apoptosiswhen activated with OKT3.Conclusion:hUC-MSCmay play a role of immunosuppression by promoting the proliferation and activation of Treg cell.This kind of inhibitory activity is neither relied director indirect contactwith the lymphocytes,nor influenced by inducing immune cells apoptosis.

    Human umbilical cord-derived mesenchymal stem cells;Regulatory T cells;Immunomodulation

    10.3969/j.issn.1000-484X.2014.05.001

    ①本文受國家“重大新藥創(chuàng)制”科技重大專項(2009ZX09103-708)、國家自然科學基金(31100664,31300737,81303292)和廣東省自然科學基金(S2012040007958)資助。

    ②并列第一作者。

    陳 璇(1988年-),女,主要從事腫瘤免疫治療研究,E-mail:cissy09.angel@163.com。

    及指導教師:黃樹林(1953年-),男,教授,博士生導師,主要從事腫瘤免疫治療方面的研究,E-mail:shulhuang@sina.com。

    R392.9

    A

    1000-484X(2014)05-0577-05

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