小鼠樹突狀細胞亞群分類及其比較研究進展

阮蕾穎， 孫曉梅

（中國醫學科學院/北京協和醫學院醫學生物學研究所樹鼩種質資源中心，中國醫學科學院醫學生物學研究所實驗樹鼩標準化與應用研究省創新團隊，云南省重大傳染病疫苗研發重點實驗室，昆明 650118）

樹突狀細胞(dendritic cells, DCs)是免疫系統的前哨，由于它將先天性免疫和適應性免疫聯系在一起，被認為是最有效的抗原呈遞細胞。在許多免疫系統疾病的發生、發展過程中發揮極為重要的作用[1]。DCs包含不同的細胞類型，它們的區別主要表現在細胞起源、成熟狀態、免疫應答等方面。據此可以將DCs分為不同的亞群。各亞群處理抗原的能力不同，并且激活不同效應的淋巴細胞[2-4]。目前，DCs轉錄組學方向的研究成為DCs亞群新的研究方向[5-7]。對DCs的研究主要集中在以小鼠為代表的嚙齒類實驗動物[2-3,8-9]。但目前DCs亞群僅在個別分類上基本達成共識，總的來說其分類還沒有統一[3,10]。由于對DCs亞群的類型和功能了解不足，阻礙了人們對它的認知。因此，有必要在小鼠模型上確定不同DCs亞群的身份，為了解和應用小鼠DCs亞群提供參考。

1 小鼠DCs亞群分類

1.1 DCs亞群的分類現狀與方法

大量的研究發現DCs是由多個亞群組成的。目前，已經根據其表型和功能將小鼠DCs亞群進行了初步分類，而其他嚙齒類暫無相關報道。小鼠DCs的細胞形成研究表明，DCs源自獨立的造血細胞系統[4,11]。即使不同的DCs也都由唯一的一套DCs轉錄譜來調控，并且區別于其它細胞[12]。這套轉錄譜在哺乳動物中是非常保守的[12-13]。因此，我們可以通過不同的表面標記為依據，對DCs進行亞群分類[4]。在DCs亞群的研究中還發現了一些控制DCs發育的重要轉錄因子，例如：干擾素調節因子8（interferon regulatory factor 8，IRF8）、含鋅指和BTB結構域蛋白46（zinc finger and BTB domain containing 46，ZBTB46）和堿性亮氨酸拉鏈ATF樣轉錄因子3（basic leucine zipper ATF-like transcription factor 3，Batf3）[14-17]。

當前用于DCs分類的表面標記類型取決于所研究的組織類型和動物物種，并且甚至在實驗室之間表面標記也有所不同，這是DCs 亞群定義混亂的重要原因。針對該問題，近年來研究者建立了個體發育學和基因表達譜分析的方法，作為定義DCs亞群身份的非常嚴格且有效的方法，這樣可以彌補僅以表面標記來區分亞群的不足[2,18-20]。不同物種之間從相同前體細胞進化而來的細胞，即同源細胞，其基因表達圖譜和基因表達程序緊密關聯。特定的基因表達程序不僅可以調控不同細胞的發育，還決定了細胞的功能，所以，用表達圖譜來鑒定細胞是可靠的[21]。因此，我們有可能通過借助基因表達圖譜分析來實現鑒定其他物種的DCs細胞亞群[10,18,20,22]。

1.2 小鼠的DCs亞群

根據位置不同，常見的小鼠DCs亞群可分為常駐DCs（resident dendritic cells）和遷移DCs（migratory dendritic cells）兩大類[2,8,23-24]。根據個體發育的不同，以上兩個大類又可以細分為：朗格漢斯細胞（Langerhans cells，LCs）、漿細胞樣DCs（plasmacytoid dendritic cells，pDCs）、經典DCs（classical dendritic cells，cDCs）和單核細胞衍生DCs（monocyte-derived dendritic cells）。

LCs是一種位于表皮的抗原呈遞細胞。與其他遷移DCs不同，它的發育與巨噬細胞的個體發育方式相似。LCs可自我更新，它起源于胚胎單核細胞前體細胞[2,18,25]。

pDCs是在全身性感染時Ⅰ型干擾素（type Ⅰinterferon，IFN-Ⅰ）的主要生產者[26]，除了產生IFN-Ⅰ外，還通過募集和激活其他白細胞例如cDCs和自然殺傷細胞（natural killer cells，NKs）的方式參與抗病毒免疫防御[8,25,27]。

cDCs表達整聯蛋白CD11c和MHCⅡ類分子[18]。在小鼠的cDCs中，已鑒定出兩個主要亞型，分別為cDC1s和cDC2s[19,24]。cDC1s高表達IRF8，并依賴于Irf8基因、Batf3基因、DNA結合抑制劑2基因（inhibitor of DNA binding 2，Id2）、白介素3調控的核因子基因（nuclear factor，interleukin 3 regulated，Nfil3）和BCL6轉錄阻截蛋白基因（BCL6 transcription repressor，Bcl6）的表達，這些基因具體的作用機制目前還有待闡明；cDC2s表達干擾素調節因子4（interferon regulatory factor 4，IRF4）和IRF8[4,8,17,28]。

單核細胞衍生的DCs包含不同的細胞類型。有的類型只有在炎性條件下才能觀察到，它們被稱為炎性DCs（inflammatory dendritic cells，INFDCs）。有的類型在不發生炎癥的外周組織中，例如腸、肌肉和皮膚[29]。單核細胞衍生的DCs可以看作是一個獨立系統。在人和小鼠中均發現單核細胞衍生的DCs表達轉錄因子ZBTB46，該轉錄因子的作用機制目前尚不清楚[2,30]。

2 小鼠與人類DCs亞群比較

相對于小鼠模型DCs亞群的研究，我們對人類DCs亞群的了解十分有限。而隨著研究的不斷推進，人類DCs亞群的研究也時常得到新的突破，反過來又促進小鼠DCs的研究發展，如pDCs的研究。目前，物種之間的DCs還沒有實現亞群和功能的完全對應。為深入了解DCs，一些研究者致力于將已經研究的小鼠DCs亞群與人類DCs亞群進行比較，為促進DCs亞群的研究提供參考。

2.1 LCs的比較

LCs是唯一一種同時具有DCs和巨噬細胞特性的細胞，因此有的人將它劃分為巨噬細胞[19]。小鼠和人類的LCs主要存在于表皮和黏膜組織中。 用于鑒定LCs的典型標志物是朗格漢斯蛋白（Langerin），另一個重要的鑒定指標是Birbeck顆粒[31]。LCs在人和小鼠中具有相似的功能，它可以有效活化CD4+T細胞，并且可以誘導輔助型T細胞2型（T helper 2 cell，Th2）極化[2]。二者的LCs差別在于：人類LCs表達高水平的CD1a，CD1a是CD1蛋白的成員，可以向T細胞呈遞微生物脂質抗原。TGFβ1是一種在上皮細胞中高表達的細胞因子，人類LCs的 CD1d蛋白的表達受轉化生長因子TGFβ1（transforming growth factor beta 1，TGFβ1）的影響下調。在小鼠中未發現以上的特點[32]。最初，Langerin被認為僅在LCs中表達，這個理論至今在人類DCs中仍然成立；在小鼠中卻發現Langerin也在皮膚的其他DCs以及淋巴組織CD8+DCs中表達。目前只在LCs群體中發現Birbeck顆粒；因此Birbeck顆粒被認為是LCs特異的標志[33]。

2.2 pDCs的比較

人類pDCs的研究引發了人們對小鼠pDCs的研究[27,34]。人類和小鼠的pDCs最主要的功能是產生IFN-Ⅰ[2]。盡管它們存在表型分子差異，但它們的功能和核心基因表達程序都十分相似。在人類中已經發現的一些pDCs特異表面標志有：C型凝集素結構域家族4成員C（C-type lectin domain family 4 member C，CLEC4C）、白細胞免疫球蛋白樣受體A4（leukocyte immunoglobulin like receptor A4, LILRA4）、白介素3受體亞基α（interleukin 3 receptor subunit alpha，IL-3Rα）、神經纖毛蛋白1（neuropilin 1，NRP1），白介素3受體亞基α（interleukin 3 receptor subunit alpha，IL-3Rα）。其中，IL-3Rα和NRP1特異性較弱。小鼠的特異性標志有唾液酸結合Ig樣凝集素H （sialic acid binding Ig-like lectin H，SiglecH）、骨髓基質細胞抗原2（bone marrow stromal cell antigen 2，Bst2）、淋巴細胞抗原6復合體-C抗原（Ly6-C antigen，Ly6C）、殺傷細胞凝集素樣受體，A亞族17成員（killer cell lectin-like receptor, subfamily A, member 17，Klra17），其中Ly6C和Ly49Q特異性較弱[35]。研究者通過比較基因組學方法發現人類和小鼠的pDCs共享基因標記，表明它們有密切的同源性。人類和小鼠的pDCs表達編碼IL-3Rα、Spi-B轉錄因子（Spi-B transcription factor，Spi-B）、干擾素調節因子7（interferon regulatory factor 7，IRF7）和IRF8的基因，這些基因對于這類細胞的發育或存活至關重要。所有這些基因在小鼠和人類pDCs中的表達具有保守性[16,17,36]。此外，還發現了在小鼠和人pDCs中具有高度特異性和保守性的其他細胞因子受體亞基，如集落刺激因子2受體β亞基 （colony stimulating factor 2 receptor subunit beta，CSF2RB），干擾素α和β受體2亞基（interferon alpha and beta receptor subunit 2，IFNAR2）；以及一些轉錄因子，如轉錄因子4（transcription factor 4，TCF4）和RUNX家族轉錄因子2（RUNX family transcription factor 2，RUNX2）[30]，其中TCF4在小鼠和人pDCs的發育或功能發揮中起到關鍵作用[16,30,37]。神經元1蛋白激酶C和酪蛋白激酶底物（protein kinase C and casein kinase substrate in neurons 1，PACSIN1）是一個新發現的基因，在小鼠和人pDCs中選擇性高表達，對于pDCs IFN-I的產生可能發揮特別重要作用[18]。事實上，人類和小鼠的pDCs也存在比較明顯的差異，比如小鼠pDCs可以高效觸發各種toll樣受體（toll-like receptors，TLRs）或在病毒刺激時產生高水平的IL-12，而人類pDCs不表達或只表達極低水平的IL-12。人和小鼠的這種差異可能是相關轉錄因子的表達差異導致的[38]。在小鼠中，由于NKs和pDCs具有一些相同的表型和功能，從而增加了在白細胞亞群中準確區分pDCs的難度[12, 18, 24, 39]。

2.3 cDCs的比較

在人類和小鼠中cDCs被分為兩個亞型。人類cDCs通常分為CD1C+DCs和CD141+DCs，分別與小鼠的cDC2s和cDC1s相對應[2,8,12,15,30,40-41]。小鼠和人類cDCs的轉錄具有保守性，它們的遺傳等效性得到了證明[15,39]。小鼠的cDC2s可以活化CD4+T細胞和促進體液免疫防御，它的MHCⅡ類抗原加工和呈遞能力比人類CD1C+DCs強。人類CD1C+DCs的主要功能是外源病原體的識別以及下游反應的激活[30]。在人類和小鼠中一些表型標記是保守的，例如：體外實驗表明，人類CD141+DCs的發育和小鼠cDC1s一樣依賴于Batf3[15,16,42]。轉錄因子在這類發育中發揮著重要作用。這里特別列舉RELB原癌基因（RELB proto-oncogene，RelB），RELB是第一個與cDC2s發育有關的轉錄因子。小鼠中RelB的缺失會導致多種結果，包括脾腫大、髓外造血、多器官炎癥、髓樣增生以及胸腺和脾臟cDCs發育受阻等[43]。人類cDCs轉錄特點可能與小鼠不同，具有IRF8突變的患者會出現兩個cDCs亞型缺失的情況[2,8,44]。

2.4 單核細胞衍生DCs的比較

穩態情況下DCs通常來源于前體cDCs，但某些DCs亞群來源比較特殊，如腸道CD103-CD11b+DCs起源于單核細胞[29]。單核細胞衍生的細胞群體包含不同類型的細胞，其中包括巨噬細胞[5]。在骨骼肌中發現了一些單核細胞來源的DCs，這些細胞在穩態下不遷移到淋巴結[2,44]。在人和小鼠中研究較多的是INF-DCs。在小鼠中，INF-DCs不存在于穩態組織和淋巴器官中，主要是指MHC Ⅱ+CD11b+CD11c+F4 / 80+Ly6C+DCs，在炎癥過程中可以同其他單核細胞區分開[45-46]。它還表達CD206、CD115/粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子受體9（granulocyte-macrophage colony stimulating factor receptor 9，GM-CSFR9）、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子受體12（granulocytemacrophage colony stimulating factor receptor 12，GM-CSFR12）、溶酶體相關膜蛋白2（lysosomalassociated membrane protein 2，Lamp2）/CD107b、IgE高親和力受體（demonstration of the high-affinity IgE receptor，FcεRI）和CD64。由于這些標志物也在髓樣細胞群上表達，所以特異性不強。人類INF-DCs表達人類白細胞Ⅱ類抗原（major histocompatibility complex，class Ⅱ，HLA-DR）、CD11c、BDCA1、CD1a、FcεRI、CD206、CD172a、CD14和CD11b[45,47]。與小鼠類似，人類INF-DCs也表達巨噬細胞集落刺激因子受體（macrophage-colony stimulating factor receptor，M-CSFR）和ZBTB46[44,46]。

3 DCs亞群中一些尚未解決的問題

由于DCs的復雜性和異質性導致不同團隊的研究結果不同，因此DCs亞群的來源、分化和功能還不十分明確。

3.1 關于LCs的問題

很多文獻表明，LCs具有巨噬細胞和DCs的雙重特點[2,9,19,29,48]。但也有人認為，這可能是LCs同那些類LC細胞混淆所致。因為研究發現小鼠和人類在炎癥狀態下產生了類LC細胞[48]。與LCs形態相似的炎性樹突狀表皮細胞（inflammatory dendritic epidermal cells，IDECs）的發現也支持了這種觀點。在炎癥狀態下，LCs的緩慢遷移可能會使IDECs和它同時進入到引流淋巴結中，這增加了區分LCs和類LC細胞的難度[48]。

3.2 關于pDCs的問題

多數的pDCs來源于DCs祖細胞，然而研究者發現了一群表達細胞因子受體Flt3、MCSFR、KIT原癌基因和受體酪氨酸激酶（KIT proto-oncogene，receptor tyrosine kinase，c-Kit）的一種前體細胞，它可以分化成pDCs，但同樣具有淋巴祖細胞的特點。通過進一步追蹤，定位了這種細胞群，它們的位置基本和DCs祖細胞重疊[49]。那么，pDCs是否起源于一種具有DCs或淋巴細胞分化潛能的特殊的祖細胞還有待證實[35]。

pDCs與NKs表型混合的現象，使pDCs難以同其他白細胞亞群區別開。例如在小鼠中發現一種表現為pDCs和NKs的混合表型的新的細胞類型，這是由于細胞本身特性還是pDCs與其他細胞混淆導致的結果，值得進一步探索[30,39]。

3.3 關于cDCs的問題

Irf8，Batf3，Nfil3，Id2和Bcl6的單一缺失都與cDC1s在淋巴和非淋巴組織中的缺失相關，具體機制仍有待研究[8]。cDC2s的免疫特異性目前尚不清楚，這可能是該群體包含不同類型的細胞，導致難以總結其特性[9]。

3.4 關于單核細胞衍生DCs的問題

目前對于如何刺激單核細胞分化成為INFDCs的具體機制，以及參與的關鍵轉錄因子知之甚少。近期的研究雖然已經掌握了穩態DCs亞群和巨噬細胞的分子標志，但對INF-DCs的分子標志的了解仍十分匱乏[46]。

4 結語

早期人們對小鼠DCs亞群的研究大大推進了對DCs系統的認知，并為研究人類DCs亞群提供了寶貴的經驗。隨著對DCs亞群研究的深入，人類DCs研究的一些突破同樣推動了對小鼠DCs亞群研究的進程，兩者相互促進。目前人們對小鼠DCs亞群的分類仍然存在分歧，并且對各個亞群的表型、發展演化、功能方面的認識還比較有限，需要解決的關鍵問題是找到普遍認同且科學有效的系統分類方法；對已分離的亞群進行身份確認并進一步進行發育和功能特點的研究。從已知的DCs亞群研究中可以看出，目前DCs亞群的研究已經由表面分子進一步走向轉錄方面，從而能夠更深入的探究DCs這一龐大的免疫家族及其分化發育過程。