炎性树突状细胞代谢研究进展①



炎性树突状细胞代谢研究进展①

梁金燕胡悦胡晓燕综述刘莉审校

(华中科技大学同济医学院附属协和医院肿瘤中心,武汉430023)

树突状细胞(Dendritic cell,DC)是目前所知抗原提呈能力最强的专职抗原提呈细胞，在识别外源性抗原、内源性抗原及诱导免疫应答、免疫耐受中发挥至关重要的作用。自1973年DC被人们发现并命名以来，人们对DC的来源及功能的认识逐渐深入。近年来的研究发现，在炎症或感染时，单核细胞可分化为一群特殊的DC，即炎性DC(Inflammatory DCs,infDCs)[1，2]。20世纪20年代以来，肿瘤细胞的细胞代谢特点及相关分子机制方面的研究已较为透彻[3]。近十年来的研究也表明免疫细胞可发生一系列代谢变化，并与免疫细胞的活化和功能密切相关[4,5]。目前这方面的研究主要集中在对T细胞和巨噬细胞的研究中，而infDCs的代谢状况及代谢对其免疫功能的影响尚未明确。本文将围绕infDCs的来源、功能、代谢研究现状及infDCs代谢与疾病的关系展开综述，为后续相关研究奠定理论基础。

1infDCs概述

1.1infDCs来源于单核细胞早在1992年，Inaba等[6]就发现小鼠外周血单个核细胞与GM-CSF共培养可诱导出大量DC。两年后，Sallusto和Lanzavecchia等[7]发现人单核细胞与IL-4和GM-CSF共培养时也可向DC方向分化。此后这种体外诱导DC的方法成为获取DC的主要途径。随后，Serbina等[8]首次在单核细胞增生李斯特菌感染的小鼠脾脏中发现一种可产肿瘤坏死因子(TNF)和诱导型一氧化氮合酶(iNOS)的DC亚群，命名为Tip-DCs，具有重要的抗感染作用。Geissmann等[9]根据黏附分子及细胞因子受体谱的不同将小鼠单核细胞分为两个亚群，其中一个亚群表型为Gr1+CX3CR1lowCCR2+CD62L+，对应于人CCR2+CD16-单核细胞，该细胞亚群为短寿命循环细胞，可被募集至炎症局部并分化为巨噬细胞及DC。这一单核细胞亚群被称为“炎性单核细胞”。我们将这种只在炎症或感染状况下由炎性单核细胞分化而来的DC亚群称为infDCs[1，2]。

1.2infDCs的功能自Serbina发现Tip-DCs以来，Tip-DCs在早期抗微生物的固有免疫中的作用得到肯定。在对马尔他布鲁氏菌、利士曼原虫等微生物感染的研究中，人们发现这些病原微生物的清除均依赖于Tip- DCs[10,11]。Tip-DCs产生的大量NO和TNF-α对病原微生物有强大的杀伤作用[12,13]。由此可见，infDCs在固有免疫中有重要意义。

在小鼠单纯疱疹病毒感染模型中，Iijima等[14]观察到，虽然Th1细胞的活化、分化及记忆Th1细胞活化并不依赖infDCs细胞,但infDCs可通过诱导Th1细胞分泌INF-γ而促进Th1细胞的抗病毒免疫效应。因此，infDCs对Th1类型细胞免疫有促进作用。

2008年，Kool等[15]在对氢氧化铝佐剂的研究中首次发现了infDCs诱导Th2型细胞免疫效应的证据。腹膜内注射OVA-氢氧化铝后可观察到CD11b+F4/80intLy6Chigh炎性单核细胞及相应infDCs的产生，并伴随Th2类型细胞免疫效应的增强。随后，Hammad等[16]证实了infDCs可诱导Th2类型细胞免疫效应。该研究小组发现，小鼠吸入屋尘螨后可通过TLR4/MyD88依赖的方式将IL-4+嗜碱性粒细胞、IL-4+嗜酸性粒细胞和FceRI+DX5-MHCⅡ+CD11c+Ly-6C+infDCs募集至肺纵隔引流淋巴结，诱导Th2类型细胞免疫，引发气道过敏反应。采用白喉毒素清除CD11-DTR小鼠的CD11chiDC后，该小鼠吸入屋尘螨后的支气管肺泡灌洗液中无嗜酸性粒细胞及淋巴细胞增多，野生型小鼠吸入屋尘螨后则出现强烈的嗜酸性粒细胞及淋巴细胞增多，IL-5、IL-13等Th2型细胞因子产生明显增多，而仅产生少量IFN-γ等Th1型细胞因子。而清除嗜碱性粒细胞后Th2类型细胞免疫反应仅部分受抑制，清除嗜酸性粒细胞后Th2类型细胞免疫将不受影响。由此可见，infDCs在诱导Th2类型细胞免疫效应中也有十分重要的作用。

Hänsel等[17]发现银屑病病灶中有大量的6-磺基乙酰乳酸氨表达的DC(slanDCs)，是一种重要的表皮infDCs，可产生大量的TNF-α、IL-23、iNOS。此类DC经LPS等刺激后可分泌IL-1β,IL-23和IL-6等细胞因子，从而促进Th17类型免疫效应。最近，Segura等[18]报道了一种的新型infDCs，其表型为CD11c(+)HLA-DR(+)CD14(+)CD16(-)BDCA1(+)，主要存在于风湿性关节炎的关节滑膜液和癌症患者腹水中，该infDCs可刺激同源CD4+记忆T细胞分泌IL-17，并可通过分泌IL-1β、IL-23、IL-6，尤其是IL-23诱导CD4+T细胞向Th17分化，促进Th17类型免疫应答。

总而言之，infDCs不仅在机体的固有免疫中发挥重要作用，同时还可以通过诱导炎性介质产生、诱导Th细胞分化从而促进Th1、Th2、Th17类型细胞免疫。

2infDCs的代谢

研究已表明，在T细胞活化、分化及巨噬细胞激活的过程中发生一系列的代谢改变，代谢调节已成为调节各种免疫细胞活化、增殖的重要机制。那么在infDCs中是否也存在代谢改变？infDCs的代谢是否影响其免疫功能？

2010年，Krawczyk等[19]将经GM-CSF诱导产生的骨髓来源的DC(GM-DCs)作为infDCs模型，发现其受TLR激动剂刺激后，细胞糖酵解水平增高而氧化磷酸化水平降低，这种改变是通过经典AKT信号通路，即PI3K/AKT通路实现的，若抑制糖酵解将抑制DC的活化并缩短DC的寿命。随后，Everts等[20，21]不仅证实了GM-DCs在受TLR激动剂刺激后糖酵解水平增高，并且发现GM-DCs的糖酵解机制和作用在其活化过程中和活化后存在差异。

2.1iNOS依赖的糖酵解Everts等在2012年的研究中发现，infDCs在受LPS刺激后，24小时后将发生iNOS依赖的长时间持续性糖酵解增加及线粒体氧化磷酸化降低，参与维持DC活化后的长期生存，这种现象仅发生于表达iNOS的infDCs(iNOS infDCs)中。其进一步研究证实,iNOS infDCs受LPS刺激后，iNOS表达增加，诱导合成内源性NO，NO可抑制电子传递链从而抑制线粒体氧化磷酸化，迫使细胞糖酵解增加，以保持细胞内ATP水平来维持DC的生存。该小组用半乳糖替代葡萄糖培养DC以阻断糖酵解通路产生ATP，结果发现，INOS基因敲除小鼠的DC中ATP减少仅30%，而野生型小鼠的DC降低90%。同时，用2-脱氧葡萄糖抑制糖酵解后，iNOS infDCs的数目也明显减少，而其他DC亚群不受影响[20]。由此可见，iNOS依赖的糖酵解方式在iNOS infDCs活化后可为其提供能量，对iNOS infDCs活化后的生存起重要作用。

2.2iNOS非依赖的糖酵解Everts 等人基于前面的研究，采用GM-DCs作为infDCs的模型，在最近的研究中揭示了infDCs在活化早期数分钟内迅速发生的一种iNOS非依赖的糖酵解现象。这种活化早期糖酵解增加的作用与上述iNOS依赖的糖酵解不同，并非为维持DC活化后的长期存活提供ATP，而是经过三羧酸循环和磷酸戊糖途径分别为脂肪酸从头合成提供柠檬酸和NADPH，促进脂肪酸的从头合成，从而扩展内质网和高尔基体的膜结构，增强DC合成、转运、分泌蛋白质的能力。进一步研究发现，这种活化早期糖酵解并不依赖iNOS，而是通过激活非经典AKT信号通路，即TBK1/IKKε通路，从而促进HKⅡ与线粒体外膜上的电压依赖阴离子通道结合，促进己糖激酶的活性，从而增加糖酵解[21]。这种iNOS非依赖的糖酵解现象是infDCs代谢机制研究的一个新方向，为infDCs功能调节提供了新的代谢靶点，也为研究和改善infDCs的免疫原性和致耐受性提供了新的策略。

2.3infDCs脂肪代谢infDCs脂肪代谢改变与其免疫功能的关系也逐渐得到了认识。早在2005年，Weatherill等[22]就发现脂肪酸对GM-DCs的功能有调节作用，不同类型的脂肪酸对GM-DCs的功能有不同的影响。月桂酸等饱和脂肪酸与经LPS刺激的GM-DCs共培养后，GM-DCs细胞表面CD40、CD80、CD86等共刺激分子、MHCII复合体及IL-12p70、IL-6等细胞因子的表达上调，且其活化T细胞的能力呈剂量依赖性增强，而DHA等不饱和脂肪酸则抑制GM-DCs细胞表面共刺激分子、MHCⅡ复合体及细胞因子表达，抑制其活化T细胞的能力。Rehman等[23]在2013年的研究中发现脂肪酸对GM-DCs有抑制作用。抑制脂肪酸合成将增加IL-12及MCP-1等炎症因子产生，增强DC活化T细胞及诱导细胞毒性T细胞免疫应答的能力。同时，抑制脂肪酸合成将显著抑制DC前体细胞分化为DC。

而Ibrahim等[24]研究却发现，肝脏DC中脂肪增多将利于诱导免疫应答产生。肝脏DC可根据其脂肪含量分群，高脂肪含量肝脏DC中主要为磷脂和甘油三酯的升高，该群DC具有免疫原性，可活化T细胞和NK细胞，而低脂肪含量肝脏DC则诱导Treg细胞分化，参与免疫耐受和肿瘤逃逸。EG7胸腺瘤荷瘤小鼠被高脂肪含量肝脏DC免疫后，平均中位进展时间延长，瘤体体积较小，而低脂肪含量DC免疫的荷瘤小鼠迅速发生进展。

由此可见，infDCs脂肪代谢对其分化和功能有重要意义，且不同种类脂肪的代谢可能对infDCs的分化和功能有不同的调节作用，不同部位及不同亚群的infDCs脂肪代谢对其活化、分化和功能的调节作用也可能不同。调节infDCs脂肪代谢将成为调节infDCs活化及功能的重要靶点之一。

2.4infDCs的其他代谢除了糖代谢和脂肪代谢对infDCs的活化和功能有重要调节作用外，infDCs的其他代谢，包括乳酸、维生素D代谢也参与其活化、分化和功能的调控。

已有研究表明，肿瘤微环境中的乳酸参与调节单核细胞来源DC(monocyte-derived DC,moDC)分化，可下调moDC表面CD1a表达及IL-12分泌[25]。随后，Nasi等[26]研究发现一种参与调节infDCs分化的细胞浓度依赖的内源性乳酸自分泌途径。单核细胞在低细胞浓度培养下更倾向于分化为infDCs，其细胞表型为CD1a(+)CD14(-)，分泌大量IL-12、IL-23、TNF等炎性细胞因子，诱导Th1类型细胞免疫应答。高细胞浓度培养下诱导产生的moDC则主要分泌IL-10，不分泌IL-12、IL-23、TNF等炎性细胞因子，加入草氨酸抑制内源性乳酸产生将上调CD1a表达，促进IL-12分泌，降低IL-10分泌。而CD1a+DC增多将改善乳腺癌患者的预后[27，28]。这提示infDCs乳酸代谢可影响其表型及细胞因子分泌谱，调节其免疫功能。infDCs乳酸代谢对其免疫功能的影响可能对我们解决DC免疫治疗中如何调节DC免疫原性和免疫耐受性等问题有所启发。

近期，Ferreira等[29]发现1,25-D3可诱导moDC产生免疫耐受，使其细胞表面CD80、CD86、HLA-DR等表达下调，并改变细胞因子分泌谱，使IL-10/IL12p70比例升高，抑制CD4+及CD8+T细胞增殖。该小组进一步研究发现，1,25-D3对moDC的调节作用可能是通过PI3K/Akt/mTOR通路诱导细胞糖酵解实现的。这说明，维生素D代谢可影响DC的免疫功能，糖代谢与维生素代谢可能共同参与调节infDCs的免疫原性和免疫耐受性。

3infDCs代谢与疾病

随着对infDCs代谢的研究不断深入，人们发现在肿瘤及免疫性疾病中，infDCs的代谢发生了改变，并对其抗肿瘤等免疫效应有重要影响。

3.1infDCs代谢与肿瘤2010年，Herber等[30]在对荷瘤小鼠的研究中发现，脾脏中CD11c+CD8+DC和CD11c+CD11b+B220-传统DC(conventional DC,cDC)中出现细胞内脂肪增多，而CD11c+CD11b-B220浆细胞样DC(plasmacytoid DC,pDC)则无脂肪增高。此外，从荷瘤小鼠肿瘤组织中分离出的DC中细胞脂肪含量较血液、骨髓、淋巴结高，从肿瘤患者外周血分离出的DC中脂肪含量也增高。DC脂肪堆积可使DC的抗原提呈能力降低。同样，在最近的研究中，Ramakrishnan等[31]发现肿瘤微环境中GM-DCs发生细胞内氧化脂肪堆积，抑制其对外源性抗原的交叉提呈功能。GM-DCs细胞内氧化脂肪堆积可能导致DC表面MHCI复合体表达下调，从而阻碍抗原的交叉提呈，最终导致DC不能产生有效的抗肿瘤免疫应答，这可能是早期恶性肿瘤患者即使有足够的DC和低肿瘤负荷却无法产生正常的抗肿瘤免疫应答的原因之一。由此可见，DC细胞代谢在肿瘤微环境中可发生改变，这种改变可抑制DC发挥抗肿瘤免疫效应。这可能是肿瘤免疫逃逸的机制之一。

3.2infDCs代谢与免疫性疾病在克隆恩病(Crohn′s Disease,CrD)中，体内的维生素D可维持免疫反应的平衡，且25-D3必须活化为1,25-D3才能发挥作用。Bartels等人将CrD患者的moDC分别与25-D3、1,25-D3共培养，并给予LPS刺激。结果发现，25-D3/1,25-D3可抑制moDC表面CD80、CD83、CD86、HLA-DR的表达，同时抑制其产生TNF-α、IL-12p70等炎症因子，降低其刺激CD4+淋巴细胞增殖的能力。本研究证实了25-D3可被moDC活化为1,25-D3，从而对moDC的成熟和促炎免疫效应发挥抑制作用[32]。维生素D缺乏时，moDC可能过度活化而造成CrD的发生。因此，DC代谢可能对其免疫原性和免疫耐受性产生重要影响，从而介导免疫性疾病的发生。

4总结与展望

目前，DC已经逐渐应用于临床上感染性疾病、自身免疫性疾病、恶性肿瘤等疾病的免疫治疗[33，34]。虽然对infDCs代谢及代谢对其免疫功能影响的研究逐渐深入，但目前的认识只是冰山一角。鉴于infDCs表型、来源和功能的高度异质性、infDCs所处的微环境尤其是肿瘤微环境的复杂性，infDCs亚群的代谢差异、不同疾病微环境与infDCs的相互作用均未明确，限制了其在临床应用中的发展。但根据infDCs代谢对其活性和功能的影响及infDCs在固有免疫和各种类型适应性免疫中的重要作用，infDCs代谢的调节将成为调节infDCs的免疫原性和免疫耐受性的新方向。若能明确肿瘤及免疫性疾病微环境中infDCs的代谢特点、代谢调节机制、代谢对其各种免疫效应的作用机制，将为肿瘤性疾病和免疫性疾病的免疫治疗提供新策略。

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[收稿2015-03-22二次修回2016-01-07]

(编辑许四平)

中图分类号R392.12

文献标志码A

文章编号1000-484X(2016)03-0424-04

作者简介：梁金燕(1990年-)，女，主要从事肺癌发生发展、诊断、治疗尤其是免疫治疗及肿瘤免疫微环境方面的研究，E-mail:364252375@qq.com。通讯作者及指导教师：刘莉(1961年-)，女，博士，主任医师，博士生导师，主要从事肺癌发生发展、诊断、治疗尤其是免疫治疗及肿瘤免疫微环境方面的研究，E-mail:liulist2013@163.com。

doi:10.3969/j.issn.1000-484X.2016.03.029

①本文受国家自然科学基金面上项目(81171979，81372260)资助。