本文挑选文章的基本原则:首次发现或证明了间充质干细胞(MSC)与免疫相关的具有一定代表性的重要研究。根据发表文章的时间先后顺序,给与逐一整理和解读。挑选这些文章,具有一定的代表性,但是并不意味着这些文章的实验内容的数据就是真实可靠,尚存在一些相互矛盾的地方,后续再给与分析和讲解。
MSC的免疫功能研究始于2002年。
2002年,2个团队分别发现了MSC有强大的免疫抑制能力。
2002年的1月份,美国Bartholomew教授团队报道了MSC抑制淋巴细胞的激活,抑制异体皮肤移植出现的排斥反应,但是体外实验MSC和T细胞共培养中,额外添加IL-2可以部分地逆转MSC的抑制作用。
同一年的5月份,意大利Di Nicola教授团队报道了自体MSC和异体MSC无差异性抑制各种抗原刺激导致的T淋巴细胞(包括CD4+T细胞和CD8+T细胞)的增殖,而且利用tanswell实验证明MSC抑制T细胞的增殖是不需要依赖细胞之间的相互接触,利用抗体中和HGF和TGF-β,则减弱MSC的抑制作用。
2003年,瑞典的Le Blanc教授团队发现MSC本身具有低免疫原性,即使异体或跨种属使用,均不会引起免疫排斥反应[3, 4]。该团队还发现MSC抑制了细胞毒性T淋巴细胞(CTL)介导的细胞裂解作用,却不能抑制NK细胞的杀死作用;但是异体的CTL细胞和NK细胞不能杀伤MSC。
同年的美国波士顿儿童医院William T. Tse教授团队也同样证实MSC抑制T细胞的增殖是不需要依赖细胞之间的相互接触,同时也通过实验的方法证明MSC并不具有抗原提呈细胞(APC)的功能,MSC也不能诱导T细胞的凋亡,但是也证明IL-10、TGF-β、PGE2、IDO都不是MSC发挥免疫抑制功能的关键因子。
同年的英国FrancescoDazzi教授团队证明了MSC呈剂量依赖性地抑制幼稚T细胞和记忆性T细胞的增殖;MSC与T细胞共培养,MSC对T细胞的激活抑制是暂时性的;如果去除MSC,那么T细胞能再次对抗原刺激产生应答增殖。
2004年,Le Blanc教授团队在《Lancet》发表MSCs治疗儿童急性难治性的移植物抗宿主病(GVHD)的临床研究的文章。这是第一篇利用MSC的免疫抑制能力来发挥治疗作用的临床研究文章。这篇重磅文章拉开了MSC治疗免疫性疾病的序幕,不仅促进了MSC从基础研究快速进入临床应用研究,而且点燃了研究人员对MSC免疫调节功能的深入研究热情。
2005年,首次发现病人(再障)的骨髓MSC的免疫抑制功能出现病理性降低,从而开始认识到MSC也是和人体一样有生老病死(大自然的规律)。但不清楚疾病导致MSC的免疫抑制功能降低,还是先出现MSC的免疫抑制功能降低再出现疾病?随后发现多发性骨髓瘤、系统性红斑狼疮、类风湿性关节炎和ITP等患者的骨髓MSC的免疫抑制能力也出现损伤,以及增殖速度减慢、分泌细胞因子减少等改变。
同年的4月份英国Francesco Dazzi教授团队发现MSC不仅可以抑制T细胞的激活,而且还能上调p27和下调周期蛋白D2来诱导激活的T细胞停滞于细胞周期G期,T细胞处于失能状态(不应答)。虽然MSC抑制了T细胞的激活,但是MSC却能促进T细胞的存活,使得T细胞处于静息状态。
同年的5月份我国科学家发现MSC和CD14+单核细胞共培养,能抑制单核细胞向树突状细胞(DC)分化,而且MSC通过下调DC细胞的共刺激分子和IL-12的分泌,来抑制成熟的DC细胞的抗原提呈功能。随后不同团队证明MSC通过可溶性物质(IL-6和M-CSF等)和通过细胞周期G1到G0的转化来抑制DC的成熟和抗原提呈功能。
同年的11月,意大利Alessandro Poggi教授团队证明MSC和NK细胞接触培养后,MSC能激活NK细胞,能促进被抗原激活的NK细胞分泌大量的TNF-α和IFN-γ,而IL-2激活的NK细胞则可以杀死MSC,但静息状态的NK细胞不能杀死MSC[16]。随后的2006年,两个不同的团队证明了MSC可以抑制NK细胞的激活增殖,但是反过来,激活的NK细胞对MSC有杀伤作用。
同年的12月,加拿大Jacques Galipeau教授团队通过小鼠实验证明MSC并不是完全的免疫逃逸,而是存在一定的抗原特性,MHC不匹配的异体MSC输入体内后,被机体清除的速度远远快于自体MSC。因此,有专家提出MSC并不具有免疫豁免特性,而只是其免疫原性比其他类型的同种异体细胞低很多。
2006年,意大利的Anna Corcione团队发现MSC抑制外周血B细胞的增殖,而且使B细胞处于细胞周期的G0/G1期,抑制B细胞分泌IgM、IgG、IgA抗体。但随后有团队发现MSC促进了B细胞增殖和IgG抗体的分泌。
2007年,法国Loïc Fouillard团队发现MSC表达抑制性分子HLA-G,而且HLA-G的表达不受MSC和T细胞相互作用的影响;阻断HLA-G的生物学活性,可以解除MSC对T细胞的抑制作用。同一年的法国另一团队发现MSC亦表达血红素氧合酶-1(HO-1),阻断HO-1的MSC失去了免疫抑制能力。
同一年的爱尔兰一团队发现小鼠骨髓MSC并不表达PD-1或者PD-L1/PD-L2、IDO,但是IFN-γ能刺激MSC表达PD-L1和IDO,从而增强MSC的免疫抑制功能。同年的德国一团队证明IFN-γ受体1缺乏的MSC,不表达IDO,IDO抑制剂不能诱导PBMC的增殖,而且MSC抑制HLA不匹配的PBMC的效果不受IFN-γ受体1的影响。
同一年的日本自治医科大学KatsutoshiOzaki教授团队发现NOS-/-小鼠来源的骨髓MSC的免疫抑制能力下降,不能显著地抑制T细胞的增殖;MSC和T细胞的相互作用,诱导MSC的iNOS表达,增加NO 的产生,从而抑制了CD4+T细胞和CD8+T细胞的增殖。2008年我国科学家进一步证明了敲除了iNOS的小鼠骨髓MSC,或者敲除了IFN-γ受体1的MSC,都失去了免疫抑制能力,不能有效治疗小鼠的GVHD。
还是这一年,美国和比利时的两个团队,分布在免疫功能健全的小鼠和猪的动物模型中发现异体骨髓MSC注射能诱导动物的免疫系统产生一定程度的针对异体细胞的IgG和IgM抗体。
2008年,我国、法国和意大利的科学家团队分别发现MSC在抑制T细胞激活增殖的同时,促进T细胞的一个亚群Treg细胞的增殖。美国麻省总医院huang教授团队的数据证明,单次注射MHC不匹配的脐带MSC并不能诱导产生免疫反应,但是当在炎症部位注射、在同一区域重复注射或注射前用IFN-γ刺激时,提高了MSC的免疫原性,即产生轻微的皮肤移植排斥反应。
2009年,美国的两个团队均发现MSC诱导巨噬细胞的极化,MSC分泌PGE2刺激巨噬细胞极化为分泌IL-10的抗炎表型。同年的德国团队利用动物实验,系统性阐述了自体MSC和异体MSC在不同免疫功能状态下的动物分布和存留时间;同时发现异体MSC能诱导机体产生免疫记忆,包括记忆性CD4+T和记忆性CD8+T细胞。
2011年,意大利的Giuseppe Remuzzi医生团队首次开展MSC应用于肾移植患者的临床研究,2例肾移植患者,经常规临床治疗后,静脉回输自体骨髓MSC((1-2)x106/kg),患者体内的Treg细胞数量有所增加,记忆性CD8+T细胞的数量减少,虽然肾功能稳定,但是1例患者的肾活检也发现了局部的粒细胞浸润[39]。随后的2012年,我国福州总医院的团队在《JAMA》发表文章,首次通过随机对照临床试验来证实自体骨髓MSC在实体器官肾移植后发挥免疫抑制作用,起到免疫抑制剂的治疗效果。在移植后一年的随访时间内,MSC治疗组的肾移植患者发生更低的急性排斥反应和感染的风险,同时促进了更好的肾功能的恢复。基于MSC有免疫抑制和促进修复的功能,有望代替免疫抑制剂,不同的团队陆续开展MSC在肝和肾移植方面的临床应用研究。
2012年,Osiris公司宣布全球首个MSC的III期临床试验失败,即MSC治疗儿童GVHD的III期临床试验的结果和安慰剂组没有差异,给予MSC行业一个几乎致命的打击。当时的III期临床试验的数据并没有整理发表文章,但是2013年有篇文章专门点评这件事,分析失败原因和今后的发展方向。当然,Prochymal 失败的原因有很多,本小编也曾详细地分析过。虽然美国FDA没有批准Prochymal上市,但是Prochymal却在加拿大获得有条件上市。随后英国(2012年)和欧盟(2014年)的治疗指南推荐MSC作为治疗2-4级急性GVHD的三线治疗药物。
2013年,我国的大样本(172例)临床研究发现,类风湿性关节炎(RA)患者普遍存在Treg细胞减少,经过MSC治疗后,Treg细胞增加的患者,其RA相关的临床症状体征缓解非常明显,MSC的疗效得到较好地维持。这项临床研究的意义在于,Treg细胞的数量变化可以作为MSC治疗RA病情缓解的客观判断指标。
这一年,法国SITI实验室评估了骨髓MSC和脂肪MSC在GMP条件下,不同的培养体系对MSC的免疫调节功能特性的影响和差异。该团队的实验数据提示,胎牛血清和血小板裂解液均能很好地促进MSC增殖;血小板裂解液培养的脂肪MSC,具有很好的抑制T细胞激活的品质。但是该团队用于培养脂肪MSC(2%)和骨髓MSC(8%)的血小板裂解液浓度不一样,因此需要谨慎对待该团队的实验结论。
2015年,Mesoblast公司的骨髓MSC产品用于心衰竭的局部注射治疗,11%的患者体内检测到针对异体骨髓MSC的HLA-I类抗原的抗体,只有1名患者检测到骨髓MSC的HLA-II类抗原的抗体。
2016年7月份《Lancet》报道全球第二个基于免疫调节功能的干细胞药物(脂肪MSC)的III期临床试验的结果,即Cx601(脂肪MSC)治疗复杂肛周瘘克隆恩病的多中心随机对照III期试验(RCT),这项研究包括212名患者,107名患者接受了脂肪MSC治疗,105名患者接受了安慰剂治疗;接受脂肪MSC治疗的患者中有50%实现了联合缓解,而安慰剂组中的34%的患者在24周达到了联合缓解,MSC治疗的效果明显优于安慰剂组。
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