文摘
间充质干细胞(msc)已经引起了研究者和临床医生的注意的能力分化成多种细胞类型,参与组织再生,修复受损组织,生产各种生长因子和细胞因子,以及他们独特的immunoprivilege alloreactive主机。外生msc广泛的免疫调节功能研究免疫介导的炎性疾病和移植研究。然而,恶劣的环境现场组织损伤或炎症与氧气供应不足,大量的活性氧和其他有害的分子,破坏过继转移细胞共同导致低转移细胞的生存和移植。msc预处理的体外通过缺氧、炎症刺激,或其他因素/条件之前使用治疗是一种自适应策略,准备msc在严酷的生存环境和提高他们的监管功能的局部免疫反应。本文着重于人类msc预处理的方法,目的是增加他们的调节先天和适应性免疫反应的能力。
1。介绍
间充质干细胞(msc)是一个异构的纤维母细胞的人口可以与几乎所有的人体组织,包括,但不限于,骨髓,脂肪,骨骼肌,心脏,脐带和胎盘。msc吸引了科学家和临床医生的注意由于multilineage分化潜力,积极参与组织修复和再生迁移到现场后组织损伤(1- - - - - -3]。当刺激通过适当的信号,msc可以区分成一定数量的专业类型的细胞如脂肪细胞、成骨细胞、软骨细胞、次数少,内皮细胞和心肌细胞(4- - - - - -6]。此外,msc具有强大的免疫抑制和免疫调节由属性和信息联系和生产各种信号的因素。msc能够抑制或调制先天免疫系统的组件和T细胞和B细胞的功能包括监管细胞,以及影响Th1、Th2细胞分化[7- - - - - -10]。msc的另一个优点是其immunoprivilege和相对安全使用时在同种异体主机。然而,他们可以通过移植分化后失去immunoprivilege MHC II类和Ia表达式和表达下调免疫抑制的表达MHC类Ib (7]。此外,减少前列腺素E2在失去MSC hypoimmunogenicity生产起着作用。尽管大量的数据对msc的好处发表在临床前实验设置,使用msc治疗患者疾病相关的各种免疫系统显示不同的结果(11,12]。这种差异可能是由于msc无力生存和/或在荒凉的主机环境中正常运行。
的方法来改善msc在严酷的生存微环境的能力,提高他们的调节免疫反应是细胞的先决条件体外专门设计/工程环境与不同的物理或化学参数(s) /因子(s)。例如,低氧预处理和三维文化聚合是常见的方法来模拟自然MSC栖息地组织如骨髓和脂肪组织,增强MSC生存。骨髓间充质组织缺氧暴露引起的一种蛋白激酶和坏的磷酸化以及BAG1和BCL-XL mRNA表达的增加,因此,提高细胞生存通过激活凋亡信号传导机制(13]。萧和他的同事报道,缺氧预处理msc增加他们的生存,ATK公司上调趋化因子受体激活和增强他们的迁移,如趋化因子受体CXCR4和CX3CR1 [14]。增加生存和msc暴露于低氧的迁移体外可以解释这些细胞组织再生潜力的增加在后肢缺血损伤模型(15]。msc Beegle和他的同事证明了低氧预处理增加他们的生存通过减少葡萄糖消耗和乳酸分泌以及降低细胞色素c的水平和血红素加氧酶1 (16]。缺氧复氧进一步增加的组合(HIF-1 prosurvival蛋白质的表达α、红细胞生成素受体磷酸化AKT)和营养因子(VEGF, ANG、FGF和BDNF)通过msc (17]。此外,MSC文化在三维聚集增加他们的生存通过减少细胞凋亡蛋白酶活动(3/718,19]和bcl - 2移植和AKT [20.]。
考虑到天然免疫细胞之间的相互作用和msc在现场组织损伤或炎症的8,21,22),重要的是要加强msc调节免疫反应的能力。例如,如果msc可以有效地调节炎症细胞的功能,积极破坏周围组织和/或参与细胞碎片清除现场的伤害,这可能会提高组织愈合,最终减少疤痕形成。启用的抑制急性炎症反应,促进功能的再生组织,重要的是要提高的能力msc诱导建设性损伤后免疫反应。本文着重于各种方法在人类msc预处理的目的,提高他们管理自己的先天和适应性免疫反应。
2。先决条件的影响人类间充质干细胞的先天免疫反应
msc能影响各种细胞的先天免疫和组件的功能包括单核细胞/巨噬细胞、中性粒细胞、自然杀伤(NK)细胞,补充系统(23,24]。本节讨论最近出版的数据MSC预处理的影响在先天免疫反应的调节。
2.1。Hypoxia-Treated msc和先天免疫
当暴露于低氧,msc调节凋亡蛋白的表达来改善他们的生存在充满敌意的环境中,从而提高可用性的本地功能msc (13- - - - - -16]。缺氧也显著增加骨骨髓来源msc的增殖(BM-MSCs)和il - 6的生产和治疗引发的细胞(25]。此外,条件媒体hypoxia-treated msc增加CD14 +单核细胞的迁移在体外和巨噬细胞在活的有机体内在伤口愈合的实验模型(25]。
2.2。治疗msc与细胞因子和先天免疫反应
许多研究报告cytokine-preconditioned msc在先天免疫的影响26- - - - - -29日]。努尼和他的同事证明了人类的预处理与干扰素(IFN - mscγ)导致增加抑制NK激活和增强保护的msc NK-mediated细胞毒性(26]。这是部分通过upregulation吲哚胺2,3-dioxygenase (IDO)和前列腺素依照(PGE-2)合成。此外,正-γmsc预处理增加模MHC NK抑制性受体的配体的表达CD94 / NKG2A和降低激活公认的配体ULBP1-3 NKG2D的表达(26]。结合干扰素-γ治疗与肿瘤坏死因子-α骨髓间充质分泌因子H的能力显著提高,这是一个关键分子参与抑制补体激活(30.]。无血清培养系统的损耗因子H MSC-conditioned媒体废除补抑制活动。此外,抑制被罩和PGE-2生产降低生产因子H msc,这表明这些分子生产的一个重要作用因子H (30.]。此外,弗朗索瓦和他的同事报道,治疗与肿瘤坏死因子- BM-MSCsα和干扰素-γ增加生产的被罩,参与CD14 +单核细胞分化成il - 10生产抗炎CD206 + M2巨噬细胞(27]。此外,生成的抗炎M2巨噬细胞能够抑制人类外周血单核细胞的增殖,通过CD3 / CD28途径被激活(27]。
治疗脐cord-derived msc与il - 1 (UC-MSCs)β显著调节cyclooxygenase-2的表达(cox - 2)、il - 6,引发与未经处理的msc (28]。il - 1β治疗也增强了MSC的生产趋化因子受体CXCR4和MSC迁移的能力在体外(28]。此外,il - 1β对msc他们迁移到脾脏的能力,改善肠系膜淋巴结,结肠结肠炎小鼠的实验模型和导致减少M1在小鼠腹腔巨噬细胞的数量。使用一个类似的待遇,Carrero及其同事报告说,il - 1β预处理的骨髓msc与多种细胞因子包括TNF的表达增加αil - 6,引发,IL-23A和趋化因子,如CCL5 CCL20,处于受控,CXCL3, CXCL5, CXCL6, CXCL10, CXCL11以及粘附分子VCAM-1 ICAM-1, ICAM-4 [29日]。此外,msc与il - 1的治疗β也增加了能力招募中性粒细胞,单核细胞,淋巴细胞和嗜酸性粒细胞,NF -κB在这一过程中发挥着重要作用[29日]。这些数据表明,msc与il - 1的预处理β不仅增加多个细胞粘附分子的表达,进而促进骨髓间充质受伤的网站迁移/炎症,也提高了生产大量的趋化因子,能够招募免疫细胞和细胞因子,可调节靶细胞的功能。
2.3。治疗msc TLR配体和先天免疫
条件媒体LPS-treated人类UC-MSCs显著增加抗炎细胞因子的表达,包括il - 10和TGF -β,减少促炎细胞因子的表达,如il - 1、il - 6和TNF -α人类单核细胞的细胞系。的媒体也增加了单核细胞的优惠对消炎M2巨噬细胞分化31日]。这种效应可能是由通过TLR4 / NF - let-7微rnaκB / STAT3 / ATK公司信号通路。此外,let-7微rna参与自然杀伤T细胞的分化和效应功能(32]。
最近,Fuenzalida和他的同事们比较了刺激UC-MSCs通过toll样受体4 (TLR4)通过使用有限合伙人,TLR4配体,通过利用polyinosinic-polycytidylic TLR3酸刺激(保利(我:C)), TLR3配体(33]。治疗MSC与聚(我:C)显著增加IDO的表达比未经处理的细胞,而有限合伙人对MSC治疗显示没有影响语言表达。然而,保利(我:C)和有限合伙人升高il - 6的水平和引发msc比未经处理的细胞;有限合伙人证明高表达的细胞因子治疗。这些结果表明,msc刺激通过TLR3有更强的免疫抑制表型被罩upregulation通过TLR4与msc刺激。
PGE-2是一个重要的分子,将促炎M1巨噬细胞转化为抗炎M2巨噬细胞。格雷和他的同事们筛选一些分子,包括干扰素-β干扰素-γ,il - 1βil - 6,有限合伙人,保利(我:C)能力增强的免疫调节特性msc (34]。干扰素-β干扰素-γ,il - 1β或有限合伙人msc治疗显著增加生产PGE-2、il - 1β和有限合伙人拥有最高的影响。配对的这些因素表明,il - 1的结合β和有限合伙人对生产PGE-2最大的影响。PGE-2生产巨噬细胞的差别,对这些基因的msc可以由抑制MAPK和ERK的磷酸化(35]。此外,治疗与TGF - mscβ还可以减少生产PGE-2 msc和减少CD14 + CD206 +巨噬细胞(36]。此外,TNF -的评估α巨噬细胞产生的生产,作为一种重要的促炎细胞因子,与il - 1表明,预处理的mscβ或有限合伙人的最大影响抑制TNF -α生产由人类巨噬细胞。然而,这两个因素的结合降低了抑制(msc的能力34]。因此,这些数据证明最有效的两个因素的结合可以意外减少msc调节免疫反应的能力相比,使用一个单一的因素。这表明潜在的冲突在监管的信号。
2.4。三维细胞培养的msc和先天免疫反应
除了使用各种因素和缺氧,三维细胞培养系统被使用来模仿在活的有机体内发展和改善人类msc的免疫调节特性。例如,它已经表明,条件培养基从MSC更有效地抑制TNF -生产的球状体α、il - 6、IL-12p40 IL-23, CXCL2和增加抗炎细胞因子的生产IL-1ra LPS刺激巨噬细胞il - 10。MSC球体也条件培养基诱导更高的生产PGE-2 LPS刺激巨噬细胞相比,MSC与单层培养的条件培养基(37]。此外,球体由msc的形成导致肿瘤坏死因子alpha-induced自活化蛋白6 (TSG6)和cox - 2增加PGE-2生产和促炎M1巨噬细胞转化为抗炎M2巨噬细胞,以及更有效地抑制TNF -α生产LPS刺激巨噬细胞(38,39]。在另一项研究中,这是证明了MSC在球状体的免疫抑制效应可以显著提高巨噬细胞的功能活动的组合治疗干扰素-γ和肿瘤坏死因子-α(40]。特别是,与干扰素- MSC预处理球状体γ和肿瘤坏死因子-α增强的抑制TNF -α生产由巨噬细胞比未经处理的球状体。然而,这是观察到免疫调节因子分泌高度依赖细胞培养基的成分。人类无血清培养系统MSC在MesenCult-XF球状体显示更少的表达PGE-2,被罩,TGF -β1,il - 6与msc在同一培养基培养补充与胎牛血清(40]。此外,Ylostalo和他的同事们也证明了MSC在3 d环境中激活极度依赖于培养基。他们发现的人类血清白蛋白定义xeno-free培养基导致紧凑MSC球体高细胞生存能力,加上高表达的抗炎分子(PGE-2和TSG6)。此外,发现MSC球体在这种培养基培养显著抑制LPS刺激巨噬细胞的活动(41]。
因此,有多个MSC预处理方法可以单独使用或者是增强MSC先天免疫系统的调节。表1总结了这些方法在MSC预处理和对先天免疫反应的影响。
3所示。预处理的影响人类间充质干细胞的适应性免疫反应
msc的一个重要特性是他们强大的免疫调节适应性免疫系统的影响,这使得他们有吸引力的细胞治疗药物治疗炎症性疾病,如移植物抗宿主病、系统性红斑狼疮、类风湿性关节炎和维持外周器官移植后免疫耐受42- - - - - -48]。在过去的十年中,大量研究报道,预处理的msc可以促进他们对适应性免疫系统的细胞免疫调节作用[49]。改善msc的治疗效果,采用不同的预处理策略。缺氧刺激和细胞因子应用两种主要的方法用于msc的免疫调节性能的优化。
3.1。Hypoxia-Treated msc和适应性免疫
预处理的msc、缺氧预处理提高了msc的免疫调节效应通过改善免疫抑制细胞因子的分泌和可溶性因素相关(50- - - - - -52]。例如,据报道,缺氧调节人类gingiva-derived msc (G-MSCs)的细胞因子,通过刺激生产抗炎细胞因子、细胞因子il - 10等将向抗炎介质。在一项研究中,缺氧促进了人类的免疫抑制效应msc通过增加il - 10生产和由人类G-MSCs FasL的表达,从而提高他们禁止的影响外周血单核细胞(PBMCs)增殖和促进PBMC细胞凋亡的诱导53]。Roemeling-Van Rhijn明显和他的同事们表明,缺氧调节IDO的表达在人类脂肪tissue-derived msc (AT-MSCs) [54],这是至关重要的免疫调控msc部分通过诱导T细胞无力,一代的调节性T细胞亚群)和il - 10增产效应T细胞(55,56]。PGE-2也起着重要的作用在调节T细胞增殖的抑制人类mesoangioblasts [56]。此外,它表明coculture AT-MSCs在缺氧条件下增强抑制CD4 +和CD8 + T细胞(54)以及PBMC扩散(57)相比,常氧文化信息联络和transwell条件。
3.2。治疗msc与细胞因子和适应性免疫反应
除了低氧预处理,msc可以抑制炎性细胞因子和免疫细胞活动溶性因素。称为启动,这个过程是非常复杂的,对涉及的所有因素和信号通路(24]。研究最多的一个机制的炎症触发MSC是用干扰素治疗,免疫调节活动γ。干扰素- Krampera和他的同事们展示了一个重要的角色γ,这主要是由NK, CD4 +和CD8 + T细胞,在免疫调节功能的调控msc (58]。免疫抑制活性的msc增殖T细胞和NK细胞的部分由我生产的增强。这些数据表明,炎症环境刺激msc和干扰素的封锁的函数γ废除这一效应。此外,据报道,干扰素-γ治疗人类BM-MSCs明显抑制Th1细胞因子(IFN -γ肿瘤坏死因子-α和2)生产的T细胞及其扩散(59]。虽然干扰素-γ对msc移植他们的语言表达,msc的抑制功能可以由B7H1和B7DC通路。在另一项研究中,这是证明UC-MSCs与干扰素的治疗γ增强的能力促使更多的亚群UC-MSCs相比不与干扰素治疗γ(60]。类似的观察风扇和他的同事证明了il - 1β治疗人类UC-MSCs显著增加亚群的数量和Th2细胞,除了减少数量的Th1和Th17细胞在脾脏和肠系膜淋巴结与控制小鼠结肠炎的实验模型(28]。
最近,据报道,干扰素-的结合γ和肿瘤坏死因子-α更有效诱导msc在表达高水平的免疫抑制分子(被罩,程序化死亡ligand-1 (PD-L1)和HLA-G)和促炎趋化因子包括CCL5 CXCL9, CXCL10, CXCL11 [61年]。这些趋化因子和分子可以诱导免疫细胞的积累与msc紧密结合,从而形成一个微环境,本地代理的影响因素由msc导致强烈的免疫抑制(62年]。此外,Cuerquis和他的同事证明了预处理的同种异体与干扰素- mscγ和肿瘤坏死因子-α大大增加了这些细胞的抑制活性对CD3 / CD28激活T细胞与对照组相比没有预处理;这种效果是由我而不是PGE-2 [63年]。然而,干扰素,γ和肿瘤坏死因子-α预处理降低了早期干扰素-激增γ和生产- 2激活PBMCs msc诱导的没有任何治疗。关于如果PBMCs, msc与干扰素的预处理γ和肿瘤坏死因子-αCD69的表达增加CD4 + T细胞相比,该集团没有任何治疗。此外,结果表明,正-γ和肿瘤坏死因子-α促进骨髓间充质表达编程能力的人类死亡ligand-2 (PD-L2)和诱导分化的CD4 + il - 10 +和CD8 + il - 10 + Treg亚种群(64年]。
Prasanna和同事直接比较两个种群的msc孤立从骨髓或从沃顿商学院的果冻和报道,预处理BM-MSCs与干扰素-γ或肿瘤坏死因子-α增强他们的抑制能力mitogen-induced增殖淋巴细胞而不影响沃顿jelly-derived msc (WJ-MSCs) [65年]。然而,治疗WJ-MSCs与干扰素-γ或肿瘤坏死因子-α有一个更严厉的抑制淋巴细胞增殖的影响比BM-MSCs混合淋巴细胞反应(高)。这些数据表明,类似的msc治疗孤立不同解剖位置的不同对促有丝分裂的或同种异体的T细胞反应的影响。
预处理的UC-MSCs保利(我:C)显著增加T细胞增殖的抑制高钙与未经处理的细胞或msc治疗有限合伙人(33]。这个结果表明MSC对刺激的反应的差异TLR3或TLR4配体;msc预处理与TLR3配体产生更强的免疫抑制表型与TLR4配体与msc预处理。
除了msc与干扰素的治疗γ肿瘤坏死因子-α,il - 1β增强他们的监管的免疫反应,一种新颖的方法,其利用IL-17A最近报告作为细胞预处理的替代方法。Sivanathan和他的同事证明了IL-17A治疗没有上调表达MHC一级或二级msc和更有效地增加了抑制增殖作用CD3 + T细胞干扰素-相比γ肿瘤坏死因子-α或il - 1β治疗(66年]。IL-17A msc治疗进一步增加的能力表达下调CD25表达CD4 + T细胞增殖和抑制Th1细胞因子(IFN -生产γ肿瘤坏死因子-α和2)的细胞。此外,IL-17A-treated msc,类似于干扰素-γ对msc、能够增加或诱导CD4 +FoxP3 + treg cocultures与CD4 + CD25−T细胞增殖细胞接触相关的方式。这些结果表明,IL-17A-treated msc增加一代强效抑制T细胞亚群的激活没有upregulation MHC一级或二级的表达式。这个有前途的方法可以进一步探索后的公差保持器官移植和自体免疫疾病的治疗。
除了常用的介质等msc可调节免疫应答、PGE-2,和HLA-G galectin-9已被证明是调节通过msc在回应刺激包括干扰素)γ肿瘤坏死因子-αIL-1a, il - 1β、PGE-2和一些TLR配体(67年]。galectin-9的重要性在增殖的抑制CD4 +和CD8 + T细胞的msc被删除了galectin-9基因减少msc的抑制效应。此外,galectin-9扮演着一个重要的角色在诱导调节性T细胞的生成和功能(68年]。
3.3。Glucocorticoid-Treated msc和适应性免疫
糖皮质激素类固醇的使用另一种方法是前提细胞。Ankrum和他的同事证明了糖皮质激素,如布地奈德和地塞米松,主要人类活动增加的被罩msc在不改变他们的代谢活动,第二形态,或可行性和移植妇幼保健类(69年]。这甚至预处理降低PBMC表达MHC类的我,可当同种异体msc被用于治疗有益。有趣的是,增加干扰素-γ预先处理这些媒体调节两类MHC的表达我和MHC II级分子。增加语言活动是通过糖皮质激素受体介导和FOXO3,因为这两种分子的抑制废除这一效应。
表2总结了msc预处理的影响调节适应性免疫反应的能力。总之,很多研究表明,人类msc预处理可以用来加强监管的适应性免疫反应。这种方法绝对值得调查进一步治疗自身免疫性疾病,特别是对免疫耐受的诱导。
4所示。结论
msc的独特的能力区分成许多类型的细胞和促进组织再生被收养后转移。然而,一个充满敌意的环境组织损伤导致的低存活率和移植的细胞转移(2,70年,71年]。msc预处理的缺氧、炎症刺激和其他因素/条件之前,他们使用的疗法是一种新的战略准备msc移植后生存和功能更好,提高监管的局部或全身性免疫反应。许多方法被提出前提msc、包括缺氧,细胞因子(IFN -γ肿瘤坏死因子-α,il - 1β),TLR配体(有限合伙人和保利(我:C)),和三维细胞培养。这些模型演示的可能性增强先天和适应性免疫反应的调节。优化信号因素及其组合中使用MSC预处理应该进一步调查。因此,MSC预处理提高了MSC在恶劣的环境中生存的能力,调节先天和适应性免疫反应,这种方法可以进一步探索治疗病人受到免疫系统相关疾病的影响。
相互竞争的利益
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项工作是支持的纳扎尔巴耶夫大学授予(阿曼Saparov)。