树突细胞的免疫调节功能及其影响因素

吕丽娜

【编者按:本文根据吕丽娜教授在2010年中华医学会泌尿外科学分会肾移植全国高峰论坛暨全国移植免疫高级研讨班上授课内容整理。】

树突细胞(dendritic cells，DC)是 1973年由Steinman和Cohn［1］发现。DC在体内的数量极微，但分布极其广泛，是迄今为止所发现的功能最强的专职抗原呈递细胞。基于这一特性，早期的研究主要集中于利用DC增强机体的抗感染及抗肿瘤免疫应答，并取得一系列的研究成果，大量DC瘤苗、DC病毒瘤苗以及其他基于DC的免疫治疗药物应运而生。近年来，随着免疫学及分子生物学的快速发展，人们对DC的认识不断深入，发现DC不仅是机体免疫应答的始动者，而且在调控细胞和体液免疫功能、诱导免疫耐受等方面也有重要作用。本文基于我们团队的研究成果，结合近年文献，就DC的免疫调节功能及其影响因素作一介绍。

1 DC的基本功能、来源及亚群

DC能够捕获、处理外来抗原，并迁移抗原至淋巴细胞富集区，将抗原肽相关信号呈递给T细胞，影响T细胞的活化、增殖及分化，从而调控机体的免疫反应。因此，抗原呈递和迁移是DC的两大基本功能。

DC在骨髓中从干细胞发育到祖细胞，再到前体细胞，最后进入血液循环，循环的DC通过血管和细胞间隙进入组织后成为未成熟DC［2］。发生感染或异体移植时这些未成熟DC捕获异体抗原，随之被激活。激活后产生一系列变化，使它能穿过组织，穿过淋巴内皮屏障，进入引流淋巴结，然后直接进入T细胞依赖区与T细胞接触，诱导免疫反应。2007年发表于《科学》杂志的一项研究表明，DC和巨噬细胞具有共同的前体细胞——CD117+CX3CR1+干细胞，这种干细胞能够分化为两类细胞，一类为巨噬细胞和DC前体细胞(Mf and DC progenitor)，分化为单核巨噬细胞(CD11b+Gr1+F480+)和少量DC;另一类为普通DC前体细胞(common DC precursors)，标记为Lin－cKitlowCD115+Flt3+，最终分化为各种亚群的 DC 细胞［3］。

DC是一群异质性的细胞，有许多亚群，不同的亚群具有不同的免疫功能。目前研究最多的亚群包括传统DC(conventional DC，cDC)和浆细胞样DC(plasmacytoid DC，pDC)。cDC又可分为 CD11c+CD8α+DC 和 CD11c+CD8α－DC，表面标记主要为CD11c+。CD8α+DC能够产生大量的IL-12，激活T-bet信号传导，促进Th1型的免疫反应。CD8α－DC主要产生IL-12，促进嗜碱性粒细胞释放大量的IL-4，激活T细胞的GATA3信号通路，从而诱导Th2型免疫反应［4-5］。此外，最近研究结果表明一些特殊的DC亚群能够诱导Th17型免疫反应，与TGF-β和IL-6的分泌有关。pDC表面标记为CD11clowLy6C+B220+，具有很强的致耐受能力。此外，不同组织中的不同DC亚群具有独特的免疫功能。在肝脏组织中，至少存在两群DC。通过转基因小鼠技术证实这两群DC对细胞因子的反应性不同，粒细胞－巨噬细胞集落刺激因子能够诱导 CD11c+B220－DC;而IL-3/CD40L能够诱导大量的CD11c－B220+DC，表达大量的CD205以及高表达共刺激分子，然而这群DC具有很强的致免疫耐受性［6］。在小肠组织中，目前发现至少存在4群肠淋巴结(Peyer's patchs)DC:CD11b+、CD11b+CD8α－、CD11b－CD8α+和CD11b－CD8α－DC。这些DC在特定的外界因素刺激下通过其表面分子和分泌的细胞因子诱导不同的T细胞反应，与小肠的各种疾病的发生发展有关［7-8］。

2 DC调节机体免疫反应的机制

DC不仅能够诱导强烈的免疫反应，在机体抗感染和抗肿瘤免疫应答中起重要作用;同时，DC也具有致耐受作用，维持机体对自身抗原耐受以及诱导移植免疫耐受［9］。DC调节免疫反应的机制与以下因素有关:(1)DC的特殊亚群。不同的DC亚群具有不同的免疫功能。(2)DC的成熟状态。未成熟DC具有较强的致耐受特性，而成熟DC具有很强的诱导免疫反应的能力。(3)DC所处的组织微环境。不同的组织微环境对其功能和发生发展有很大的影响，如肝组织DC具有致耐受性，小肠和肺组织DC均具有各自的特性。(4)参与DC功能调节的各种刺激信号。与淋巴细胞的激活信号相似，有3种信号参与DC的功能调节。第一信号为MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ类分子与T淋巴细胞受体的结合，提供抗原刺激信号;第二信号为DC与其他淋巴细胞直接接触而形成的共刺激信号，包括B7家族、Ox40L和4-1BBL等与其相应受体的相互作用。第三信号为DC与T细胞作用后所释放的一系列细胞因子，如IL-12、IFN-γ、IL-4 以及 IL-10 等。

以上机制不仅能够影响DC表型改变和细胞因子分泌，最重要是能够调控DC的免疫功能，从而影响T细胞的功能状态，包括影响T细胞的活化、促进T细胞凋亡和无能，以及决定初始T细胞向辅助性 T 细胞(helper T cells，Th)1、Th2、Th17 及调节性T 细胞(regulatory T cells，Treg)分化的方向等［10-12］。其中Treg在DC致免疫耐受中发挥重要作用。大量研究表明，致耐受性DC能够选择性扩增Treg，而Treg又能影响致耐受性DC的致耐受特性，两者相互作用共同维持机体的免疫平衡状态。

3 组织微环境对DC功能的影响

肝是易诱导外周耐受形成的“免疫特惠”器官，许多动物种系同种异体肝移植能越过主要组织相容性障碍而自发耐受，不需要免疫抑制剂的维持治疗。目前，有许多研究证明肝的“免疫特惠”现象与肝DC有关。与脾DC或骨髓源性DC相比，肝DC具有很强的免疫调节特性。用脂多糖刺激后，发现与脾DC相比，肝DC能产生更多的IL-10、TGF-β以及IL-27［13］。将肝 DC与 T细胞共培养后，发现 T细胞产生大量IL-10，选择性扩增Treg而抑制效应性T细胞增殖，从而使平衡趋向免疫耐受。而脾DC在脂多糖刺激下则产生大量的IL-12，诱导Th1型免疫反应。肝的组织微环境使肝DC维持在未成熟状态，能够引起宿主T细胞无能以及凋亡。通过人为方法改变肝组织微环境可影响肝DC的功能，从而影响移植肝的结局。比如，肝移植术前给予供者Flt-3L治疗能够促进成熟DC在肝大量积聚，引发强烈的免疫反应，导致移植肝急性排斥反应。此外，通过注射IL-2、IL-12等方法影响T细胞在肝中的活化和存活，导致肝移植后排斥反应［14］。

肠道中的CD103+DC将视黄醛转化成视黄酸，在后者刺激下，CD103+DC能诱导Treg扩增。此外，肠道淋巴结DC的各种亚群在不同的外界抗原刺激下能够诱导各种T细胞免疫反应。这些均表明组织微环境对于DC功能有很大影响［7-8］。

4 DC表面免疫分子的表达对其功能的影响

一些免疫分子在DC表面高表达能够增强DC诱导的免疫反应，比如CD70。DC激活后，CD70表达增加，通过与表达在T细胞上其受体CD27结合后，激活T-bet通路，诱导Bcl-xL表达，维持T细胞存活，并促进T细胞表达IL-12Rβ2，与DC表达的IL-12结合介导Th1型免疫反应［15］。Treg细胞通过抑制CD70的表达从而抑制DC介导的免疫反应，DC表面CD70表达降低时，尽管IL-12仍有表达，但是Th1型免疫反应受到明显的抑制［16］。

目前，许多研究探讨诱导DC表面抑制性分子表达进而最大限度地发挥其致耐受特性。B7-H1是B7家族中的一个抑制性共刺激分子，我们的研究证明它不仅能诱导T细胞凋亡，还能诱导和扩增Treg细胞。敲除B7-H1基因后，发现肝DC诱导T细胞凋亡与扩增Treg的能力显著降低，说明B7-H1对于肝DC发挥致耐受性有非常重要的作用。口服可溶性蛋白诱导免疫的无应答或低应答状态(口服耐受)具有重要的生理学意义，尽管其机制仍不明确，但新近研究表明，其与pDC释放IL-10并诱导T细胞表面CTLA-4和PD-1的表达有关;CD8α+DC通过表达吲哚胺 2，3-双加氧酶(indoleamine 2，3-dioxygenase)，不仅可以促进反应性T细胞的溶解和凋亡，而且能选择性扩增Treg细胞［17］。因此，研究DC表面的抑制性分子有助于开发新的药物靶点以调控机体的免疫反应。

通过人为改变DC表面这些免疫分子的表达水平能够诱导机体特异性免疫反应或特异性的免疫耐受。目前常见的方法主要包括:(1)应用抑制性细胞因子(TGF-β、IL-10)或免疫抑制剂(环孢素、阿司匹林)等改变DC免疫功能;(2)免疫调节剂联合来阻断CD40L等正性共刺激分子，增强CTLA-4免疫球蛋白和PD-1等负性共刺激分子表达;(3)通过靶向作用于转录因子(核因子-κB/STATs)来阻止DC的成熟或激活;(4)通过基因工程技术将CTLA-4免疫球蛋白/TGF-β/IL-10/IL-4等免疫抑制分子转导入DC来增强其致耐受性。以上方法虽可以延长器官移植物的存活时间，但目前尚不能诱导永久性的免疫耐受，然而多种方法联合应用有望在将来成功诱导供者抗原特异的、稳定的、持久的免疫耐受。

5 肝星状细胞对DC的影响

一些器官的组织细胞在DC的分化和功能中也起了重要作用。我们将肝星状细胞与异体胰岛细胞共同移植，胰岛细胞生存期极大延长。相关机制研究表明，在炎症区域，肝星状细胞被激活的T细胞所释放的INF-γ激活后，诱导了大量髓源性抑制细胞分化和积聚。后者继而杀伤CD8+效应细胞，并诱导大量Treg细胞产生，最后导致宿主对移植物耐受。如胰岛细胞单独移植，在炎症区域浸润的主要是DC细胞，提示肝星状细胞能抑制DC而促进髓源性抑制细胞分化［18］。

总之，阐明决定DC诱导免疫耐受功能以及DC选择性触发T细胞向辅助性T细胞Th1、Th2、Th17、Treg等不同方向分化的关键因素对寻找新的方法来调控机体免疫反应具有重大意义。

1 Steinman RM，Cohn ZA.Identification of a novel cell type in peripheral lymphoid organs of mice.I.Morphology，quantitation，tissue distribution［J］.J Exp Med，1973，137(5):1142-1162.

2 Pulendran B，Lingappa J，Kennedy MK，et al.Developmental pathways of dendritic cells in vivo:distinct function，phenotype，and localization of dendritic cell subsets in FLT3 ligand-treated mice［J］.J Immunol，1997，159(5):2222-2231.

3 Dudziak D，Kamphorst AO，Heidkamp GF，et al.Differential antigen processing by dendritic cell subsets in vivo［J］.Science，2007，315(5808):107-111.

4 Maldonado-Lopez R，De Smedt T，Michel P，et al.CD8alpha+and CD8alpha－subclasses of dendritic cells direct the development of distinct T helper cells in vivo［J］.J Exp Med，1999，189(3):587-592.

5 Maldonado-López R，Maliszewski C，Urbain J，et al.Cytokines regulate the capacity of CD8alpha(+)and CD8alpha(-)dendritic cells to prime Th1/Th2 cells in vivo［J］.J Immunol，2001，167(8):4345-4350.

6 Lu L，Bonham CA，Liang X，et al.Liver-derived EC205+B220+CD19-dendritic cells regulate T cell response［J］.J Immunl，2001，166(12):7042-7052.

7 Iwasaki A，Kelsall BL.Unique functions of CD11b+，CD8 alpha+，and double-negative Peyer’s patch dendritic cells［J］.J Immunol，2001，166(8):4884-4890.

8 Varol C，Vallon-Eberhard A，Elinav E，et al.Intestinal lamina propria dendritic cell subsets have different origin and functions［J］.Immunity，2009，31(3):502-512.

9 Hawiger D，Inaba K，Dorsett Y，et al.Dendritic cells induce peripheral T cell unresponsiveness under steady state conditions in vivo［J］.J Exp Med，2001，194(6):769-779.

10 Moser M，Murphy KM.Dendritic cell regulation of TH1-TH2 development［J］.Nat Immunol，2000，1(3):199-205.

11 d’Ostiani CF，Dei Sero G，Bacci A，et al.Dendritic cells discriminate between yeasts and hyphae of the fungus Candida albicans.Implications for initiation of T helper cell immunity in vitro and in vivo［J］.J Exp Med，2000，191(10):1661-1674.

12 Isaksson M，Ardesjö B，Rönnblom L，et al.Plasmacytoid DC promote priming of autoimmune Th17 cells and EAE［J］.Eur J Immunol，2009，39(10):2925-2935.

13 Chen Y，Jiang G，Yang HR，et al.Distinct response of liver myeloid dendritic cells to endotoxin is mediated by IL-27［J］.J Hepatol，2009，51(3):510-519.

14 Li W，Lu L，Wang Z，et al.IL-12 antagonism enhances apototic death of T cells within hepatic allografts from Flt3 ligand-treated donors and promotes graft acceptance［J］.J Immunol，2001，166(9):5619-5628.

15 Laouar A，Haridas V，Vargas D，et al.CD70+antigen-presenting cells control the proliferation and differentiation of T cells in the intestinal mucosa［J］.Nat Immunol，2005，6(7):698-706.

16 Keller AM，Schildknecht A，Xiao Y，et al.Expression of costimulatory ligand CD70 on steady-state dendritic cells breaks CD8+T cell tolerance and permits effective immunity［J］.Immunity，2008，29(6):934-946.

17 Sharma MD，Hou DY，Liu Y，et al.Indoleamine 2，3-dioxygenase controls conversion of Foxp3+Tregs to TH17-like cells in tumor-draining lymph nodes［J］.Blood，2009，113(24):6102-6111.

18 Chou HS，Hsieh CC，Yang HR，et al.Hepatic stellate cells regulate immune response via induction of myeloid suppressor cells［J］.Hepatology，2011，in press.