干细胞的免疫原性研究进展

干细胞的免疫原性研究进展,免疫生物学系暨南大学生科院,免疫学前沿课程,讲座提纲,1. 干细胞的基本概念2. 干细胞的分类3. 干细胞与疾病治疗4. 干细胞的免疫原性5. 最近研究进展6. 结语,讲座提纲,1. 干细胞的基本概念2. 干细胞的分类3. 干细胞与疾病治疗4. 干细胞的免疫原性5. 最近研究进展6. 结语,干细胞是什么？,干细胞(stem cell)是具有自我更新并可分化形成一种以上类型细胞的多潜能细胞。干细胞在形态上具有共性，通常呈圆形或椭圆形，细胞体积小，核相对较大，细胞核多为常染色质，并具有较高的端粒酶活性。干细胞可分为胚胎干细胞和成体干细胞。,骨髓间充质干细胞的一些形态,,干细胞在一定情况下会进行分裂增殖。但近期发现，不管进行了多少次的分裂，对生命时段的某个区间而言，具有原干细胞性质的细胞数量并没有什么改变。这是因为，干细胞分裂后的两个子代细胞，可能都还是干细胞，也可能都不是原干细胞而是分化细胞。从总体概率上讲，干细胞的数量不变。这种分裂方式称为对称分裂(symmetry division)。还有一种情况是干细胞分裂以后一个细胞是干细胞，另一个则为分化细胞，即所谓的不对称分裂(asymmetry division)。,干细胞的自我更新与分化示意图,,干细胞的不对称分裂示意图,Timeline of Stem Cell Research,1960s - Joseph Altman and Gopal Das present scientific evidence of adult neurogenesis, ongoing stem cell activity in the brain; their reports are largely ignored.1978 - Haematopoietic stem cells in human cord blood.1981 - Mouse embryonic stem cells are derived from the inner cell mass by scientists Martin Evans, Matthew Kaufman, and Gail R. Martin. Gail Martin is attributed for coining the term Embryonic Stem Cell.1996 - Cloning of Dolly the sheep by somatic cell nuclear transfer1997 - Leukemia is shown to originate from a haematopoietic stem cell, the first direct evidence for cancer stem cells.1998 - James Thomson and coworkers derive the first human embryonic stem cell line,2000s - Several reports of adult stem cell plasticity 2004-2005 - Korean researcher Hwang Woo-Suk human embryonic stem cell line from unfertilised human oocytes by SCNT. The lines were later shown to be fabricated.,August 2006 Mouse Induced pluripotent stem cells: the journal Cell publishes Takahashi and Yamanakas work.,讲座提纲,1. 干细胞的基本概念2. 干细胞的分类3. 干细胞与疾病治疗4. 干细胞的免疫原性5. 最近研究进展6. 结语,依功能分类：1.全能干细胞（Totipotent），由卵子和精子的融合产生受精卵后，受精卵分裂，而受精卵在形成胚胎过程中八细胞期之前任一细胞皆是全能干细胞。具有发展成独立个体的能力。也就是说能发展成一个个体的细胞就称为全能干细胞。,,依功能分类：2.万能干细胞（Pluripotent），是全能干细胞的后裔，无法发育成一个个体，但具有可以发育成多种组织的能力的细胞的潜能。如造血干细胞、神经细胞。一种或多种组织的起源细胞，它能分化出多种类型细胞，但不可能分化出足以构成完整个体的所有细胞。,囊胚中胚胎干细胞的万能性,,依功能分类：3.多能干细胞(Multipotent)，只能分化成特定组织或器官等特定族群的细胞（例如血细胞，包括红血细胞、白血细胞和血小板）。,间充质干细胞的多能性,,依功能分类：4.专一性干细胞（Unipotent），只能产生一种（少数情况下两种）细胞类型；只能向一种或两种密切相关的细胞类型分化，如上皮组织基底层的干细胞，肌肉中的成肌细胞。但是，其具有自更新属性，将其与非干细胞区分开。,单一性干细胞的分化示意图,,依发育过程出现先后和分布分类：1.胚胎干细胞（embryonic stem cell，ESC）：在胚胎发育早期的囊胚中，可发育为不同的细胞，是所有细胞最初期的形态。ES细胞是一种高度未分化细胞：它具有发育的全能性，能分化出成体动物的所有组织和器官，包括生殖细胞；,,依发育过程出现先后和分布分类：2.成体干细胞（adult stem cell，ASC）：亦称成人干细胞，现时医学上常用的大致包括骨髓干细胞，脐带血干细胞及周边血干细胞。它们存在成体特定的组织中，具有由干原细胞形成先驱细胞，分化成具特定功能细胞的能力。例如：骨髓干细胞、造血干细胞、神经干细胞。,成体干细胞的一些来源,,最初是日本人山中伸弥（Shinya Yamanaka）于2006年利用病毒载体将四个转录因子（Oct4, Sox2, Klf4 和c-Myc）的组合转入分化的体细胞中，使其重编程而得到的类似胚胎干细胞的一种细胞类型。随后世界各地不同科学家陆续发现其它方法同样也可以制造这种细胞。去年山中因此获得了诺贝尔奖。,Induced pluripotent stem (iPS) cells 诱导性多能干细胞,nucleus,adult cells,enucleated oocyte,iPS cells,differentiated donor cells,transplantation,blastocyst,?,Oct4,Sox2,Klf4,c-Myc,Takahashi and Yamanaka, 2006,24 candidate genes for pluripotency factors:Ecat1, Dpp5(Esg1), Fbx015, Nanog, ERas,Dnmt3l, Ecat8, Gdf3, Sox15, Dppa4, Dppa2, Fthl17, Sall4, Oct4, Sox2, Rex1, Utf1, Tcl1,Dppa3, Klf4, b-cat, cMyc, Stat3, Grb2,讲座提纲,1. 干细胞的基本概念2. 干细胞的分类3. 干细胞与疾病治疗4. 干细胞的免疫原性5. 最近研究进展6. 结语,干细胞与疾病治疗,近年来关于利用干细胞进行各种类型的疾病治疗受到了前所未有的关注。由于干细胞治疗热的出现，直接催生了再生医学这个概念。同时在世界各地出现了一大批主打干细胞治疗的公司。,再生医学是指利用生物学及工程学的理论方法创造丢失或功能损害的组织和器官，使其具备正常组织和器官的机构和功能。,治疗白血病,白血病是一类造血干细胞恶性克隆性疾病。克隆性白血病细胞因为增殖失控、分化障碍、凋亡受阻等机制在骨髓和其他造血组织中大量增殖累积，并浸润其他组织和器官，同时正常造血受抑制。化疗和骨髓移植是常见的治疗白血病的临床方法。,治疗帕金森症,帕金森症是一种中枢神经系统退行性疾病。患者缺乏一种名为多巴胺的脑部化合物。干细胞可以诱导分化成产生多巴胺的细胞并进行移植。,治疗1型糖尿病,1型糖尿病，原名胰岛素依赖型糖尿病，多发生在儿童和青少年，也可发生于各种年龄。起病比较急剧，体内胰岛素绝对不足，容易发生酮症酸中毒，必须用胰岛素治疗。它与2型糖尿病的发病机理完全不同，属于自体免疫性疾病，可能是由于自体免疫系统破坏产生胰岛素的胰腺胰岛细胞引起的。目前没有治愈方法。新的研究发现在不注射胰岛素的情况下，利用成体干细胞注射治疗可以维持病人正常情况长达4年。,全世界的心外科专家现在都在应用VesCell 成体干细胞技术来治疗 罹患冠心病（coronary artery disease）, 心肌病（cardiomyopathy）,和 充血性心力衰竭（congestive heart failure）的病患。,治疗心脏疾病,治疗地中海贫血症,地中海贫血又称海洋性贫血，是一组遗传性疾病。其发病机制是合成血红蛋白的珠蛋白链减少或缺失导致血红蛋白结构异常，这种含有异常血红蛋白的红细胞变形性降低，寿命缩短，可以提前被人体的肝脾等破坏，导致贫血甚至发育等异常。造血干细胞移植是现阶段唯一可以治愈该疾病的方法。,治疗癌症,现在有非常多利用干细胞治疗癌症的临床试验和范例。Lisa Ray利用干细胞疗法治疗血癌。成功的例子不少，但是面临的问题更多，如成瘤性等等,成体干细胞治疗的优点,易于获取；理论上可以无限获得；病人可以用自己的成体干细胞来治疗自身疾病，避免免疫排斥反应；免疫原性相对较低且具备免疫调节作用；没有胚胎干细胞的道德或宗教问题。,成体干细胞治疗的缺点,某些类型的成体干细胞难以分离，如从病人的脑部分离神经干细胞； 当病人罹患遗传性疾病的时候，从其身体分离的干细胞在基因上是缺陷的，只能考虑异体移植； 鉴定手段尚未十分完备； 体外长期培养比较困难，不能避免成瘤性的产生。,讲座提纲,1. 干细胞的基本概念2. 干细胞的分类3. 干细胞与疾病治疗4. 干细胞的免疫原性5. 最近研究进展6. 结语,免疫原性的概念,免疫原性（immunogenicity），是指能够刺激机体形成特异抗体或致敏淋巴细胞的能力。即指抗原能刺激特定的免疫细胞，使免疫细胞活化、增殖、分化，最终产生免疫效应物质抗体和致敏淋巴细胞的特性。也指抗原刺激机体后，机体免疫系统能形成抗体或致敏T淋巴细胞的特异性免疫反应。,生物分子的免疫原性,,抗原的免疫原性，首先决定于其自身的化学特性。但同一种抗原，对不同种动物或同种动物不同个体间其免疫原性强弱，可表现很大差异。因此一种抗原的免疫原性是由其化学性质和宿主因素决定的。具有免疫原性的物质称为免疫原（immunogen）。,（一）化学组成大分子蛋白质，分子量大于10000者，可含有大量不同的抗原决定簇，是最强的免疫原。如异种血清蛋白、酶蛋白及细菌毒等，是强免疫原蛋白质的例子。多糖是重要的天然抗原，纯化多糖或糖蛋白、脂蛋白以及糖脂蛋白等复合物中的糖分子部分都具有免疫原性。在自然界，许多微生物有富含多糖的荚膜或胞壁，细菌内毒素是脂多糖，以及一些血型抗原（A、B、C、H）也是多糖。,（一）化学组成核酸分子多无免疫原性，但如与蛋白质结合形成为核蛋白则有免疫原性。在自身免疫病中，可见对天然核蛋白诱导的免疫应答产生的抗DNA或RNA抗体。此外，多肽类激素如胰岛素虽为小分子量（6000）亦具有免疫原性。来自一种动物的胰岛素，如长期用于另一种动物，亦能诱导免疫应答产生抗体。,（二）分子量凡具有免疫原性的物质，其分子量都较大，一般在1万以上，小于1万者呈弱免疫原性，低于4000者一般不具有免疫原性。许多小的免疫性原性分子可激发细胞免疫，而不产生抗体。亦有大分子量物质，如明胶分子量可达10万，但因其为直链氨基酸结构，易在体内降解为低分子物质，所以呈弱免疫原性。可见免疫原性除与分子量有关外，还与其化学结构相关。,（三）化学结构在蛋白质分子中，凡含有大量芳香族氨基酸，尤其是含有酪氨酸（tyrosine）的蛋白质，其免疫原性强；而以非芳香族氨基酸为主的蛋白质，其免疫原性较弱。蛋白质和多糖抗原，凡结构复杂者免疫原性强，反之则较弱。其复杂性是由氨基酸和单糖的类型及数量等决定的。如聚合体蛋白质分子较单体可溶性蛋白质分子的免疫原性强。,自体与异体移植,干细胞的移植治疗一般分为自体（autologous）移植和异体（allogenic）移植两大类。根据种属的不同，又细分为同种自体 (autologous)、同种异体(allogeneic) 或异种异体(xenogeneic)。,IMPORTANT!,NOMENCLATURE: Donor (graft) & Recipient (host)Same Genetically Type ofSpecies Identical transplant / tissue-Self- SelfYesYes Autologous graft AutograftTwin A - B*YesYes Isogeneic graft (syngeneic) Isograft (syngeneic graft)PersonA - BYesNo Allogeneic graft Allograft*SpeciesA - BNoNo Xenogeneic graft Xenograft-*Also applies to individuals of an inbred strain (e.g., inbred mice)*Most common type of transplant in humans,Autograft,Twin “A” TWIN “B”,Tissue,Isograft (syngeneic graft),Allogeneic graft (allograft),Tissue,Tissue,Xenograft,干细胞的免疫原性,干细胞是否具有免疫原性？答案是肯定的！干细胞的免疫原性强弱与是否自体来源、干细胞类型、体外诱导方式和注射方式等因素都密切相关。免疫原性过强会直接影响干细胞的治疗效果。,2011年来自加州大学的一项研究表明，在将小鼠细胞转化而来的iPS细胞重新注射回源小鼠体内后，会诱发其体内的免疫反应。研究者们因此对iPS细胞的移植安全性产生了极大的怀疑虽然近日另外一份来自Nature的研究指出，iPS和胚胎干细胞在移植免疫原性上并无差别，但是由于该项最新研究中所使用的皮肤细胞和骨髓细胞与临床上所使用的细胞是一样的，都不是由体外培养的iPS细胞发育而成，所以小鼠在发育过程可能排斥掉了最具有免疫原性的细胞。,Zhao et al., 2011,Araki et al., 2013,“我们的这项研究就iPSCs在人类治疗中的安全性问题，提出了一个及时的警告，因为这种免疫原性实际上说明了iPSCs在遗传和表观遗传上的异常。虽然这一结论看上去比较负面，但这是iPSCs应用到人类治疗之前，必须解决的重要问题，这也能避免整个领域的倾覆，就像基因治疗领域出现的未成熟不安全临床应用一样。” 徐洋教授,MSC的免疫原性和免疫调节,近年来发现，间充质干细胞（MSC）的免疫原性很低，非常适用于临床移植治疗。考虑到MSC很容易提取和培养，又适于自体移植，其成为现在干细胞研究领域最热门的研究对象。脂肪间充质干细胞是最易于提取和培养的MSC之一。,间充质干细胞通过影响机体免疫反应来降低其自身的免疫原性，并调节机体的免疫功能。（1）MSC影响抗原递呈细胞的成熟、活化和抗原递呈。（2）MSC通过抑制细胞免疫来抑制免疫排斥反应。MSC通过控制异种抗原的表达，而减低了其免疫原性，逃避了同种异体T细胞的识别，从而抑制了细胞免疫过程。,（3）MSC抑制T细胞增殖：效应性T细胞激活必需要有共刺激因子如CD40、CD80，而MSC不表达这些因子，从而限制T细胞活性，抑制T细胞增殖，因此形成了免疫豁免。（4）MSC抑制NK细胞活性：MSC可能通过增强HLA基因的表达或加强与抑制型受体的作用来抑制NK细胞的