樹突狀細胞生物學特征及功能的研究進展

楊麗紅

(天津市眼科醫院,天津 300020)

樹突狀細胞(dendritic cell,DC)廣泛分布于機體所有的組織和器官中,體內的 DC主要有兩種來源,即髓源性和血源性。髓源性 DC是指由骨髓和臍血中 CD34+造血祖細胞生成的 DC;而從外周血單個核細胞來源的 DC屬于血源性的。血源性 DC在成熟的各個階段幾乎不吞噬和吞飲抗原,并且幾乎不表達髓系抗原,故以下的討論主要圍繞髓源性 DC展開。隨著近年來研究的深入,人們逐漸認識到 DC作為體內唯一能活化初始 T細胞的抗原遞呈細胞,不僅能激活免疫反應還參與機體的外周耐受,在機體免疫中起著雙向調節作用,是目前已知功能最強大的抗原遞呈細胞。在自身免疫、超敏反應、腫瘤免疫和移植免疫等生理病理過程中發揮著重要的免疫介導作用。為此,本文就樹突狀細胞生物學特征及功能的研究進展作一綜述。

1 DC的成熟化及表面標志

鑒于 DC前體細胞在不同分化階段,不同的微環境中,發揮著不同的生物學功能。Banchereau[1]將 DC的發育分為4個階段：(1)骨髓中的祖細胞;(2)與病原體相互識別前在血液、淋巴管和淋巴組織中巡邏的 DC前體,它們可分泌大量的細胞因子使炎癥局限化;(3)駐留組織的不成熟 DC,它們擁有強大的吞噬功能便于抗原的攝取;(4)成熟 DC,出現于次級淋巴器官中,高表達協同刺激分子進行抗原的提呈。未成熟 DC具有較強的內吞能力,一般認為,DC成熟過程中其吞噬能力會逐漸減弱,伴有明顯的形態學改變,如細胞表面伸出許多細而長形態不規則的樹枝樣突起,胞內囊泡結構減少,細胞器成分增加,而其抗原提呈能力逐漸增強。同時 DC表面表達分子發生改變。現一般認為它可作為 DC(尤其是LCs)較特異性的表面標志[2]。Coventry[3]等認為 CD1a還可以表達于胸腺細胞,是鑒定人外周血與骨髓中 DC的最好標記。未成熟 DC還低量表達 CD83、中等量表達 B7-1(CD80)、CD40及 ICAM-1(CD54)。而成熟 DC表達豐富的M HC-I類和 M HC-II類分子,并高水平表達多種共刺激分 子和表面分子如 CD80、CD83、B7-2(CD86)、LFA-3(CD58)、CD54、ICAM-3(CD50)及 CD40[4]。人類 DC還表達 CD44及 β1、β2整合素家族黏附分子。其中,協同刺激因子B7-1(CD80)、B7-2(CD86)通過與 T細胞膜表面的相應配體 CD28和 CTLA-4相互作用可活化 Th細胞,并使其產生IL-2、IL-6、IFN- γ、GM-CSF、TNF- α等大量細胞因子,進一步調節活化的 Th細胞 ,調節機體的細胞和體液免疫功能,結合后可以啟動 DC的成熟過程,包括 DC形態學的改變,M HC-II抗原、CD80、CD86等分子的上調,還起著促進DC IL-12分泌和激活 T細胞的作用[5];CD83屬于免疫球蛋白超家族成員,是成熟 DC所特有的膜標志分子[6～8],但CD83的功能還不很清楚 ,最近有人用攜帶阻斷 CD83mRNA轉錄物質的單皰病毒1(HSV-1)感染 DC,DC表面高表達的黏 附分 子 LFA-1、LFA-3(CD58)、ICAM-3(CD50)和 β整合素家族黏附分子可以與 T細胞表面的相應配體結合,加強 DC和 T細胞間的作用。S-100b蛋白是存在于神經系統內,還特異性表達于 LCs和 DC的胞漿和胞核上,而在單核細胞和巨噬細胞卻不表達 ,因而 S-100b被視為 LCs和 DC的特異性標志物[9]。最近,然而對腫瘤局部浸潤 DC的亞型組成進行分析發現,癌灶主要以 CD1a+DC為主,而 S-100+/CD1a-DC則主要分散在周圍的組織中。在腫瘤細胞學研究中,腫瘤浸潤型 DC(TIDC)被廣泛應用于腫瘤預后的判斷、臨床治療指導中[10]。這一理論還有待于今后的實驗加以證明。同樣的,在人類乳頭瘤病毒的臨床研究中,人們也發現,單獨用 S-100免疫染色檢測到頸皮下淋巴結 LCs的數量明顯少于用其它方法檢測到的 LCs的數量。故推測,S-100+DC和 CD1a+DC可能是 DC的兩種不同的亞型或不同成熟狀態,S-100+DC的減少并不能代表 DC整體數量的減少,可能僅是免疫處于抑制狀態的表現。

2 DC的生物學功能

2.1 抗原提呈

2.1.1 抗原的攝取

未成熟 DC具有極強的內吞能力,其內吞作用主要通過吞噬、液相吞飲和受體介導的內吞作用這3種方式來實現,其中液相吞飲功能最為強大。通過吞噬作用攝入大顆粒或微生物是未成熟 DC生理狀態下最為有利的抗原攝取形式。但由于 DC表面缺乏特異性抗原受體,以此方式進入細胞的抗原種類和數量受到限制,液相吞飲作用能彌補這一缺陷。一般認為,DC在成熟過程中,內吞能力會逐步減弱,僅部分保留受體介導的內吞作用。

2.1.2 抗原的處理與加工

在不成熟 DC內,由于 DC中的溶酶體酶系的活性受 DC自身調控抑制,因此被送入溶酶體或內吞體的抗原將長時間被保留而不被降解且保持形成 M HC-II復合物的能力。這個過程有利于 TCR配體的形成。這時的 M HC-II分子 Ii鏈胞漿區包含著一個溶酶體定位信號,使得新合成的 M HC-II分子離開高爾基體后直接定位于內吞體或溶酶體中。故 DC胞內 M HC-II的表達量雖然很高,但僅有一小部分到達細胞表面。當受到炎癥遞質如 LPS、TN F-α或 CD40L的刺激后,DC溶酶體酶譜和其中的 PH值發生明顯變化,加速了抗原性多肽的加工;同時未成熟 DC胞內抗水解酶 CystatinC的量降低,這使得剪切 Ii鏈的水解酶 CystatinS活性升高,促進 M HC-II-多肽復合物向 DC表面轉移,DC表面的 M HC-II分子水平也隨之上升。DC的成熟同時伴隨著其表面協同刺激分子的上調,DC分泌的趨化因子還能夠吸引其它成熟 DC和原始型 T細胞,使信號持續存在和放大。

2.2 DC與 T細胞的相互作用

2.2.1 DC參與 T細胞發育、分化和激活

在胸腺中,DC作為胸腺間質細胞對 T細胞在胸腺的陽性及陰性選擇起著重要作用,這些 DC通過自身細胞表面膜分子與 T細胞表達的 ICAM-1、CD-40L等相互作用,參與T細胞對自身肽的中樞耐受;外周淋巴器官的 T細胞依賴區中存在極少量為成熟 DC,可能與記憶性 T細胞的形成與維持有關。DC不同于一般的 APC,它不僅能刺激已活化的或記憶性的 T細胞,還能顯著刺激處女 T細胞的增殖,而且它觸發的是點放射狀放大反應,1個樹突細胞可以激活100～3000個 T細胞。T細胞被激活需要兩個來自胞外的信號刺激：第一信號來自抗原識別,即 TCR與 M HC分子-抗原肽復合物的特異結合;第二信號又稱協同刺激信號,由 APC表面和 T細胞表面粘附分子對的相互作用提供。在接受 DC遞呈抗原的過程中,只有雙信號同時識別,T細胞才能充分活化,激活免疫反應,當共刺激通路被阻斷后 ,盡管 T細胞仍接受 DC上的 M HC-抗原肽信號的刺激,但不會產生活化反而形成對被提呈抗原的無反應性。成熟 DC表面 M HC-II-多肽復合物表達的上調,增加了提呈的表位,加強了抗原提呈能力;高表達的多種協同刺激分子,B7-1(CD80)、B7-2(CD86)、LFA-3(CD58)、ICAM-1(CD54)、ICAM-3(CD50)及 CD40通過與 T細胞表面相應配體結合,形成CD28/B7、VLA-4/VCAM-1、LFA-1/ICAM-1和 CD2/LFA-3等分子對,提供了 T細胞激活的協同刺激信號。一項用8hr3H-DNA斷裂(JAM)實驗對 DC活化淋巴細胞的存活研究表明,未成熟 DC能誘導自身和同種異體 M HCI類分子相配的 LAK、NK、conA活化細胞、CD8+黑色素瘤特異性TIL和 T細胞克隆(M ART-1)DN A斷裂,并呈數量依賴性。在誘導活化淋巴細胞凋亡的同時,未成熟 DC仍保存對同種異體淋巴細胞轉化的能力。

2.2.2 誘導 Th的分化

Th細胞在獲得性免疫應答中起重要的調節作用。按分泌的細胞因子的不同,分為3型：Th1型主要分泌 IFN-γ、IL-12、IL-2、TN F等,誘導機體產生細胞性免疫應答;Th2型主要 分泌 IL-4、IL-5、IL-6、IL-10、IL-13,誘導 機體產生體液性免疫應答;TH0型兼有 Th1、Th2的部分特點,分泌IL-2、IL-4、IL-10、IFN-γ,是一種未受抗原刺激的 T細胞。M-DC在受到抗原、組織微環境等因素影響時完全成熟,發生極化。DC極化后,一部分分泌高水平 IL-12,另一部分分泌 IL-6,幾乎不分泌 IL-12。分泌 IL-12的 DC促進 Th1增殖分化 ,而不分泌 IL-12的 DC則促進 Th2增殖分化。以此促進 Th由 Th0向 Th1或 Th2分化。

2.2.3 T細胞對 DC的作用

活化的 T細胞在與 DC接觸后,能通過分泌 IFN-γ調節 DC分泌 IL-1 β的能力,下調 CSF-1受體,使 DC對其誘導的增殖作用不敏感,并使 DC失去粘附和吞噬能力。另外,活化的 T細胞能上調并與 DC表面的協同刺激分子 CD40、CD80等結合,強烈的促使 DC分泌主導 Th1反應的 IL-12并延長 DC的壽命。DC還參與 B細胞發育、分化和激活;DC可通過分泌多種細胞因子,如人 DC分泌的 IL-1 β、IL-1α、IL-6、IL-8、IL-10、IL-12、及多種趨化因子等 ,介導其它免疫細胞的趨化作用,參與免疫功能的調節。

總之,DC成熟與否,在形態上、功能上表現出的巨大差異是決定著 DC在免疫反應中發揮何種作用的關鍵。目前,DC在生物學各個領域的作用正逐漸被認知,如利用 DC誘導異基因受體特異性免疫耐受,可顯著延長移植物的存活時間,利用針對惡性腫瘤抗原的 DC瘤苗,可引發機體主動特異性抗腫瘤的免疫應答等研究已顯示出了 DC在生物學治療方面廣闊的臨床應用前景。然而,到目前為止,DC的許多功能尚不完全清楚,大量擴增存在困難,并且擴增后抗原遞呈功能是否發生變化等問題尚有待研究以推進下一步的臨床應用。

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