間充質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(jīng)及神經(jīng)膠質(zhì)細胞。MSCs具有免疫調(diào)節(jié)、抗增殖、抗炎、抗凋亡及抗氧化的特性，此外，MSCs有神經(jīng)保護和分泌神經(jīng)營養(yǎng)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(guān)MSCs治療EAE的具體機制的研究進展進行綜述。

[關(guān)鍵詞 間充質(zhì)干細胞；多發(fā)性硬化；免疫調(diào)節(jié)；神經(jīng)保護；神經(jīng)營養(yǎng)

[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(fā)性硬化（multiple sclerosis，MS）是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)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(jīng)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(huán)境因素，以及機體自身的免疫狀態(tài)與MS/EAE的發(fā)生有一定相關(guān)性[1]。

間充質(zhì)干細胞（Mesenchymal Stem Cells，MSCs）具有調(diào)節(jié)免疫、抗炎、抗凋亡及神經(jīng)保護和神經(jīng)營養(yǎng)作用，在某些實驗中還發(fā)現(xiàn)其具有分化為神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞的潛能[2].本文對有關(guān)MSCs治療MS/EAE的免疫調(diào)節(jié)，神經(jīng)保護，神經(jīng)營養(yǎng)等機制的最新研究進展進行綜述。

1 MSCs的免疫調(diào)節(jié)機制及抗炎機制

目前已知MS發(fā)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(diào)節(jié)固有和適應(yīng)性免疫的作用，表達主要組織相容性復(fù)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(diào)節(jié)為主的自身免疫病，MSCs在多水平對T細胞起免疫調(diào)節(jié)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(chǎn)生從而抑制CD4+Th1細胞，抑制CD8+細胞，誘導其凋亡，以及上調(diào)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(fā)揮抗炎效應(yīng)[4]。Zepp等[5]發(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)，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(chǎn)生[6]。總之，MSCs可有效地抑制活化T細胞，減輕炎性反應(yīng)。

1.1.2 激活調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)性T細胞（iTregs）：Tr1和Th3增殖，同時通過分泌IL-10因子和轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor，TGF-β）和上調(diào)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(fā)病過程，故MSCs與Treg細胞共同培養(yǎng)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(diào)節(jié)，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(diào)解MSCs介導的免疫抑制。IDO為免疫調(diào)節(jié)提供重要的微環(huán)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(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用，誘導骨髓間充質(zhì)干細胞（BMSCs）向神經(jīng)元骨髓間充質(zhì)干細胞（nBMSC）分化。MSCs可分泌高濃度的PGE2從而高表達相關(guān)性的IDO，有學者認為BMSC對EAE的免疫調(diào)節(jié)作用取決于PGE2的分泌[14]。此外，膜結(jié)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(yīng)答關(guān)鍵的APCs，B細胞依靠B細胞抗原受體（B cell antigen receptor，BCR）發(fā)揮抗原呈遞作用，T-B細胞通過識別同一自身抗原而發(fā)揮協(xié)調(diào)作用，BMSCs抑制B細胞增殖、分化和趨化因子活化。學者發(fā)現(xiàn)[15]hMSCs與B細胞共同培養(yǎng)時，HLA-DR、CD80、CD86、或CD40的表達無顯著下調(diào)，提示此時B細胞的APCs功能仍在發(fā)揮作用，hMSCs沒有顯著抑制B細胞的TNFα、IFN-γ，MSCs調(diào)節(jié)B細胞不是簡單的抑制其增殖。MSCs調(diào)節(jié)B細胞增殖是使細胞滯留于G0/G1期，而不是經(jīng)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(fā)現(xiàn)B細胞抑制的主要機制是MSCs產(chǎn)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(diào)[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(fā)現(xiàn)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(diào)，而TLR3 -促進MSC2表達抗炎因子[15]。總之，MSCs調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)。

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(zhí)行固有免疫及免疫監(jiān)視作用的效應(yīng)細胞。巨噬細胞是機體重要的免疫效應(yīng)細胞，巨噬細胞活化既可發(fā)揮促炎作用，也可發(fā)揮抗炎作用。固有免疫應(yīng)答啟動適應(yīng)性免疫應(yīng)答，其中DCs是一組專業(yè)的APCs，調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫反應(yīng)。干細胞可以通過轉(zhuǎn)換細胞因子類型從而生成幼稚的DCs，使促炎TH1向抗炎Th2轉(zhuǎn)換[17]。MSCs具有抗炎作用，可抑制髓系樹突狀細胞產(chǎn)生TNF-α，促進漿細胞樣樹突狀細胞產(chǎn)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(chǎn)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(jié)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(zhì)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(jīng)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(xiàn)短而細且形狀不規(guī)則，此時病灶內(nèi)炎性反應(yīng)顯著，這種再生是一種短暫的現(xiàn)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(zhì)前體細胞（oligodendrocyte precursor cells，OPS）密切相關(guān)。研究表明干細胞移植可以啟動內(nèi)源性神經(jīng)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(qū)，室管膜下區(qū)（SVZ）等大腦區(qū)域[20]， 但如何通過促進內(nèi)源性神經(jīng)修復(fù)機制和移植外源性髓鞘細胞達到髓鞘再生和神經(jīng)修復(fù)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(nèi)流來保護CNS神經(jīng)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(nèi)或體外均可通過抗氧化作用實現(xiàn)神經(jīng)保護。例如hMSCs通過分泌超氧化物歧化酶-3起抗氧化神經(jīng)保護的作用[22]，MSCs可減少星形膠質(zhì)疤痕形成，更有利于促進髓鞘再生，修復(fù)少突膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元[23]，同時MSCs具有抗凋亡作用機制減少神經(jīng)凋亡。

3 MSCs的神經(jīng)營養(yǎng)機制

MSCs除了可以增加受損神經(jīng)元的可塑性，還可以通過旁分泌機制刺激神經(jīng)膠質(zhì)細胞分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子，包括腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）、神經(jīng)生長因子（nerve growth factor，NGF）、血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子（Ciliary neurotrophic factor，CNTF）、堿性成纖維細胞生長因子-2（basic fibroblast growth factor-2，F(xiàn)GF-2）。Makar等[24]研究發(fā)現(xiàn)通過轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)和神經(jīng)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(zhuǎn)染神經(jīng)營養(yǎng)因子3（neurotrophin 3，NT-3）移植入EAE中發(fā)現(xiàn)，MBP大量表達及髓鞘廣泛再生，提示NT-3對少突膠質(zhì)細胞的增殖，分化和成熟至關(guān)重要。

4 現(xiàn)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(jīng)元和膠質(zhì)細胞如何遷移至病灶中？如何起神經(jīng)修復(fù)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(lián)合用藥？下一步應(yīng)針對MSCs移植的細胞數(shù)量、移植時間和移植途徑的選擇，MSCs治療結(jié)合基因修飾、藥物修飾和MSCs的定向分化狀態(tài)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(fā)病機制和病因，以及新藥物的研究和開發(fā)。

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（收稿日期：2016-11-03 本文編輯：蘇 暢）