間充質干細胞在促進燒傷創面修復中的免疫調控作用研究進展

李曉慶，王欣，馬詩雨，劉文軍

(昆明醫科大學第二附屬醫院，昆明 650101)

燒傷是一種嚴重的創傷，不僅能引起皮膚組織的損傷，嚴重的燒傷還可引起局部或全身強烈的炎癥反應。燒傷后炎性物質的大量堆積會加重組織的損傷，短時間大量釋放炎性因子會造成后期創面局部或全身炎性因子的耗竭，導致不可控的感染發生，最嚴重的可引起膿毒癥及休克的發生，這是嚴重燒傷患者死亡的重要原因之一[1]。因此，在炎癥的早期抑制過強的炎癥反應，對于燒傷治療有重大的意義。間充質干細胞(MSC)不僅具有強大的增殖分化能力，還具有特殊的免疫調控特性。在一些臨床試驗[2～4]當中，MSC對某些免疫疾病如急性移植物抗宿主病(GVHD)、多發性硬化癥和系統性紅斑狼瘡(SLE)等疾病的治療已取得重要的進展。MSC能夠從多個方面共同作用，促進燒傷創面的愈合，現就MSC在促進燒傷創面修復中的免疫調控作用進行綜述。

1 MSC對特異性免疫細胞的調節

1.1 MSC對T細胞的調控

1.1.1 MSC與T細胞直接接觸作用 程序性死亡受體1(PD-1)是T細胞表面的一種共刺激分子，主要表達于活化的T細胞表面。Gu等[5]研究發現在創面修復的炎癥反應期，活化的T細胞可分泌大量干擾素γ(IFN-γ)，誘導MSC表面表達程序性死亡配體1(PD-L1)。此時帶有PD-L1的MSC與帶有PD-1的活化T細胞直接接觸并結合，通過受體配體的結合，MSC阻止T細胞進入到細胞周期的S期，抑制T細胞的增殖，抑制T細胞的細胞毒性作用。de Mare-Bredemeijer等[6]在將MSC與T細胞共同培養的過程中發現，PD-L1在MSC上的表達水平與其對T細胞的抑制作用有明顯的相關性。

Notch信號通路存在于多種動物體內，相鄰的細胞直接接觸時可通過Notch受體與配體的結合傳遞細胞信號，對細胞、組織等的發生、發育進行調控。馮小兵等[7]的研究表明，Notch信號通路對T細胞的增殖、分化等的各個階段均具有重要的調控作用。Na等[8]將臍帶MSC與T細胞混合培養后發現MSC表面可表達Notch受體，與鄰近T細胞表面的Notch配體直接接觸，然后通過Notch配體位于T細胞胞內的結構域直接分泌吲哚胺-2,3-過氧化酶(IDO)促進T細胞的凋亡，以達到抑制免疫反應的效果。Papa等[9]的研究發現，人類細胞中Notch信號的下游目標是Foxp3，Foxp3是控制調節性T細胞(Treg)發育和功能的關鍵轉錄因子之一，是Treg的標志，該研究表明MSC能夠通過Notch信號通路調控具有免疫抑制功能的Treg產生。

1.1.2 MSC旁分泌細胞因子參與調控T細胞的免疫應答 在一些體外實驗的研究當中，研究者采用一定的實驗方法避免MSC和T細胞直接接觸，發現T細胞的增殖和功能也受到了一定程度的抑制，說明MSC能夠旁分泌抑制性細胞因子抑制T細胞的免疫作用。Shi等[10]指出，MSC并非自身就能夠自發地分泌這些抑制性炎性因子，而是當MSC處于炎癥環境時，被IFN-γ、TNF-α等促炎因子刺激而產生的效應。進一步的研究發現MSC能夠分泌多種細胞因子抑制T細胞的增殖和功能，包括IDO、前列腺素E2(PGE2)、NO、TGF-β、肝細胞生長因子(HGF)、半乳糖凝集素(Gal)、IL-10、IL-27等[11]。

IDO被認為是人類參與MSC免疫調控作用最重要的細胞因子[12]。MSC分泌的IDO可通過以下兩種途徑參與免疫調控：人體內的色氨酸可被IDO催化分解產生具有毒性的代謝終產物犬尿氨酸，犬尿氨酸被T細胞攝取后可以阻止T細胞進入G1期從而抑制T細胞的增殖，甚至可以介導T細胞的凋亡[13]；He等[14]研究表明，IDO可以調控原始T細胞向Treg的分化。

PGE2是由環氧合酶COX1、COX2和前列腺素合成酶共同作用合成的，是體內重要的穩態因子。Soontrapa等[15]研究表明，MSC分泌的PGE2能抑制單核細胞向促炎的Th17分化，促進Treg分化。MSC分泌NO抑制T細胞的增殖多是在以鼠類為實驗對象的研究當中發現的，這就說明MSC在不同物種當中發揮免疫調控作用所分泌的調節因子各有差異[16]。研究[16]指出，MSC可分泌一氧化氮(NO)直接抑制T細胞的增殖，NO還可以抑制Th1細胞分泌IFN-γ，減輕細胞毒性T細胞的殺傷作用。

MSC分泌的TGF-β可抑制T細胞的增殖，抑制原始T細胞向細胞毒性T細胞(CTL)、Th1和Th2細胞分化，并抑制T細胞分泌IFN-γ。此外，TGF-β還能上調Foxp3的表達，促進Treg的擴增和激活[17]。

Park等[18]的研究指出MSC自身具有分泌IL-10的功能，產生的IL-10可使原始T細胞向Treg方向分化，此外IL-10還能誘導成熟的Th17細胞表達Foxp3蛋白，即可誘導成熟的Th17細胞向Treg轉化。Xu等[19]的研究發現IL-27對MSC的黏附、增殖和遷移具有重要的調節作用，IL-27通過JAK/STAT1途徑提高MSC的PD-L1的表達水平，增強MSC對Th1和Th2細胞的調控作用。

1.2 MSC對B細胞的調控 B細胞主要分為效應性B細胞和調節性B細胞(Breg)，效應B細胞具有促炎作用而Breg具有抗炎作用。Peng等[20]的研究指出MSC對B細胞的抑制作用不是通過各種免疫負調節因子實現的，而是通過誘導原始B細胞向Breg方向分化，由Breg來實現免疫負調節的。Breg能夠抑制活化的CD4+T細胞的增殖，分泌IL-10、TGF-β等細胞因子下調免疫應答，減輕炎癥反應。MSC能夠使B細胞的增殖停滯于G0/G1期，阻止B細胞進入S期，從而抑制B細胞的增殖[20]。此外，MSC還能使B細胞表面的趨化因子相關配體表達受阻，使B細胞的趨化遷移能力受損[21]。Rosado等[22]的研究認為，MSC抑制B細胞增殖的必要條件是MSC需要與T細胞之間的細胞接觸，而不是MSC與B細胞接觸。而在更加深入的研究當中，研究者[23]發現MSC可通過ERK信號通路參與對B細胞的調控。

2 MSC對固有免疫細胞的免疫調控

2.1 MSC對NK細胞的調控

2.1.1 MSC與NK細胞直接接觸 Spaggiari等[24]將MSC與NK細胞在體外共同培養時發現，MSC可通過細胞與細胞之間的接觸減弱NK細胞的細胞毒性作用。

2.1.2 MSC通過旁分泌細胞因子的方式調控NK細胞的免疫功能 炎癥環境下，活化的NK細胞可大量分泌IFN-γ、TNF-α等細胞因子促進炎癥反應的發生，產生的IFN-γ刺激MSC分泌TGF-β、IDO、PGE2和可溶性人類白細胞抗原G5(HLA-G5)等細胞因子，而這些因子均可抑制NK細胞的增殖、分化、分泌及殺傷靶細胞的功能[25]。Bahrami等[26]研究發現，MSC分泌的可溶性HLA-G5分子可顯著抑制NK細胞的殺傷功能。Spaggiari等[24]的實驗表明，PGE2和IDO在MSC對NK細胞的抑制作用中起協同效應。

在正常情況下，NK細胞在炎癥細胞因子的刺激下被激活后，NK細胞表面活化性受體NKp44、NKp46、NKp30、NKG2D表達增加，這些分子共同介導NK細胞的激活并促進其產生效應功能，如細胞毒性作用和分泌細胞因子的作用[27]。Spaggiari等[24]還指出，MSC可抑制NKp44、NKp30、NKG2D以及其他重要的功能性分子如共受體CD132的表達。CD132的低表達導致了NK細胞對于激活因子的低反應性，這也是MSC對NK細胞抑制作用的原因之一。

2.2 MSC對樹突狀細胞(DC)的調控 DC是體內重要的抗原提呈細胞，其主要作用是攝取處理抗原后呈遞給T細胞，并誘導T細胞增殖活化，因此MSC可通過抑制DC的作用對T細胞進行抑制。Shahbazi等[28]的研究指出，MSC可下調人類白細胞抗原(HLA)、HLA-DR、CD1a、CD86的表達抑制單核細胞向DC方向分化，下調CD83的表達，抑制DC的成熟；對于成熟的DC，MSC可通過抑制CD83、MHC-Ⅱ類分子、CD80、CD86的表達，將成熟的DC逆轉到未成熟的表型。Wheat等[29]發現，活化的MSC分泌的TGF-β、IL-6、IDO、PGE2等細胞因子也能夠作用于DC，其中TGF-β可抑制DC的激活和成熟；IL-6能夠減弱DC識別、攝取抗原的能力，同時減弱其向T細胞提呈抗原的能力；IDO可抑制DC的成熟；PGE2主要是刺激IL-10的生成，作用于巨噬細胞，下調MHC-Ⅱ類分子，并阻礙單核細胞向DC的分化。另外，有研究[30]指出MSC與DC共培養時，MSC能夠誘導DC分泌TGF-β、IL-10等抑制性細胞因子，產生抑制T細胞的增殖分化的特性，表現出調節性DC的特性。

2.3 MSC對巨噬細胞的調控 固有免疫系統中的巨噬細胞主要分為M1型和M2型，M1型主要參與抗原提呈和促炎癥反應，M2型則具有抗炎作用。Manferdini等[31]的研究指出，MSC可分泌PGE2直接抑制IL-6、IL-12、TNF-α等促炎因子的產生。此外，MSC及其分泌的PGE2還可誘導IL-10、TGF-β1、血管內皮生長因子1(VEGF-1)和血管生成素1(Ang-1)的表達。其中，IL-10具有抗炎作用；TGF-β1是促進肌成纖維細胞增殖分化和肉芽組織形成的主要調控因子；VEGF-1可促進內皮前體細胞分化和生長；Ang-1可促進新生血管的成熟，以上細胞因子協同作用起到抗炎、加速創面愈合的作用[32]。鄭文龍等[33]的研究發現MSC能抑制單核細胞或原始巨噬細胞向M1型巨噬細胞方向分化，同時促進M2型巨噬細胞的分化。Shohara等[34]發現MSC能夠增加M2型巨噬細胞對抵抗素樣分子α(RELM-α)和整合素CD-11b的表達，其中RELM-α能夠抑制炎癥反應的發生發展，促進組織當中新生血管的形成并誘導肌成纖維的增殖分化從而促進創面的修復[35]；整合素CD-11b可以通過多種途徑誘導抗炎因子IL-10的表達，并可促進原始巨噬細胞向M2型轉化[36]。

綜上所述，MSC能夠通過直接接觸或旁分泌細胞因子的方式對各免疫細胞進行調控。越來越多的研究證據表明MSC的免疫調控特性在MSC療法中的作用遠大于它增殖分化的基本特性[37]。此外，MSC還具有清除創面感染的抗菌能力、促血管生成的能力、抗瘢痕形成的能力，在創面修復的各個階段均起著重要作用，具有廣闊的應用前景[38]。但仍存在MSC免疫調節機制研究尚不完全、植入體內的MSC存活能力低、MSC的體內作用機制不清以及長期培養的安全性等諸多問題尚需要解決[39]。

[1] 李俊聰,胡超,楊紅明,等.烏司他丁對嚴重燒傷患者免疫功能的影響[J].中華燒傷雜志,2016,32(6):345-350.

[2] Jurado M, De La Mata C, Ruiz-García A, et al. Adipose tissue-derived mesenchymal stromal cells as part of therapy for chronic graft-versus-host disease: A phase Ⅰ/Ⅱ study[J]. Cytotherapy, 2017，19(8):927-936.

[3] Li JF, Zhang DJ, Geng T, et al. The potential of human umbilical cord-derived mesenchymal stem cells as a novel cellular therapy for multiple sclerosis[J]. Cell Transplant, 2014,23 Suppl 1(1):S113-122.

[4] Wang D, Feng X, Lu L, et al. A CD8 T cell/indoleamine 2,3-dioxygenase axis is required for mesenchymal stem cell suppression of human systemic lupus erythematosus[J]. Arthritis Rheumatol, 2014,66(8):2234-2245.

[5] Gu YZ, Xue Q, Chen YJ, et al. Different roles of PD-L1 and FasL in immunomodulation mediated by human placenta-derived mesenchymal stem cells[J]. Hum Immunol, 2013,74(3):267-276.

[6] de Mare-Bredemeijer EL, Mancham S, Verstegen MM, et al. Human graft-derived mesenchymal stromal cells potently suppress alloreactive T-cell responses[J]. Stem Cells Dev, 2015,24(12):1436-1447.

[7] 馮小兵,李月敏.Notch信號通路與胸腺T細胞分化發育[J].腫瘤基礎與臨床,2015,28(1):87-90.

[8] Na T, Liu J, Zhang K, et al. The notch signaling regulates CD105 expression, osteogenic differentiation and immunomodulation of human umbilical cord mesenchymal stem cells[J]. PLoS One, 2015,10(2):e0118168.

[9] Papa BD, Sportoletti P, Cecchini D, et al. Notch1 modulates mesenchymal stem cells mediated regulatory T-cell induction[J]. Eur J Immunol, 2013,43(1):182-187.

[10] Shi Y, Su J, Roberts AI, et al. How mesenchymal stem cells interact with tissue immune responses[J]. Trends Immunol, 2012,33(3):136-143.

[11] Cagliani J, Grande D, Molmenti EP, et al. Immunomodulation by mesenchymal stromal cells and their clinical applications[J]. J Stem Cell Regen Biol, 2017,3(2).

[12] Wang Y, Chen X, Cao W, et al. Plasticity of mesenchymal stem cells in immunomodulation: Pathological and therapeutic implications[J]. Nat Immunol, 2014,15(11):1009-1016.

[13] 賀繼剛,嚴丹,王平,等.吲哚-2,3雙加氧酶(IDO)調節免疫的最新進展[J].浙江臨床醫學,2015,17(4):647-649.

[14] He Y, Zhou S, Liu H, et al. Indoleamine 2, 3-dioxgenase transfected mesenchymal stem cells induce kidney allograft tolerance by increasing the production and function of regulatory T cells[J]. Transplantation, 2015,99(9):1829-1838.

[15] Soontrapa K, Honda T, Sakata D, et al. Prostaglandin E2-prostoglandin E receptor subtype 4 (EP4) signaling mediates UV irradiation-induced systemic immunosuppression[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2011,108(16):6668-6673.

[16] Su J, Chen X, Huang Y, et al. Phylogenetic distinction of iNOS and IDO function in mesenchymal stem cell-mediated immunosuppression in mammalian species[J]. Cell Death Differ, 2014,21(3):388-396.

[17] English K, Ryan JM, Tobin L, et al. Cell contact, prostaglandin E(2) and transforming growth factor beta 1 play non-redundant roles in human mesenchymal stem cell induction of CD4+CD25(High) forkhead box P3+regulatory T cells[J]. Clin Exp Immunol, 2010,156(1):149-160.

[18] Park MJ, Kwok SK, Lee SH, et al. Adipose tissue-derived mesenchymal stem cells induce expansion of interleukin-10-producing regulatory B cells and ameliorate autoimmunity in a murine model of systemic lupus erythematosus[J]. Cell Transplant, 2015,24(11):2367-2377.

[19] Xu F, Yi J, Wang Z, et al. IL-27 regulates the adherence, proliferation, and migration of MSCs and enhances their regulatory effects on Th1 and Th2 subset generations[J]. Immunol Res, 2017,65(4):903-912.

[20] Peng Y, Chen X, Liu Q, et al. Mesenchymal stromal cells infusions improve refractory chronic graft versus host disease through an increase of CD5+regulatory B cells producing interleukin 10[J]. Leukemia, 2015,29(3):636-646.

[21] 楊靖,柴家科,劉玲英.間充質干細胞對燒傷創面免疫調控作用的研究進展[J/OL].中華損傷與修復雜志(電子版),2014,9(6):668-671.

[22] Rosado MM, Bernardo ME, Scarsella M, et al. Inhibition of B-cell proliferation and antibody production by mesenchymal stromal cells is mediated by T cells[J]. Stem Cells Dev, 2015,24(1):93-103.

[23] 徐祎欣,樊竑冶,董冠軍,等.臍帶來源間充質干細胞對人B細胞系細胞的調控[J].中國免疫學雜志,2014,30(1):40-47.

[24] Spaggiari GM, Moretta L. Cellular and molecular interactions of mesenchymal stem cells in innate immunity[J]. Immunol Cell Biol, 2013,91(1):27-31.

[25] Casado JG, Tarazona R, Sanchezmargallo FM. NK and MSCs crosstalk: the sense of immunomodulation and their sensitivity[J]. Stem Cell Rev, 2013,9(2):184-189.

[26] Bahrami B, Hosseini A, Talei AR, et al.Adipose derived stem cells exert immunomodulatory effects on natural killer cells in breast cancer[J]. Cell J, 2017,19(1):137-145.

[27] 王平忠,于海濤,蔣偉,等.自然殺傷細胞受體介導抗病毒免疫的分子機制[J].細胞與分子免疫學雜志,2013,29(4):441-443.

[28] Shahbazi M, Kwang TW, Purwanti YI, et al. Inhibitory effects of neural stem cells derived from human embryonic stem cells on differentiation and function of monocyte-derived dendritic cells[J]. J Neurol Sci, 2013,330(1-2):85-93.

[29] Wheat WH, Chow L, Kurihara JN, et al. Suppression of canine dendritic cell activation/maturation and inflammatory cytokine release by mesenchymal stem cells occurs through multiple distinct biochemical pathways[J]. Stem Cells Dev， 2017,26(4):249-262.

[30] Zhang B, Liu R, Shi D, et al. Mesenchymal stem cells induce mature dendritic cells into a novel jagged-2-dependent regulatory dendritic cell population[J]. Blood, 2009,113(1):46-57.

[31] Manferdini C, Paolella F, Gabusi E, et al. Adipose stromal cells mediated switching of the pro-inflammatory profile of M1-like macrophages is facilitated by PGE2: In vitro evaluation[J]. Osteoarthritis Cartilage, 2017,25(7):1161-1171.

[32] Maggini J, Mirkin G, Bognanni I, et al. Mouse bone marrow-derived mesenchymal stromal cells turn activated macrophages into a regulatory-like profile[J]. PLoS One, 2010,5(2):e9252.

[33] 鄭文龍,鄒多宏,陳喬爾.巨噬細胞在血管再生和組織工程中的調控作用[J].國際口腔醫學雜志,2016,43(1):108-112.

[34] Shohara R, Yamamoto A, Takikawa S, et al. Mesenchymal stromal cells of human umbilical cord Wharton′s jelly accelerate wound healing by paracrine mechanisms[J]. Cytotherapy, 2012,14(10):1171-1181.

[35] 劉桂林,蒙臣,張詩海.抵抗素樣分子-α研究的新進展[J].國際麻醉學與復蘇雜志,2014,35(12):1141-1143,1147.

[36] Hu X, Han C, Jin J, et al. Integrin CD11b attenuates colitis by strengthening Src-Akt pathway to polarize anti-inflammatory IL-10 expression[J]. Sci Rep, 2016,6:26252.

[37] Lotfinegad P, Shamsasenjan K, Movassaghpour A, et al. Immunomodulatory nature and site specific affinity of mesenchymal stem cells: A hope in cell therapy[J]. Adv Pharm Bull, 2014,4(1):5-13.

[38] Strong AL, Neumeister MW, Levi B. Stem cells and tissue engineering: Regeneration of the skin and its contents[J]. Clin Plast Surg, 2017,44(3):635-650.

[39] 郭子寬.間充質干細胞及其臨床應用中的幾個問題[J].中國組織工程研究,2012,16(1):1-10.