脂肪來源間充質(zhì)干細(xì)胞與免疫調(diào)節(jié)因子間作用的研究進(jìn)展

韓秋青 ，師帥南 ，王玉亮 ,3△

間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells，MSCs）是中胚層中具有高度自我更新和多向分化潛能的非造血多能干細(xì)胞。MSCs研究的興起和快速臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用為過去許多傳統(tǒng)治療方案無能為力的“頑疾”帶來了治愈的曙光，其標(biāo)志著醫(yī)學(xué)將走出組織、器官匱乏的困境，步入“再生醫(yī)學(xué)”的新時(shí)代。目前，在骨髓、脂肪、臍血、胎盤、肌肉、牙齦及外周血等多種組織中均可擴(kuò)增出MSCs［1］。但這些研究中均存在組織收獲有限和細(xì)胞收獲產(chǎn)量低等問題。脂肪組織由于易于獲取和體量豐富，被認(rèn)為是獲得MSCs的一個(gè)極有吸引力的替代來源。研究顯示，當(dāng)從等量的組織中分離時(shí)，脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞（adipose-derived mesenchymal stem cells，ADSCs）的產(chǎn)量比骨髓中的MSCs高 500 倍［2］。研究證實(shí)，ADSCs可通過旁分泌吲 哚 胺 -2，3-雙 加 氧 酶（indoleamine 2，3-dioxygenase，IDO）及前列腺素 E2（prostaglandin E2，PGE2）等多種調(diào)節(jié)因子來發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)效應(yīng)［3］。同時(shí)ADSCs在炎性細(xì)胞因子如干擾素γ（interferon-γ，IFN-γ）的預(yù)刺激作用下可進(jìn)一步發(fā)揮更強(qiáng)的免疫調(diào)節(jié)作用。本文對目前ADSCs和這3種免疫調(diào)節(jié)因子之間相互作用的研究進(jìn)展情況作一綜述。

1 IDO

IDO是一種細(xì)胞內(nèi)含亞鐵血紅素的酶，是肝臟以外唯一可催化色氨酸分子中吲哚環(huán)氧化裂解的限速酶，而色氨酸是機(jī)體內(nèi)所必須的氨基酸，與自身免疫紊亂密切相關(guān)［4］。研究發(fā)現(xiàn)，MSCs可通過表達(dá)IDO來抑制T細(xì)胞增殖，調(diào)節(jié)固有免疫和適應(yīng)性免疫細(xì)胞，包括抗原提呈細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、T細(xì)胞和B細(xì)胞［5］。其機(jī)制與IDO的表達(dá)可導(dǎo)致T細(xì)胞微環(huán)境中色氨酸的耗竭有關(guān)，通過使細(xì)胞處于一種色氨酸饑餓狀態(tài)，從而抑制T細(xì)胞增殖，降低T細(xì)胞應(yīng)答。同時(shí)，IDO可以將色氨酸分解為L-犬尿酸、吡啶甲酸和喹啉酸等多種代謝物，色氨酸毒性代謝產(chǎn)物可以直接抑制T細(xì)胞功能，甚至誘導(dǎo)T細(xì)胞凋亡［6］。在異位氣管移植模型中，Zheng 等［7］研究發(fā)現(xiàn)，同種異體受體小鼠于移植后第 0、1、5、8、12、15、20和25天靜脈內(nèi)給予5×106/mL ADSCs 24 h后ADSCs均歸巢于移植損傷和炎癥部位，顯著改善了閉塞性細(xì)支氣管炎，降低了上皮細(xì)胞凋亡，并認(rèn)為其機(jī)制與氣管體移植物中IDO蛋白水平顯著升高相關(guān)；進(jìn)一步與單次細(xì)胞治療相比顯示，多劑量ADSCs治療的同種異體移植物中IDO表達(dá)水平進(jìn)一步升高；研究認(rèn)為ADSCs可通過依賴IDO的方式誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性 T 細(xì)胞（regulatory T cell，Treg）產(chǎn)生，誘導(dǎo)免疫耐受并促進(jìn)對移植物的保護(hù)作用。另有研究顯示，IDO能夠促進(jìn)Treg的產(chǎn)生，從而抑制各種生理和病理免疫應(yīng)答［8］，而其他研究認(rèn)為Treg可增加IDO水平［9］。為了確定ADSCs是否通過體內(nèi)誘導(dǎo)Treg來直接或間接提升IDO水平，Zheng等［7］用環(huán)磷酰胺處理同種異體移植小鼠以消除Treg，結(jié)果顯示，在環(huán)磷酰胺治療后，ADSCs誘導(dǎo)的同種異體氣管移植物中的IDO表達(dá)不受影響，表明ADSCs對IDO表達(dá)的調(diào)節(jié)是獨(dú)立的。

甲基色氨酸是IDO的競爭性抑制劑，可通過優(yōu)先結(jié)合IDO來阻止色氨酸降解。有研究顯示，當(dāng)IDO活性被甲基色氨酸抑制時(shí)，MSCs免疫抑制作用減弱，這表明MSCs的免疫抑制作用依賴于IDO的分泌水平［6］。有研究顯示，相比于正常同種異體MSCs治療組，輸注同種異體基因敲除IDO的MSCs（IDO-/-MSCs）能顯著增加同種異體抗體的產(chǎn)生，降低脾臟及移植物內(nèi)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的比例，并促進(jìn)樹突狀細(xì)胞的成熟［10］。Zheng 等［7］研究顯示，甲基色氨酸阻斷可降低ADSCs對閉塞性細(xì)支氣管炎的免疫抑制，另外血清促炎細(xì)胞因子含量回升而抗炎細(xì)胞因子含量降低，移植物中CD3+T細(xì)胞浸潤增加。王平等［11］研究也表明，雖然IFN-γ可增強(qiáng)ADSCs對活化T細(xì)胞的抑制能力，但在共培養(yǎng)體系中這種能力可被甲基色氨酸所抑制。

2 PGE2

PGE2是前列腺素的一個(gè)亞型，具有脂類介質(zhì)的生理功能，例如子宮收縮、宮頸軟化、誘導(dǎo)產(chǎn)熱、肌肉松弛以及血管舒張，是一種由環(huán)氧合酶催化花生四烯酸產(chǎn)生的一種主要代謝物，由一系列酶促反應(yīng)催化產(chǎn)生。選擇性環(huán)氧合酶-2是PGE2合成的限速酶，PGE2的合成可以被非甾體抗炎藥高效地抑制［12］。Qiu 等［13］體外研究顯示，ADSCs與膿毒癥患者外周血單核細(xì)胞共培養(yǎng)24 h可顯著降低CD14++CD16+細(xì)胞表達(dá)，同時(shí)增加CD14++CD16-表型，ADSCs對單核細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)作用是PGE2依賴性的，功能上ADSCs可減少膿毒癥患者單核細(xì)胞中腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α 的分泌，增加白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-10的分泌；以外源PGE2來模擬ADSCs所分泌的PGE2，并與膿毒癥患者外周血單核細(xì)胞共孵育，結(jié)果證實(shí)PGE2可顯著降低單核細(xì)胞CD14++CD16+表型和TNF-α表達(dá)，而特異性抑制劑NS-398可消除ADSCs對CD14++CD16+表型和TNF-α和IL-10表達(dá)的影響。因此，PGE2直接參與了調(diào)節(jié)膿毒癥患者單核細(xì)胞表型；體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究還顯示，ADSCs治療還可以逆轉(zhuǎn)敗血癥小鼠模型中單核細(xì)胞表型和功能，從而發(fā)揮治療作用。Anderson等［14］給實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE）小鼠靜脈注射ADSCs，結(jié)果顯示ADSCs通過分泌PGE2來誘導(dǎo)不成熟樹突狀細(xì)胞（DC）產(chǎn)生并可顯著抑制T細(xì)胞功能，從而改善EAE療效。Matysiak等［15］研究顯示，PGE2對EAE的進(jìn)展有決定性的作用，對EAE小鼠使用PGE2抑制劑美洛昔康后，小鼠血漿中PGE2水平降低，同時(shí)對EAE進(jìn)程的抑制作用也減弱。目前，MSCs產(chǎn)生PGE2發(fā)揮免疫抑制特性的功能主要是抑制T細(xì)胞增殖，而不是誘導(dǎo)其凋亡；PGE2在MSCs保護(hù)T細(xì)胞凋亡的過程中起重要作用，因?yàn)橐种芇GE2的生物合成后，其抗凋亡效果隨即消失，故推測其機(jī)制是通過下調(diào)Fas或者其配體FasL 的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)的［16-17］。

PGE2受體（EP）屬于G蛋白類受體，負(fù)責(zé)PGE2的細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。一共有4類EP，EP1以鈣作為信號，EP2和EP4以腺苷酸環(huán)化酶為信號，EP3以鈣離子Gi和Gs作為信號，這些受體表達(dá)于免疫細(xì)胞表面［18］。為了驗(yàn)證PGE2是否可調(diào)控單核細(xì)胞表型變化，有研究將來自膿毒癥患者的單核細(xì)胞與ADSCs共同培養(yǎng)體系用外源PGE2處理，檢查了4種EP受體的表達(dá)譜，結(jié)果顯示共培養(yǎng)顯著增加了EP4 的表達(dá)，而 EP1～3 蛋白水平?jīng)]有明顯變化［13］。Han等［19］利用病毒構(gòu)建EP2慢病毒載體來轉(zhuǎn)染MSCs形成MSCs-EP2，結(jié)果發(fā)現(xiàn)MSCs-EP2在肺部損傷部位高度富集，并可起到改善肺部炎癥、提高肺部通透性的作用，提示EP2基因和MSCs的相互作用可以提高M(jìn)SCs定位到炎癥部位的能力，這為MSCs在未來有效地治療炎癥提供了一種選擇方案。

3 IFN-γ

CD8+T細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞可分泌高濃度的IFN-γ，CD4+T細(xì)胞可分泌較低濃度的 IFN-γ。Krampera 等［20］研究顯示，外源性 IFN-γ 可增強(qiáng)MSCs對CD4+和CD8+T淋巴細(xì)胞以及自然殺傷細(xì)胞增殖能力的抑制作用，從而證實(shí)免疫細(xì)胞產(chǎn)生的IFN-γ可正反饋地增強(qiáng)MSCs的免疫調(diào)節(jié)功能。另有研究顯示，在免疫應(yīng)答過程中，MSCs可以抑制樹突狀細(xì)胞介導(dǎo)的T淋巴細(xì)胞及自然殺傷細(xì)胞內(nèi)IFN-γ的分泌，進(jìn)而抑制T淋巴細(xì)胞及自然殺傷細(xì)胞的功能，認(rèn)為IFN-γ和MSCs間有相互調(diào)節(jié)的關(guān)系［21］。Zhu 等［22］研究顯示，IFN-γ 預(yù)激活 ADSCs（IFN-γ preactivated ADSCs，ADSCs-γ）后，可通過分泌更多的IL-10來抑制淋巴細(xì)胞活化和增殖能力，其機(jī)制與上調(diào)ADSCs中Jagged-2分子表達(dá)相關(guān)；RNA干擾實(shí)驗(yàn)顯示ADSCs-γ可能通過Jagged-2依賴機(jī)制來維持其免疫抑制活性。IFN-γ對MSCs的功效受濃度影響。Polchert等［23］研究證實(shí)，IFN-γ 誘發(fā)IDO的功能具有劑量依賴性，使用500 U/mL的IFN-γ 預(yù)激活 MSCs（MSCs-γ）后，IDO 活性達(dá)到高峰并能最大限度地改善移植物抗宿主病模型鼠疾病狀況，存活率達(dá)100%；相反，未經(jīng)處理的MSCs和低劑量MSC-γ對于疾病療效較差。因此，這進(jìn)一步確定了要啟動MSCs的免疫調(diào)節(jié)功能達(dá)到閾值需要足夠高水平IFN-γ的預(yù)刺激。王平等［11］研究發(fā)現(xiàn)，隨著ADSCs與T細(xì)胞共培養(yǎng)量的減少，ADSCs對活化T細(xì)胞增殖的抑制率也顯著提高，呈劑量依賴關(guān)系；IFN-γ預(yù)刺激可顯著增強(qiáng)ADSCs的負(fù)性調(diào)節(jié)作用，可上調(diào)IDO在ADSCs上的表達(dá)，顯著抑制活化T細(xì)胞的增殖能力，并增強(qiáng)活化T細(xì)胞向Treg亞群轉(zhuǎn)化的能力，表明IFN-γ是ADSCs上IDO高表達(dá)的有效激活物。在體內(nèi)生理病理狀態(tài)下，ADSCs的免疫調(diào)節(jié)作用依賴于微環(huán)境低О2或“生理”缺氧（5%О2）的影響。Andreeva 等［24］認(rèn)為，在“生理”缺氧以及急性缺氧應(yīng)激（＜1%O2）條件下，IFN-γ預(yù)刺激可以增強(qiáng)組織О2適應(yīng)性ADSCs的“修復(fù)”功能，而急性缺氧應(yīng)激可部分減弱IFN-γ的炎性活化，抑制ADSCs的功能重塑，從而在微環(huán)境中起到刺激和阻礙ADSCs功能的雙重作用。

4 展望

綜上所述，免疫調(diào)節(jié)因子對ADSCs的免疫調(diào)節(jié)作用研究已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，合理利用免疫調(diào)節(jié)因子對ADSCs的作用能對臨床疾病的治療提供更多選擇，但其更深層的機(jī)制還有待進(jìn)一步探索。同時(shí)，若對ADSCs進(jìn)行統(tǒng)一化管理、規(guī)模化生產(chǎn)，制成統(tǒng)一化標(biāo)準(zhǔn)制劑，則未來可以進(jìn)行自體或異體規(guī)?；膊≈委?，大大提高ADSCs在組織器官損傷、修復(fù)及免疫耐受誘導(dǎo)中的治療作用。

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