间充质干细胞移植后免疫调节作用的研究进展

赵红月，张丽蕊，陈乃耀

(华北理工大学附属医院，河北唐山 063000)

间充质干细胞移植后免疫调节作用的研究进展

赵红月，张丽蕊，陈乃耀

(华北理工大学附属医院，河北唐山 063000)

在移植治疗过程中，间充质干细胞(MSCs)除了具有分化为相应组织细胞的功能外，在急性肺损伤、炎症性肠病、急性心肌梗死、系统性红斑狼疮、骨修复中还具有强大的免疫调节作用。

间充质干细胞；细胞移植；免疫调节；肺损伤；炎症性肠病；急性心肌梗死；系统性红斑狼疮；骨修复

间充质干细胞(MSCs)能够自我更新并分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞和神经细胞等多种细胞[1]。MSCs来源丰富，研究较多的有骨髓间充质干细胞(BMSCs)、脐血间充质干细胞和脂肪来源的间充质干细胞等。MSCs表面表达MHCⅠ类分子,但不表达MHCⅡ、Fas配体和共刺激分子(如B7-1、B7-2、CIMOL等),因此不被T细胞识别,能够逃避免疫监视[2]。MSCs理论上允许同种异体移植，而不需要HLA匹配或免疫抑制。干细胞的这些特性使它们在许多种疾病的治疗中备受瞩目。在移植治疗过程中，MSCs除了具有分化为相应组织细胞的功能外，在各器官组织疾病中还具有强大的免疫调节作用，如抑制受体内T细胞增殖，改变T细胞亚群比例和B细胞功能，抑制树突状细胞分化和NK细胞增殖，减少炎性细胞因子数量，增加抗炎细胞因子数量，调整免疫异常和紊乱，改善受损区周围炎性环境等。现将MSCs移植后在急性肺损伤(ALI)、炎症性肠病(IBD)、急性心肌梗死(AMI)、系统性红斑狼疮(SLE)、骨修复中的免疫调节作用研究进展综述如下。

1 MSCs移植对ALI的免疫调节作用

ALI是指心源性以外的各种肺内、肺外致病因素所引起的急性、进行性缺氧性呼吸衰竭，最终严重阶段称为急性呼吸窘迫综合征(ARDS)[3]。ALI病理特征为肺微血管通透性增高，肺泡毛细血管内皮细胞和肺泡上皮细胞弥漫性损伤，造成广泛的肺间质和肺泡水肿，临床上表现为顽固性低氧血症和呼吸窘迫[4]。创伤、肺部感染、淹溺、吸入毒气、放射性肺损伤、烧伤、休克等各种诱因导致的ALI的发病核心机制都是无序的炎性反应。最近几年的研究[5]显示，在啮齿类动物实验中，MSCs移植对内毒素诱导的ALI有治疗作用。崔蕾等[6]发现，ALI的大鼠在脐带间充质干细胞移植治疗后，血浆中促炎因子TNF-α、IL-6降低，抗炎因子IL-10升高，两种因子最终达到平衡。在大鼠放射性ALI中，脂肪来源的MSCs具有抗炎作用，这主要是通过减少血清中促炎细胞因子IL-1、IL-6和TNF-α的浓度,增加抗炎细胞因子IL-10的浓度而实现的[7]。大量ALI模型已证明，MSCs移植在受者组织中具有免疫调节作用，其主要是通过旁分泌细胞因子而实现[8]。近年来，在肺损伤疾病的研究中发现，干细胞的一个亚群产生IL-1受体拮抗剂，它能抑制细胞因子对T淋巴细胞增殖的刺激作用，抑制巨噬细胞产生TNF-α。此外，肿瘤坏死因子诱导蛋白6(TSG-6)也是MSCs旁分泌的一种有潜能的抗炎因子。在脂多糖诱发的小鼠ALI模型中，MSCs上调TSG-6的表达水平，从而减少了炎性因子和炎性细胞的数量[9]。对ALI大鼠静脉注射TSG-6后，肺泡内炎性因子的浓度降低，改善了生存率[10]。Gore等[11]在小鼠肺损伤模型中还发现，肺损伤的愈合除了与MSCs促进炎性细胞数量的减少有关外，还与促进调节性T细胞数目的增加相关联。

2 MSCs移植对IBD的免疫调节作用

IBD是一种病因未明的慢性非特异性肠道炎症性疾病，包括溃疡性结肠炎(UC)和克罗恩病(CD)。IBD主要发病机制为肠道黏膜免疫系统异常所引发的免疫炎性反应，反应过程中有多种细胞及细胞因子如淋巴细胞、肠上皮细胞、内皮细胞、IFN-γ、IL-17、IL-4等参与，辅助性T细胞如Th1、Th2、Th17等及其炎症介质表达失衡是肠道长期炎症状态的重要原因[12]。目前，IBD的药物治疗效果并不令人满意，应用MSCs治疗IBD的研究受到越来越多研究者的青睐[13～15]，并且已经取得了较好效果。Kashyap等[16]研究发现，1例患非霍奇金淋巴瘤合并CD的患者，经自体干细胞移植后临床症状得到缓解，并且存活期延长了7年。此外，在静脉注射BMSCs的实验小鼠体内，BMSCs可归巢到肠道组织，促进肠道细胞再生，改善炎性症状，增加生存率[17,18]。MSCs对IBD主要发挥两方面的治疗作用。其一，通过局部注射或静脉注射的方式将MSCs移植到IBD患者体内，MSCs迁移归巢到损伤部位，定植并分化为肠上皮细胞来修复受损肠道组织[19,20]。其二，定植在损伤部位未分化的MSCs旁分泌一些细胞因子来改善肠黏膜炎性环境并抑制异常免疫反应[21]。MSCs能够分泌抗炎细胞因子如前列腺素E2、IL-10、吲哚胺2,3-双加氧酶来改善肠黏膜炎性环境。还有一些细胞因子能够对免疫细胞起调节作用进而改善IBD病程中的免疫异常和紊乱[22]，从而达到治疗IBD的目的。

3 MSCs移植对AMI的免疫调节作用

AMI往往与强烈的免疫炎性反应相伴随。过度激活的免疫炎性反应将导致心肌进一步损伤，促使心室重塑的发生和发展。MSCs移植为心血管疾病的治疗提供了一种全新的方法。首先，MSCs能向心肌细胞分化，修复受损心肌组织。Kawada等[23]实验研究发现，在AMI大鼠体内注入绿色荧光蛋白标记的MSCs，8周后在心脏组织可检测出大量荧光标记的细胞，因此证实MSCs可归巢到心肌受损组织，并分化为心肌细胞。其次，MSCs能够调节受损心肌微环境的免疫炎性反应。AMI后激活的NF-κB可促使炎性细胞因子(如TNF-α、IL-4和IL-6等)过度表达，而过度表达的炎性细胞因子又可以激活NF-κB，如此循环产生放大作用[24]。MSCs移植能抑制NF-κB的激活，使AMI后免疫炎性反应受到强烈抑制，进而使心肌梗死后心室重塑的发生得到延缓[25]。此外，BMSCs通过旁分泌VEGF等多种促血管新生的细胞因子，刺激受损区局部血管的增生，减少缺血区凋亡的心肌细胞数量[26]。BMSCs还能够分泌IL-10和肝细胞生长因子等细胞因子来调节免疫系统。Dayan等[27]在MSCs移植治疗AMI小鼠模型的研究中发现，MSCs通过旁分泌IL-10来影响单核细胞/巨噬细胞活化，最终使梗死部位由促炎细胞浸润转换为抗炎细胞浸润。

4 MSCs移植对SLE的免疫调节作用

SLE是一种病因尚未完全清楚的累及多脏器的自身免疫性疾病。其主要病理机制为T、B细胞异常活化导致自身抗体的产生和免疫复合物的沉积，从而导致全身多个靶器官的破坏[28]。近年来，MSCs治疗SLE的研究已取得一定成效。MSCs能够抑制T细胞的活化增殖,使T细胞亚群比例发生改变[29]，上调Tregs细胞数量，从而抑制T细胞分泌炎性细胞因子，最终诱导SLE体内免疫耐受及抑制免疫反应的发生[30]。MSCs移植还能抑制SLE患者体内B细胞的增殖趋化功能及分泌致病性免疫球蛋白如IgM、IgG、IgA等[31]，减少SLE体内抗体及免疫复合物的沉积，维持凝血-抗凝系统平衡，改善机体的血栓易发状态，阻止SLE的血栓形成[32]。SLE患者在接受MSCs移植治疗后，血清中IL-17水平显著降低，其疾病的活动性得到了控制。脐带间充质干细胞移植治疗狼疮鼠的实验中显示，MSCs对小鼠的狼疮肾炎有治疗作用[33]。

5 MSCs移植对骨修复的免疫调节作用

创伤、感染、肿瘤切除及骨骼疾病术后等所致的骨缺损、骨不连一直是骨科治疗的难点，自体骨移植是其传统治疗方法，具有修复力强和无免疫排斥反应的优势，但取骨部位和取骨数量受到极大限制。MSCs作为种子细胞被广泛应用到组织工程中，有望成为骨组织修复中最理想的材料。骨组织修复与重建过程中，MSCs除了能分化为成骨细胞外，还起到免疫调节作用。未成骨分化的MSCs和已成骨分化的MSCs均能表达可溶性因子HLA-G，它能抑制T细胞增殖，从而减少炎性因子的分泌，还能促进MSCs的免疫抑制作用。MSCs还能增加调节性T细胞的比例，诱导激活T淋巴细胞凋亡[34]。T淋巴细胞数量减少导致IFN-γ、TNF-α和IL-2等炎性细胞因子数量减少，从而维护了骨修复的微环境，反过来也减少MSCs的凋亡数量，进一步促进骨修复。此外，在被移植到骨缺损区的MSCs中，已经进行成骨分化的MSCs还可以旁分泌血管内皮生长因子A，它能降低由巨噬细胞和中性粒细胞产生的促炎细胞因子的表达，明显减少炎性细胞因子的数量，促进骨组织的再生。

综上所述，MSCs移植后在不同疾病中的免疫调节作用有许多共同点：MSCs能归巢到疾病组织，通过旁分泌作用分泌许多细胞因子，其中一些细胞因子能促进幼稚T淋巴细胞向Th2和Tregs分化，抑制向Th1和Th17的分化，从而减少炎性细胞因子的产生数量，为MSCs分化和修复创造了良好的微环境；一些细胞因子如TGF-α、吲哚氨2,3-过氧化酶、TSG-6和IL-1受体拮抗剂直接抑制T细胞活化和B细胞功能，抑制树突状细胞分化和NK细胞增殖，减少炎性细胞因子如IFN-γ、TNF-α、IL-2和IL-17等的分泌，增加抗炎性细胞因子如IL-10、IL-4、TGF-β等的分泌；通过调节免疫异常和紊乱，改善炎性环境。MSCs的这些作用也为其自身生存创造良好条件，减少MSCs自身凋亡数量，从而有利于分化为相应的组织细胞，达到修复缺损的目的。由于不同器官组织为MSCs提供的微环境不可能完全相同，所以促使MSCs旁分泌的细胞因子种类和数量也存在差异。因此，MSCs移植后在疾病治疗过程中所发挥的作用和机制还有待进一步的研究。

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陈乃耀(E-mail： nychenncmc@163.com )

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.02.035

R318.06

A

1002-266X(2017)02-0101-04