树突细胞的特征及其生物学功能的研究进展

闫静静，张晓燕,

1. 上海市公共卫生临床中心，复旦大学附属公共卫生临床中心，上海 201508; 2. 复旦大学生物医学研究院，上海 200032

树突细胞(dendritic cell, DC)作为一种专职抗原呈递细胞(antigen-presenting cell, APC)，其功能是已知最强大的。DC能将摄取的抗原加工、处理并呈递给T细胞，同时上调表达协同刺激分子，提供T细胞活化的第二信号，从而启动和激活T细胞对蛋白质抗原的识别和应答。DC是适应性免疫应答的始动者，是唯一能直接激活初始T细胞的专职APC。因此，DC是否能够成功将抗原呈递给T细胞并提供给T细胞足够的协同刺激信号，是适应性免疫应答能否启动的关键所在。人们对DC的研究不断发展，对其在机体免疫反应中的作用也有了更新的认识。本文主要综述DC亚群分类、作用机制和生物学功能的研究进展，同时以人类免疫缺陷病毒1型(human immunodeficiency virus type 1，HIV-1)感染为例，说明DC在激活适应性免疫反应的同时，亦存在促进感染的负向作用，为更全面理解DC的生物学功能、研究机体的免疫防御和免疫保护机制提供线索。

1 DC的分类

DC位于皮肤、黏膜组织和血液，表达多种受体和信号分子，及时有效捕获病原体，随后激发天然和适应性免疫应答。近年来的研究显示，人和小鼠主要有2种DC亚类：起源于CD34+骨髓样前体细胞的髓样DC(myeloid DC, mDC)和起源于淋巴前体细胞的浆细胞样DC(plasmacytoid DC, pDC)[1]。目前，人们对小鼠DC研究较多，对其分类也较清楚。在小鼠体内，mDC高表达CD11c，分为驻留DC和迁移DC[2]。驻留DC在淋巴器官中发育，并驻留在淋巴器官中，可分为2种亚群，即CD8α+CD11b-淋巴样DC和CD8α-CD11b+mDC。这种细胞亚群只存在于脾脏。迁移DC在外周组织中发育，然后天然地迁移到淋巴结，其中包括表皮朗格汉斯细胞(Langerhans cell, LC)和各种不同的上皮DC亚群，如CD103+CD11b-langerin+和CD103-CD11b+langerin-间质DC[3,4]等。有关小鼠pDC的研究较少，甚至小鼠中是否存在pDC都需要进一步研究。

此外，虽然对小鼠DC亚群的研究有助于阐明人DC亚群功能，但人DC与小鼠DC还是有一定的差别。因此，进一步研究人DC各亚群的功能是很有必要的。人血液中DC亚群是以3种不同的表面分子表达来区分的：BDCA-1(CD1c)、BDCA-2(CD303)和BDCA-3(CD141)[5]。BDCA-1和BDCA-3表达在mDC，分别称CD1c+DC和CD141+DC。BDCA-2主要表达在pDC，pDC受抗原刺激激活后可分泌大量Ⅰ型干扰素(type Ⅰ interferon，IFNⅠ)，在抗病毒感染中起重要作用。pDC因CD2表达不同而分为2个亚群：CD2highpDC和CD2lowpDC[6]。人表皮中DC主要包括表皮LC和表皮间质DC。间质DC又可细分为2个亚群，即CD1a+DC和CD14+DC[7]。各种DC亚群分布于不同部位，且分化程度不尽相同，但它们共同组成DC系统，提供强大的抗原呈递功能。

不仅如此，还有命名为耐受性DC(tolerogenic DC)的一种特殊亚群，该亚群能诱导产生调节性T细胞(regulatory T cell, Treg)，从而抑制抗原特异性免疫应答[8]。mDC和pDC亚群中都存在耐受性DC，起调节免疫应答的作用[9]。利用耐受性DC进行免疫治疗有助于减少自身免疫疾病和移植排斥的发生[10]，提示耐受性DC也许是维持机体免疫反应平衡的重要细胞；但另一方面也可能造成免疫系统反应性降低，使一些病原体逃逸免疫系统的防御，引起相应疾病。因此，对耐受性DC进一步分析可为病原体逃逸机体免疫防御机制提供更为精确的依据。

2 DC表达的Toll样受体对其功能的影响

人DC的两大亚类——mDC和pDC在表型和功能上存在差异。mDC表达各种Toll样受体(Toll-like receptor，TLR)，包括TLR1、TLR2、TLR3、TLR4、TLR6和TLR8，可识别多种细菌、真菌和病毒的抗原成分；pDC主要表达TLR7和TLR9，分别识别ssRNA和非甲基化CpGDNA。从mDC和pDC表达的TLR可以看出，两者在识别病原体时有互补作用。mDC是最有效的APC，能激活T细胞应答；而pDC捕获抗原的能力较mDC弱，但可产生大量IFNⅠ，诱导天然抗菌免疫应答[11,12]。

DC以TLR识别病原体共有的保守成分，即病原体相关分子模式(pathogen-associated molecular pattern, PAMP)。TLR1、TLR2、TLR4和TLR6表达于细胞表面，主要识别细菌特有产物，如脂蛋白、肽聚糖、脂多糖等脂类物质。TLR3、TLR7、TLR8和TLR9表达于细胞内吞噬小体和溶酶体膜，主要识别核酸成分，如dsRNA、ssRNA和非甲基化CpGDNA[13]。TLR为Ⅰ型跨膜糖蛋白，胞外结构域由19～25个富含亮氨酸的重复体组成，称亮氨酸重复序列，也是配体结合区。胞内区为Toll/白细胞介素1受体(Toll/interleukin 1 receptor，TIR)结构域，可与胞内其他带有相同TIR结构域的分子发生同型互作，由后者启动信号传递。TLR与配体结合后，信号途径下游的不同接头分子，如MyD88或包含TIR结构域的分子等，首先与TLR胞内段的TIR相互作用，并募集其他衔接蛋白或蛋白激酶，进一步传递信号，最终激活核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)或IFN调节因子(interferon regulatory factor，IRF)。NF-κB和MAPK入核，与相应顺式作用元件结合，激活炎症因子基因表达，参与炎症反应；IRF主要调控IFN表达。与此同时，TLR诱导的信号转导途径促进DC吞噬抗原，上调表达协同刺激分子(CD80、CD86和CD40等)、趋化因子受体和分泌细胞因子，诱导DC成熟[14,15]。

3 DC的生物学功能

3.1 DC激活初始T细胞

DC在不同分化阶段的抗原呈递能力有所不同。未成熟DC主要分布在外周非淋巴组织，如LC等，低水平表达主要组织相容性复合物(major histocompatibility complex，MHC)Ⅰ、Ⅱ类分子，协同刺激分子(CD80/B7-1、CD86/B7-2、CD40等)及黏附分子，呈递抗原能力较弱；但高表达Fc受体(Fc receptor，FcR)、补体受体(complement receptor，CR)、TLR、甘露糖受体等，捕获、吞噬和加工抗原的能力较强。未成熟DC摄取抗原后，迁移到引流淋巴结；迁移的同时上调表达MHCⅠ、Ⅱ类分子，协同刺激分子及黏附分子，逐渐变得成熟，称成熟DC。成熟DC具有强大的抗原呈递能力，将抗原肽-MHC呈递给T细胞，提供T细胞激活的第一信号；同时，T细胞表面CD28与B7-1/2配接，提供T细胞激活的第二信号；DC分泌的细胞因子最终决定T细胞的分化方向。DC不仅通过外源抗原呈递途径以抗原肽-MHCⅡ类分子形式将抗原呈递给CD4+T细胞，还可通过交叉呈递(cross presentation)途径以抗原肽-MHCⅠ类分子形式将抗原呈递给CD8+T细胞[2]。Klechevsky等[16]发现LC一方面诱导CD4+T细胞分化为T辅助细胞2(T helper cell 2，Th2)；另一方面诱导CD8+T细胞活化，行使细胞毒性T淋巴细胞(cytotoxic T lymphocyte,，CTL)杀伤功能。

3.2 DC诱导T细胞耐受

DC在诱导T细胞中枢耐受和外周耐受中起重要作用。DC诱导中枢耐受的作用主要发生在T细胞的分化、成熟过程中[17]，在此不再赘述。近年来关于DC诱导T细胞外周耐受的研究较多。未成熟mDC低水平表达MHCⅠ、Ⅱ类分子及协同刺激分子(CD80、CD86和ICOSL)，因此不能有效激活T细胞应答，产生异体抗原特异性免疫耐受[10]。另外，有报道显示未成熟DC能诱导调节性T1细胞(type 1 regulatory T cell，Tr1)分化[18]。Tr1可分泌IL-10和转化生长因子β(transforming growth factor β，TGF-β)等抑制性细胞因子，参与抑制效应T细胞应答，从而产生耐受。然而，一种表达CD11clowCD45RBhigh的DC亚群是分化成熟的耐受性DC，同样能诱导Tr1细胞分化[19]。DC捕获死亡相关的抗原和成分，经交叉呈递途径呈递给CD8+T细胞。虽能短暂诱导大量CD8+T细胞激活并增殖，但很快被清除，最终导致抗原特异性免疫耐受[20]。此途径同样可清除记忆性CD8+T细胞，从而降低对自身抗原的反应性[21]。pDC在捕获抗原而被激活后能分泌大量IFNⅠ，在抗病毒应答中起重要作用；另一方面，能通过多种机制诱导Treg产生，或直接抑制T细胞应答而诱导免疫耐受[22]。

4 DC与HIV-1的相互作用

DC在天然免疫应答中作为效应细胞直接发挥清除病原体的作用；DC是已知功能最强大的APC，加工、呈递抗原以激活初始T细胞，是适应性免疫应答的始动者。因此，DC是连接天然免疫和适应性免疫的桥梁。在HIV-1感染过程中，DC表达一系列模式识别受体，参与抗HIV感染；但HIV-1能减弱这些受体的下游信号或利用其信号转导以促进自身的感染和传播[23]。

4.1 DC将HIV-1传递给CD4+ T细胞

在HIV-1黏膜感染中，DC可能是最先感染的靶细胞[24]。Shen等分离健康女性生殖道黏膜的单核细胞，包括DC、巨噬细胞和淋巴细胞，利用含绿色荧光蛋白(green fluorescent protein，GFP)标签的病毒颗粒感染单核细胞悬液，证明DC可能是HIV-1黏膜感染最早的靶细胞[25]。不过，HIV-1最先感染的靶细胞特征还不能确定，更加详细的HIV-1感染早期事件的解析将会进一步揭示首感靶细胞的特征。

上皮中DC表达的C型凝集素受体是识别结合HIV-1膜蛋白gp120的受体之一，包括表达在CD14+间质DC的DC特异性细胞间黏附分子3结合非整合素因子(DC-specific intercellular adhesion molecule-3-grabbing nonintegrin, DC-SIGN)、表达在CD1ahigh和CD14+间质DC的甘露糖受体及表达在LC的LC特异蛋白langerin[26]。DC-SIGN识别结合HIV-1膜蛋白gp120后，内吞完整的HIV-1，形成一个低pH值环境的吞噬体，吞噬体内的HIV-1颗粒感染性能保持数天[27]，因此，DC在迁移至引流淋巴结的同时，也协助感染性HIV-1传播到淋巴结。值得注意的是，经DC-SIGN介导内吞的HIV-1很少在DC中复制[28]；而携带HIV-1颗粒的DC迁移至引流淋巴结，与淋巴结内的CD4+T细胞相互作用，形成相互作用的微环境，即感染性突触[29]，最终将HIV-1传递给CD4+T细胞，HIV-1在CD4+T细胞中大量复制，导致CD4+T细胞裂解而死亡。

4.2 HIV-1感染后DC的免疫调节

HIV-1感染DC后，调节DC的免疫功能，致使DC不但不能激活强有力的机体免疫应答，而且可能诱导机体产生HIV-1特异性免疫耐受。借此，HIV-1能逃避免疫防御系统的攻击，并加快疾病进展。

DC摄取抗原后，经信号转导上调表达协同刺激分子(CD80、CD86、CD40等)，逐渐成熟，从而更有效激活T细胞。然而，在HIV-1急性感染阶段，DC-SIGN+DC不能上调表达CD80和CD86，导致HIV-1特异性CD4+T细胞应答受阻；同时，缺乏Th细胞辅助，CD8+T细胞也不能有效激活，从而不能杀伤HIV-1感染的细胞[30]。由协同刺激信号提供的第二信号对T细胞的激活至关重要。HIV-1感染使DC不能提供足够的协同刺激信号，导致HIV-1特异性T细胞无法激活，HIV-1就可逃脱宿主免疫系统的防御。不仅如此，Shankar等在体外利用HIV脉冲感染的DC来激活初始T细胞，可看到T细胞在增殖的同时表达一系列抑制性共刺激分子，包括淋巴细胞活化基因3(lymphocyte-activation gene 3，LAG-3)、CD160、CTL相关抗原4(cytotoxic T lymphocyte antigen 4，CTLA-4)、T细胞免疫球蛋白域黏蛋白域蛋白3(T cell immunoglobulin mucin 3，TIM-3)、程序性死亡分子1(programmed death 1，PD-1)、肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL)，导致T细胞不能激活，无法清除HIV-1[31]。这些研究提示，HIV-1干扰DC呈递抗原的功能，使其不能激活特异性T细胞应答。因此，深入探索HIV-1介导的DC功能改变可为寻找拮抗HIV-1利用DC进行传播的靶点提供线索。

人pDC又称IFNⅠ产生细胞，经抗原刺激后能产生大量IFNⅠ，在天然免疫抗感染中起重要作用。不仅如此，pDC能以MHCⅠ和Ⅱ类分子呈递抗原，激活CD8+T细胞和CD4+T细胞，但对pDC能否进行交叉呈递还有争议[32]。HIV-1感染者体内pDC表达的大量吲哚胺2,3-双加氧酶(indoleamine 2,3-dioxygenase，IDO)。IDO是色氨酸代谢途径中的一种酶，能将色氨酸降解为尿氨酸，使活化T细胞因色氨酸饥饿而凋亡，从而抑制CD4+T细胞增殖[33]。另有研究显示，IDO能诱导初始CD4+T细胞分化为Treg，限制抗HIV免疫应答[34]。可见，HIV-1感染使pDC激活CD4+T细胞功能出现问题，导致pDC对HIV-1产生一定程度耐受。值得注意的是，pDC表达的IDO只抑制CD4+T细胞而不能或轻微抑制CD8+T细胞增殖[33]。因此，pDC在HIV-1感染中的作用还需深入研究。掌握pDC激活CD8+T细胞的机制，可为利用pDC增强抗 HIV-1感染提供依据。

5 展望

DC是连接天然免疫和适应性免疫的纽带，在机体免疫防御系统中起着举足轻重的作用。目前，关于DC的研究较多，虽然现在DC亚群的分类方法多种多样，没有明确的分类标准，但可看出不同DC亚群在病原体感染的不同阶段发挥各自功能，有助于机体及时识别并清除病原体。DC在免疫反应中的双重作用使其成为免疫学的热点。人们不仅要掌握DC促进适应性免疫应答的机制，为机体启动强有力的免疫应答、抵抗病原体的入侵提供线索；还应深入探索DC产生耐受性的机制，寻找拮抗病原体利用DC进行传播的靶点，以便设计合理的生物预防策略。同时，还可利用耐受性DC对自身免疫病和移植排斥进行免疫治疗。

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