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间充质干细胞移植后的免疫调节作用

MSCs理论上允许同种异体移植,而不需要HLA匹配或免疫抑制。干细胞这些特性使它们在许多疾病的治疗中备受瞩目。在移植治疗过程中,MSCs除了具有分化为相应组织细胞功能外,在各器官组织疾病中还具有强大的免疫调节作用,如抑制受体T细胞的增殖,改变T细胞亚群比例和B细胞功能,抑制树突状细胞分化和NK细胞增殖,减少炎性细胞因子的数量,增加抗炎细胞因子数量,调整免疫异常和紊乱,改善受损区域周围炎性环境等。


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MSCs抑制对(ALI)急性肺损伤的免疫调节作用

急性肺损伤是指心源性以外的各种肺内、肺外致病因素所引起的急性、进行性缺氧性呼吸衰竭,终严重阶段称为急性呼吸窘迫综合症。ALI病例特征为肺微血管通透性增高,肺泡毛细血管内皮细胞和肺泡上皮细胞弥漫性损伤,造成广泛的肺间质和肺泡水肿,临床上表现为顽固性低氧血症和呼吸窘迫。创伤、肺部感染、淹溺、吸入毒气、放射性肺损伤、烧伤、休克等各种诱因导致的ALI的发病核心机制都是无序的炎性反应。近几年的研究 显示,在啮齿类动物实验中,MSCs移植对内毒素诱导的ALI有治疗作用。研究发现,ALI的大鼠在脐带间充质干细胞移植治疗后,血浆中促炎因子 TNF-α、IL-6降低 ,抗炎因子 IL-10升高 ,两种因子终达到平衡。在大鼠放射性ALI中,脂肪来源的MSCs具有抗炎作用 ,这主要是通过减少血清中促炎细胞因子 IL-1、IL-6和 TNF-α的浓度,增加抗炎细胞因子 IL-10的浓度而实现的 。大量研究证明,MSCs移植在受者组织中具有免疫调节作用,其主要是通过旁分泌细胞因子而实现。在小鼠肺损伤模型中还发现,肺损伤的愈合除了与 MSCs促进炎性细胞数量的减少有关外,还与促进调节性T细胞数目的增加相关联。


MSCs移植对IBD的免疫调节作用

IBD是一种病因未明的慢性非特异性肠道炎症性疾病,包括溃疡性结肠炎(UC)和克罗恩病(CD)。IBD主要发病机制为肠道黏膜免疫系统异常所引发的免疫炎性反应,反应过程中有多种细胞及细胞因子。目前,IBD的药物治疗效果并不令人满意,应用MSCs治疗IBD的研究受到越来越多研究者的青睐,并且已经取得了较好效果。研究发现,1例患非霍奇金淋巴瘤合并CD的患者,经自体干细胞移植后临床症状得到缓解,并且存活期延长了7年。此外,在静脉注射BMSCs的实验小鼠体内,BMSCs可归巢到肠道组织,促进肠道细胞再生,改善炎性症状,增加生存率。


MSCs对IBD主要发挥两方面的治疗作用

其一,通过局部注射或静脉注射的方式将MSCs移植到IBD患者体内,MSCs迁移归巢到损伤部位,定植并分化为肠上皮细胞来修复受损肠道组织。

其二,定植在损伤部位未分化的MSCs旁分泌一些细胞因子来改善肠黏膜炎性环境并抑制异常免疫反应。MSCs能够分泌抗炎细胞因子,改善肠黏膜炎性环境。还有一些细胞因子能够对免疫细胞起调节作用进而改善IBD病程中的免疫异常和紊乱,从而达到治疗IBD的目的。


MSCs移植对AMI的免疫调节作用

AMI往往与强烈的免疫炎性反应相伴随。过度激活的免疫炎性反应将导致心肌进一步损伤,促使心室重塑的发生和发展。MSCs移植为心血管疾病的治疗提供了一种全新的方法。首先,MSCs能向心肌细胞分化,修复受损心肌组织。其次,MSCs能够调节受损心肌微环境的免疫炎性反应。MSCs移植使AMI后免疫炎性反应受到强烈抑制,进而使心肌梗死后心室重塑的发生得到延缓。

此外,BMSCs通过旁分泌VEGF等多种促血管新生的细胞因子,刺激受损区局部血管的增生,减少缺血区凋亡的心肌细胞数量。BMSCs还能够分泌IL-10和肝细胞生长因子等细胞因子来调节免疫系统。


MSCs移植对SLE的免疫调节作用

SLE是一种病因尚未完全清楚的累及多脏器的自身免疫性疾病。其主要病理机制为T、B细胞异常活化导致自身抗体的产生和免疫复合物的沉积,从而导致全身多个靶器官的破坏。近年来,MSCs治疗SLE的研究已取得一定成效。MSCs能够抑制T细胞的活化增殖,使T细胞亚群比例发生改变,上调Tregs细胞数量,从而抑制T细胞分泌炎性细胞因子,终诱导SLE体内免疫耐受及抑制免疫反应的发生。MSCs移植还能抑制SLE患者体内B细胞的增殖趋化功能及分泌致病性免疫球蛋白,减少SLE体内抗体及免疫复合物的沉积,维持凝血一抗凝系统平衡,改善机体的血栓易发状态,阻止SLE的血栓形成。SLE患者在接受 MSCs移植治疗后,血清中IL-17水平显著降低,其疾病的活动性得到了控制。脐带间充质干细胞移植治疗狼疮鼠的实验中显示,MSCs对小鼠的狼疮肾炎有治疗作用。


MSCs移植对骨修复的免疫调节作用

创伤、感染、肿瘤切除及骨骼疾病术后等所致的骨缺损、骨不连一直是骨科治疗的难点,自体骨移植是其传统治疗方法,具有修复力强和无免疫排斥反应的优势,但取骨部位和取骨数量受到极大限制。MSCs作为种子细胞被广泛应用到组织工程中,有望成为骨组织修复中理想的材料。

骨组织修复与重建过程中,MSCs除了能分化为成骨细胞外,还起到免疫调节作用。未成骨分化的MSCs和已成骨分化的MSCs均能表达可溶性因子HLA-G,它能抑制T细胞增殖,从而减少炎性因子的分泌,还能促进MSCs的免疫抑制作用。MSCs还能增加调节性T细胞的比例,诱导激活 T淋巴细胞凋亡。T淋巴细胞数量减少导致IFN-y、TNF-α和IL-2等炎性细胞因子数量减少,从而维护了骨修复的微环境,反过来也减少MSCs的凋亡数量,进一步促进骨修复。此外,在被移植到骨缺损区的MSCs中,已经进行成骨分化的MSCs还可以旁分泌血管内皮生长因子A,它能降低由巨噬细胞和中性粒细胞产生的促炎细胞因子的表达,明显减少炎性细胞因子的数量,促进骨组织的再生。


MSCs移植后在不同疾病中的免疫调节作用有许多共同点:

MSCs能归巢到疾病组织,通过旁分泌作用分泌许多细胞因子,其中一些细胞因子能促进幼稚T淋巴细胞向Th2和Tregs分化,抑制向Th1和Th17的分化,从而减少炎性细胞因子的产生数量,为MSCs分化和修复创造了良好的微环境;

一些细胞因子直接抑制T细胞活化和B细胞功能,抑制树突状细胞分化和NK细胞增殖,减少炎性细胞因子的分泌,增加抗炎性细胞因子的分泌;

通过调节免疫异常和紊乱,改善炎性环境。MSCs的这些作用也为其自身生存创造良好条件,减少MSCs自身凋亡数量,从而有利于分化为相应的组织细胞,达到修复缺损的目的。由于不同器官组织为MSCs提供的微环境不可能完全相同,所以促使MSCs旁分泌的细胞因子种类和数量也存在差异。


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