造血干細(xì)胞與免疫系統(tǒng)的相互作用

造血干細(xì)胞與免疫系統(tǒng)的互相作用造血干細(xì)胞（hematopoieticstemcell,HSC）是一群數(shù)量極少、含有自我更新能力和可生成多個血細(xì)胞及免疫細(xì)胞的起始細(xì)胞，多數(shù)以靜息狀態(tài)存在于骨髓中。當(dāng)機體受到外界刺激時，HSC可被快速激活進(jìn)而增殖分化成下游成熟細(xì)胞來維持機體的造血穩(wěn)態(tài)，HSC的調(diào)節(jié)失控或病變將會引發(fā)多個血液性疾病?，F(xiàn)在，造血干細(xì)胞移植（HSCT）被認(rèn)為是根治某些惡性血液病及遺傳性疾病的最佳選擇。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，HSC重要存在于骨髓造血微環(huán)境中，特殊的微環(huán)境能夠保護(hù)HSC免受機體免疫系統(tǒng)的攻擊。同時，HSC表面低水平體現(xiàn)HLA-Ⅰ類分子且?guī)缀醪惑w現(xiàn)HLA-Ⅱ類分子，被認(rèn)為含有免疫豁免特性。然而最新研究表明HSC仍然受到免疫調(diào)控：①骨髓造血微環(huán)境中存在多個免疫細(xì)胞能夠直接調(diào)控HSC；②HSC能夠通過變化本身免疫抗原的體現(xiàn)來調(diào)節(jié)其生物學(xué)特性和功效；③當(dāng)機體受到刺激時，HSC能夠通過其表面的受體直接或間接地參加免疫反映。因此HSC也被視為免疫系統(tǒng)中非常重要的參加者，本文我們重要就HSC與免疫系統(tǒng)之間互相作用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。一、HSC與免疫微環(huán)境成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞、血竇內(nèi)皮細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymalstemcells,MSC）、CXCL12豐富的網(wǎng)狀細(xì)胞（CXCL12-abundantreticularcell,CAR）及部分神經(jīng)細(xì)胞等作為典型的骨髓造血微環(huán)境細(xì)胞參加HSC的調(diào)控。在HSC龕中還存在免疫細(xì)胞，對HSC的維持也含有重要作用。1．CD4+T細(xì)胞與HSC：Monteiro等[1]發(fā)現(xiàn)在正常小鼠中，持續(xù)激活的CD4+T細(xì)胞對于維持造血穩(wěn)態(tài)十分重要，其重要通過分泌IL-3及GM-CSF參加造血調(diào)控。另外，CD4+Th1細(xì)胞能夠通過分泌制瘤素M維持造血穩(wěn)態(tài)[2]。CD4+CD25+FOXP3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）在骨髓中約占CD4+T細(xì)胞的30%，重要定位于骨小梁附近血竇內(nèi)皮[3]；而在胸腺和脾臟等免疫器官中僅占CD4+T細(xì)胞的5%~10%[4]。Urbieta等[5]發(fā)現(xiàn)將Treg細(xì)胞與小鼠骨髓細(xì)胞共移植，Treg細(xì)胞會減少造血干/祖細(xì)胞（hematopoieticstemprogenitorcell,HSPC）的克隆形成和髓系分化能力。Fujisaki等[6]通過熒光素標(biāo)記同種異基因HSPC移植實驗結(jié)合體內(nèi)高分辨成像系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)Treg細(xì)胞和HSPC共定位于骨內(nèi)膜區(qū)域，提示Treg細(xì)胞可能參加了HSPC在骨髓中的歸巢、定位及維持；進(jìn)一步研究證明Treg細(xì)胞是通過分泌IL-10來為HSPC提供免疫豁免的微環(huán)境，從而保護(hù)其免受宿主的免疫攻擊。2．CD8+T細(xì)胞與HSC：Monteiro等[1]的研究表明T細(xì)胞缺點小鼠髓系祖細(xì)胞的終末分化是缺點的。CD8+T細(xì)胞與HSC共移植能夠增加異基因HSC的植入效率，其重要通過CD8α分子而非典型殺傷作用增進(jìn)HSC的植入[7]。Geerman等[8]發(fā)現(xiàn)中心記憶CD8+T細(xì)胞（memoryCD8+Tcells,Tcm）能增加HSC自我更新能力，且發(fā)現(xiàn)Tcm缺失小鼠HSC數(shù)量減少，認(rèn)為Tcm對HSC的保護(hù)作用可能在免疫激活后更加明顯，并且這種作用重要是通過Tcm分泌的因子所影響的。3．骨髓巨噬細(xì)胞與HSC：Winkler等[9]報道在骨內(nèi)膜HSC龕中存在一種骨內(nèi)膜巨噬細(xì)胞Osteomacs，其免疫表型為F4/80+Ly-6G+CD11b+，通過支持成骨細(xì)胞而維持HSC的功效。用Fas誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞凋亡的轉(zhuǎn)基因小鼠或者用clodronateloadedliposomes特異性去除巨噬細(xì)胞后，會造成骨內(nèi)膜成骨細(xì)胞造血調(diào)控因子如基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1（stromalcell-derivedfactor1,SDF-1）、c-Kit配體（c-Kitligand,KL）和血管生成素（Angiopoietin-1,Ang-1）的減少，并增進(jìn)HSC的動員[9,10]。由此可見，Osteomacs在微環(huán)境中對維持HSC含有重要作用。有研究顯示，特異性去除骨髓中CD169+Gr-1-CD115intF4/80+巨噬細(xì)胞能夠增進(jìn)HSC的動員，并且敲除的巨噬細(xì)胞重要通過減少CXCL12的水平而增進(jìn)G-CSF作用時HSC向外周血的遷移[11]。進(jìn)一步研究表明骨髓CD169+巨噬細(xì)胞通過增進(jìn)Nestin+MSC體現(xiàn)CXCL12、Ang-1以及血管細(xì)胞黏附分子-1（vascularcelladhesionmolecule1,VCAM-1）來增進(jìn)HSC的維持，并參加穩(wěn)態(tài)及壓力誘導(dǎo)下的紅系造血[12]。近期Ludin等[13]報道了一種骨髓中新的稀有巨噬細(xì)胞亞群，其表面高體現(xiàn)α平滑肌肌動蛋白（α-SMA）和環(huán)氧合酶2（COX-2），空間位置靠近HSPC。照射不會誘導(dǎo)這些單核巨噬細(xì)胞的凋亡，還能上調(diào)其COX-2的體現(xiàn)，COX-2再增進(jìn)前列腺素E2（PGE2）的分泌進(jìn)而通過激活A(yù)KT信號通路克制活性氧（ROS）升高，同時還上調(diào)CXCL12體現(xiàn)來維持HSPC的靜息狀態(tài)從而保護(hù)HSPC不被損傷。提示，這群新的α-SMA+巨噬細(xì)胞在機體受到應(yīng)急損傷時對HSPC含有保護(hù)作用。另外，巨噬細(xì)胞還能通過吞噬衰老的中性粒細(xì)胞調(diào)控HSPC進(jìn)入外周循環(huán)的晝夜節(jié)律[14]。由此可見，HSC龕中存在多個免疫細(xì)胞，對HSC含有直接調(diào)控作用，但與否還存在其它類型的免疫細(xì)胞參加調(diào)控及其具體作用機制仍然值得進(jìn)一步研究。二、HSC的免疫原性HSC作為各類血細(xì)胞的起始細(xì)胞被廣泛應(yīng)用于HSCT中，針對HSC本身及其分化細(xì)胞的免疫原性研究是進(jìn)行細(xì)胞治療臨床應(yīng)用的熱點課題[15]。早期報道集中于HSC低水平的體現(xiàn)HLA-Ⅰ類分子、CD80、CD86等共刺激分子，幾乎不體現(xiàn)HLA-Ⅱ類分子等。最新研究表明HSC較高水平體現(xiàn)CD47和CD274等免疫克制分子參加調(diào)控HSC豁免。1．CD47——保護(hù)HSC免受天然免疫攻擊：穩(wěn)態(tài)造血狀況下，骨髓微環(huán)境的HSC能夠受到龕細(xì)胞的保護(hù)而不受免疫攻擊，但當(dāng)機體受到損傷或感染時，HSC需要遷出HSC龕，這必將會碰到機體激活的免疫系統(tǒng)，難免會被去除。這時HSC則會通過上調(diào)本身CD47的體現(xiàn)而受到天然免疫系統(tǒng)巨噬細(xì)胞的保護(hù)。CD47是一類整合素有關(guān)的蛋白，通過和巨噬細(xì)胞表面的克制性受體信號調(diào)節(jié)蛋白α（SIRPα）結(jié)合而不被巨噬細(xì)胞所吞噬。Majeti等[16]報道，新鮮分離的骨髓HSC的CD47體現(xiàn)相對較低，但在受到炎性刺激后，遷移至外周的HSC高體現(xiàn)CD47分子，這是HSC自我保護(hù)的一種內(nèi)在的分子機制。也有報道顯示，在某些惡性血液病或?qū)嶓w瘤癌細(xì)胞也存在CD47體現(xiàn)上調(diào)，進(jìn)而保護(hù)自己不受宿主免疫系統(tǒng)的攻擊[17]。2．CD274——避免HSC遭受適應(yīng)性免疫的攻擊：HSC除了能夠免遭天然免疫的攻擊外，也能夠避免被適應(yīng)性免疫系統(tǒng)所去除。CD274（B7-H1或PD-L1）是B7家族的一員，普通體現(xiàn)在樹突細(xì)胞（DC）、活化的免疫細(xì)胞及免疫豁免區(qū)（如眼睛、胎盤等）的實質(zhì)細(xì)胞表面，通過克制天然免疫及適應(yīng)性免疫而保護(hù)本身[18,19]。也有研究者報道CD274可選擇性在腫瘤細(xì)胞表面體現(xiàn)，從而克制腫瘤特異的T細(xì)胞活化并誘導(dǎo)T細(xì)胞凋亡[19]。近期研究發(fā)現(xiàn)，新鮮分離的小鼠骨髓長周期HSC體現(xiàn)低水平的CD274，而在體外培養(yǎng)后不僅使HSC的數(shù)量得以擴增，同時也使CD274的體現(xiàn)上調(diào)了10倍；從而HSC能夠克服同種異基因移植中的組織相容性障礙，并有效克制宿主T細(xì)胞的活化而提高移植率；同樣在人骨髓Lin-CD34+CD38-CD90+HSC中約有10%的HSC表面體現(xiàn)CD274，體外培養(yǎng)后此比例可上調(diào)至50%[20]。Fiorina等[21]發(fā)現(xiàn)用CXCR4的拮抗劑解決小鼠后，其脾臟Lin-kit+細(xì)胞會上調(diào)其CD274的體現(xiàn)，提示HSPC在被動員后CD274的體現(xiàn)也會升高。3．CD27——克制造血干細(xì)胞功效：CD27是腫瘤壞死因子受體（TNFR）超家族中的一員，體現(xiàn)于淋巴細(xì)胞及HSC表面，通過與其唯一的配體CD70結(jié)合后發(fā)揮作用[22]。CD70-CD27信號對于淋巴細(xì)胞的擴增、存活、記憶形成及細(xì)胞因子產(chǎn)生都有十分重要的影響[23]。CD70-CD27信號激活后會減少HSPC的體外克隆形成能力以及體內(nèi)淋系分化能力[24]。由于CD70僅體現(xiàn)于淋巴細(xì)胞和部分DC，因此CD70-CD27信號可能是HSPC在感染中的重要調(diào)控機制?？梢姡琀SC的免疫原性強弱可被微環(huán)境調(diào)控，這為克服HSC同種異基因移植障礙的研究提供了根據(jù)。同時也為免疫治療帶來新的啟示，如何尋找最佳的腫瘤特異抗原或有關(guān)抗原，并能最大程度保存HSC的生物學(xué)功效將會成為將來血液系統(tǒng)惡性疾病治療的一種重要目的[25]。圖2造血干細(xì)胞表面抗原及細(xì)胞因子受體示意圖三、HSC與感染當(dāng)機體受到急性或慢性感染時，活化的免疫細(xì)胞會快速遷移至感染部位，啟動免疫反映將病原體去除，同時感染引發(fā)的淋巴細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的大量耗竭會刺激骨髓中的造血祖細(xì)胞快速進(jìn)入細(xì)胞周期，生成新的細(xì)胞來維持造血穩(wěn)態(tài)[26]。同時，骨髓也是多個病原體（如CMV、細(xì)小病毒、HBV、HIV等）直接攻擊的目的[27]，那么，HSC如何應(yīng)對感染及其對感染后造血穩(wěn)態(tài)的維持有何奉獻(xiàn)呢？最新研究表明，機體受到感染后，在外周血細(xì)胞減少尚未發(fā)生時，HSC就能夠?qū)Ω腥咀龀龇从巢⒓用庖邞?yīng)答。有關(guān)HSC如何感知和參加免疫調(diào)控，Goodell提出了下列三種調(diào)控模式：①HSC直接被感染進(jìn)而造成其胞內(nèi)信號傳導(dǎo)；②HSC通過Toll樣受體（TLR）直接識別病原微生物釋放的病原體有關(guān)分子模式（PAMP）引發(fā)免疫應(yīng)答；③HSC的變化作為一種感染的成果，即感染后引發(fā)細(xì)胞因子或細(xì)胞與微環(huán)境互相作用的變化，再間接地作用于HSC本身。1．HSC與直接感染：將小鼠用大腸桿菌感染后分析不同時間點骨髓HSPC表型，成果表明感染會直接引發(fā)小鼠骨髓HSPC細(xì)胞的擴增，同時血清中G-CSF的含量明顯升高，這闡明骨髓中的HSPC對感染做出了直接反映[28]。并且在其它微生物感染的模型中也得到了相似的成果[29]。但是現(xiàn)在還沒有直接的實驗證據(jù)闡明HSC可被細(xì)菌或病毒直接感染[28]。另首先，Kolb-M?urer等[30]發(fā)現(xiàn)HSC普通不會被病原體直接感染，即使在全身系統(tǒng)性感染發(fā)生時，HSC也不會被感染；并且在體外將HSC和高濃度的細(xì)菌或病毒共培養(yǎng)，也不會使HSC感染。這提示機體在受到感染后對HSPC的影響不是通過直接感染，而是通過其它方式起作用。2．HSC通過TLR識別感染信號：TLR作為天然免疫系統(tǒng)的核心通過識別廣泛存在于病原體表面的保守的分子構(gòu)造，即病原有關(guān)的分子模式（PAMP）而介導(dǎo)炎癥介質(zhì)的釋放，并最后激活適應(yīng)性免疫。成熟的免疫細(xì)胞如B細(xì)胞、DC等可體現(xiàn)多個TLR來識別不同的病原微生物。即使HSPC不能被細(xì)菌或病毒直接感染，但HSPC卻含有直接識別感染的能力。近來研究表明HSPC不同程度地體現(xiàn)TLR，如小鼠HSC體現(xiàn)TLR2/3/4和低水平的TLR9[31]。Nagai等[32]報道，IL-7R-Lin-Sca-1+c-Kit+HSPC和IL-7R+Lin-Sca-1lowc-Kitlow淋系祖細(xì)胞（CLP）等體現(xiàn)高水平的TLR2和TLR4，分別用TLR2和TLR4的配體PAM3CSK4和脂多糖（LPS）體外解決HSPC，可通過MyD88依賴的方式增進(jìn)HSPC的增殖，并增進(jìn)髓系分化及CLP向DC的分化[32]。另外，Megias等[33]的研究成果顯示TLR的激活能直接增進(jìn)HSPC向單核-巨噬系統(tǒng)的分化。人HSPC也可體現(xiàn)TLR，采用TLR1/2的激動劑PAM3CSK4能直接刺激人HSC向髓系分化，同時克制淋系分化[34]；而采用TLR7或8的配體刺激人HSC后，能夠增進(jìn)HSC向髓系及CLP向DC的分化[35]。Zhao等[36]采用單細(xì)胞蛋白組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，在體外將PAM3CSK4及LPS短期作用于HSPC，能通過其TLR的激活，直接刺激短周期HSC和多能祖細(xì)胞產(chǎn)生多個細(xì)胞因子，并且HSPC激活后產(chǎn)生細(xì)胞因子的總量和持續(xù)時間高于成熟的免疫細(xì)胞，HSPC這種直接的免疫應(yīng)答作用重要依賴于NF-κB信號通路的激活。由此可見，人和小鼠的HSC都能夠通過其表面的TLR受體對病原微生物進(jìn)行直接識別并應(yīng)答，結(jié)合單細(xì)胞技術(shù)能夠進(jìn)一步明確人和小鼠不同階段HSPC上特異性體現(xiàn)的TLR，以及其對不同病原微生物識別的獨特機制[37]。3．促炎性細(xì)胞因子對HSC的影響：感染或疾病發(fā)生時，HSC也受到促炎性細(xì)胞因子的調(diào)控。HSC表面體現(xiàn)多個細(xì)胞因子的受體，如IFN-R、TNF-R及IL-R等，感染引發(fā)的促炎性細(xì)胞因子如TNF-α、IFN（IFN-α、-β及-γ）、IL-1、IL-6及IL-8等能夠激活靜息期的HSC，使其進(jìn)入細(xì)胞周期并得以活化和動員[38]。促炎性細(xì)胞因子對HSC的調(diào)控能夠抵消最初的感染，短期內(nèi)維持造血穩(wěn)態(tài)，但最后還是會損傷HSC的功效。這可能是引發(fā)造血異常的重要因素之一，如異常的IFN和TNF等與骨髓增生異常綜合征（MDS）和骨髓衰竭等疾病有關(guān)。因此，進(jìn)一步理解促炎性細(xì)胞因子對HSC調(diào)控的病理生理機制對維持造血穩(wěn)態(tài)含有重要意義?，F(xiàn)在有關(guān)報道重要集中在下列3個方面。（1）Ⅰ型IFN——IFN-α/β：IFN家族涉及Ⅰ型（IFN-α/β）和Ⅱ型（IFN-γ），IFN重要調(diào)控宿主對病原微生物的免疫應(yīng)答，并能直接影響HSC的功效[39]。IFN-α/β能由多個免疫細(xì)胞合成分泌參加免疫應(yīng)答，直接克制病毒的復(fù)制和播散[40]。IFN-α能夠通過STAT-1依賴的信號通路刺激靜息的HSC進(jìn)入細(xì)胞周期[41]。另外，IFN-α的轉(zhuǎn)錄克制分子IFN-RF2能夠維持HSC的靜息狀態(tài)及重建能力[42]。因此，病毒感染早期IFN-α的產(chǎn)生會增進(jìn)HSC的增殖，相反，IFN-α的長久作用會造成HSC的耗竭[41,42,43]。（2）Ⅱ型IFN——IFN-γ：IFN-γ重要由免疫細(xì)胞產(chǎn)生，涉及巨噬細(xì)胞和活化的T細(xì)胞。與IFN-α/β類似，IFN-γ對于正常造血含有活化和克制的雙向作用，重要依賴于其分泌的量與持續(xù)時間。早在20世紀(jì)90年代，Brugger等[44]就報道了IFN-γ協(xié)同其它造血調(diào)控因子能夠增進(jìn)人造血前體細(xì)胞的擴增。Binder等[45]發(fā)現(xiàn)穿孔素缺失的小鼠感染淋巴細(xì)胞性脈絡(luò)叢腦膜炎病毒（LCMV）后，持續(xù)激活的CD8+T細(xì)胞通過分泌過量的IFN-γ和TNF-α誘發(fā)致死的全血細(xì)胞減少[45]。另外，多個研究小組通過更靠近生理感染的動物模型發(fā)現(xiàn)，IFN-γ能增進(jìn)HSPC的擴增，并調(diào)控成熟粒細(xì)胞的產(chǎn)生[46,47,48]。Baldridge等[46]運用結(jié)核分枝桿菌感染模型發(fā)現(xiàn)，IFN-γ能通過STAT-1信號激活直接增進(jìn)HSC的增殖。Schürch等[49]通過急性LCMV感染模型發(fā)現(xiàn)，活化的CD8+T細(xì)胞分泌的IFN-γ會刺激多能祖細(xì)胞和髓系祖細(xì)胞的擴增，進(jìn)一步研究表明這種作用是通過刺激骨髓MSC分泌IL-6來間接實現(xiàn)的。這些研究成果均證明，IFN-γ不僅維持正常造血穩(wěn)態(tài)，并且在感染狀態(tài)下也會增進(jìn)HSC的細(xì)胞周期進(jìn)程。有關(guān)IFN-γ對HSC的作用也有相反的研究成果報道，早期研究發(fā)現(xiàn)IFN-γ能直接誘導(dǎo)人和鼠HSC的凋亡并減少其體外克隆形成能力[50]。另外，IFN-γ轉(zhuǎn)基因小鼠由于過體現(xiàn)IFN-γ而造成B細(xì)胞減少，T細(xì)胞和NK細(xì)胞發(fā)育也異常，同時髓系祖細(xì)胞的克隆形成能力減少，且HSC的凋亡增加等[48]。在臨床研究中也發(fā)現(xiàn)，骨髓衰竭性疾病如再生障礙性貧血（AA）、陣發(fā)性睡眠性血紅蛋白尿癥（PNH）和MDS等患者IFN-γ的分泌升高，提示IFN-γ對疾病的發(fā)生可能含有增進(jìn)作用。Zeng等[51]運用IFN-γ解決HSPC后分析了其基因變化狀況，成果顯示IFN-γ解決后HSPC的基因體現(xiàn)模式與AA、PNH和MDS等患者來源的HSPC非常相似。這表明，IFN-γ對HSPC的克制作用可能直接參加疾病進(jìn)程的調(diào)控。由此可見，IFN-γ對HSPC的不同作用可能與不同的疾病類型或感染的時期有關(guān)。（3）腫瘤壞死因子——TNF-α：Fugier-Vivier等[52]和Rezzoug等[53]報道，將純化的HSC與CD8+/TCR-（FC）T或p-preDC共移植，可提高同種異基因或自體HSCT的成功率并減少移植物抗宿主?。℅VHD）的發(fā)生風(fēng)險。進(jìn)一步的研究證明，HSC與CD8+/TCR-T細(xì)胞互相作用后能夠刺激T細(xì)胞分泌IF