髓源性抑制細胞在母胎耐受中的作用

王一鷗，郭燕紅

(河北醫(yī)科大學(xué)附屬第三醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)科，石家莊 050051)

胎兒一半的基因來源于父親，故母胎基因的錯配會引起母體對胎兒的排斥反應(yīng)。因此成功妊娠的建立和維持需要母體對胎兒組織有足夠的免疫耐受，否則將會導(dǎo)致流產(chǎn)、子癇前期等一系列的并發(fā)癥[1]。研究證實，母胎界面存在著廣泛的母體免疫細胞與胎兒抗原直接接觸，故胎兒無法通過傳統(tǒng)認為的母胎間物理屏障達到免疫豁免[2]。現(xiàn)代免疫學(xué)理論認為，母胎界面中的免疫細胞如蛻膜NK細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞和調(diào)節(jié)性T細胞(regulatory T cell，Treg)在維持母胎耐受中起著重要的作用[3-4]。近年來很多研究發(fā)現(xiàn)髓源性抑制細胞(myeloid-derived suppressor cells，MDSCs)在維持母胎耐受中起著重要的作用，故深入研究MDSCs在母胎耐受中的作用，將對母胎耐受機制的理解以及復(fù)發(fā)性流產(chǎn)等妊娠免疫相關(guān)疾病的治療具有重要意義。

一、MDSCs的基本特征

1.MDSCs來源：MDSCs是在腫瘤、感染、移植、自身免疫性疾病以及肥胖等病理狀態(tài)下產(chǎn)生的一群異質(zhì)性的細胞[5]。MDSCs與中性粒細胞和單核細胞等髓系來源的細胞有著共同的分化通路，但卻表現(xiàn)出與典型活化的中性粒細胞和單核細胞不同的不成熟細胞的特征[6]。MDSCs首先發(fā)現(xiàn)于腫瘤患者中，具有顯著的免疫抑制能力，可促進腫瘤的進展和轉(zhuǎn)移。近年來的研究還顯示MDSCs在感染性疾病、自身免疫性疾病及移植中起著重要的免疫調(diào)節(jié)作用[7-9]。

2.MDSCs的表型：MDSCs是一群具有異質(zhì)性的細胞，故其表面標(biāo)志有所差異(表1)，目前MDSCs仍缺乏特異性的表面標(biāo)志。小鼠的MDSCs表型通常被定義為CD11b+Gr1+，同時根據(jù)其與Gr-1分子中不同表位(Ly6G、Ly6C)的抗體結(jié)合特異性不同，又可分為兩個亞群，分別為：CD11b+LY6G-LY6Chigh單核細胞樣MDSCs(monocytic myeloid-derived suppressor cells，M-MDSCs)和CD11b+LY6G+LY6Clow粒細胞樣MDSCs(polymorphonuclear myeloid-derived suppressor cells，PMN-MDSCs)或稱granulocytic myeloid-derived suppressor cells(G-MDSCs)。

在人類，MDSCs也同樣存在相應(yīng)的兩個亞群。M-MDSCs的表型為CD11b+CD14+CD15-CD33+HLA-DRlow/-。PMN-MDSCs同中性粒細胞有相似的表型：CD11b+CD14-CD15+CD33+，區(qū)別在前者在梯度離心中顯示為低密度，后者為高密度。近期研究發(fā)現(xiàn)，植物凝集素樣氧化型低密度脂蛋白受體-1(LOX-1)是PMN-MDSCs表面的特異性標(biāo)志[10]。

表1 在不同病理生理情況下MDSCs的表型

3.MDSCs誘導(dǎo)和活化：健康人外周血單個核細胞(peripheral blood mononuclear cells，PBMC)中MDSCs占不到1%，但在腫瘤和免疫衰老人群，MDSCs顯著增多，甚至可高達10 倍[11]。

MDSCs的產(chǎn)生依賴兩類相互關(guān)聯(lián)的信號分子。一類是腫瘤和骨髓基質(zhì)炎癥應(yīng)答時產(chǎn)生的，刺激不成熟髓系細胞的增殖，促進MDSCs聚集。包括粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)、粒細胞集落刺激因子(G-CSF)、巨噬細胞集落刺激因子(M-CSF)、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)以及不飽和脂肪酸等。轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子STAT3、STAT5、IRF8、C/EBP-β和NOTCH等在信號傳遞中起著重要的作用。另一類是由炎癥細胞因子和損傷相關(guān)分子模式組成，參與不成熟髓系細胞的病理性活化，即活化為MDSCs，而消弱其向成熟髓系細胞的轉(zhuǎn)化。這類信號分子包括γ干擾素(IFN-γ)、IL-1β、IL-4、IL-6、IL-13，腫瘤壞死因子(TNF)、高遷移率族蛋白B1(high mobility group box 1，HMGB1)等；主要通過NF-κB、STAT1和STAT6等途徑進行信號傳導(dǎo)[12]。

4.MDSCs免疫抑制機制：大多數(shù)研究認為，MDSCs主要通過細胞表面的受體或產(chǎn)生短暫存在的可溶性分子，依賴細胞間直接接觸的方式發(fā)揮其免疫抑制功能。Weiss等[13]對荷瘤小鼠的研究顯示，MDSCs亦可通過非特異性的體液免疫途徑產(chǎn)生相同的免疫抑制能力。MDSCs可能通過以下機制來抑制T細胞的增殖和活化：

● MDSCs分泌精氨酸酶(Arg-1)和高誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)：Arg-1和iNOS均可催化L-精氨酸分解。局部精氨酸的短缺將下調(diào)CD3ξ鏈的表達，從而抑制T細胞的增殖和活化，同時下調(diào)周期蛋白D3和周期蛋白依賴激酶4的表達，使T細胞阻滯于G0～G1期。而精氨酸分解產(chǎn)生的一氧化氮(NO)和活性氧簇(ROS)可以通過多種機制抑制T細胞[14]。

● MDSCs產(chǎn)生ROS：MDSCs可通過產(chǎn)生ROS誘導(dǎo)氧化應(yīng)激。ROS可直接誘導(dǎo)活化T細胞的凋亡，亦可以造成T細胞受體(T cell receptor，TCR)的損傷，從而抑制T細胞的增殖活化[15]。

● MDSCs產(chǎn)生吲哚胺2，3雙加氧酶(indoleamine 2，3-dioxygenase，IDO)：IDO是色氨酸代謝過程中一種重要的胞內(nèi)酶，IDO通過降解局部組織微環(huán)境中的色氨酸，造成T細胞增殖所必須的色氨酸缺乏，可抑制效應(yīng)性T細胞增殖[16]。

● MDSCs下調(diào)T細胞表面的L-選擇素：L-選擇素常表達于初始T細胞表面，作為一種重要的歸巢受體介導(dǎo)T細胞與血管內(nèi)皮的黏附，使其穿過高內(nèi)皮微靜脈，進入外周淋巴器官活化[17]。妊娠小鼠體內(nèi)的MDSCs可以通過下調(diào)T細胞表面L-選擇素的的水平，阻止初始T細胞進入淋巴結(jié)中活化，從而減少遷移到子宮活化的效應(yīng)T細胞的數(shù)量[18]。有研究顯示在腫瘤中MDSCs可以通過同樣的機制抑制T細胞應(yīng)答[19]。

● MDSCs誘導(dǎo)T細胞向誘導(dǎo)性調(diào)節(jié)性T細胞(inducible Treg，iTreg)分化：母胎界面的iTreg在維持母胎耐受，建立成功的妊娠中有重要的作用[20]。妊娠小鼠蛻膜組織中的G-MDSCs通過提高膜結(jié)合的TGF-β水平，以細胞間直接接觸的方式促進T細胞β-鏈蛋白的核定位，進而增強下游Foxp3基因的表達，促進CD4+CD25-T細胞向iTreg的轉(zhuǎn)化[21]。

二、MDSCs在維持母胎耐受中的作用

胚胎種植的過程被認為是一種半同種異體移植，需要母體免疫系統(tǒng)對胎兒組織的免疫耐受。若母胎免疫耐受異常，將導(dǎo)致不良妊娠的發(fā)生。近期許多研究顯示MDSCs參與母胎免疫耐受的實現(xiàn)。

1.MDSCs與正常妊娠和分娩：Pan等[22]研究發(fā)現(xiàn)，小鼠妊娠前子宮中僅有很少的MDSCs浸潤，妊娠后G-MDSCs在PBMC中的比例顯著升高。同時在母胎界面也有顯著的G-MDSCs浸潤，但M-MDSCs無明顯變化。同樣，在妊娠超過37周的孕婦PBMC中，G-MDSCs比例是未孕婦女的4倍，M-MDSCs則無明顯差異[23]。但也有研究發(fā)現(xiàn)妊娠婦女PBMC中G-MDSCs的比例與非妊娠者沒有明顯差別，而M-MDSCs比例顯著高于未懷孕和產(chǎn)后的婦女，原因可能是研究選取人群的遺傳背景和細胞因子的種類不同[24]。

另外有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，小鼠子宮中MDSCs的數(shù)量在胚胎種植階段達到高峰。若在胚胎種植前和種植階段應(yīng)用Gr1抗體清除MDSCs會導(dǎo)致妊娠的失敗和子宮中浸潤的T淋巴細胞增加，而在胚胎種植后應(yīng)用則無相應(yīng)的效應(yīng)，提示MDSCs誘導(dǎo)母胎耐受在胚胎種植中起重要的作用[18，21]。其機制主要包括：孕婦外周血G-MDSCs產(chǎn)生高水平的Arg-1和iNOS，抑制T細胞的增殖；但胎盤中的G-MDSCs抑制CD4+和CD8+T細胞增殖的作用主要依賴于Arg-1，而不依賴于iNOS[25]。

G-MDSCs和M-MDSCs在母胎界面的浸潤，不同妊娠時期表達不同。妊娠早期比例最高，妊娠晚期比例會顯著降低[24-26]，但分娩期又有輕度的增加，分娩后7日下降到孕前水平[21]。提示MDSCs在妊娠早中期對維持母胎耐受至關(guān)重要。研究發(fā)現(xiàn)胎盤中G-MDSCs在單個核細胞中的比例顯著高于外周血和臍帶血，并主要集中在蛻膜基質(zhì)和絨毛間隙，而在胎兒面的胎盤絨毛中含量很少。DNA和表型分析均顯示，G-MDSCs來源于母體。而胎盤來源的G-MDSCs抑制T細胞增殖能力顯著高于外周血來源的G-MDSCs，兩者Arg-1和iNOS的表達水平無差別，差別僅在于胎盤來源的MDSCs可以產(chǎn)生更多的ROS[25]。

在一項接受IVF-ET治療患者的前瞻性研究中，患者取卵日PMBC中G-MDSCs比例，臨床妊娠組比未妊娠組顯著升高，而M-MDSCs無明顯的差異。且外周血高G-MDSCs(在PBMC占比>2.38%)對預(yù)測患者IVF治療結(jié)局的特異性高達95.2%[27]。提示，盡管G-MDSCs和M-MDSCs都參與母胎免疫耐受的形成，但G-MDSCs可能是鑒別診斷病理妊娠更敏感的指標(biāo)，通過檢測外周血PMBC中G-MDSCs比例，不但可以作為預(yù)測IVF結(jié)局的指標(biāo)，而且還可能通過改善這一比例，提高臨床妊娠率。

2.MDSCs與流產(chǎn)：對CBA×DBA/2小鼠自然流產(chǎn)模型和自然流產(chǎn)孕婦蛻膜組織中的G-MDSCs研究發(fā)現(xiàn)，其表達顯著低于正常妊娠小鼠和擇期終止妊娠的孕婦，而M-MDSCs無明顯差異[21]。經(jīng)超聲確認早期自然流產(chǎn)的患者，診斷性刮宮前PBMC中MDSCs比例較孕早期正常妊娠的婦女低31.14%，同時蛻膜組織中MDSCs數(shù)量也明顯減少。在復(fù)發(fā)性流產(chǎn)患者的黃體中期，PBMC中MDSCs的比例較正常妊娠的婦女明顯降低。體外實驗發(fā)現(xiàn)，早期流產(chǎn)患者和正常妊娠婦女外周血中分離出的MDSCs均可抑制T細胞增殖和IL-2產(chǎn)生，且兩者的抑制作用相同。推測妊娠結(jié)局的不同主要是由于MDSCs數(shù)量的差異[26]。另有研究發(fā)現(xiàn)，胚胎植入前，過繼轉(zhuǎn)移妊娠小鼠體內(nèi)的G-MDSCs可以顯著改善流產(chǎn)小鼠模型的妊娠結(jié)局，減少胚胎吸收率[22，28]。進一步提示MDSCs在母胎免疫耐受中起重要作用。

3.MDSCs與子癇前期：妊娠晚期，健康妊娠和診斷為子癇前期的孕婦相比于同齡未懷孕婦女，PBMC和臍帶血中MDSCs的比例均明顯升高，但子癇前期的孕婦MDSCs比例顯著低于健康孕婦。兩者的差異主要表現(xiàn)為G-MDSCs，而M-MDSCs無明顯差別。并且G-MDSCs的重要效應(yīng)分子Arg-1的血清水平，子癇前期患者顯著低于正常妊娠婦女。同時正常妊娠的婦女，T細胞中原始T細胞的比例會較孕前增高，而效應(yīng)T細胞和記憶T細胞的比例降低，但在子癇前期的患者中，該變化不明顯[29]。缺乏G-MDSCs的增殖成為子癇前期患者免疫細胞亞群改變的顯著特征。對高血壓小鼠模型的研究顯示，MDSCs通過降低血管周圍炎癥和血管壓力降低血壓[30]。因此，將來可能通過改善患者體內(nèi)G-MDSCs的數(shù)量、比例，來治療子癇前期。

4.MDSCs在母胎界面的增殖活化機制：雌孕激素是胚胎種植以及妊娠維持的必需物質(zhì)。妊娠過程中，雌孕激素水平會明顯的升高。高水平的雌二醇通過與M-MDSCs表面高表達的雌激素受體結(jié)合可以誘導(dǎo)STAT3磷酸化，促進M-MDSCs的增殖和活化，同時誘導(dǎo)NADPH氧化酶產(chǎn)生ROS，抑制T細胞的增殖和應(yīng)答[24]。高水平的孕酮也可通過與G-MDSCs表面高表達的孕酮受體結(jié)合，活化產(chǎn)生ROS抑制T細胞的增殖和應(yīng)答，激活STAT3信號通路，促進G-MDSCs的增殖和活化[22]，促進母-胎界面免疫耐受的形成。

有研究顯示，月經(jīng)周期中雌、孕激素水平的變化不會影響MDSCs 的增殖與活化，只在妊娠過程中MDSCs才出現(xiàn)明顯的變化[26]。在腫瘤、自身免疫疾病中，雌孕激素同樣會誘導(dǎo)MDSCs的增殖和活化[31，32]。故推測雌孕激素對MDSCs的誘導(dǎo)作用可能與某些特殊的病理生理情況下局部免疫微環(huán)境改變有關(guān)。

研究顯示，人類白細胞抗原G(HLA-G)能夠誘導(dǎo)MDSCs在母胎界面的聚集活化。HLA-G主要分布在母胎界面絨毛外滋養(yǎng)層細胞，且妊娠時血清中游離的HLA-G(sHLA-G)明顯增高[33]。孕婦外周血和胎盤組織中的G-MDSCs細胞表面幾乎均有HLA-G的受體免疫球蛋白樣轉(zhuǎn)錄物4(immunoglobulin-like transcript，ILT4)的表達，且ILT4在胎盤組織中的G-MDSCs表達水平更高。ILT4的表達在妊娠各期沒有差別，但分娩后顯著下降。HLA-G可以通過ILT4依賴的方式誘導(dǎo)PBMC向表面低表達CD33的MDSCs轉(zhuǎn)化，并且上調(diào)IDO的表達發(fā)揮免疫抑制功能[34]。sHLA-G亦可通過其他方式來調(diào)節(jié)MDSCs的聚集分化，增強CD4+和CD8+T細胞的抑制功能，參與母胎耐受的形成，具體機制仍需進一步研究。

G-CSF具有募集MDSCs并使其維持未成熟狀態(tài)的作用，同時可以活化其增殖和抗凋亡的能力[35]。有研究發(fā)現(xiàn)，小鼠靜脈注射G-CSF可誘導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生MDSCs，改善妊娠結(jié)局[18]。臨床研究也顯示，不明原因復(fù)發(fā)性流產(chǎn)患者靜脈注射G-CSF治療后，無論是自然受孕還是通過輔助生殖技術(shù)助孕，其活產(chǎn)率均有明顯提高[36]，且大劑量治療組效果更顯著[37]。也有研究顯示，在需要IVF-ET治療的患者中，宮腔灌注G-CSF后，雖然子宮內(nèi)膜厚度會快速而顯著的增加[38]，但胚胎種植率和臨床妊娠率均無明顯提高。也可能是由于該研究納入的人群年齡偏大導(dǎo)致[39]。故G-CSF治療在維持母胎耐受，改善妊娠結(jié)局中的效果仍存在爭議，同時作用機制仍不明確。因此，需要進一步的臨床研究以證實其作用。

胎盤中的G-MDSCs表面趨化因子受體CXCR1和CXCR2的表達量明顯高于外周血，且抑制T細胞的能力更強[25]。研究顯示，CXCR2+MDSCs占MDSCs的比例在流產(chǎn)小鼠子宮、胎盤組織中明顯降低，并且血清和蛻膜組織中CXCR2的配體CXCL1也減少。CXCL1與CXCR2結(jié)合，介導(dǎo)G-MDSCs向蛻膜組織趨化，并產(chǎn)生Arg-1，抑制母-胎免疫排斥反應(yīng)[28]。

另外，除了母胎免疫耐受，MDSCs還通過影響母體子宮螺旋動脈的重塑、促進胎盤和新生血管的形成促進成功妊娠的維持[40-41]。腫瘤的發(fā)生和妊娠的建立存在很大的相似性。腫瘤的在體和體外研究顯示，MDSCs通過激活STAT3，誘導(dǎo)新生血管的生成，促進上皮間葉細胞的遷移和腫瘤細胞的遷徙浸潤[42]。由此推測MDSCs在母胎免疫中，除了免疫抑制作用，還可能通過促進新生血管生成、血管重塑、滋養(yǎng)細胞的浸潤來維持正常妊娠。

三、展望

多項研究證實，MDSCs大量增殖活化，向母胎界面遷移、聚集，對維持母胎耐受至關(guān)重要。相反，MDSCs數(shù)量的減少則預(yù)示著不良的妊娠結(jié)局，故誘導(dǎo)體內(nèi)MDSCs的產(chǎn)生將可能成為改善不良妊娠結(jié)局，實現(xiàn)成功妊娠的可能治療措施。隨著對MDSCs的不斷研究，將有助于我們更深入了解妊娠生理和病理，找到有效免疫治療的靶點，未來可能通過調(diào)節(jié)MDSCs來治療免疫相關(guān)的異常妊娠及并發(fā)癥。

由于MDSCs的異質(zhì)性，其在人體中治療作用的研究仍很少，因此作為治療靶點的MDSCs的特征及免疫抑制功能有待于進一步的闡明。