我國單核細(xì)胞系遺傳育種研究進(jìn)展

我國單核細(xì)胞系遺傳育種研究進(jìn)展

自覺網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在控制主動器的本身靜態(tài)狀態(tài)和外來微生物和寄生蟲入侵方面發(fā)揮著重要作用。固有免疫系統(tǒng)包括體液性部分如抗菌肽、調(diào)理素等,以及細(xì)胞性部分,主要含有各種吞噬細(xì)胞、自然殺傷(naturalkiller,NK)細(xì)胞和多形核細(xì)胞。其中吞噬細(xì)胞可以內(nèi)化和消化細(xì)菌和其他細(xì)胞、清除其它細(xì)胞產(chǎn)生的有毒有害分子、激發(fā)炎癥反應(yīng)和進(jìn)一步的免疫應(yīng)答;同時,吞噬細(xì)胞的這些功能又會帶來對機(jī)體有害的“副作用”,參與關(guān)節(jié)炎、動脈硬化以及腫瘤等疾病的發(fā)生發(fā)展?，F(xiàn)就單核-巨噬細(xì)胞系統(tǒng)的分化和功能調(diào)控的進(jìn)展進(jìn)行綜述。1半神經(jīng)再生后細(xì)胞在mps分化中的作用單核-巨噬細(xì)胞系統(tǒng)(mononuclearphagocytesystem,MPS)由骨髓中的單核細(xì)胞(monocyte)前體細(xì)胞、血液循環(huán)中的單核細(xì)胞、以及組織中由單核細(xì)胞分化而來的巨噬細(xì)胞(macrophage)和樹突狀細(xì)胞(dendriticcell,DC)組成,是吞噬細(xì)胞最主要的組成部分。MPS的突出特點是其異質(zhì)性(heterogeneity):無論從形態(tài)還是從功能角度看,血液循環(huán)中、淋巴器官中以及外周組織中的MPS細(xì)胞都各具特征。關(guān)于其亞群組成、分化關(guān)系、細(xì)胞特征以及組織分布,至今仍然是研究的熱點。盡管MPS存在很大的異質(zhì)性,但其分化發(fā)育的基本路徑已經(jīng)被大致闡明。早期胚胎可以產(chǎn)生來自卵黃囊前體細(xì)胞并且終生存在的原始巨噬細(xì)胞;晚期胚胎可以在胎肝中形成單核-吞噬細(xì)胞。在成年個體,MPS起源于骨髓中的造血干細(xì)胞(HSC,Lin-CD17+Sca+)。一般認(rèn)為,造血干細(xì)胞首先產(chǎn)生共同髓樣巨噬細(xì)胞(commonmyeloidprogenitor,CMP,LinCD117+Sca-CD16-CD34+),然后產(chǎn)生粒細(xì)胞/單核細(xì)胞前體細(xì)胞(granulocyte-monocyteprecursor,GMP,Lin-Sca1-IL7Rα-CD117lowCD34+CD16+),開始表達(dá)CD115(monocyte-colonystimulationfactorreceptor,M-CSFR)和趨化因子受體CX3CR1,GMP進(jìn)而分化產(chǎn)生巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞-DC前體細(xì)胞(monocyte-dendriticcellprecursor,MDP,Lin-MCSFR+CD117int/lowCX3CR1+Flt3+)。MDP可以產(chǎn)生單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、2種DC即常規(guī)DC(conventionaldendriticcell,cDC)和漿細(xì)胞樣DC(plasmacytoiddendriticcell,pDC)。進(jìn)入血液循環(huán)單核細(xì)胞具有不同的亞群,而且其亞群組成在人和小鼠也有差別。小鼠血液單核細(xì)胞(CD11b+MCSFR+F4/80+dectin1+)至少可以分成2個亞群:即MCSFR+Gr1+亞群和MCSFR+Gr1-亞群。前者可以參與形成炎性巨噬細(xì)胞和DC,通過不同的趨化因子-受體作用進(jìn)入炎性外周組織和淋巴結(jié);后者可以進(jìn)入組織形成靜止態(tài)巨噬細(xì)胞和DC。然而,血液和外周組織及淋巴組織的巨噬細(xì)胞和DC的亞群、分化關(guān)系、趨化因子-受體作用等還存在很多爭議。比如,MCSFR+CD11b+Gr1+同時也是腫瘤浸潤的髓系來源抑制性細(xì)胞的標(biāo)志。調(diào)控MPS分化的主要細(xì)胞因子是巨噬細(xì)胞集落刺激因子(macrophage-colonystimulationfactor,M-CSF),即克隆刺激因子1(colonystimulationfactor1,CSF1)。M-CSF缺陷小鼠(op/op和M-CSF-/-)單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞數(shù)量明顯減少,轉(zhuǎn)基因表達(dá)M-CSF可以挽救單核細(xì)胞的分化。M-CSF通過其受體CSF1R(CD115)發(fā)揮作用,CSF1R表達(dá)于單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和DC,其基因缺陷產(chǎn)生比M-CSF缺陷更加嚴(yán)重的MPS減少表型,因為CSF1R除了M-CSF外,還有另外一個配體白細(xì)胞介素34(interleukin34,IL-34)。除了M-CSF外,GM-CSF、Flt3L等也在MPS分化發(fā)育中發(fā)揮一定作用。PU.1和C/EBP是調(diào)控MPS分化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。PU.1是Ets家族轉(zhuǎn)錄因子,可在未成熟多能祖細(xì)胞誘導(dǎo)髓系分化,在早期髓系分化中是CMP產(chǎn)生所必需的。除了在早期髓系分化中發(fā)揮關(guān)鍵作用外,PU.1還在MPS的多個分化關(guān)節(jié)點上通過與其他轉(zhuǎn)錄因子相互作用發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。PU.1可以在早期與GATA結(jié)合因子1(GATA-bindingfactor1,GATA1)相互作用并抑制其功能,從而阻止祖細(xì)胞向巨核系/紅系的分化,并通過抑制GATA2的活性阻斷前體細(xì)胞向肥大細(xì)胞的分化;在后續(xù)的GMP階段,PU.1可以拮抗C/EBPa的作用,從而促進(jìn)向單核系細(xì)胞的分化而阻止前體細(xì)胞向粒系細(xì)胞的分化。因此在整個髓系的分化過程中,PU.1通過抑制其他轉(zhuǎn)錄因子的作用而限制祖細(xì)胞和前體細(xì)胞向其他方向的分化,從而保證和促進(jìn)前體細(xì)胞向單核系的方向分化。除了PU.1外,還有多種轉(zhuǎn)錄因子參與MPS的分化發(fā)育。例如,干擾素調(diào)節(jié)因子8(interferonregulatoryfactor8,IRF8)也可以通過與PU.1直接相互作用調(diào)控單核細(xì)胞/粒細(xì)胞分化;Krueppel樣因子4(Krueppel-likefactor4,KLF4)是PU.1的下游分子,可以誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞分化,過表達(dá)KLF4可以在PU.1-/-祖細(xì)胞中選擇性地挽救單核細(xì)胞的分化,而KLF4缺陷則促使髓樣祖細(xì)胞向粒細(xì)胞分化。此外,轉(zhuǎn)錄因子V-maf肌腱膜纖維肉瘤癌基因同源物B(V-mafmusculoaponeuroticfibrosarcomaoncogenehomologB,MafB)和c-Maf高表達(dá)于單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞,并可以促進(jìn)髓樣祖細(xì)胞向單核細(xì)胞分化。其調(diào)控髓樣細(xì)胞分化的功能也和PU.1在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)水平密切相關(guān):中等水平的PU.1和MafB促進(jìn)巨噬細(xì)胞分化,而高水平PU.1可以對抗MafB在巨噬細(xì)胞-DC分化中的作用。2具有參互作用的產(chǎn)物MPS可以通過吞噬、內(nèi)吞和吞飲等攝入抗原物質(zhì)如外來侵入的病原或自身老化、凋亡細(xì)胞和壞死組織碎片。不同細(xì)胞類群在攝入抗原物質(zhì)后的應(yīng)答截然不同,而且受到抗原性質(zhì)和所處微環(huán)境的影響。例如,DC具有強(qiáng)大的抗原提呈功能,可以觸發(fā)不同類型獲得性免疫應(yīng)答,但在攝取凋亡的細(xì)胞后,則不觸發(fā)后續(xù)應(yīng)答,位于淋巴組織中的定居DC還具有免疫抑制功能;巨噬細(xì)胞在吞噬抗原后也可以發(fā)生不同的應(yīng)答,包括不觸發(fā)免疫反應(yīng)、因極化而觸發(fā)不同類型的免疫反應(yīng)、或者抑制免疫反應(yīng)。2.1mdsc通過調(diào)節(jié)不同的t細(xì)胞功能單核細(xì)胞是血液循環(huán)中的MPS細(xì)胞,其主要功能是作為巨噬細(xì)胞和DC的儲存庫或前體循環(huán)于全身,在適當(dāng)時進(jìn)入組織分化為巨噬細(xì)胞或DC。所以一般認(rèn)為單核細(xì)胞并沒有直接激活免疫的功能。然而近年來發(fā)現(xiàn)髓系來源的抑制性細(xì)胞(myeloid-derivedsuppressorcell,MDSC)是重要的免疫抑制細(xì)胞,在腫瘤、自身免疫、慢性感染和其他病理狀態(tài)下增多,并強(qiáng)烈抑制T細(xì)胞功能。MDSC本質(zhì)上是未成熟的髓系細(xì)胞,但本身是異質(zhì)性的,包括巨噬細(xì)胞、粒細(xì)胞和DC的祖細(xì)胞和前體細(xì)胞。小鼠的MDSC一般同時表達(dá)CD11b和Gr1。最近小鼠的MDSC又被分為單核細(xì)胞性MDSC(CD11b+Ly6G-Ly6Chigh)和粒細(xì)胞性MDSC(CD11b+Ly6G+Ly6Clow)。腫瘤患者的MDSC表達(dá)髓系共同標(biāo)志CD33而不表達(dá)成熟髓系和淋巴系標(biāo)志,但最近又有更多的人MDSC標(biāo)志被鑒定,如在黑素瘤患者中發(fā)現(xiàn)的單核細(xì)胞性MDSC是CD11b+CD14+HLA-DRlow/neg,而非小細(xì)胞肺癌患者的MDSC表現(xiàn)為CD11b+CD14-CD15+CD33+。MDSC通過多種分子機(jī)制抑制T細(xì)胞功能。MDSC具有高水平的精氨酸酶活性,可以分解微環(huán)境中的精氨酸,從而降低T細(xì)胞CD3ζ鏈的表達(dá)和細(xì)胞周期相關(guān)分子的表達(dá),抑制細(xì)胞增殖;MDSC還表達(dá)高水平誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶(induciblenitricoxidesynthase,iNOS),在分解精氨酸的同時產(chǎn)生NO,后者可以通過阻斷重要信號分子如Janus激酶3(Januskinase3,Jak3)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子5(signaltransducersandactivatorsoftransduction5,STAT5)的磷酸化而抑制IL-2下游信號、抑制T細(xì)胞功能,還可以直接引起T細(xì)胞凋亡;粒細(xì)胞性MDSC可通過NADPH氧化酶復(fù)合物表達(dá)產(chǎn)生大量活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS),后者與NO形成過氧化亞硝基陰離子(ONOO-),引起T細(xì)胞受體的硝基化以及異常的T細(xì)胞受體(Tcellreceptor,TCR)/MHC識別,抑制CD8+T細(xì)胞的功能。除了以上機(jī)制以外,MDSC還可以通過分泌轉(zhuǎn)化生長因子β(transforminggrowthfactorbeta,TGF-β)、誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞、清除微環(huán)境中的半胱氨酸、上調(diào)環(huán)氧合酶2(cyclooxygenase,COX2)和增加前列腺素E2(prostaglandinE2,PGE2)抑制T細(xì)胞功能。最近的研究還發(fā)現(xiàn)MDSC可以調(diào)節(jié)NK細(xì)胞以及髓系細(xì)胞的功能。MDSC產(chǎn)生的機(jī)制總體上不清楚,涉及微環(huán)境中的多種細(xì)胞因子[如粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞顆粒刺激因子(granulocytemacrophagecolonyfactor,GM-CSF)、IL-3、IL-6、血管內(nèi)皮生長因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF)等]、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑以及轉(zhuǎn)錄因子。小鼠荷瘤、慢性炎癥都可以造成體內(nèi)MDSC的增加。在體外,脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)聯(lián)合γ干擾素(interferonγ,IFN-γ)處理可以使骨髓前體細(xì)胞在GM-CSF存在下轉(zhuǎn)變?yōu)镸DSC。還有報道發(fā)現(xiàn),用IL-3、IL-6、CSF、TPO(thrombopoietin)、Flt3L(FMS-liketyrosinekinase3ligand)、VEGF以及M-CSF共同處理胚胎干細(xì)胞,也可以得到功能性的MDSC。多細(xì)胞因子處理造血干細(xì)胞也可以在體外獲得MDSC。STAT3廣泛參與腫瘤細(xì)胞的增殖、凋亡和侵襲,以及抗腫瘤免疫應(yīng)答的抑制。在髓系細(xì)胞,STAT3信號促進(jìn)Bcl-xL,c-myc,細(xì)胞周期蛋白D1(cyclinD1)以及生存素(survivin)的表達(dá),抑制細(xì)胞向成熟細(xì)胞分化。有研究表明STAT3在小鼠MDSC擴(kuò)增中發(fā)揮關(guān)鍵作用,在人黑素瘤患者中進(jìn)行的研究也支持這一點。STAT3還是MDSC發(fā)揮其抑制功能的關(guān)鍵信號途徑:在體外抑制STAT3可以導(dǎo)致MDSC抑制活性的喪失;廣譜酪氨酸激酶抑制劑Sunitinib可以通過抑制髓系細(xì)胞中的STAT3活性而抑制MDSC擴(kuò)增;而髓系特異性過表達(dá)凋亡抑制分子6(apoptosisinhibitor6,API6)可以引起STAT3激活而造成MDSC增加;熱休克蛋白72(heatshockprotein72,HSP72)(腫瘤來源的外泌體相關(guān))可以上調(diào)STAT3激活,進(jìn)而誘導(dǎo)MDSC的抑制活性。STAT3調(diào)控MDSC的下游分子還不完全清楚,可能包括①促炎性的鈣結(jié)合蛋白S100A9和S100A8:二者的上調(diào)都可抑制DC分化和增加MDSC,可能與其參與Nox2復(fù)合物的形成、進(jìn)而增加ROS生成有關(guān)。②直接在髓系細(xì)胞上調(diào)Nox2。③下調(diào)PKC2,抑制造血前體細(xì)胞向成熟細(xì)胞分化,促進(jìn)MDSC產(chǎn)生。④上調(diào)C/EBP,促進(jìn)c-myc表達(dá)和MDSC生成。⑤促進(jìn)急性期蛋白如血清淀粉樣蛋白和趨化因子CXCL1,間接促進(jìn)MDSC在脾臟的增加。除了STAT3外,STAT1(IFN-γ和IL-1b信號;誘導(dǎo)iNOS)、STAT5(GM-CSF信號)、STAT6(IL-4/IL-13信號;誘導(dǎo)精氨酸酶和TGF-β)也都參與MDSC的產(chǎn)生和抑制活性的形成。另一個與MDSC產(chǎn)生和功能密切相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子是核因子κB(NF-κB)。TLR4信號可以通過MyD88激活NF-κB,促進(jìn)MDSC的產(chǎn)生和抑制功能。這一信號途徑在LPS聯(lián)合IFN-γ處理促進(jìn)MDSC產(chǎn)生中發(fā)揮關(guān)鍵作用。BCG接種誘導(dǎo)的MDSC可能也由MyD88和NF-κB介導(dǎo)。胃特異性表達(dá)IL-1b也可以在引起胃炎和胃癌的同時,通過激活NF-kB促進(jìn)MDSC的生成。2.2用量缺乏抑制dc成熟的機(jī)制DC是體內(nèi)專職的抗原提呈細(xì)胞,DC的分類和分化路徑仍然是研究的熱點問題,但一般認(rèn)為可劃分為DC前體細(xì)胞(如pDC;穩(wěn)態(tài)脾臟cDC前體;單核細(xì)胞)、常規(guī)DC(cDC,如外周組織中的遷移性DC;淋巴組織常駐DC,包括CD4+CD8-、CD4-CD8-、CD4-CD8+)、和炎性DC[如腫瘤壞死因子/iNOS產(chǎn)生DC即TipDC(TNF/iNOS-producingdendriticcells);一般意義的炎性DC]。骨髓前體細(xì)胞(Flt3+的CLP和CMP組分)可以產(chǎn)生pDC和穩(wěn)態(tài)脾臟cDC前體以及淋巴組織定居DC前體,血液單核細(xì)胞是組織中遷移性DC和炎性DC的重要來源。在體外,單核細(xì)胞可以在GM-CSF和IL-4存在下直接生成DC;在體內(nèi),單核細(xì)胞在穿越內(nèi)皮進(jìn)入組織時,可以分化為巨噬細(xì)胞或DC。因此單核細(xì)胞來源的DC被看作是單核-巨噬細(xì)胞系統(tǒng)的1個細(xì)胞群。甚至有學(xué)者認(rèn)為單核細(xì)胞來源的DC直接就是巨噬細(xì)胞的1個亞群。DC的功能存在著明顯異質(zhì)性。未成熟DC在攝取抗原后成為成熟DC,則可以激活T細(xì)胞,并通過產(chǎn)生不同的細(xì)胞因子誘導(dǎo)初始Th細(xì)胞向不同的Th細(xì)胞亞群分化。但未成熟DC在攝取抗原前則具有顯著的免疫抑制功能,如淋巴組織定居DC,屬于未成熟DC,具有免疫抑制功能。腫瘤微環(huán)境可以誘導(dǎo)產(chǎn)生大量未成熟DC。例如,在腎細(xì)胞癌或前列腺腫瘤中,DC激活程度很低而且具有很低的同種異體刺激活性。這些DC表達(dá)低水平共刺激分子CD80和CD86。來源于轉(zhuǎn)移性黑素瘤、基底細(xì)胞癌和結(jié)腸癌的DC也不表達(dá)CD86,而且在這些腫瘤來源的DC中,用GM-CSF或CD40L也不能刺激其上調(diào)共刺激分子,提示共刺激分子表達(dá)缺陷反映了細(xì)胞分化的異常。這些未成熟DC不能誘導(dǎo)抗腫瘤免疫應(yīng)答,而是誘導(dǎo)了T細(xì)胞耐受。多種腫瘤來源的細(xì)胞因子可能參與了未成熟DC或抑制性DC的增加:體外和體內(nèi)實驗以及臨床資料都證實VEGF可以抑制DC成熟,增加腫瘤中或外周血中抑制性的未成熟DC的數(shù)量;MCSF和IL-6也對DC成熟有抑制作用;IL-10可以抑制DC的激活,還可以抑制DC的成熟;其他如GM-CSF、神經(jīng)節(jié)苷脂等腫瘤來源的分子也對DC成熟產(chǎn)生不利影響。這些因子調(diào)控DC成熟或功能的分子機(jī)制還不完全清楚,但JAK2-STAT3信號可能發(fā)揮關(guān)鍵作用。STAT3在正常DC成熟中發(fā)揮重要作用,而上述影響DC成熟的細(xì)胞因子常常通過STAT3轉(zhuǎn)導(dǎo)其效應(yīng)。激活STAT3抑制DC分化與成熟。抑制STAT3的活性,可以阻斷IL-10以及來自腫瘤細(xì)胞的條件培養(yǎng)基對DC成熟的抑制作用。單核-吞噬細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)的分子機(jī)制還不完全清楚,但可能是多種方式:①缺少共刺激分子。在缺乏共刺激分子的情況下,T細(xì)胞克隆擴(kuò)增受阻,并且不能對進(jìn)一步的刺激發(fā)生應(yīng)答。②在外周對自身反應(yīng)性T細(xì)胞進(jìn)行克隆清除。人DC中有一部分可以表達(dá)色氨酸代謝酶IDO,而色氨酸代謝產(chǎn)物可以通過CD95誘導(dǎo)T細(xì)胞凋亡和克隆清除。IL-10在抑制DC成熟的同時可以提高色氨酸代謝酶IDO的活性,引起色氨酸等代謝產(chǎn)物增加和T細(xì)胞克隆清除。③腫瘤浸潤的調(diào)節(jié)性DC通過精氨酸酶途徑抑制T細(xì)胞激活。④誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞。靜止態(tài)(steadystate)DC可以通過CD36或整合素攝入自身組織碎片或凋亡細(xì)胞,但不激活DC成熟和細(xì)胞因子分泌,并且可以誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的產(chǎn)生,進(jìn)而使效應(yīng)T細(xì)胞失能(anergy)。2.3mtgf-+il-13誘導(dǎo)的mte-3細(xì)胞激活巨噬細(xì)胞在吞噬微生物、組織碎片等抗原性物質(zhì)后會被激活。大量的證據(jù)表明,巨噬細(xì)胞的激活也是非均一的,可以有2種主要的功能狀態(tài)或極化模式:M1和M2。巨噬細(xì)胞所表現(xiàn)出的獨特的極化功能特征是在不同細(xì)胞因子和細(xì)菌產(chǎn)物的作用下表現(xiàn)出來的。事實上,巨噬細(xì)胞可以在吞噬凋亡的細(xì)胞和組織碎片后不引起任何免疫應(yīng)答,這在巨噬細(xì)胞維持組織穩(wěn)態(tài)的功能中十分重要。IFN-γ單獨誘導(dǎo)或是與細(xì)菌刺激物(LPS或TNF-α、GM-CSF)協(xié)同作用誘導(dǎo)產(chǎn)生經(jīng)典的巨噬細(xì)胞激活,即M1型巨噬細(xì)胞。IL-4和IL-13則會誘導(dǎo)M2型的巨噬細(xì)胞激活。此外,TGF-β家族的一些成員、本丙酸諾龍A、IL-21最近也被證實可