間充質干細胞的免疫學特性

包新杰 王任直

Friendenstein等[1]最先發現，骨髓中貼壁生長的單核細胞在一定條件下可向成骨細胞、軟骨細胞和脂肪細胞分化。隨后，研究人員又相繼在脂肪、肌肉等組織中分離出類似細胞，并將其統一命名為間充質干細胞(mesenchymal stem cells,MSCs)。近年來，MSCs作為組織工程良好的種子細胞被運用于一系列基礎和臨床研究中[2]。另外，很多研究顯示，除免疫原性低外，MSCs還具備免疫抑制等特性[3-4]。雖然具體機制尚不十分清楚，也存在一些爭議，但MSCs在移植和自身免疫性疾病等領域的潛在利用價值已成為大家關注的熱點[5]。

一、MSCs的免疫原性

體外實驗表明，MSCs的免疫原性很低，這可能與 MSCs 低表達主要組織相容性復合物( major histocompatibility complex,MHC )I、但不表達 MHC II 和一些重要的免疫協同刺激分子如CD40、CD80和CD86等有關[6]。將MSCs與異種或同種異體 T 細胞共培養，并不引起T細胞的顯著增殖[7]。在體內實驗方面，Li等[8]通過靜脈途徑應用同種異體 MSCs 治療大鼠缺血性腦卒中，也并未發現免疫排斥反應。因而有學者提出，在運用非自體 MSCs 進行體內實驗或治療時無需使用免疫抑制劑，但很多人卻拿出了一系列證實發生免疫排斥反應的實驗證據[9-10]。Nauta 等[9]將同種異體 MSCs 靜脈注入小鼠體內后，記憶T細胞顯著增多，排斥反應明顯。另有研究發現，異體MSCs在體外雖無免疫反應性，但移植到體內后卻發生了免疫排斥反應[10]。最近，Sadek 等[11]發表評論認為，現在并沒有足夠的證據證明非自體 MSCs 體內移植不會引發免疫反應，所以適當使用免疫抑制劑是必要的。可見，MSCs 的免疫原性問題(尤其在體內)已成為目前爭論的焦點。

二、MSCs的免疫抑制作用

Yanez等[12]在給小鼠靜脈移植同種異體造血干細胞( hematopoietic stem cell,HSC )的同時靜脈輸入供體脂肪來源的MSCs發現，移植物抗宿主反應( graft versus host disease,GVHD )明顯減輕。一項多中心臨床試驗中，46例血液病患者在輸注匹配的HSC之前4h，提前輸入骨髓來源的MSCs，術后GVHD的發生率明顯降低，發病程度亦顯著減輕[13]。在Bartholomew等[14]對狒狒進行的異體皮膚移植實驗中，靜脈輸入供體骨髓來源的MSCs，可以使皮瓣存活時間延長，并認為其免疫抑制作用與環孢菌素等免疫抑制劑相當。目前認為，MSCs的免疫抑制作用與免疫系統的多種效應細胞有關。

( 一 )MSCs 與 T 細胞

將MSCs 加入由同種異體刺激引起的混合淋巴細胞反應( mixed lymphocyte response,MLR )體系中，T細胞的增殖反應會被顯著抑制，這種抑制效應與MSCs的來源無關，可以是刺激源或是反應源的，也可以來源于無關的第三方[15-16]。MSCs還可抑制由非特異性絲裂原(刀豆蛋白、植物血凝素)[17]、CD3和CD28抗體[16]，甚至異種[18]刺激引起的T細胞增殖反應。MSCs的抑制作用是可逆的，去除MSCs后的混合淋巴細胞反應體系可以再次被各種刺激物激活[18]。

MSCs 抑制 T 細胞增殖的具體機制尚未完全清楚。Krampera 等[16]認為與細胞間的直接接觸有關，用半透膜將MSCs 與 MLR 體系物理性分隔，與分隔前相比，T 細胞增殖被抑制的程度顯著下降。但 Di Nicola 等[17]發現，MSCs 在被半透膜分隔后仍能有效地抑制 T 細胞增生。但在 MSCs 與 MLR 的共存體系中加入轉化生長因子( transforming growth factor-β,TGF-β )和肝細胞生長因子( hepatocyte growth factor,HGF )的抗體后，MSCs對 T 細胞增殖的抑制作用則明顯減弱，因此推測起作用的是MSCs分泌的一些可溶性因子，如 TGF-β和HGF等，而直接接觸并非必需。最近，Sato等[19]發現，MSCs分泌的一氧化氮(NO)對T細胞增殖的抑制作用更為重要。除此之外，有人發現，IFN-γ誘導下的 MSCs 可以表達一種酶，稱為吲哚胺-2,3-二氧化酶(indoleamine 2,3-dioxygenase,IDO)，該酶可將色氨酸酶解為犬尿氨酸，從而抑制 T 細胞的增殖[20]，但其具體機制尚有待進一步研究。

（二）MSCs與樹突狀細胞

樹突狀細胞(dendritic cells,DC)是一類重要的抗原呈遞細胞，在T細胞的增殖中起著重要作用。研究表明，MSCs會干擾DC的分化與成熟，導致DC功能受損，從而影響T細胞的增殖，在MSCs干預下形成的DC表面不表達CD83；另外，DC分泌的許多因子會發生變化，如炎癥前因子TNF-α、IFN-γ和IL-12下調，而抗炎因子IL-10卻上調[21]。

用半透膜將MSCs和DC分隔后的研究發現，MSCs對DC的抑制主要是由MSCs分泌的一些可溶性因子介導的，如IL-6、M-CSF和PGE2[22]。而DC在MSCs干擾下表達上調的IL-10亦可強化MSCs的抑制作用，當用抗體中和IL-10后，T細胞的增殖可部分恢復[23]。

（三） MSCs與自然殺傷細胞

自然殺傷(natural killer,NK)細胞主要對表面缺乏MHC I表達的細胞有溶解作用。研究表明，MSCs能夠抑制IL-2或IL-15誘導的NK細胞的增殖以及IFN-γ的產生[24-25]；MSCs并不能抑制新分離的NK細胞的溶解能力[24]，但共培養4～5d后MSCs對IL-2誘導的NK細胞的溶解作用產生顯著抑制[26]。Sotiropoulou等[25]發現，DC細胞短期與MSCs共培養后，其溶解表面MHC I陽性腫瘤細胞的能力受到抑制，但并不影響對表面MHC I陰性細胞的溶解。

MSCs抑制DC細胞的機制較為復雜。可溶性因子PGE2和TGF-β被認為是最重要的，但細胞間的直接接觸亦發揮一定作用[25]。最近，Spaggiari等[27]研究發現，IDO的作用亦相當關鍵，其可以下調NK細胞表面激動受體的表達，如NKp30、NKp44和NKG2D，從而抑制NK細胞的增殖、細胞因子分泌和細胞毒性。

長期以來，MSCs被認為具有免疫豁免的特性，不被新分離的NK細胞所溶解[24]。但最近有研究顯示，激活的NK細胞能有效溶解非自體來源的MSCs[28]。盡管MSCs表面表達MHC I，從而躲避NK細胞，但激活的NK細胞能識別MSCs表面的其他配體，最終溶解MSCs[28]。當用IFN-γ誘導MSCs后，細胞表面MHC I表達升高，NK細胞介導對MSCs溶解作用下降[28]。

（四）MSCs與 B 細胞

MSCs能抑制由IL-4[29]或有絲分裂原[30]誘導的B細胞增殖。在對系統性紅斑狼瘡動物模型BXSB小鼠的研究中發現，同種異體MSCs除抑制B細胞增殖外，還可以抑制B細胞的活化以及IgG抗體的分泌[31]。這與用人MSCs的實驗結果是一致的[32]。Krampera等[26]的研究顯示，在IFN-γ環境下，MSCs僅抑制B細胞的增殖，這可能與IFN-γ刺激MSCs產生IDO有關。目前，多數學者認為，MSCs分泌的可溶性因子在MSCs抑制B細胞的過程中起主要作用[32]。

三、研究結果之間存在差異的原因

目前，盡管已經對MSCs的免疫原性、免疫抑制作用及其相關的作用機理做了大量的研究，但是不同實驗室所得到的研究結果之間有一致的地方，也有不一致的方面，甚至有些結果截然相反。這可能與不同實驗室之間實驗條件存在差異等很多因素有關，但MSCs的異質性問題顯然不容忽視。

因為MSCs表面缺乏特異標志物，最終分離得到的MSCs是一個異質的細胞群，缺乏均一性[2,33]。對此，國際細胞治療協會于2006年提出3個最低標準[34]：(1)必須是貼壁的細胞；(2)表面CD105、CD73和CD90陽性，而CD45、CD34、CD14和CD11b必須為陰性；(3)在體外必須具備向成骨細胞、軟骨細胞和脂肪細胞分化的能力。以上標準對MSCs的統一起到積極作用，但是研究發現滿足以上條件的MSCs仍然無法達到均一化的要求，提示需要參考更多的表面標志。

另外，不同實驗室采用的培養和分離方法不盡相同，導致最終各自使用的MSCs存在差異，這勢必會造成不同研究的結果之間產生分歧，影響相互間的比較。如何純化和統一MSCs至今是個難題，有待進一步研究。

四、安全問題

盡管已有一些臨床研究對移植MSCs后的患者進行了長期的觀察，未發現明顯的副作用，但是MSCs移植入體內后的安全性問題至今仍是爭論的焦點，如異位組織生成和細胞惡變成瘤等，其本質是對MSCs的最后轉歸缺乏認識。

另外，隨著對MSCs免疫學特性研究的深入，學者們勢必會考慮MSCs對宿主免疫系統抑制后帶來的感染問題，包括細菌、病毒和真菌感染。有人認為，因MSCs具有向損傷部位聚集的特性，故推測MSCs的免疫抑制作用有可能是區域性的。但最近一項動物實驗顯示，無論是局部還是全身移植MSCs均會對宿主的整個抗腫瘤免疫系統產生抑制，有助于植入宿主體內的腫瘤細胞形成腫瘤[18]。

五、展望

如上所述，雖然MSCs具備的低免疫原性和免疫抑制特性，為治療器官移植后的免疫排斥反應和自身免疫性疾病帶來了希望，提供了一種新的治療手段。但是，我們尚未對MSCs完全認識，仍然存在很多問題有待解決：如何進一步純化MSCs？MSCs的免疫原性究竟如何？體內移植非自體MSCs時，是否有必要使用免疫抑制劑？MSCs發揮免疫抑制作用的確切機制是什么？移植非自體MSCs是否會誘發感染和腫瘤形成等。相信隨著研究的不斷深入，我們對MSCs的理解和應用會更加深刻和合理。

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