揭秘干细胞四大功能:(三)免疫调节

揭秘干细胞四大功能:(三)免疫调节

 

 

“红、肿、热、痛”,是机体对于外界刺激的一种防御结果,称为“炎”。

 

假如我们的皮肤破皮了,伤口感染了细菌,免疫的第一道防线(皮肤)宣告失守,就会造成发炎。适当的“发炎”,释放信号,吸引大量免疫细胞前来作战,发挥免疫的第二道(先天免疫)、第三道(获得性免疫)防线功能。

 

因此,“发炎”是有益的,发炎是一种信号,促进了我们免疫系统高效工作。

 

 

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△ 皮肤炎症图

 

然而,事情总有两面性,免疫系统是把“双刃剑”,我们虽然不希望它弱但也不会希望它太强我们喜欢的是“平衡”。

 

就比如这次的新冠肺炎疫情,那些危重症患者常见的临床症状急性呼吸窘迫综合征(ARDS)就是“炎症风暴”的典型代表,就是免疫过强而导致的免疫系统“失衡”状态。

 

干细胞利用其旁分泌效应,可以通过分泌一些炎症相关因子,抑制免疫过激反应(over-reactive immunity)

 

这看上去像是中国儒家的传统思想——“中庸之道”。

 

01

免疫是把“双刃剑”

 

大部分人普遍有一个“共识”,我们会生病,是因为我们的免疫力低下了,所以才会感染了病毒、细菌。此话只对了一半,免疫力低,的确会让我们更容易感染病原微生物,但因为“免疫力低”导致的疾病,其实只占我们生病的小部分,而大部分疾病恰恰是因为,我们的“免疫力”太强了导致的。

 

免疫力太强,导致免疫细胞杀红了眼,一时分辨不出“自己”和“异己”,疯狂地攻击发炎部位周边的细胞、组织、器官,激烈的战斗会引起免疫过激反应,造成对自身的损害。 

 

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△ 免疫过激反应引发的“细胞因子风暴”

 

因此,我们将免疫系统形容是一把双刃剑。

 

它既能保护你的身体,也可能伤害到你的身体。

 

春天出门看见花就打喷嚏,起床抖一抖被子也会打喷嚏,这些都是我们熟知的免疫过激反应,即过敏。一颗小小的花粉,一个小小的螨虫,吸到鼻子里而已,我们的免疫细胞就如临大敌,小题大做,开启猛烈的免疫过激反应,造成疾病。

 

从这里可以看出,免疫系统的稳定对于机体的健康十分重要。而间充质干细胞临床最早应用的,就是它的3大作用之一,免疫调节,抑制过激免疫反应。

 

02

免疫平衡靠调节

 

何谓调节?

 

免疫太弱时刺激免疫系统,免疫过激时抑制免疫系统,动态平衡免疫力,就是免疫调节的过程。 

 

间充质干细胞(MSC)隶属于干细胞中的多能干细胞,分化能力介于全能和单能干细胞之间,是干细胞家族中研究得最广泛,应用最广泛的干细胞。 

 

间充质干细胞不表达或者仅表达可忽略的主要组织相容性复合体(MHC-I,MHC-II)、Fas配体和T细胞共刺激分子B7-1、B7-2、CD40、CD40L等[1],因此MSC不容易被宿主T细胞识别,可以逃避同种异基因反应细胞的识别,具有较低的免疫原性。可以认为,间充质干细胞是天生的免疫豁免细胞,这是其免疫调节的大前提。

 

 

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△ 干细胞的免疫调节作用

 

无论是体内(in vivo)还是体外(in vitro)实验,都证明了间充质干细胞具有免疫调节抑制免疫过激的作用。

 

在体外混合淋巴细胞培养实验中,间充质干细胞可以抑制同种异基因抗原、分裂素如植物凝血素(PNA)、刀豆球蛋白A(ConA)、结核菌素以及CD3和CD28抗体活化的T细胞诱导的淋巴细胞增殖[2]。且抑制作用随着间充质干细胞浓度的增加而升高,如果没有细胞周期蛋白(cyclinD)的活化,T细胞将始终维持在G0期,不会活化。

 

 

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△ 骨髓间充质干细胞诱导活化T细胞的分裂停滞

 

这些实验发现,间充质干细胞的培养上清对T细胞的活化没有抑制作用,但却对B细胞的活化有明显的抑制作用。存在或缺乏间充质干细胞的不同条件下,用抗CD40和IL-4刺激B细胞,进一步证实了间充质干细胞对B细胞活化的抑制作用[3] 

 

在体内,静脉注射狒狒骨髓来源的间充质干细胞,发现可以延长同种异基因的皮肤移植物存活时间,且单次剂量的间充质干细胞静脉注射获得的抑制强度与目前临床上使用的有效的免疫抑制剂药物作用效果相似[4]说明间充质干细胞可以替代免疫抑制剂类药物,发挥临床免疫调节的功能。

 

进一步探索间充质干细胞免疫调节的具体机制,我们发现需要从免疫系统本身入手,即先天免疫和获得性免疫。间充质干细胞正是采用双管齐下的方式,调节平衡。

 

03

间充质干细胞免疫调节的机制

 

间充质干细胞之所以能够在体内体外实验中均达到免疫调节的作用,抑制免疫过激反应,主要是因为间充质干细胞对先天免疫获得性免疫均有一定的免疫调节机制。  

 

 

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△ 干细胞调控免疫系统示意图

 

自然杀伤细胞(NK、巨噬细胞和细胞毒性T细胞是清除病原微生物的重要细胞,前两者属于先天免疫,无差别攻击微生物,后者属于获得性免疫,通过识别异物表面的HLA分子达到清除的目的。

 

间充质干细胞可以通过细胞与细胞间的直接接触,以及分泌效应分泌生物活性因子,如生长因子、细胞因子和趋化因子等行使其免疫调节作用。比如MSC与巨噬细胞相互作用后,上调巨噬细胞中与吞噬功能相关的分子表达,如清道夫受体等,使得巨噬细胞对微生物的吞噬能力增强,减少入侵的微生物对免疫细胞的进一步刺激。MSC还可以通过分泌TGF-b和PEG-2,来抑制IL-2刺激的NK细胞的增殖。 

 

对于T细胞的过度活化,研究发现,间充质干细胞一方面可以抑制PBMC(外周血单核细胞)形成抗原递呈细胞——树突状细胞(DC),从而抑制淋巴细胞增殖,导致了效应T细胞的衰减。而另一方面,间充质干细胞可以直接通过调控T细胞的活化亚群含量,CD4+CD25+、CD4+ctla4+和CD4+CD25+CTLA4+,而抑制T细胞的过度活化[5]

 

 

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△ 人间充质干细胞与参与同种抗原特异性免疫反应的细胞的相互作用促进了表达调节/抑制表型的CD4 + T细胞亚群的分化

 

免疫系统本身是具有一定的调节能力的,主要依赖T helper细胞,如Treg,Th17等,而间充质干细胞能够影响这类细胞而达到改善免疫系统调节能力的目的。 

 

比如MSC可以上调Treg细胞来抑制促炎症因子IFN-g的释放,上调Th2来促进抗炎因子IL-4的释放。 

 

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