髓源性抑制細胞在母胎界面的免疫調節作用

黃丹,崔樹娜，2

(1.揚州大學醫學院 中西醫結合學系，揚州 225009；2.揚州大學附屬醫院 婦產科，揚州 225009)

妊娠是母體免疫系統平穩耐受半同種異體胎兒組織的一種生理狀態，母胎界面的幾種免疫機制協同作用以保護胎兒免受排斥反應。在妊娠的不同階段，子宮內免疫細胞的百分比和功能會發生動態變化。正常妊娠過程中，滋養層細胞和蛻膜免疫細胞之間需要動態的相互作用，為胚胎的成功植入和胎兒的正常發育提供合適的環境。蛻膜組織中最重要的免疫細胞包括子宮自然殺傷(uterine nature killer， uNK)細胞、不同的T細胞亞群、DC、巨噬細胞、ILC和髓源性抑制細胞(myeloid-derived suppressor cell， MDSC)等。妊娠時，免疫細胞調節免疫反應，有利于維持成功妊娠所需的抑炎狀態[1-4]。此外，一些免疫和非免疫細胞分泌的性激素和細胞因子等體液因子在免疫耐受和妊娠維持方面也起著不可忽視的作用[5]。深入了解胎兒和母體組織中免疫耐受的過程以及正常妊娠期間免疫細胞百分比的變化，有助于更好地了解不孕、流產、先兆子癇等妊娠相關并發癥的病理生理學特性，同時為改善圍產期不良結局打下一定基礎。

1 MDSC的基本特征

1.1 起源、分化和活化MDSC的免疫抑制特性最早是在1987年由Young等[6]發現的，他們描述了肺癌模型中一部分骨髓來源的細胞具有抑制T細胞增殖的能力[6]。后來的研究表明，MDSC是由未成熟的粒細胞和單核細胞前體細胞組成的異質性細胞群。體外或體內生成有活性的MDSC需要2個主要條件：(1)骨髓造血率高，通過抑制髓樣細胞向成熟髓樣細胞分化，髓系細胞保持未成熟狀態。TGF-β、IL-1、IL-6、IL-10、IL-12、IL-13、GM-CSF、前列腺素E2(prostaglandin E2， PGE2)、巨噬細胞集落刺激因子(macrophage colony-stimulating factor， M-CSF)、環氧合酶2(cyclooxygenase 2， COX2)和VEGF等因子是誘導MDSC聚集和激活的重要因素[7-10]。上述因素主要通過JAK/STAT信號通路和信號轉導與轉錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3， STAT3)促進骨髓生成，使髓系細胞處于未成熟狀態，導致MDSC的增殖。在既往研究中STAT3似乎是最關鍵的轉錄因子，但最近的研究已經引入轉錄因子STAT5、C/EBPβ、干擾素調節因子8(interferon regulatory factor 8， IRF8)和Notch這些在MDSC增殖過程中扮演重要角色的因子[10-11]。(2)激活MDSC所必需的相關因子譬如IFN-γ、TGF-β、IL-1β、TNF-α、COX2、缺氧誘導因子1α(hypoxia-inducible factor 1α， HIF-1α) 等和蛋白質分子TLR配體等模式識別受體(pattern recognition receptor， PRR)配體所提供的適宜微環境。這些因子通過STAT6、STAT1和NF-κB等途徑傳遞信號以激活MDSC[12-13]。

1.2 表型目前MDSC仍缺乏特異性表面標志。小鼠MDSC已有2個主要的表面標志即Gr-1和CD11b，對識別一般群體的MDSC十分有效。然而，由于存在不同的亞群，如多形核髓系來源的抑制細胞(polymorphonuclear MDSC， PMN-MDSC)(CD11b+Ly6G+Ly6Clow)、單核樣髓系來源抑制細胞(monocytic MDSC， mMDSC)(CD11b+Ly6G-Ly6Chigh)等，這些表面標志似乎不足以對所有MDSC進行分類[14-15]。人類CD15+細胞中有一小部分不表達CD11b，故用CD33代替CD11b作為髓系標志物。人M-MDSC也可歸類為CD33+細胞，而PMN-MDSC為CD33dim[16-17]。

1.3 免疫抑制機制PMN-MDSC和M-MDSC均可通過多種機制抑制免疫應答。MDSC分泌的某些抑制性介質可用于區分其與成熟單核細胞及中性粒細胞。大多數研究認為，MDSC發揮免疫抑制作用的最主要因素是精氨酸酶1(arginase 1， Arg1)、吲哚胺-2，3-雙加氧酶(indoleamine-2，3-dioxygenase， IDO)、一氧化氮、活性氧類(reactive oxygen species， ROS)和前列腺素E2(prostaglandin E2， PGE2)。IDO和Arg1通過消耗必需氨基酸譬如精氨酸和色氨酸等造成饑餓微環境，缺乏必需營養物質會導致T細胞功能受抑，甚至耗竭[18-20]。ROS與一氧化氮相互作用促進過氧亞硝酸鹽(peroxynitrite， PNT)的產生，PNT導致CD8+T細胞受體的硝化，這一過程干擾了TCR-MHC的相互作用，并誘導T細胞發生失能，即使在同源抗原存在的情況下也是如此。亦有少數研究認為，MDSC的免疫抑制機制是通過不同途徑誘導Treg形成的，如細胞與細胞接觸或通過分泌TGF-β[21-22]。

2 妊娠中的MDSC

從免疫學角度來看，妊娠是一種矛盾的狀態，需要在炎癥反應和抑炎反應之間取得平衡才能保證正常妊娠狀態的維持。在妊娠早期，可控的炎癥反應是受精卵植入和胎盤形成所必需；妊娠中期，調節反應開始成為主要的免疫學事件；妊娠晚期，炎癥反應則在支持分娩方面發揮主導作用[23]。因此，建立可持續的母胎免疫耐受至關重要。不同類型的免疫系統效應細胞[如uNK細胞、不成熟樹突狀細胞(immature dendritic cell， iDC)、巨噬細胞、Treg和Th2等]在誘導耐受中起重要作用[24]。在小鼠蛻膜組織中，MDSC是僅次于uNK細胞的第二大類免疫細胞，特別是在妊娠中期。圍繞人類和小鼠妊娠模型的幾項研究表明，在妊娠的所有階段，MDSC的百分比均增加[25-26]。對人類的早期研究表明，健康孕婦外周血中PMN-MDSC的百分比在孕期各階段均較未孕婦女升高，M-MDSC的百分比保持不變。此外，有研究表明，M-MDSC的數量與孕期血清雌激素和孕酮水平呈正相關。同時表明，給予17b-雌二醇可誘導STAT3表達上調，并通過這一信號通路促進MDSC的增殖，抑制效應通路激活。因此，雌激素水平在早期妊娠維持中有不可替代的作用[27]。與上述研究相一致的是，PMN-MDSC在妊娠小鼠的幾個免疫器官和蛻膜組織中均有明顯的增殖。PMN-MDSC的百分比和抑制功能調控被認為主要是通過孕酮和STAT3信號通路實現的。有證據表明，孕激素受體的激活導致MDSC中STAT3蛋白的高表達，進而導致MDSC在懷孕期間的增殖[28]。 妊娠早期孕激素不足將無法誘導MDSC聚集，導致機體穩態失衡，可能會造成流產。

除了雌激素和孕激素，還有其他因素參與調控MDSC的增殖與分化。HLA-G是一種由母胎界面的幾類細胞表達和分泌的抗原，也是蛻膜組織中MDSC招募的關鍵分子?？扇苄訦LA-G與其同源受體免疫球蛋白樣轉錄本4(immunoglobulin-like transcript 4， ILT-4)結合，通過STAT3信號通路誘導PBMC向MDSC的分化和增殖，類似于上述中激素的作用[29-30]。缺氧和HIF-1α的表達是母胎界面誘導和招募MDSC的另幾個影響因素。最近的一項研究表明，HIF-1α缺陷的MDSC表現出免疫抑制功能受損，更容易發生凋亡[31]。此外，滋養層細胞也是MDSC擴增的有效參與者。體外研究證明，滋養層細胞系(HTR8-SVneo)可誘導外周血CD141+單核細胞分化為CD141+HLA-DR2low、IDO1、Arg1和COX2高表達的MDSC亞群，這些骨髓單核細胞在與滋養層細胞共同培養后能表達更高水平的STAT3，是滋養層細胞誘導MDSC擴增的潛在機制[32]。

雖然MDSC在蛻膜和母胎界面的確切定位還有待進一步研究，但已有證據表明，這些細胞主要分布于胎盤的絨毛間隙[33]。這些發現表明，MDSC，特別是PMN-MDSC，于妊娠期間出現在母胎界面，甚至外周血中，激活STAT3和選擇性CXC趨化因子受體2(selective CXC chemokine receptor 2， CXCR2)，它們是促進MDSC在母胎界面分化和聚集的主要因素。MDSC在妊娠期間聚集和增殖的主要步驟如下(圖1)。

圖1 MDSC在妊娠過程中的增殖

除研究MDSC在妊娠動物模型和人群中的招募和擴增機制外，許多學者還試圖闡明它們在妊娠期間潛在的免疫抑制作用。在妊娠人群中，最早的對母胎界面MDSC的研究已經涉及蛻膜CD33+HLA-DR-和CD33+HLA-DR+/-細胞，這2種亞型都能抑制T細胞的增殖，因此，它們在功能上可以被描述為MDSC[34]。兩者均能夠產生高水平的精氨酸、誘導型一氧化氮合酶和胰島素樣生長因子，以及典型的抗抑炎細胞因子如IL-10和TGF-β等。在小鼠模型中，MDSC在妊娠期間的潛在作用已經通過耗竭MDSC得到證實，在這種情況下，DC和T細胞表現出較強的增殖能力。此外，MDSC耗竭時uNK細胞和巨噬細胞在維持成功妊娠方面顯示出缺陷。這些數據表明，MDSC在母胎免疫耐受中的關鍵作用不僅是通過抑制DC和T細胞的增殖，還通過支持uNK細胞和靜息巨噬細胞的功能發揮作用[35]。研究表明，妊娠相關MDSC通過分泌TGF-β和激活TGF-β/β連環蛋白(β-catenin)信號通路誘導Foxp3+Treg增殖，Treg數量的增加可以引起正反饋循環方式下的MDSC百分比增高[36]。此外，MDSC還能通過細胞間相互作用誘導T細胞向抑炎亞型Th2轉變。MDSC支持母胎免疫耐受的另一個途徑是通過減少初始T細胞表面的L選擇素表達實現的。L選擇素的表達抑制了初始T細胞向淋巴結的運輸，但這種效應的確切分子機制尚不明確[37]。MDSC的促血管生成作用在胎盤形成過程中也是非常重要的，因為胎盤形成過程密切依賴于血管生成，與腫瘤的侵襲過程有一定相似之處[38]。此外，在某些情況下，MDSC有更高的抑制性免疫檢查點的表達，它們在母胎交界處的大量存在可能是母體保持對胎兒耐受的另一重要潛在機制[39-40]。雖然上文已經列出了MDSC在母胎界面的幾種潛在機制，但其在妊娠期間可能還有其他機制，要全面了解MDSC在妊娠中的功能還需要大量的研究。MDSC在妊娠期間的功能和作用如下(圖2)。

3 MDSC在妊娠相關并發癥中的作用

如上，MDSC在妊娠期發揮著中重要的作用，它們的缺失或功能失調可能會導致妊娠期并發癥的發生。有研究調查了罹患妊娠相關并發癥婦女或相關疾病小鼠模型中MDSC的百分比，發現流產婦女外周血和蛻膜組織中MDSC的百分比明顯降低，且功能可能存在缺陷，其抑制T細胞反應的能力降低[26]。最近的一項研究表明，在早期流產婦女中，雌二醇和孕酮水平的降低會導致MDSC數量減少，從而引起Th1/Th2平衡改變，調節雌二醇、孕酮與MDSC的串擾和平衡Th1/Th2細胞因子是成功妊娠的先決條件[41]。在妊娠相關的炎癥性并發癥先兆子癇(preeclampsia， PE)中，PMN-MDSC的誘導似乎受到抑制，PE患者血清中作為PMN-MDSC重要效應分子的Arg1水平明顯低于健康孕婦[42]。即使在不孕婦女中，MDSC的百分比也是預測治療結果的重要因素。例如，接受體外受精的婦女成功受孕的機會在其外周血中MDSC數量較多的情況下顯著增加[43]。有研究表明，MDSC的耗竭可以導致蛻膜NK細胞的細胞毒性增加，而正常妊娠的一個主要特征是母胎界面上少量的細胞毒性NK細胞和大量的不具有細胞毒性的NK細胞[44]。

注：iNOS為誘導型NOS(inducible NOS)。圖2 MDSC在妊娠期間的功能和作用

然而，在某些情況下，MDSC可能會起到雙刃劍的作用。例如，一項研究證明，MDSC的數量增加可能會對患有腫瘤的孕婦造成嚴重影響。在孕鼠體內聚集的MDSC抑制了NK細胞的活性，并促進了孕鼠體內的腫瘤轉移[45]。妊娠誘導的MDSC對乳腺癌轉移的影響也已經在小鼠模型中顯示出來。最近的一項研究提出，受卵巢癌和乳腺癌影響的患者在懷孕期間的高雌激素水平可能通過誘導MDSC加速腫瘤進展[46]。

4 胎兒和新生兒的MDSC

在新生兒期，免疫系統經歷劇烈的變化以適應出生后的環境。免疫抑制狀態需要轉變為平衡狀態，以建立對細菌、病毒和真菌等病原體的積極防御。這一過渡過程需要一段時間[47]，在此期間，調節性免疫機制在免疫反應中發揮核心作用。一般說來，Th2的細胞因子譜是這一時期免疫應答的主要參與者，通過降低和控制CD8+T細胞反應調節免疫平衡，Treg聚集和iDC高表達是新生兒免疫系統的重要特征[48-53]。MDSC存在于臍帶血甚至新生兒外周血中，可能是胎兒和新生兒免疫抑制狀態的重要原因之一。新生兒臍血中MDSC的百分比高于成人甚至兒童。臍帶血PMN-MDSC在功能上能夠抑制T細胞增殖，同時也減少Th1和Th17細胞因子的產生。這些MDSC還可通過細胞-細胞接觸的方式抑制細胞毒性NK細胞[54]。如前所述，基于Th2的免疫反應在新生兒中占主導地位，臍帶血來源的MDSC在抑制Th1應答和誘導Th2及Treg方面潛力巨大。MDSC通過細胞間接觸、Arg-1和ROS介導Th2誘導，這些MDSC誘導的Treg是通過iNOS及其產物介導的[55]。

然而，MDSC的聚集在新生兒中是有益的保護作用機制，還是可能導致感染尚不明確。一方面，有研究表明，在新生兒中，MDSC在遇到感染原時調節免疫系統并保護新生兒免受無法控制的炎癥反應等[56]；另一方面，一項研究報告了早產兒臍帶和外周血中MDSC數量較多，在這些嬰兒中，MDSC一直保持高水平直到出生后28 d，因此，MDSC被認為是導致早產兒比足月新生兒感染風險更高的潛在原因之一[57]。

5 結語

MDSC的擴增不僅表現在母胎界面，亦可表現在孕婦的外周血或其他免疫器官中。在妊娠狀態下，MDSC對于維持母胎免疫耐受至關重要。一般說來，MDSC使免疫反應偏向于Th2并介導抑制性免疫反應，能夠在母胎界面誘導Treg，還能通過產生IDO、Arg1、ROS和NO等因子直接抑制免疫應答。然而，MDSC的其他潛在機制如增加免疫檢查點的表達等還有待進一步研究。由于TGF-β和血管生成因子等的產生，MDSC除了具有免疫抑制特性外，還可能參與胎盤形成和胎兒生長，即使在出生后，MDSC的益處仍在發揮。另一方面，MDSC數量的增加對于腫瘤患者等來說，妊娠可能增加其病情。對MDSC的更進一步研究將有助于研究者對妊娠生理和病理機制的深入了解，幫助找尋免疫治療的有效靶點，未來可能通過調節不同背景下的MDSC功能以治療免疫相關的異常妊娠及相關并發癥等。