成体干细胞免疫功能的研究进展.ppt

1、,成体干细胞免疫功能的研究进展,成体干细胞,干细胞是一种永生性细胞，能够不断地自我更新并分化为特定组织的成熟细胞。根据机体发育的不同阶段，分为胚胎干细胞(Embryonie stem cells，ESCs)和成体干细胞(Adult stem cells，ASCs)，ESCs能够分化出机体所有组织器官的细胞类型，ASCs则只能分化为特定的组织细胞。,成体干细胞是什么？,2001年斯坦福大学的Blau提出了一个全新的成体干细胞概念: 成体干细胞是一种细胞状态，它可以来自许多不同类型的细胞，包括已分化细胞，它不只是存在于特定组织中，还可以通过血液循环到达躯体各处，参与各种组织的修复和再生。即使是高度

2、分化的组织细胞(例如多核肌细胞和中枢神经细胞)，也能逆转其分化状态成为干细胞。从这种意义上来说，细胞的分化状态不是一成不变的，而是取决于由调节因子介导的分化和去分化两大力量的动态平衡。,目前发现的成体干细胞种类主要有： 造血干细胞 神经干细胞 间充质干细胞 肝脏干细胞 胰腺干细胞 其他,分类,与胚胎干细胞相比较,成体干细胞有以下几个特点: (1) 成体干细胞数量很少,其基本功能是参与组织更新,创伤修复及维持机体内环境稳定。研究表明,每11.5万个骨髓细胞中只有一个造血干细胞,人和动物皮肤中的干细胞含量仅为7%8%。,功能特点,(2) 成体干细胞常以特定的微环境(nich) 为居住环境,其生物学

3、特性受微环境的影响与制约。所谓微环境是指存在于干细胞所处的细胞基质中,对干细胞命运(是增殖还是分化) 起调控作用的各种信号分子(生长因子及其受体、激素及介导分子) 的总称。干细胞是自我复制还是分化为功能细胞取决于所在的微环境和自身的功能状态。,(3) 成体干细胞不像胚胎干细胞(来源于内细胞团) 那样有确定的来源。事实上，人们仍不能明确了解不同组织干细胞的发源地。有学者推测，成体干细胞是胚胎发育过程中保存下来的未分化的细胞。,1.HSCs免疫表型特点 造血干细胞（Haemopoietic stem cells，HSCs）是不均一的细胞群体，缺乏特异的形态学特征，只能借助于HSCs表面标志对其进行

4、分离纯化从而研究其功能。骨髓造血干细胞主要存在于CD34细胞群内。CD34+细胞可根据是否共表达其他表面抗原而分成具有不同特性的亚群，如CD34-CD38-细胞属于早期HSCs，与骨髓移植后长期造血功能有关，CD34+CD38+细胞为祖细胞亚群，与骨髓移植后的短期造血功能相关。目前普遍认为HSCs的表面标志有CD34+、CD38-、CD33-、Thy1-、Lin-、CDll7+、CDl23+、CDl35+、HLADR-、CD71、CD45RO+、ACl33+。,造血干细胞HSCs与免疫,（1） 嵌合体与免疫耐受 在器官移植早期，供者的淋巴细胞和树突状细胞移行到受者的外周组织，形成嵌合体，应用致

5、死量照射同时加用免疫抑制剂可获得完全嵌合体。但长期使用高效免疫抑制剂如CsA、FK506和Rapamycin等会出现严重的副作用，所以迫切需要一种比免疫抑制剂更方便的方法诱导免疫耐受。在以往传统异基因造血干细胞移植需要非常强烈的预处理方案的基础上，采用非清扫性干细胞移植（Nonmyeloablative hematopoietic stem cell transplantation，NST)，可观察到一短暂的混合性嵌合体。当宿主对移植物移植免疫耐受诱导完成后，供者干细胞具有强有力骨髓清扫作用，最终会转为完全供者型嵌合体。,2.HSCs移植中的免疫耐受,（2）免疫耐受受体信号调节 T细胞活化如仅

6、有TCR与MHC结合，缺乏共刺激信号，当遇到外来抗原时将会免疫无能或凋亡，而在异基因干细胞移植中，阻断共刺激分子，诱导特异性免疫无反应状态十分重要。 HLA部分相合亲属造血干细胞移植的临床试验显示，单用CTLA4-Ig对供者骨髓行间接体内外处理，阻断B7：CD28共刺激信号，可以诱导针对受者的异基因抗原免疫耐受，进一步发展为单抗阻断B7分子和低剂量CsA联用诱导T细胞对异体抗原耐受，减少移植物抗宿主病GVHD的发生。,另外，有研究发现KIR是一种主要表达在NK、T细胞上的抑制性信号分子，KIR的存在可能是NK、T细胞不攻击自身组织的重要因素。人KIR属于免疫球蛋白超家族I类跨膜蛋白，不同的KI

7、R与不同MHC I类分子结合传导抑制性信号，参与免疫耐受。在HLA不相合的异基因骨髓移植病例中发现，未发生移植物抗宿主病GVHD的受者表达可被供者免疫细胞KIR识别的配体，而产生重度或急性GVHD的受者则低表达或不表达这种配体，可见供者和受者KIR亚型的正确组配对造血干细胞移植成功起着关键作用。,1.MSCs免疫表型特点 骨髓中大约有0.0010.01非造血干细胞来源的细胞，它们能够分化为成骨细胞、脂肪细胞，软骨细胞等构成间质小梁支架、紧邻骨内膜，支持造血功能，称为骨髓间充质干细胞（Mesenchymal stem cells，MSCs) 。 MSCs是异质性细胞群，易从骨髓分离获得并在体外传

8、代扩增。人MSCs缺乏特异性标志，表达CD44、CD71、CD90、CDl05，不表达HSCs的标志CD34、CDl4和CD45。MSCs组成性低表达MHC I类分子，不表达MHC类分子及共刺激分子CD80、CD86和CD4O，但暴露于IFN-或在炎症刺激下MHC I和MHC分子表达均上调。,间充质干细胞MSCs与免疫, MSCs和T淋巴细胞 早在1984年，已经有学者提出骨髓来源干细胞移植入不匹配的受者体内可能诱导同种或异种移植耐受，但直到2002年，MSCs抑制T细胞增殖并延迟皮肤移植排斥时间才被证实，T细胞增殖抑制不受MHC限制，但受同种异基因MSCs介导，这种抑制特性似乎并非依赖于诱导

9、增殖细胞凋亡。体外试验表明人MSCs能够诱导CD4+T细胞亚群Treg细胞的产生，但通过移植MSCs增加Treg细胞的产生还没有得到证实。,2 MSCs与免疫细胞,（2） MSCs和B细胞 半乳凝素-1(Gal-1)是非钙依赖性S型外凝集素(Lectins)家族成员之一，在MSCs上高表达，与Pre-BCR结合，参与Pre-B细胞和间质细胞间突触形成及Pre-BCR的触发，对B祖细胞正常发育至关重要。MSCs抑制B细胞增殖，部分机制与MSCs和B细胞直接接触及MSCs释放于培养基上清液中的可溶性因子有关。Corcione等研究表明MSCs抑制B细胞分化成抗体生成细胞，抑制其对CXCLl2和CX

10、CLl3的趋化性，这两种趋化因子对B淋巴细胞在二级淋巴器官的定位至关重要。总之，MSCs抑制T细胞依赖性及非T细胞依赖性B细胞功能，详细机制还有待阐明，但可能不是通过诱导B细胞凋亡来实现。,(3) MSCs和NK细胞 NK细胞在清除病毒感染和恶性肿瘤细胞中起重要作用，研究表明MSCs抑制IL-2和IL-5驱动的NK细胞增殖。与IL-2、MSCs共同培养45天的NK细胞和无MSCs时的NK细胞相比，杀伤K562细胞效力降低。短时间暴露于MSCs的IL-2活化的NK细胞对HLA I类阴性细胞溶解作用不受影响，但对HLA I类分子阳性肿瘤细胞的细胞毒性显著降低。与MSCs共同培养的IL-2活化的NK

11、细胞，IL-5诱导的细胞因子(IFN-、IL-1O、TNF-)显著减少， IFN-上调MSCs的HLA I类分子的表达，从而在一定程度上保护其免受NK细胞的攻击。,无论MSCs与NK细胞的相互作用最终产生的生理性反应如何，活化的NK细胞对MSCs的杀伤作用在骨髓移植治疗中必须给予充分考虑，因为NK细胞能够更好地清除白血病细胞，而MSCs可能提高移植的成功率。为了避免MSCs被NK细胞杀伤，NK细胞不能与MSCs同时或在输入MSCs后的短时间内输入，要等到MSCs已经表达了HLA I类抗原并分化为骨髓间质细胞和其它组织时再注入NK细胞。,(4) MSCs和树突状细胞DC MSCs对免疫应答的调节

12、也有赖于其改变树突状细胞功能的能力，这也导致了致耐受性抗原呈递细胞APC的产生。MSCs通过下调CD11c、CD83、MHC类分子和共刺激分子的表达，下调TLR介导的活化DC细胞产生的IL-12，抑制单核细胞源髓性DC的成熟。MSCs诱导DC细胞分化和功能抑制的机制可能由可溶性因子如PGE-2介导，Dazzi等指出通过与MSCs相互作用，DC停滞于G0/G1,期，因此，MSCs对T淋巴细胞增殖抑制可能也与DC成熟、活化及抗原呈递功能的抑制相关。,3 体内MSCs介导的免疫效应 在非人灵长类器官移植模型，MSCs延缓T细胞介导的皮肤同种异体移植排斥反应。联合注射鼠MSCs和黑色素瘤细胞可促进肿瘤

13、的生长。新近报道，静脉注射MSCs使实验性自身免疫性脑脊髓炎(Experimental autoimmune encephalitis，EAE)显著减轻，从BALBc小鼠获得的MSCs在体外能够调节从BXSB(一种SLE模型)小鼠获得的T和B细胞，但是在另一个自身免疫病模型胶原诱导的关节炎，施与MSCs并不起作用，不一致的结果还表现于在人类注射MSCs可以治疗一些患者的移植物抗宿主病GVHD，但在小鼠却不能。,一般来说，同种异基因移植MSCs即使MHC不匹配，也会归巢到很多组织，并在宿主持续存在。MSCs移植在治疗很多疾病中取得了令人鼓舞的结果，如GVHD、血液系统恶性肿瘤以及中风。然而最近的

14、体内实验结果对MSCs的免疫抑制优势提出了质疑，至少在一些病例，MSCs的同种异体移植给MHC不匹配的宿主可能发生排斥。,总之，MSCs通过直接接触或分泌多种细胞因子抑制效应细胞功能影响免疫应答，然而，外源性给予MSCs的体内免疫效应还无法准确预测，MSCs很可能由于周围微环境改变而表现不同功能特性。因此，疾病特异性的免疫机制及微环境因素对MSCs生物特征的影响都应在MSCs临床应用中仔细考虑。,肿瘤细胞旺盛的增殖能力，对各种药物治疗及放疗的强抵抗能力，使其难于根治并有极高的复发率。干细胞也具有很强的自我更新和增殖能力，以维持正常组织细胞的生长、分化、更新与数量平衡，并通过表达多种ABC转运体

15、对很多治疗药物产生很强的抵抗性，使自身免受损伤。此外，干细胞具有高效的DNA修复及抗凋亡能力。因此，恶性肿瘤可能是一种干细胞疾病的观点正引起越来越多的研究者关注，肿瘤干细胞的概念便应运而生。肿瘤干细胞存在的最初证据来自对急性髓性粒细胞白血病(Acute myeloid leukemia，AML)的研究。 John Diek等发现AML中只有占肿瘤细胞总数0.1到1的CD34+CD38-细胞具有形成肿瘤的能力，它们具有许多造血干细胞的标志及特性。随后，类似的结果在实体恶性肿瘤乳腺癌、中枢神经系统肿瘤及结肠癌等相继获得实验证据而被证明。,肿瘤干细胞免疫,现认为肿瘤干细胞来自正常干细胞在各种不利的微环境因素作用下累积突变后的恶性转化，使其失去了正常生长分化的调控，但是正常干细胞的弱免疫原性和对各种化疗药物及放射线的强抵抗能力却遗传给了肿瘤干细胞，使肿瘤干细胞逃脱了免疫系统的抑制或杀伤。此外，肿瘤干细胞也可能分泌各种免疫抑制因子抑制机体免疫系统，使肿瘤干细胞周围形成一个免疫耐受的微环境，从而使其成为肿瘤复发及转移的罪魁祸首。如今对肿瘤干细胞的研究方兴未艾，特别是对肿瘤干细胞免疫的探索已成为肿