脂肪来源间充质干细胞与免疫调节因子间作用的研究进展

韩秋青 ，师帅南 ，王玉亮 ,3△

间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）是中胚层中具有高度自我更新和多向分化潜能的非造血多能干细胞。MSCs研究的兴起和快速临床转化应用为过去许多传统治疗方案无能为力的“顽疾”带来了治愈的曙光，其标志着医学将走出组织、器官匮乏的困境，步入“再生医学”的新时代。目前，在骨髓、脂肪、脐血、胎盘、肌肉、牙龈及外周血等多种组织中均可扩增出MSCs［1］。但这些研究中均存在组织收获有限和细胞收获产量低等问题。脂肪组织由于易于获取和体量丰富，被认为是获得MSCs的一个极有吸引力的替代来源。研究显示，当从等量的组织中分离时，脂肪间充质干细胞（adipose-derived mesenchymal stem cells，ADSCs）的产量比骨髓中的MSCs高 500 倍［2］。研究证实，ADSCs可通过旁分泌吲 哚 胺 -2，3-双 加 氧 酶（indoleamine 2，3-dioxygenase，IDO）及前列腺素 E2（prostaglandin E2，PGE2）等多种调节因子来发挥免疫调节效应［3］。同时ADSCs在炎性细胞因子如干扰素γ（interferon-γ，IFN-γ）的预刺激作用下可进一步发挥更强的免疫调节作用。本文对目前ADSCs和这3种免疫调节因子之间相互作用的研究进展情况作一综述。

1 IDO

IDO是一种细胞内含亚铁血红素的酶，是肝脏以外唯一可催化色氨酸分子中吲哚环氧化裂解的限速酶，而色氨酸是机体内所必须的氨基酸，与自身免疫紊乱密切相关［4］。研究发现，MSCs可通过表达IDO来抑制T细胞增殖，调节固有免疫和适应性免疫细胞，包括抗原提呈细胞、自然杀伤细胞、T细胞和B细胞［5］。其机制与IDO的表达可导致T细胞微环境中色氨酸的耗竭有关，通过使细胞处于一种色氨酸饥饿状态，从而抑制T细胞增殖，降低T细胞应答。同时，IDO可以将色氨酸分解为L-犬尿酸、吡啶甲酸和喹啉酸等多种代谢物，色氨酸毒性代谢产物可以直接抑制T细胞功能，甚至诱导T细胞凋亡［6］。在异位气管移植模型中，Zheng 等［7］研究发现，同种异体受体小鼠于移植后第 0、1、5、8、12、15、20和25天静脉内给予5×106/mL ADSCs 24 h后ADSCs均归巢于移植损伤和炎症部位，显著改善了闭塞性细支气管炎，降低了上皮细胞凋亡，并认为其机制与气管体移植物中IDO蛋白水平显著升高相关；进一步与单次细胞治疗相比显示，多剂量ADSCs治疗的同种异体移植物中IDO表达水平进一步升高；研究认为ADSCs可通过依赖IDO的方式诱导调节性 T 细胞（regulatory T cell，Treg）产生，诱导免疫耐受并促进对移植物的保护作用。另有研究显示，IDO能够促进Treg的产生，从而抑制各种生理和病理免疫应答［8］，而其他研究认为Treg可增加IDO水平［9］。为了确定ADSCs是否通过体内诱导Treg来直接或间接提升IDO水平，Zheng等［7］用环磷酰胺处理同种异体移植小鼠以消除Treg，结果显示，在环磷酰胺治疗后，ADSCs诱导的同种异体气管移植物中的IDO表达不受影响，表明ADSCs对IDO表达的调节是独立的。

甲基色氨酸是IDO的竞争性抑制剂，可通过优先结合IDO来阻止色氨酸降解。有研究显示，当IDO活性被甲基色氨酸抑制时，MSCs免疫抑制作用减弱，这表明MSCs的免疫抑制作用依赖于IDO的分泌水平［6］。有研究显示，相比于正常同种异体MSCs治疗组，输注同种异体基因敲除IDO的MSCs（IDO-/-MSCs）能显著增加同种异体抗体的产生，降低脾脏及移植物内调节性T细胞的比例，并促进树突状细胞的成熟［10］。Zheng 等［7］研究显示，甲基色氨酸阻断可降低ADSCs对闭塞性细支气管炎的免疫抑制，另外血清促炎细胞因子含量回升而抗炎细胞因子含量降低，移植物中CD3+T细胞浸润增加。王平等［11］研究也表明，虽然IFN-γ可增强ADSCs对活化T细胞的抑制能力，但在共培养体系中这种能力可被甲基色氨酸所抑制。

2 PGE2

PGE2是前列腺素的一个亚型，具有脂类介质的生理功能，例如子宫收缩、宫颈软化、诱导产热、肌肉松弛以及血管舒张，是一种由环氧合酶催化花生四烯酸产生的一种主要代谢物，由一系列酶促反应催化产生。选择性环氧合酶-2是PGE2合成的限速酶，PGE2的合成可以被非甾体抗炎药高效地抑制［12］。Qiu 等［13］体外研究显示，ADSCs与脓毒症患者外周血单核细胞共培养24 h可显著降低CD14++CD16+细胞表达，同时增加CD14++CD16-表型，ADSCs对单核细胞的免疫调节作用是PGE2依赖性的，功能上ADSCs可减少脓毒症患者单核细胞中肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α 的分泌，增加白细胞介素（interleukin，IL）-10的分泌；以外源PGE2来模拟ADSCs所分泌的PGE2，并与脓毒症患者外周血单核细胞共孵育，结果证实PGE2可显著降低单核细胞CD14++CD16+表型和TNF-α表达，而特异性抑制剂NS-398可消除ADSCs对CD14++CD16+表型和TNF-α和IL-10表达的影响。因此，PGE2直接参与了调节脓毒症患者单核细胞表型；体内实验研究还显示，ADSCs治疗还可以逆转败血症小鼠模型中单核细胞表型和功能，从而发挥治疗作用。Anderson等［14］给实验性自身免疫性脑脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE）小鼠静脉注射ADSCs，结果显示ADSCs通过分泌PGE2来诱导不成熟树突状细胞（DC）产生并可显著抑制T细胞功能，从而改善EAE疗效。Matysiak等［15］研究显示，PGE2对EAE的进展有决定性的作用，对EAE小鼠使用PGE2抑制剂美洛昔康后，小鼠血浆中PGE2水平降低，同时对EAE进程的抑制作用也减弱。目前，MSCs产生PGE2发挥免疫抑制特性的功能主要是抑制T细胞增殖，而不是诱导其凋亡；PGE2在MSCs保护T细胞凋亡的过程中起重要作用，因为抑制PGE2的生物合成后，其抗凋亡效果随即消失，故推测其机制是通过下调Fas或者其配体FasL 的表达来实现的［16-17］。

PGE2受体（EP）属于G蛋白类受体，负责PGE2的细胞内信号转导。一共有4类EP，EP1以钙作为信号，EP2和EP4以腺苷酸环化酶为信号，EP3以钙离子Gi和Gs作为信号，这些受体表达于免疫细胞表面［18］。为了验证PGE2是否可调控单核细胞表型变化，有研究将来自脓毒症患者的单核细胞与ADSCs共同培养体系用外源PGE2处理，检查了4种EP受体的表达谱，结果显示共培养显著增加了EP4 的表达，而 EP1～3 蛋白水平没有明显变化［13］。Han等［19］利用病毒构建EP2慢病毒载体来转染MSCs形成MSCs-EP2，结果发现MSCs-EP2在肺部损伤部位高度富集，并可起到改善肺部炎症、提高肺部通透性的作用，提示EP2基因和MSCs的相互作用可以提高MSCs定位到炎症部位的能力，这为MSCs在未来有效地治疗炎症提供了一种选择方案。

3 IFN-γ

CD8+T细胞和自然杀伤细胞可分泌高浓度的IFN-γ，CD4+T细胞可分泌较低浓度的 IFN-γ。Krampera 等［20］研究显示，外源性 IFN-γ 可增强MSCs对CD4+和CD8+T淋巴细胞以及自然杀伤细胞增殖能力的抑制作用，从而证实免疫细胞产生的IFN-γ可正反馈地增强MSCs的免疫调节功能。另有研究显示，在免疫应答过程中，MSCs可以抑制树突状细胞介导的T淋巴细胞及自然杀伤细胞内IFN-γ的分泌，进而抑制T淋巴细胞及自然杀伤细胞的功能，认为IFN-γ和MSCs间有相互调节的关系［21］。Zhu 等［22］研究显示，IFN-γ 预激活 ADSCs（IFN-γ preactivated ADSCs，ADSCs-γ）后，可通过分泌更多的IL-10来抑制淋巴细胞活化和增殖能力，其机制与上调ADSCs中Jagged-2分子表达相关；RNA干扰实验显示ADSCs-γ可能通过Jagged-2依赖机制来维持其免疫抑制活性。IFN-γ对MSCs的功效受浓度影响。Polchert等［23］研究证实，IFN-γ 诱发IDO的功能具有剂量依赖性，使用500 U/mL的IFN-γ 预激活 MSCs（MSCs-γ）后，IDO 活性达到高峰并能最大限度地改善移植物抗宿主病模型鼠疾病状况，存活率达100%；相反，未经处理的MSCs和低剂量MSC-γ对于疾病疗效较差。因此，这进一步确定了要启动MSCs的免疫调节功能达到阈值需要足够高水平IFN-γ的预刺激。王平等［11］研究发现，随着ADSCs与T细胞共培养量的减少，ADSCs对活化T细胞增殖的抑制率也显著提高，呈剂量依赖关系；IFN-γ预刺激可显著增强ADSCs的负性调节作用，可上调IDO在ADSCs上的表达，显著抑制活化T细胞的增殖能力，并增强活化T细胞向Treg亚群转化的能力，表明IFN-γ是ADSCs上IDO高表达的有效激活物。在体内生理病理状态下，ADSCs的免疫调节作用依赖于微环境低О2或“生理”缺氧（5%О2）的影响。Andreeva 等［24］认为，在“生理”缺氧以及急性缺氧应激（＜1%O2）条件下，IFN-γ预刺激可以增强组织О2适应性ADSCs的“修复”功能，而急性缺氧应激可部分减弱IFN-γ的炎性活化，抑制ADSCs的功能重塑，从而在微环境中起到刺激和阻碍ADSCs功能的双重作用。

4 展望

综上所述，免疫调节因子对ADSCs的免疫调节作用研究已经取得了一定进展，合理利用免疫调节因子对ADSCs的作用能对临床疾病的治疗提供更多选择，但其更深层的机制还有待进一步探索。同时，若对ADSCs进行统一化管理、规模化生产，制成统一化标准制剂，则未来可以进行自体或异体规模化疾病治疗，大大提高ADSCs在组织器官损伤、修复及免疫耐受诱导中的治疗作用。

［1］Trohatou O，Roubelakis MG.Mesenchymal stem/stromal cells in regenerative medicine:past，present，and future ［J］.Cell Reprogram，2017，19（4）：217-224.doi：10.1089/cell.2016.0062.

［2］Bajek A，Gurtowska N，Olkowska J，et al.Adipose-derived stem cells as a tool in cell-based therapies［J］.Arch Immunol Ther Exp（Warsz），2016，64（6）：443-454.

［3］Sobacchi C，Palagano E，Villa A，et al.Soluble factors on stage to direct mesenchymal stem cells fate［J］.Front Bioeng Biotechnol，2017，5：32.doi：10.3389/fbioe.2017.00032.

［4］Asghar K，Farooq A，Zulfiqar B，et al.Indoleamine 2，3-dioxygenase：As a potential prognostic marker and immunotherapeutic target for hepatocellular carcinoma［J］.World J Gastroenterol，2017，23（13）：2286-2293.doi：10.3748/wjg.v23.i13.2286.

［5］Prodinger J，Loacker LJ，Schmidt RL，et al.The tryptophan metabolite picolinic acid suppresses proliferation and metabolic activity of CD4+T cells and inhibits c-Myc activation［J］.J Leukoc Biol，2016，99（4）：583-594.doi：10.1189/jlb.3A0315-135R.

［6］LiX，Xu Z，BaiJ，etal.Umbilicalcord tissue-derived mesenchymal stem cells induce t lymphocyte apoptosis and cell cycle arrest by expression of Indoleamine 2，3-Dioxygenase［J］.Stem Cells Int，2016，2016：7495135.doi：10.1155/2016/7495135.

［7］ZhengG，Qiu G，GeM，etal.Human adipose-derived mesenchymal stem cells alleviate obliterative bronchiolitis in a murine model via IDO［J］.Respir Res，2017，18（1）：119.doi：10.1186/s12931-017-0599-5.

［8］AraújoEF，MedeirosDH，GaldinoNA，etal.Tolerogenic plasmacytoid dendritic cells control paracoccidioides brasiliensis infection by inducting regulatory T cells in an IDO-dependent manner［J］.PLoS Pathog，2016，12（12）：e1006115.doi：10.1371/journal.ppat.1006115.

［9］Yu LL，Zhang YH，Zhao FX.Expression of indoleamine 2，3-dioxygenase in pregnant mice correlates with CD4+CD25+Foxp3+T regulatory cells［J］.Eur Rev Med Pharmacol Sci，2017，21（8）：1722-1728.

［10］Ge W，Jiang J，Arp J，et al.Regulatory T-cell generation and kidney allograft tolerance induced by mesenchymal stem cells associated with indoleamine 2，3-dioxygenase expression［J］.Transplantation，2010，90（12）：1312-1320.doi：10.1097/TP.0b013e3181fed001.

［11］王平，顾昕，张娜，等.干扰素γ增强脂肪间充质干细胞对淋巴细胞的免疫调节作用［J］.天津医药，2016，44（6）：683-686.Wang P，Gu X，Zhang N，et al.Interferon-γ promotes immunomodulatory of adipose tissue-derived mesenchymal stem cells on peripheral blood lymphocytes［J］.Tianjin Med J，2016，44（6）：683-686.doi：10.11958/20150261.

［12］Grösch S，Niederberger E，Geisslinger G.Investigational drugs targeting the prostaglandin E2 signaling pathway for the treatment of inflammatory pain［J］.Expert Opin Investig Drugs，2017，26（1）：51-61.doi：10.1080/13543784.2017.

［13］Qiu G，Zheng G，Ge M，et al.Adipose-derived mesenchymal stem cells modulate CD14++CD16+expression on monocytes from sepsis patients in vitro via prostaglandin E2［J］.Stem Cell Res Ther，2017，8（1）：97.doi：10.1186/s13287-017-0546-x.

［14］Anderson P，Gonzalez-Rey E，O’Valle F，et al.Allogeneic adipose-derived mesenchymal stromal cells ameliorate experimental autoimmune encephalomyelitis by regulating selfreactive T cell responses and dendritic cell function［J］.Stem Cells Int，2017，2017：2389753.doi：10.1155/2017/2389753.

［15］Matysiak M，Orlowski W，Fortak-Michalska M，et al.Immunoregulatory function of bone marrow mesenchymal stem cells in EAE depends on their differentiation state and secretion of PGE2［J］.J Neuroimmunol，2011，233（1/2）：106-111.doi：10.1016/j.jneuroim.2010.12.004.

［16］Zhuang Y，Zhao F，Liang J，et al.Activation of COX-2/mPGES-1/PGE2 Cascade via NLRP3 inflammasome contributes to albumininduced proximal tubule cell injury［J］.Cell Physiol Biochem，2017，42（2）：797-807.doi：10.1159/000478070.

［17］Luz-Crawford P，Jorgensen C，Djouad F.Mesenchymal stem cells direct the immunological fate of macrophages［J］.Results Probl Cell Differ，2017，62：61-72.doi：10.1007/978-3-319-54090-0_4.

［18］Tilley SL，Coffman TM，Koller BH.Mixed messages：modulation of inflammation and immune responses by prostaglandinsand thromboxanes［J］.J Clin Invest，2001，108（1）：15-23.doi：10.1172/JCI13416.

［19］Han J，Lu X，Zou L，et al.E-prostanoid 2 receptor overexpression promotes mesenchymal stem cell attenuated lung injury［J］.Hum Gene Ther，2016，27（8）：621-630.doi：10.1089/hum.2016.003.

［20］Krampera M，Cosmi L，Angeli R，et al.Role for interferon-gamma in the immunomodulatory activity ofhuman bone marrow mesenchymal stem cells［J］.Stem Cells，2006，24（2）：386-398.doi：10.1634/stemcells.2005-0008.

［21］Hong J，Hueckelhoven A，Wang L，et al.Indoleamine 2，3-dioxygenase mediates inhibition of virus-specific CD8（+）T cell proliferation by human mesenchymal stromal cells［J］.Cytotherapy，2016，18（5）：621-629.doi：10.1016/j.jcyt.2016.01.009.

［22］Zhu X，Zhang B，Zhao H，etal.Jagged-2 enhances immunomodulatory activity in adipose derived mesenchymal stem cells［J］.Sci Rep，2015，5：14284.doi：10.1038/srep14284.

［23］Polchert D，Sobinsky J，Douglas G，et al.IFN-gamma activation of mesenchymal stem cells for treatment and prevention of graft versus host disease［J］.Eur J Immunol，2008，38（6）：1745-1755.doi：10.1002/eji.200738129.

［24］Andreeva ER，Udartseva OO，Zhidkova OV，et al.IFN-gamma priming of adipose-derived stromal cells at"physiological"hypoxia［J］.J Cell Physiol，2018，233（2）：1535-1547.doi：10.1002/jcp.26046.