間充質干細胞治療實驗性自身免疫性腦脊髓膜炎的研究進展

項正兵+曾紅+屈新輝+吳曉牧

[摘要] 間充質干細胞（MSCs）是一類具有分化為脂肪細胞、骨及軟骨細胞等間充質細胞系的成體干細胞。在一定條件下MSCs可以跨譜系障礙分化為神經及神經膠質細胞。MSCs具有免疫調節、抗增殖、抗炎、抗凋亡及抗氧化的特性，此外，MSCs有神經保護和分泌神經營養因子的功能。大量研究證明MSCs移植治療實驗性自身免疫性腦脊髓炎（EAE）是有效的，具有可觀的前景。本文對有關MSCs治療EAE的具體機制的研究進展進行綜述。

[關鍵詞 間充質干細胞；多發性硬化；免疫調節；神經保護；神經營養

[中圖分類號] R744.51 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2017）02（c）-0049-04

多發性硬化（multiple sclerosis，MS）是一種中樞神經系統的炎性脫髓鞘病，病因不明，實驗性自身免疫性腦脊髓炎（experimental autoimmune encephalomy？鄄elitis，EAE）是研究MS的經典動物模型。目前普遍認為MS/EAE是一種由致病性T淋巴細胞（尤其是Th1細胞）所介導的自身免疫性疾病，其遺傳易感性、環境因素，以及機體自身的免疫狀態與MS/EAE的發生有一定相關性[1]。

間充質干細胞（Mesenchymal Stem Cells，MSCs）具有調節免疫、抗炎、抗凋亡及神經保護和神經營養作用，在某些實驗中還發現其具有分化為神經元和膠質細胞的潛能[2].本文對有關MSCs治療MS/EAE的免疫調節，神經保護，神經營養等機制的最新研究進展進行綜述。

1 MSCs的免疫調節機制及抗炎機制

目前已知MS發病機制的重要因素是自身免疫及炎癥浸潤。MSCs是一類中胚層細胞譜系，具有多向分化能力和低免疫原性，且其有調節固有和適應性免疫的作用，表達主要組織相容性復合體（major histocompatibility complex，MHC）Ⅰ類分子，不表達MHCⅡ類分子，低表達B7-1（CD80）、B7-2（CD86）、CD40、CD40L等共刺激分子。

1.1 T淋巴細胞

1.1.1 抑制活動性T細胞 MS是CD4+Th1細胞和Th17細胞調節為主的自身免疫病，MSCs在多水平對T細胞起免疫調節作用。MSCs可減少細胞表面的CD3、CD4和CD28的表達，限制抗原提呈細胞（antigen-presenting cells，APCs）的活化[3]，通過抑制腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和γ干擾素（interferon-γ，IFN-γ）等促炎因子的產生從而抑制CD4+Th1細胞，抑制CD8+細胞，誘導其凋亡，以及上調表達白介素-10（Interleukin-10，IL-10）、白介素-4（Interleukin-4，IL-4）等有Th2釋放的細胞因子，發揮抗炎效應[4]。Zepp等[5]發現，EAE動物模型的外周血細胞中，Th1/Th17炎癥細胞因子IFN-γ、IL-17、IL-2、IL-12p70和TNF-α水平均明顯升高，而抗炎Th2細胞因子IL-4和IL-5的水平顯著下降。另有研究發現，Th17在EAE的致病過程中作用顯著，而MSCs能通過分泌IL-27抑制IL-17和Th17的產生[6]。總之，MSCs可有效地抑制活化T細胞，減輕炎性反應。

1.1.2 激活調節性T細胞（Tregs） MSCs可能激活Tregs細胞，在Th1和Th17分化的早期階段誘導CD4+CD25+ Foxp3+Tregs生成，從而減少Th1和Th17細胞表達，而在Th1和Th17成熟階段不會誘導Tregs生成[7]。MSCs可刺激兩類更加重要的誘導性調節性T細胞（iTregs）：Tr1和Th3增殖，同時通過分泌IL-10因子和轉化生長因子-β（transforming growth factor，TGF-β）和上調程序性死亡1（programme death 1，PD-1）受體和其配體B7-H1，從而增加Treg細胞的免疫抑制作用。若阻斷PD-1/B7-H1通路可以加速EAE發病過程，故MSCs與Treg細胞共同培養比起單獨使用MSCs更具免疫抑制效果[8]。

一些可溶性免疫抑制因子參與MSCs介導的免疫調節，包括誘導型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOs）[9]、吲哚胺2，3 - 雙加氧酶（Indole-2，3 - Dioxygenase，IDO）[10、11]、TGF-β、肝細胞生長因子（hepatocyte growth factor，HGF）、PGE2[11]、IL-10、IL-6、血紅素加氧酶-1（heme oxygenase-1，HO-1）、可溶性HLA-G5[12]和TNF-α刺激基因-6（tumor necrosis factor alpha stimulated gene-6，TSG-6）[13]，其中iNOs可以單一的調解MSCs介導的免疫抑制。IDO為免疫調節提供重要的微環境，通過降解局部組織中的色氨酸、抑制宿主同種異體T細胞增殖而發揮免疫調節作用，誘導骨髓間充質干細胞（BMSCs）向神經元骨髓間充質干細胞（nBMSC）分化。MSCs可分泌高濃度的PGE2從而高表達相關性的IDO，有學者認為BMSC對EAE的免疫調節作用取決于PGE2的分泌[14]。此外，膜結合HLA-G蛋白可抑制NK細胞，溶解T細胞，并抑制異體物增殖CD4 T淋巴細胞以及誘導增加Th2細胞因子[12]。

1.2 B淋巴細胞

長期以來，B細胞及其抗體對MS的影響一直被忽略，而在MOG誘導的EAE模型中B細胞是啟動T細胞應答關鍵的APCs，B細胞依靠B細胞抗原受體（B cell antigen receptor，BCR）發揮抗原呈遞作用，T-B細胞通過識別同一自身抗原而發揮協調作用，BMSCs抑制B細胞增殖、分化和趨化因子活化。學者發現[15]hMSCs與B細胞共同培養時，HLA-DR、CD80、CD86、或CD40的表達無顯著下調，提示此時B細胞的APCs功能仍在發揮作用，hMSCs沒有顯著抑制B細胞的TNFα、IFN-γ，MSCs調節B細胞不是簡單的抑制其增殖。MSCs調節B細胞增殖是使細胞滯留于G0/G1期，而不是經過誘導細胞凋亡使其增殖受限。有研究在Transwell實驗在外周淋巴器中發現B細胞抑制的主要機制是MSCs產生可溶性因子，免疫球蛋白IgM、IgG和IgA的生成明顯減少[16]，同時B細胞表面趨化因子受體（如趨化因子CXCLl2/CXCLl3的受體CXCR4、CXCR5及CCR7）的表達顯著下調[12]。MSCs在抑制B細胞增殖的同時T細胞也被抑制。最近研究發現MSCs可以分化為兩個不同的群體，MSC1和MSC2，以活化不同的Toll樣受體（Toll-Like Receptors，TLR）。TLR4-促進MSC1表達促炎因子，使B細胞活化生長因子（B cell growth factor activation，BAFF）表達上調，而TLR3 -促進MSC2表達抗炎因子[15]。總之，MSCs調節B細胞也是在多個水平進行，包括抗增殖和分化，抗體生成細胞和趨化因子的調節。

1.3 固有免疫細胞

固有免疫細胞主要有NK細胞、單核巨噬細胞和樹突狀細胞（dendritic cells ，DCs）。NK細胞是執行固有免疫及免疫監視作用的效應細胞。巨噬細胞是機體重要的免疫效應細胞，巨噬細胞活化既可發揮促炎作用，也可發揮抗炎作用。固有免疫應答啟動適應性免疫應答，其中DCs是一組專業的APCs，調節適應性免疫反應。干細胞可以通過轉換細胞因子類型從而生成幼稚的DCs，使促炎TH1向抗炎Th2轉換[17]。MSCs具有抗炎作用，可抑制髓系樹突狀細胞產生TNF-α，促進漿細胞樣樹突狀細胞產生IL-10[18]。脂肪起源的MSCs抑制DCs表型（CD11+DCs）成熟和細胞因子產生，促使髓鞘DCs免疫耐受從而誘導T細胞無能。Tregs還可以通過引流的淋巴結以細胞-細胞接觸和分泌可溶性因子的方式，抑制固有免疫（DC和NK細胞）。MSCs還可以表達基質金屬蛋白酶9（matrix metalloproteinase-9，MMP9）來降低單核細胞和T細胞向CNS浸潤[19]。

2 MSCs的神經保護機制

MS急性活動期脫髓鞘及髓鞘再生并存，再生的髓鞘呈現短而細且形狀不規則，此時病灶內炎性反應顯著，這種再生是一種短暫的現象，而且再生的髓鞘可能是下次脫髓鞘的攻擊部位，髓鞘再生與病灶中的少突膠質前體細胞（oligodendrocyte precursor cells，OPS）密切相關。研究表明干細胞移植可以啟動內源性神經干細胞和前體細胞的激活，尤其是入植于海馬齒狀回，腦室下區，室管膜下區（SVZ）等大腦區域[20]， 但如何通過促進內源性神經修復機制和移植外源性髓鞘細胞達到髓鞘再生和神經修復功能的具體機制知之甚少。

BMSCs可通過抑制谷氨酸受體的表達和功能，以及降低谷氨酸誘導的鈣內流來保護CNS神經元免除谷氨酸的興奮毒性，更有利于增加細胞的可塑性[21]。近年的研究指出，MSCs在體內或體外均可通過抗氧化作用實現神經保護。例如hMSCs通過分泌超氧化物歧化酶-3起抗氧化神經保護的作用[22]，MSCs可減少星形膠質疤痕形成，更有利于促進髓鞘再生，修復少突膠質細胞和神經元[23]，同時MSCs具有抗凋亡作用機制減少神經凋亡。

3 MSCs的神經營養機制

MSCs除了可以增加受損神經元的可塑性，還可以通過旁分泌機制刺激神經膠質細胞分泌神經營養因子，包括腦源性神經營養因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）、神經生長因子（nerve growth factor，NGF）、血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、睫狀神經營養因子（Ciliary neurotrophic factor，CNTF）、堿性成纖維細胞生長因子-2（basic fibroblast growth factor-2，FGF-2）。Makar等[24]研究發現通過轉染BDNF基因的MSCs移植治療EAE動物模型比單純移植MSCs更具有抗炎效果、免疫調節和神經保護作用，BDNF可通過減少炎癥和細胞凋亡來改善EAE。Zhang等[25]利用BMSC轉染神經營養因子3（neurotrophin 3，NT-3）移植入EAE中發現，MBP大量表達及髓鞘廣泛再生，提示NT-3對少突膠質細胞的增殖，分化和成熟至關重要。

4 現狀與展望

綜上所述，MSCs可通過多重機制來治療MS，但MSCs治療MS的機制仍不明確，還有諸多問題有待解決，例如：干細化分化神經元和膠質細胞如何遷移至病灶中？如何起神經修復的作用？針對不同類型的干細胞種類、劑量、移植的時間途徑、移植是否需要聯合用藥？下一步應針對MSCs移植的細胞數量、移植時間和移植途徑的選擇，MSCs治療結合基因修飾、藥物修飾和MSCs的定向分化狀態選擇等方面進行研究，利于更好的了解其治療的機制，也有利于進一步了解疾病的發病機制和病因，以及新藥物的研究和開發。

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（收稿日期：2016-11-03 本文編輯：蘇 暢）