神经干细胞免疫调节作用的研究进展

高谋 徐如祥 杨志军

·专题笔谈·

神经干细胞免疫调节作用的研究进展

高谋 徐如祥 杨志军

由多种免疫细胞及细胞因子参与介导的免疫应答在神经损伤修复中意义重大。神经干细胞(NSCs)移植可发挥免疫调节作用改善微环境，促进神经修复。为进一步阐明NSCs的免疫调节作用，本文就近年来对NSCs与免疫细胞，NSCs与细胞因子间相互作用的研究进行综述。

神经干细胞； 免疫调节； 免疫细胞； 细胞因子

神经干细胞(neural stem cells，NSCs)是一类具有自我更新和多向分化潜能的成体干细胞，应用NSCs移植治疗中枢神经系统(central nervous system，CNS)疾病目的是修复和替代有功能的神经细胞。受多种因素影响移植体内的NSCs难以定向分化为可整合到神经网络中传递信息的成熟神经元，因此细胞替代的治疗理念有待完善。近来发现，经静脉移植异体NSCs不仅能在免疫器官中存活，而且低免疫源性的NSCs可与多种免疫细胞相互作用，影响后者功能[1]。将NSCs与免疫细胞离体共培养也发现二者间有多种联系，这些联系可通过分泌细胞因子得以实现，细胞因子不仅在免疫应答中发挥重要作用，而且作为信号分子可在细胞增殖与凋亡、分化与成熟等方面影响细胞功能[2]。由此一些学者认为NSCs移植发挥免疫调节改善微环境的作用甚至超过其细胞替代作用[3]。本文就近年来NSCs免疫调节作用的研究进行综述。

一、NSCs与免疫细胞

近年来运用芯片技术发现NSCs可表达免疫调节基因，这些基因约占其总量的18%[4]。外源性NSCs参与宿主内自身免疫应答可发挥多种调节作用，如将异体NSCs注入宿主淋巴器官，发现NSCs可抑制树突状细胞(dendritic cells，DCs)活化，抑制抗原特异性T细胞增殖，从而减轻炎症反应[1,5]。动物实验发现，Th1型细胞具有促进炎症反应的作用，而NSCs可诱导其发生细胞凋亡[6]。可见NSCs与免疫细胞间的相互作用是前者调控免疫应答的主要方式之一。随着研究深入，学者们关注到CNS损伤后的免疫反应，并发现免疫细胞不仅参与炎症介导的病理性损伤，而且可参与 “保护性自身免疫”，影响内源性神经干/祖细胞定向迁移和分化成熟[1]。颅脑创伤后血脑屏障功能紊乱，CNS自身抗原暴露，DCs作为免疫系统内专职的抗原呈递细胞，可将这些抗原物质提呈给T细胞并促使其增殖活化启动适应性免疫应答，已有文献报道针对CNS自身抗原物质的免疫反应在一定程度内有利于神经修复再生[7]。

CNS损伤后激活的抗原特异性T细胞可介导免疫反应，有实验报道T细胞参与的免疫应答加剧了神经系统炎症反应[7,8]。此外，T细胞分泌的细胞因子IL-2、IL-10及IL-35等可参与病理性自身免疫和保护性免疫应答，可见T细胞具有两面性即神经毒性和神经保护性，具体作用依赖于细胞活化状态和特定的病理环境，因此进一步研究应关注如何靶向调控T细胞功能，发挥神经保护作用[9,10]。结合NSCs移植治疗策略，笔者希望NSCs可对T细胞活化发挥积极导向作用，以使后者介导保护性免疫应答，有利于神经再生。此外，也要考虑到T细胞介导的病理性自身免疫是否会针对异体NSCs产生毒性作用，这些研究可为NSCs移植时机选择和是否应用具有抑制T细胞毒性的转基因NSCs提供依据。

上述中提到外源性NSCs可抑制DCs和T细胞增殖，而DCs和T细胞在一定程度内可促进神经发生，有利于内源性NSCs增殖分化。可见NSCs与免疫细胞间作用复杂，看似矛盾的结果其内部可能有着更深层次的原因。此外应注意这些结果是在不同研究背景下观测到的，研究者们已知同种细胞在不同生长阶段中可表现出截然相反的功能，如成熟的DCs可诱导免疫应答活化小胶质细胞，而未成熟的DCs则诱导免疫耐受发挥神经保护作用[11]。此外一种细胞在不同病理环境中也可出现极性转变，由促进炎症反应的类型向拮抗炎症反应的类型转变，如巨噬细胞在LPS刺激下可分泌Th1型促炎因子，而在IL-4作用下则分泌Th2型抑炎因子[12]。

在CNS内部也有一套完整的免疫调控体系，小胶质细胞能吞噬异物，星形胶质细胞可提呈抗原，内源性NSCs本身也是一种免疫细胞，由它们分泌的细胞因子可调控免疫应答，影响神经发生[1]。小胶质细胞是单核系来源的免疫细胞，与定居于其他组织器官中的巨噬细胞有类似功能，当CNS损伤后小胶质细胞迁移到损伤区可提呈抗原，分泌细胞因子趋化免疫细胞浸润[12]。由多种免疫细胞参与的炎症反应一方面可加速清除变性坏死物，激活内源性NSCs定向迁移到达病灶；另一方面，免疫细胞可分泌多种细胞因子发挥生物学作用，如IL-1和IL-6可促进星形胶质细胞反应性增生，从而局限致伤因素，填补组织缺损[1]。胶质细胞增生可为神经元修复提供支架，而过度增生可形成胶质瘢痕阻碍轴突生长，影响神经环路重建，甚至有形成肿瘤的风险[13]。这些病理变化与免疫应答密切相关，移植NSCs可下调促炎因子，可能在一定程度上减少了后者对胶质细胞的刺激作用，进而调控胶质瘢痕的形成。

二、NSCs与细胞因子

NSCs与免疫系统间的相互作用使其在神经修复方面表现出巨大的潜力。颅脑创伤早期移植的NSCs可下调促炎因子IL-6和TNF-α的表达，从而抑制炎症反应，减轻继发性病理损伤，为细胞提供适宜的修复环境[14]。此外，NSCs不仅与浸润脑组织参与局部炎症反应的免疫细胞直接作用，而且可分泌多种细胞因子作用于不同细胞受体上发挥免疫调节作用[5]。可见细胞因子这类由免疫活性细胞产生的调节因子，在NSCs与免疫系统间发挥着重要的媒介作用。然而细胞因子也有两面性，如促炎因子IL-6和TNF-α可抑制神经发生，营养因子BDNF和抗炎因子IL-15可促进神经发生，但这并不绝对，细胞因子在不同阶段可发挥不同作用[1]。随着研究深入，大量证据表明细胞因子在CNS创伤后免疫反应中可发挥保护性作用，而一旦分泌过量或失去调控将加重组织损伤[15]。

近来研究发现，IL-1β能抑制海马齿状回颗粒区细胞增殖，并诱导星形胶质细胞促其表达单核细胞趋化蛋白，增加巨噬细胞浸润，加重神经损伤[16]。IL-6具有多种生物学功能，在CNS创伤中可参与星形胶质细胞反应性增生，造成血脑屏障功能紊乱促使免疫细胞和细胞因子进入CNS内参与继发性病理损伤，此外IL-6也具有神经保护作用，然而体外实验发现IL-6可抑制神经发生，当给予IL-6抗体后神经发生恢复正常[17]。IL-8可趋化T细胞参与炎症反应，而IL-10主要发挥神经保护作用[18]。前已述及NSCs移植可影响细胞因子表达，进一步研究应从细胞因子产生机制入手。

TNF-α是一种具有广泛生物学活性的细胞因子，近来TNF-α在CNS损伤中的作用受到较多关注，而对于其是加重损伤还是促进修复目前尚存争议[1]。有报道称TNF-α可加重少突胶质细胞损伤，抑制髓鞘形成，引起多发性硬化，此外在脑损伤和癫痫发作时TNF-α结合相应受体转导信号，可抑制成年动物NSCs增殖[19]。TNF-α作为促炎因子参与血脑屏障功能破坏并加重病理性损伤，然而有研究发现CNS损伤后，TNF-α敲除鼠的皮质脊髓束未见侧支发芽，并且其运动功能没有得到改善，说明TNF-α参与损伤后神经功能重塑[20]。

CNS创伤后小胶质细胞和星形胶质细胞可表达TGF-β，在脑损伤动物模型大脑皮层内TGF-β水平的动态变化伴随着TNF-α和IL-6的变化，提示TGF-β可能具有类似功能[21]。神经营养因子在CNS损伤后可参与神经再生修复，如脊髓损伤后，BDNF的mRNA和蛋白水平显著上升，损伤局部BDNF免疫阳性的小胶质细胞和巨噬细胞也明显增多[22]。此外一些免疫调节因子如白血病抑制因子和睫状神经营养因子可通过与gp130结合刺激NSCs增殖[23]。在炎症反应和神经退行性病变中，小胶质细胞、星形胶质细胞、神经元及NSCs可合成趋化因子并表达相应受体。这些因子与受体结合后可传递信息调控基因表达，从而在神经损伤修复中发挥作用[24]。

综上所述，细胞因子在CNS免疫应答中发挥着多种作用，可扩大炎症反应，也可保护神经组织，作为神经系统内免疫反应重要参与者，它们不仅在多种细胞间发挥媒介作用，而且参与并介导了NSCs的免疫调节作用。

三、小结

免疫应答在神经损伤修复中意义重大，NSCs可参与其中并发挥调节作用。随着研究深入，NSCs免疫调控作用的机制将被进一步阐明，而应用NSCs移植发挥免疫调节作用将赋予干细胞治疗以新的使命。

[1] Kokaia Z,Martino G,Schwartz M,et al.Cross-talk between neural stem cells and immune cells：the key to better brain repair[J].Nat Neurosci,2012,15(8)：1078-1087.

[2] Markiewicz I,Sypecka J,Domanska-Janik K,et al.Cellular environment directs differentiation of human umbilical cord blood-derived neuralstem cellsin vitro[J].JHistochem Cytochem,2011,59(3)：289-301.

[3] Lindvall O,Kokaia Z.Stem cells in human neurodegenerative disorders-time for clinical translation?[J].J Clin Invest,2010, 120(1)：29-40.

[4] Pluchino S,Zanotti L,Brini E,et al.Regeneration and repair in multiple sclerosis：the role of cell transplantation[J].Neurosci Lett,2009,456(3)：101-106.

[5] Das M,Mohapatra S,Mohapatra SS.New perspectives on central and peripheral immune responses to acute traumatic brain injury [J].J Neuroinflammation,2012,9(10)：236.

[6] Capetian P,Döbrössy M,Winkler C,et al.To be or not to be accepted：the role of immunogenicity of neural stem cells following transplantation into the brain in animal and human studies[J].Semin Immunopathol,2011,33(6)：619-626.

[7] Schwartz M,London A,Shechter R.Boosting T-cell immunity as a therapeutic approach for neurodegenerative conditions：the role of innate immunity[J].Neuroscience,2009,158(3)：1133-1142.

[8] Ankeny DP,Popovich PG.Central nervous system and noncentral nervous system antigen vaccines exacerbate neuropathology caused by nerve injury[J].Eur J Neurosci,2007, 25(7)：2053-2064.

[9] Banchereau J,Pascual V,O′Garra A.From IL-2 to IL-37：the expanding spectrum ofanti-inflammatory cytokines[J].Nat Immunol,2012,13(10)：925-931.

[10] Schroeter M,Jander S.T-cell cytokines in injury-induced neural damage and repair[J].Neuromolecular Med,2005,7(3)：183-195. [11] Ghafouri-Fard S,Modarressi MH.Expression of cancer-testis genes in brain tumors：implications for cancer immunotherapy[J]. Immunotherapy,2012,4(1)：59-75.

[12] Tundup S,Srivastava L,Nagy T,et al.CD14/TRIF pathway regulates macrophage polarization and Th2 immune responses[J]. J Immunol,2013,190：130.28.

[13] 黄凯,盛伟斌.大鼠脊髓胶质瘢痕形成的规律[J].中国组织工程研究,2012,16(20)：3671-3674.

[14] Lee S T,Chu K,Jung K H,et al.Anti-inflammatory mechanism of intravascular neural stem cell transplantation in haemorrhagic stroke[J].Brain,2008,131(Pt3)：616-629.

[15] Ziebell JM,Morganti-Kossmann MC.Involvement of pro-and anti-inflammatory cytokines and chemokines in the pathophysiology of traumatic brain injury[J].Neurotherapeutics, 2010,7(1)：22-30.

[16] Zou J,CrewsFT.Inflammasome-IL-1β signaling mediates ethanol inhibition of hippocampal neurogenesis[J].Front Neurosci, 2012,6(5)：77.

[17] Erta M,Quintana A,Hidalgo J.Interleukin-6,a Major Cytokine in the Central Nervous System[J].Int J Biol Sci,2012,8(9)：1254-1266.

[18] 王红阳,王宏丽,王袁,等.IL-12对小鼠哮喘模型气道炎症及TNF-α和IL-10水平的影响[J].细胞与分子免疫学杂志,2012, 28(9)：982-984.

[19] Su Z,Yuan Y,Chen J,et al.Reactive astrocytes inhibit the survival and differentiation of oligodendrocyte precursor cells by secreted TNF-α[J].J Neurotrauma,2011,28(6)：1089-1100.

[20] Muramatsu R,Takahashi C,Miyake S,et al.Angiogenesis induced by CNS inflammation promotes neuronal remodeling through vessel-derived prostacyclin[J].Nat Med,2012,18(11)：1658-1664.

[21] 吴静.转化生长因子β-1在新生大鼠缺氧缺血性脑损伤后的表达研究[D].山西医科大学,2008.

[22] David S,Kroner A.Repertoire of microglial and macrophage responses after spinal cord injury[J].Nat Rev Neurosci,2011,12 (7)：388-399.

[23] Kang SS,Keasey MP,Arnold SA,et al.Endogenous CNTF mediates stroke-induced adult CNS neurogenesis in mice[J]. Neurobiol Dis,2013,49：68-78.

[24] 冯挺眉,吴聪,顾永耀.自然杀伤性T细胞在恶性胸腔积液疾病中的分布及其趋化因子受体的表达和意义[J].免疫学杂志, 2011,(1)：61-65.

Research progress of immunomodulation effect of neural stem cells

Gao Mou,Xu Ruxiang,Yang Zhijun. Affiliated Bayi Brain Hospital,General Hospital of Beijing Military Region,Beijing 100700, China

Xu Ruxiang,Email:zjxuruxiang@163.com

Immune response,which is involved and mediated by a variety of immunocytes and cytokines,has great significance in nerve injury and repair.Grafted neural stem cells(NSCs)have the potential of immunomodulation to improve the microenvironment and promote nerve repair.In order to further clarify the immunomodulation effect of NSCs,we review and summary of some recent studies related to the interactions between NSCs and immunocytes as well as cytokines in this article.

Neural stem cell; Immunomodulation; Immunocyte;Cytokine

2015-07-27)

(本文编辑:张丽)

10.3877/cma.j.issn.2095-9141.2015.06.010

军队“十二五”重大科技研究项目(BWS12J010)

100700北京，北京军区总医院附属八一脑科医院

徐如祥，Email:zjxuruxiang@163.com

高谋,徐如祥,杨志军.神经干细胞免疫调节作用的研究进展[J/CD].中华神经创伤外科电子杂志,2015,1(6)：358-360.