文摘
原发性干燥综合征(pSS)是一种慢性全身性炎症性自身免疫性疾病,其特征是在外分泌腺淋巴细胞浸润。当前的方法不控制有害自身免疫性攻击或防止不可逆损伤和有很大的副作用。间充质干细胞(msc)一些自身免疫性疾病的有效治疗。本文的目的是为了说明在pSS msc的潜在治疗作用。我们总结的最新进展是什么知道pSS的免疫调节功能和治疗应用。MSC输血可以抑制自身免疫和恢复唾腺分泌功能在小鼠模型和pSS患者诱导调节性T细胞,抑制Th1, Th17, T辅助滤泡细胞反应。此外,msc可以分化成唾液腺上皮细胞,呈现一个选项是一个合适的替代治疗。我们还讨论当前生物工程方法改善msc pSS的函数。然而,仍然存在许多挑战,克服在广泛的临床应用。
1。介绍
原发性干燥综合征(pSS)是一种慢性全身性自身免疫性疾病的特点是淋巴细胞浸润在唾液和泪腺导致的破坏这些腺体。它影响着全球-1% - 0.05的人,表现包括口腔干燥(口干),龋齿,干眼病(干眼病)[1]。B淋巴细胞激活是疾病的另一个特点2];许多抗体出现在循环和组织。因此,系统性extraglandular参与是常见的,包括滑膜炎、间质性肺疾病,神经病变,肾疾病、血管炎,和自身免疫血球减少(3]。此外,约5 - 10%的患者可发展为淋巴瘤,主要是mucosa-associated淋巴组织非霍奇金淋巴瘤,代表最严重并发症的疾病(4]。虽然确切的病因尚不清楚,众所周知,适应性和先天免疫细胞失衡参与pSS的发病机制(5- - - - - -7]。当前方法如传统疾病修饰治疗风湿病的药物和生物制剂治疗这种疾病和没有相当大的一面和毒性作用8]。因此,开发新型治疗对pSS至关重要。
间充质干细胞(msc),一群中胚层和外胚层的起源有多种能力的基质细胞,首次发现了Friedenstein et al。9]。msc具有自我更新能力和分化为成骨细胞,脂肪细胞,软骨细胞(10,11]。他们的兴趣是由于快速扩散在体外和强大的免疫调节12]。值得注意的是,msc已经成功地分离出几乎所有成人组织,包括骨髓、脐带血,脂肪组织,牙齿组织,皮肤,胎盘(13- - - - - -17]。直到现在,骨髓msc (bmsc)和脐带msc (UMSCs)最广泛的研究。随后,其他类型的msc报告,如gingiva-derived msc(业务)和脂肪msc(超导公司)。与msc在骨髓和脐带血,业务和超导公司都丰富,交通便利,他们通常可以获得作为一个牙科手术后丢弃的生物样品或腹部手术。业务和超导公司相对容易分离,同质和增殖迅速在体外(18]。有趣的是,没有观察到肿瘤的小鼠注射业务。它表示业务nontumorigenic [19]。超导公司也显示较低的倾向发展肿瘤(20.]。
在这里,我们描述的治疗作用msc在最近的pSS基于相关的出版物。的确,msc有效治疗自身免疫性疾病,如系统性红斑狼疮、类风湿性关节炎、系统性硬化症,1型糖尿病。此外,这些治疗方法没有明显的副作用(21- - - - - -27]。几年前,科学家们总结了初步研究MSC治疗唾液腺功能障碍和口腔干燥的28,29日]。最近发表的评论集中在msc治疗自身免疫性泪腺炎而不是其他方面的pSS (30.]。现有证据支持msc的至关重要的作用在动物模型和pSS患者的治疗。msc还可能分化成唾上皮细胞,展现一个选项是一个合适的替代治疗(31日,32]。在这篇综述中,我们总结的免疫调节效应msc的适应性和先天免疫反应。msc在pSS的缺陷功能讨论,紧随其后的是一个总结的使用msc治疗pSS患者或动物模型。最后,讨论了生物工程在提高MSC治疗中的作用。
2。msc的免疫调节特性的适应性和先天免疫反应
msc的最有吸引力的财产是他们的免疫抑制的适应性和先天免疫反应。msc通过细胞细胞接触起到主要的免疫调节作用和释放可溶性的因素,如前列腺素E2 (PGE2)、吲哚胺2,3-dioxygenase (IDO),一氧化氮,将生长因子(TGF -β),人类白细胞antigen-G5 (HLA-G5) CD39 / CD73肝生长因子(HGF)、白介素- 10 (IL), IL - 6,腺苷,犬尿酸,TNF -α刺激基因6 (TSG-6)、血红素oxygenase-1 (HO-1), il - 1受体拮抗剂(IL-1Ra)程序性死亡1配体1 (PD-L1), galectins [33- - - - - -36]。机制(图1)。
2.1。自适应免疫细胞免疫调节功能
必要的适应性免疫系统的细胞群效应T细胞,调节性T细胞亚群),和B细胞。丰富的证据支持在msc, T细胞免疫调节功能通过抑制增殖和活化或调节分化(15,16,22,27,35- - - - - -48]。小鼠bmsc抑制天真和记忆T细胞反应的同源抗原(37]。小鼠bmsc明显抑制异种的移植物抗宿主病(x-GVHD)派生的T辅助(Th) 1细胞通过腺苷酸积累38实验性自身免疫性脑脊髓炎)以及抑制- -)(实验性自身免疫性脑脊髓炎派生Th17细胞的激活在CC趋化因子配体2-dependent方式(27]。最近,据报道,人类BMSCs-derived IL-1Ra可以通过抑制Th17细胞分化[抑制炎症39]。有趣的是,人类的bmsc和小鼠bmsc本身可以产生IL-17,但IL-17+MSC显示一个受损的免疫抑制能力(40]。此外,bmsc可诱导T细胞亚群和IL-10-producing通过释放可溶性的因素如PGE2、TGF -β,HLA-G5或信息联系(41- - - - - -43]。此外,人类bmsc可以表达toll样受体(通常)。接触不同的通常在诱导msc增强他们的免疫抑制特性或损害Notch信号(46,47]。例如,其他msc UMSCs超导公司,也可以显著抑制T细胞增殖和活化16,44]。超导公司抑制增生性反应和炎性细胞因子的生产CD4和CD8抗原+T细胞。同时,IL-10-producing T细胞和单核细胞的数量明显增强在超导公司治疗(16]。这是证明业务通过干扰素-抑制T细胞增殖和活化γ——(干扰素γ-)诱导刺激被罩和il - 1015]。此外,业务改善结肠炎症通过增强亚群和il - 10表达小鼠(15]。业务可以显著抑制Th1和Th17细胞,减少炎性细胞因子(干扰素的生产γIL-17A)通过CD39 / CD73信号(22,45]。
T卵泡辅助细胞(Tfh)被认为是至关重要的效应细胞,B细胞成熟和免疫球蛋白生产。UMSCs发现抑制分化Tfh通过分泌的油(26,49]。最重要的是,bmsc可以抑制lupus-prone老鼠(Tfh反应50]。此外,建议bmsc UMSCs可以间接影响B细胞的成熟和免疫球蛋白生产通过抑制Tfh免疫反应。
正如我们所知,B细胞发展依赖于B细胞祖细胞和间质细胞的相互作用,它提供了一个支持性的B细胞的微环境。向plasmablast bmsc可以抑制B细胞增殖,分化,以及免疫球蛋白生产依赖galectin-9或IL-1Ra信号(51,52]。bmsc和超导公司都抑制血液B细胞的活化植物凝集素刺激,但UMSCs不显示一个抑制作用(53]。此外,bmsc可能影响B细胞的趋化现象的属性,因为趋化因子受体(CCR)和科学家趋化因子受体(CXCR),如趋化因子受体CXCR4、CXCR5, CCR7,后减少B cell-BMSC coculture。然而,B细胞costimulatory分子CD40, CD80和CD86和生产各种细胞因子是影响bmsc [54]。有趣的是,bmsc不抑制B细胞增殖,但只有在炎性细胞因子干扰素-γ(55]。干扰素的抑制效果γ有关刺激的能力释放bmsc的被罩,进而抑制B细胞的增殖55]。另一组发现,增强自身抗体生产是伴随着增加浆细胞后企业综合管理(56]。
几年前,一个新的监管子集被称为B监管细胞(Bregs)被发现。这些细胞可以与致病性T细胞抑制有害的免疫反应(57]。转让UMSCs改善实验性结肠炎诱导Bregs [58]。超导公司治疗狼疮小鼠扩大Breg人口在活的有机体内(59]。进一步研究发现,小鼠bmsc促进Bregs通过基质衍生因子- 1α(SDF-1α)及其受体CXCR7-mediated信号(60]。
2.2。在先天免疫细胞免疫调节功能
先天免疫系统的第一道宿主防御,由几种不同类型的免疫细胞包括树突细胞(DC)、巨噬细胞、自然杀伤T细胞(NK)和肥大细胞(MC)。msc具有强大的免疫调节的影响这些细胞可能的发病机制中扮演重要角色pSS (5]。人类bmsc可以抑制激活和成熟的DC和损害他们的抗原递呈能力的释放TSG-6 [61年- - - - - -63年]。其他研究发现,可溶性因子il - 6参与免疫调节机制介导的小鼠bmsc通过部分抑制DC分化(64年]。小鼠bmsc损害TLR4-induced DC抗原表达的差别导致对这些基因的激活T细胞(65年]。人类的业务可以显著缓解DC成熟和激活的通过PGE2-dependent机制(66年]。人类UMSCs能促进单核细胞对il - 10的转变产生表型通过il - 6和HGF的生产67年]。
msc重组巨噬细胞il - 6的抗炎M2表型通过生产,granulocyte-macrophage集落刺激因子(gm - csf), PGE2,犬尿酸,TSG-6或IL-1Ra [52,68年- - - - - -71年]。人类bmsc激活TNF -α产生抗炎介质,TSG-6,从而创建一个变弱的负反馈循环炎症减少TLR2-mediated信号在常驻巨噬细胞(72年]。msc已被证明与NK细胞依赖他们的激活状态。休息时NK细胞暴露在- 2,如激活受体NKG2D的表达水平,NKp30, NKp44增加。人类bmsc可以抑制IL-2-induced休息NK细胞扩散,而它们部分影响扩散激活NK细胞。人类bmsc也下调激活和NK细胞的细胞毒性机制涉及PGE2、被罩、TGF -βHLA-G5腺苷,或细胞接触(43,53,73年- - - - - -75年]。有趣的是,人类NK细胞分泌NAP-2 (CXCL7)趋化因子,诱导MSC移植修复受损组织(76年]。和业务有能力对肥大细胞产生抑制的影响通过PGE2的释放,和接触在体外和在活的有机体内(66年,77年]。
最近,它已被认为msc的免疫调节功能并不是本构,而是受到炎症环境或不同的信号。msc与干扰素γ或TLR信号所需的刺激诱导的免疫抑制表型(47,55]。促炎细胞因子如TNF -α和il - 1显示增强的影响干扰素-γ通过MSC启动油或PGE2的生产55,78年,79年]。TLR3的激活可能促进msc的极化immune-suppressive表型,而TLR4刺激可能诱导极化的msc对促炎的表型(80年]。因此,msc显示一个塑料行为和转换成一个免疫抑制表型取决于微环境条件。
3所示。bmsc和唾液msc在pSS都是有缺陷的
一些证据表明,伴着有缺陷的免疫调节功能在动物模型和pSS患者(81年]。bmsc增殖和成骨的能力明显降低,脂肪形成的分化潜能nonobese糖尿病(NOD)小鼠。bmsc源自点头老鼠无法抑制T细胞增殖。CD4+Foxp3+Treg细胞要低得多,当脾细胞的bmsc cocultured点头老鼠。此外,bmsc获得pSS患者显示出受损对PBMC增生性反应抑制的影响。有趣的是,激活T细胞可以通过Fas / Fas配体诱导BMSC凋亡通路(82年]。干扰素-γ协同增强TNF -α全身的BMSC凋亡[83年,84年]。此外,促炎的T细胞抑制bmsc修复受损组织的能力。当干扰素-的浓度γ和肿瘤坏死因子-α降低,极大地提高了bmsc在修复组织的功能(83年]。正如我们所知,Th1 (IFN -γ和肿瘤坏死因子-α)介导的炎症是唾腺病理的关键特性(85年]。pSS患者的T细胞被激活(86年]。这些发现表明,T cell-induced BMSC凋亡可能导致BMSC pSS的障碍。总的来说,这些结果表明,生物和监管职能的bmsc受损pSS (81年]。
最近,msc还发现在pSS患者的唾液腺。如瀑特异性msc治疗可能会有优势的具体组织起源,因为他们可以直接作用于靶细胞。宋et al。87年有效隔离和放大msc在大量人类腮腺和颌下唾液腺在体外。这些细胞表达相同的特征MSC标记;他们是消极的造血干细胞和唾腺上皮标记。他们可以分化成脂肪形成的、成骨的和chondrogenic细胞,特别是成amylase-expressing细胞。移植SGSCs恢复唾液腺功能遭辐射损害鼠唾液腺(87年]。然而,msc的唇腺pSS患者有一个缺乏唾液稍细胞分化[88年]。综上所述,bmsc和唾液msc都是有缺陷的pSS患者的疾病状态,这意味着它并不理想治疗病人使用自己的msc。我们可以使用同种异体msc治疗pSS,由于nonimmunogenic特性和低或没有表达非组织相容性复合体(MHC)我和MHC ii (12]。
4所示。msc治疗pSS的应用
pSS是一种疾病引发的故障self-nonself歧视和随后autoreactive免疫反应。唾腺病理主要是Th1-mediated免疫反应(85年]。Th17细胞和Tfh也与炎症和相关临床资料pSS (49,86年]。外周血中的Treg比例改变(89年- - - - - -91年),而他们的抑制功能被破坏在pSS (92年]。相比之下,另一组报道,Treg子集并没有改变pSS患者(93年]。因此,这些免疫细胞的不平衡导致pSS的发病机制。很明显,msc可以拥有强大的免疫调节功能适应性和先天免疫细胞免疫失衡,尤其是重置通过上调treg和表达下调Th1, Th17或Tfh细胞。此外,msc可以分化成唾液腺上皮细胞,呈现一个选项作为pSS合适的替代治疗。msc使他们的独特的免疫调节和生物性质的候选细胞疗法修复组织和器官损害引起的pSS。我们已经总结了应用msc在pSS患者的治疗或动物模型(表1)。
MSC治疗改善患者涎腺炎小鼠模型和pSS部分是通过减少T细胞的增殖,减少Th1, Th17, Tfh细胞,增加亚(44,49,81年,94年- - - - - -98年]。pSS患者耐受同种异体UMSCs好,有症状的改善和降低血清anti-SSA / anti-SSB抗体没有重大不良事件(81年]。有趣的是,注入同种异体BMSC可以迁移到炎症区域SDF-1-dependent地,中和SDF-1配体的趋化因子受体CXCR4废除BMSC治疗的有效性。因此,同种异体bmsc可能目标当地涎腺炎和pSS患者的全身炎症反应的机制取决于SDF-1 / CXCR4信号(81年]。另一个团队发现治疗bmsc可防止唾液流率下降,淋巴细胞的渗透的唾液腺点头老鼠(94年]。此外,综合提高撕裂生产NOD小鼠模型中,由于减少炎症和水通道蛋白的表达增加595年]。尽管淋巴细胞的数量的泪腺疫源地对待动物并没有改变,病灶的大小减少了40.5% (95年]。
我们都知道,骨髓间充质细胞与造血细胞很容易被污染。研究人员分离CD45−/ TER119−从小鼠骨髓细胞消耗CD45+细胞或TER119+造血细胞。CD45−/ TER119−细胞被认为是干细胞表面标记bmsc,因为他们是阳性,有多种分化潜能。治疗CD45−/ TER119−细胞可以防止损失的唾液流和减少SG点头小鼠淋巴细胞的渗透等炎性细胞因子的差别通过对这些肿瘤坏死因子-α。值得注意的是,T细胞和B细胞的渗入是减少在所有焦点,而亚群的频率增加。研究人员推测增强亚在SG抑制炎症。同时,纤维母细胞生长因子2 (FGF-2)和表皮生长因子(EGF)参与增长,再生,和维护唾液腺CD45后都增加了−/ TER119−MSC治疗。这说明CD45−/ TER119−bmsc是有效的防止唾液分泌的恶化和减少淋巴细胞大量涌入在唾液腺系统性效应(96年]。
Tfh细胞被公认为B细胞发育和分化的关键。不像bmsc, UMSCs发现抑制Tfh的分化细胞通过分泌被罩pSS患者(49]。因此,UMSCs可以提供一种新的治疗方法针对Tfh pSS的细胞。其他调查人员发现的人类健康的T细胞UMSCs抑制增殖,但不是从pSS患者T细胞。有趣的是,他们开发出一种新的微型胶囊技术做出coculture系统分离UMSCs从T细胞。这种方法避免了系统性的宿主免疫反应。专业UMSCs会抑制pSS T细胞增殖和恢复亚/ Th17比率,表明药物输送系统能够提高UMSCs在pSS的免疫调节作用44]。
一小临床前研究关于应用超导公司表明,当植入同种异体超导公司泪腺体周围12个狗(24眼)难治性角膜结膜炎新铸的卢比(;),改进是观察在Schirmer泪和眼表面完整性测试9个月随访。没有系统性或局部并发症出现。然而,需要注意的是,无法控制细胞中提到这项研究[97年]。
有趣的是,它已经证明了人类bmsc可能暂时变成唾腺上皮细胞(SGEC) coculture系统。bmsc具有类似的细胞结构和表达等唾基因水通道蛋白5,钙和α淀粉酶(α当cocultured SGEC而言)。这些bmsc可以分泌α批量。此外,他们可比SGEC细胞结构,如紧密连接和大量的分泌颗粒,通过电子显微镜(如图所示99年]。一些蛋白如ankryin-repeat-domain-containing-protein 56岁high-mobility-group-protein 20 b,转录因子ea2假定监管因素参与bmsc的分化转移SGEC在动物研究[31日]。这些数据表明,cocultured bmsc可以生成唾腺腺泡的表型,这意味着这种方法有潜在应用治疗唾液腺疾病如pSS (31日,32,99年]。然而,我们仍然不知道是否pSS disease-derived bmsc切换成腺泡上皮细胞。需要进一步的研究来回答这个问题。
5。观点:学习生物工程策略
为了提高msc的功能,新方法如逆转录病毒转导、电穿孔或CRISPR-associated protein-9核酸酶(Cas9)外源基因已利用工程师msc (One hundred.- - - - - -103年]。癌症,msc已经成功地修改与肿瘤抑制基因抑制进展或转移的肿瘤细胞。同样,当前生物工程策略可以应用于pSS。例如,抑制炎症细胞因子il - 10是一种强大的。一个团队设计的鼠标bmsc与il - 10基因通过逆转录病毒转导(称为IL-10-BMSCs)。他们证明了IL-10-BMSCs,但不是bmsc单独或PBS,可以调节炎性关节炎和减少组织学评分(One hundred.]。此外,msc转染与minicircles编码趋化因子受体CXCR4更容易迁移到损伤部位(102年]。此外,它可以追踪msc与minicircles转染和监控他们的弹性与非侵入式显微镜技术。最近,一种新型基因编辑技术基于细菌CRISPR-associated protein-9核酸酶(Cas9)已经成功地用于目标重要基因在许多细胞系和生物103年]。可以开发一个成功的MSCs-derived治疗pSS如果我们目标MSC免疫调节的关键基因,如生产可溶性因子和趋化因子受体使用Cas9方法。
最近,细胞外囊泡(EVs)视为一个功能分子与pSS的潜在治疗。正如我们所知,细胞外囊泡分泌许多细胞,包括msc、和粒子分为两种类型:液,50到100纳米的大小来自endosomal隔间,和微泡(MVs),与100 nm和1000 nm之间的大小。据报道,bmsc, UMSCs和超导公司可能是一个合适的治疗EVs[来源104年- - - - - -107年]。电动汽车可以调节细胞间的沟通和参与许多过程包括炎症、增殖,细胞分化,免疫信号(106年,108年]。他们也可以直接与靶细胞膜融合,将组件转移到细胞内的隔间或导致内吞作用。MVs的抗原表达和激活作用endosomal受体如toll样受体(109年]。电动汽车可以携带自身抗原、细胞因子和tissue-degrading酶。总的来说,电动汽车可以修复受损组织或作为药物输送在自身免疫性疾病(代理106年,108年,110年]。最近,据报道,msc来源于人为多能干细胞(MSCs-iPSCs)可以防止老鼠点头涎腺炎的发病。此外,电动汽车来自MSCs-iPSCs抑制活化的免疫细胞所示在体外。和注入这些EVs predisease阶段减少淋巴细胞浸润在唾液腺和点头小鼠血清自身抗体水平(111年]。
我们专注于业务在自身免疫性疾病的治疗效果,尤其是在pSS。业务相对容易分离、同质和增殖迅速在体外,有一个强大的免疫调节通过抑制Th1和Th17细胞和增强Treg分化(22]。我们进一步发现业务x-GVHD模型中抑制人类T细胞介导的疾病通过CD39 / CD73腺苷和被罩信号(112年]。此外,现有业务的数量在发炎的牙龈组织的功能与那些来自健康的牙龈组织,表明治疗病人的业务的可能性(113年]。此外,我们的未发表的数据记录,业务可能抑制增殖和干扰素-γ生产从pSS患者外周T细胞在体外。接下来,我们计划研究是否pSS患者将受益于业务输血。
仍有许多挑战克服pSS的临床应用msc。首先,MSC隔离协议有很大的变化,文化系统,MSC剂量,细胞交付方法,输血频率的研究报道。其次,不同的msc没有定义的质量控制。有必要建立标准化的协议用于细胞培养、分化、和扩张,以及推荐输血计划和评估的反应。第三,发表论文登记病人报告的数量很小,可能不足以提供一个可靠的结论。第四,另一个领域的限制临床应用msc是致瘤性的生物安全问题相关的114年]。一些论文报告,msc增强小鼠的肿瘤血管生成,促进肿瘤的形成(115年,116年]。最后,MSC输血是否有长期影响pSS是未知的。
6。结论
总之,msc可以从不同的来源获得,尤其富含脂肪和牙科组织。他们拥有强大的免疫调节功能和行为适应性和先天免疫反应。他们可能通过抑制Th1 / Th17 / Tfh修复受损组织细胞反应和移植亚群。此外,msc可以诱导Breg细胞和调节先天免疫细胞如直流、巨噬细胞、肥大细胞和NK细胞。此外,新的生物工程方法,比如Cas9方法,可以提高msc的功能。目前还没有治疗临床治疗pSS,所以MSCs-based疗法显示巨大的潜力在这一领域,与预期的能力显著抑制炎症和保存在pSS唾功能。到目前为止,没有确凿的证据支持使用MSC-based疗法已经出版。在不久的将来,随机对照试验的治疗中使用msc pSS将相当大的兴趣。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
本研究支持部分由中国从国家自然科学基金资助(81701600和81701600)和浙江省自然科学基金(LQ17H100001, LGF18H100001, LY17H100006)。