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编号:10227247
树突状细胞的研究热点及其与疾病的防治
http://www.100md.com 《中国医学杂志》 1999年第3期
     作者:曹 雪 涛

    单位:200433 上海,第二军医大学免疫学教研室

    关键词:

    中华医学杂志990301 树突状细胞(Dendritic cells, DC)是目前发现的功能最强的抗原提呈细胞,在免疫反应中起了举足轻重的作用,因此,DC研究倍受重视。90年代以来,人们在体外大量扩增DC成功之后,克服了以往由于DC在组织中含量很少、难以获取的困难,使DC研究取得了许多突破性进展;加深了人们对于某些生命基本现象相关机理的认识,也为人们探索新的疾病防治手段开辟了新的天地。

    一、 DC的研究热点

    1.DC特异性分子标志的寻找:到目前为止,人们还未寻找到非常理想的能用于鉴定DC的特异性分子标志,若要鉴定所得到的细胞是否为DC时,往往是通过形态学、组合性细胞表面标志、混合淋巴细胞反应(MLR)中刺激初始型T细胞增殖三个方面加以综合判断。当然,也有数种DC相对特异性标志得到人们的公认和应用。例如33D1和NLDC145是小鼠DC比较特异性的标志。OX62是大鼠DC比较特异性的标志,而人DC的主要特征性标志为CD1a和CD83。若能寻找到更特异的DC标志、甚至不同状态或不同亚群DC的特异性标志,将大大有利于DC工作的开展。
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    2.DC的分化发育途径及其与其它免疫细胞相互关系的分析:人们发现,体内DC主要分为髓系DC(myeloid,DC)和淋巴系DC(lymphoid,DC)两大类,尽管这两大类DC均起源于体内的多能造血干细胞,但它们各自来源于各自的前体细胞,且各有不同的功能特点,其差别之一在于前者(与单核、粒细胞有共同的祖细胞)能分化发育成巨噬细胞,而后者(与T、NK细胞有共同前体细胞)能分化为淋巴细胞。目前常用于研究的淋巴系DC为胸腺内DC,其为T细胞阴性选择的主要承担细胞,但目前对此类DC的分化发育过程还知之甚少,空白点很多。目前人们对于髓系DC的分化发育途径与过程已逐渐清楚。利用小鼠骨髓衍生的DC(BMDC)、人CD34+干细胞来源的DC、人单核细胞衍生性DC、皮肤郎格罕细胞(LC)等进行的髓系DC研究表明,处于不同分化发育阶段(如DC前体阶段、未成熟期、迁移期、成熟期)的DC有不同的功能特点,该方面一个重要的进展是证明了单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞均能向DC转化并能最终形成具有显著抗原提呈功能的DC。

    3.DC亚群概念的提出与分类:DC具有异质性,虽然人们已将DC分为髓系和淋巴系两大类,但对其与功能密切相关的亚群的认识仍然比较模糊,而且没有一个统一或公认的亚群区分的标准。目前往往是根据研究者各自实验室标准或根据自己创建的方法进行分类。近期提出Ⅰ型和Ⅱ型DC的概念,Ⅰ型DC(DC1)为CD1a+CD1b+CD1c+CD1dlowCD4lowCD11b+CD11c+CD13+CD33+CD45RA-CD45RO+GM-CSFRα+IL-3Rαlow,其主要作用是通过分泌IL-12促使Th0向Th1分化,通过IFN-γ、IL-2的分泌而介导Th1细胞免疫反应;Ⅱ型DC(DC2)为CD1a-CD1b-CD1c-CD1d-CD4-CD11b-CD11clowCD13lowCD33lowCD45RA+GM-CSFRαlowIL-3Rα+,其主要作用是促使Th0向Th2分化,通过IL-4、IL-10的分泌而介导Th2免疫反应。同样,IL-4、IL-10可以通过减少DC1前体细胞分化为DC1而反向调控Th1反应。
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    4.DC的成熟过程及迁移机制的研究:正常情况下绝大多数体内DC处于非成熟状态(immature),其表达低水平的共刺激分子和粘附分子,体外激发MLR能力较弱,但具有极强的抗原内吞和加工处理能力。在摄取抗原或接受到某些刺激因素(主要是炎性信号如LPS、IL-1β、TNF-α)后,可以分化成熟(mature),其MHC分子、共刺激分子、粘附分子的表达显著提高,体外激发MLR能力很强,但其抗原摄取加工能力大大降低。DC在成熟过程中同时发生迁移(migration),由外周组织(获取抗原信号)通过淋巴管和/或血循环进入次级淋巴器官,然后激发T细胞应答反应。

    DC的迁移过程是其完成抗原提呈功能所必需的重要步骤,其机理尚不十分明确,但趋化因子/趋化因子受体系统在DC体内迁移中起着非常重要的作用。研究表明,在DC分化成熟过程中,其趋化因子受体表达谱会发生一些改变,使得不同成熟阶段的DC对不同趋化因子表现出不同的反应性。非成熟DC表达高水平CCR1、CCR2、CCR5、CXCR1、CXCR2和CXCR4,对CC趋化因子包括MIP-1α、MIP-1β,RANTES、MCP-3具有显著的趋化反应性,但对CC趋化因子MIP-3β和CXC趋化因子SDF-1α反应性较弱。但当通过LPS,TNF-α或IL-1β体外处理、诱导DC成熟后,DC对上述CC趋化因子的反应性基本上丧失,而对原先反应性较弱的MIP-3β和SDF-1α的反应性显著升高,此与DC表达相应的趋化因子受体相关(CCR5-表达减低而CXCR4表达增多)。最近日本学者证明,CCR7可选择性地表达于成熟DC,其配基ELC/MIP-3β可以选择性地诱导成熟DC迁移而对非成熟DC无此作用。由上述结果可以认为,对于DC迁移的作用有两方面机制,一是CC趋化因子诱使非成熟DC迁向外周组织,然后接受抗原信号后成熟,再由主要表达于淋巴器官(胸腺、脾脏、淋巴结)中的ELC/MIP-3β诱使已携带抗原信息并表达CCR7的成熟DC,从外周组织(如炎症部位)迁移至淋巴器官,从而激发T细胞免疫反应。
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    5.DC对抗原的摄取、加工、提呈的途径及分子机制:非成熟DC可通过巨胞饮、受体介导的内吞及吞噬3种方式摄取外源抗原,在富含MHC Ⅱ类分子的细胞内隔室(MIIC)中,外源性抗原被降解,加工成多肽,并与MHC Ⅱ类分子结合形成复合物提呈在DC表面。经巨胞饮及吞噬两种方式摄入的外源性抗原,亦可通过胞质的TAP依赖途径或内吞体的TAP非依赖途径以MHCⅠ类途径提呈。外源性脂类抗原主要通过CD1途径被DC加工和提呈。对这些不同的抗原加工提呈途径的作用机制并不完全清楚,尤其是面对同一种外源性抗原的入侵,DC的上述三种途径是如何相互配合并通过何种机制完成抗原加工提呈确实值是人们深入研究。

    6.DC与免疫激活:DC对于T、B细胞的直接或间接的激活作用,尤其是关于DC具有激活初始型T细胞的独特APC活性已有较多报道,目前该方面的热点是亚群间的相互作用及其分子机制。

    7.DC与免疫耐受:DC是目前发现的在胸腺内对发育过程中T细胞进行阴性选择的最重要的细胞,通过排除自身反应性克隆,参与中枢免疫耐受的诱导,有实验证明,血循环中的抗原可以到达胸腺,由胸腺DC提呈,外周血DC也可能携带外周抗原进入胸腺并由胸腺DC实现对某些外来抗原的体内致敏;亦可在外周参与T细胞耐受的诱导。该方面研究目前尚少,但由于对移植免疫、自身免疫、变态反应等的发病机制及其防治措施有重要研究意义,因而该方面研究成为新的热点,目前发现DC可通过否决(veto)效应、诱导T细胞失能、诱导Th1/Th2型应答中Th2应答等机制参与外周致敏。目前该方面机制研究很粗浅,诱导外周耐受的途径很单一,相信随着研究的深入会不断发现新的机制、提出新的途径。
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    8.DC大量扩增方法学的优化:目前已能从小鼠、大鼠、人等扩增出一定数量的DC,基本上满足了基础与临床应用需要,但不足之处是方法复杂,所需细胞因子量较大、培养时间较长。为此,人们尝试性地添加新的生长因子(如Flt3-L、IL-6和IL-6受体的融合蛋白)和更换培养基类型(如无血清培养基),争取在短时间内培养出具有一定数量并保持功能特点的DC,也尝试不同条件诱导不同组织来源的DC前体细胞,希望能得到不同亚群的DC,有助于对DC异质性的研究。

    9.DC相关新分子的发现:近几年来,随着人类基因组计划的实施,人们已成功地从DC cDNA文库中筛选到多种全长新基因,发现了数种有功能的新分子。Lebecque小组从人DC cDNA文库中筛选到decysin(一种serpin家族新成员)、活化后负调节分子DORA(Down-Regulated by Activation, DORA,是一种Ig超家族新成员)、FDF03(一种新型Ig样穿膜蛋白)、DC溶酶体相关性膜蛋白(lysosome-associated membrane glycoprotein, DC-LAMP)等。随着DC相关性新分子的不断发现,除了有助于人们深入研究DC的功能及其机制,也有可能会得到在疾病防治中具有一定应用价值的蛋白分子。
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    10.DC新型实验体系的建立和应用:为了更确切、更全面地研究DC的生理病理作用,有必要在原有的研究基础上建立更恰当的有一定特色的实验体系。例如意大利Ricciardi-Castagnoli小组、瑞典学者Eldran等及美国Nunez等分别建立了多株具有各自特点的DC系,应用这些细胞系开展了多方面特色研究,为了更确切地研究DC,人们一直在努力寻找体内扩增然后分离DC的方法。有学者从Flt3-L注射的裸鼠脾内分离出大量CD3-CD8α+DC。这种简便地从体内获取大量CD8α+DC的方法将有利于CD8α-DC和CD8α+DC功能的比较研究。

    选择合适的疾病动物模型,研究DC的病理作用或治疗效果是很有价值的。以NOD小鼠为例,NOD小鼠能自然发展为T细胞介导自身免疫性糖尿病即胰岛素依赖性糖尿病(IDDM),研究表明,在IDDM早期NOD小鼠胰岛中浸润有DC且CD40交联活化导致IL-12分泌是DC参与IDDM的机制之一。考虑到TNF-α在NOD小鼠IDDM发生中的作用,美国耶鲁大学Flavell等采用大鼠胰岛素启动子(RIP)控制的TNF局限性表达于胰岛的TNF转基因NOD小鼠(TNFα-NOD),利用TNFα-NOD模型,证明胰岛炎症可招引DC浸润、活化,然后提呈自身抗原激活自身反应性T细胞,诱导IDDM发生。
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    二、DC与疾病的防治

    应用DC为基础的主动特异性免疫疗法治疗肿瘤是近几年DC研究领域最受人关注的热点,经过80年代LAK疗法的临床实践后,人们认识到还是T细胞介导的特异性免疫应答在机体抗肿瘤过程中起主导作用,特别是近几年确认和发现了多种人类肿瘤特异性抗原,这些均为肿瘤抗原致敏的DC回输机体激发特异性抗肿瘤免疫应答即主动特异性免疫治疗奠定了基础。目前用肿瘤抗原体外致敏DC的方式有多种,例如肿瘤细胞冻融物、基因工程肿瘤蛋白抗原或人工合成的肿瘤抗原多肽在体外冲击致敏DC,或将肿瘤抗原基因通过腺病毒、逆转录病毒载体等转入DC,使DC内源性持续性表达多个肿瘤抗原表位并通过MHC Ⅰ类分子得到充分提呈。上述方式致敏的DC回输机体内均可诱导出肿瘤特异性免疫反应。目前以肿瘤抗原体外冲击致敏的DC临床试治B淋巴瘤、黑色素瘤、前列腺癌、多发性骨髓瘤等患者,其疗效报道令人鼓舞。

    DC与感染性疾病的防治具有双重性。一方面,作为最强的APC,DC在病原抗原摄取、提呈及特异性免疫激活中均具有重要作用是抗感染免疫的中心环节。近年来,许多学者应用病原抗原体外致敏的DC过继回输的方式建立了多种感染性疾病的免疫防治方案。例如用HIV-1的gp160或Env、gag、pol的合成肽体外致敏DC后,注入艾滋病(AIDS)患者体内(6~9次),发现部分患者体内env特异性CTL数量明显增加,IFN-γ和L-2分泌水平升高,但目前尚未见到明显临床疗效;另一方面,DC亦可导致病毒复制、播散及免疫抑制,例如DC是乙型肝炎病毒(HIV)感染的重要靶细胞和病毒储存源,HIV可在DC与CD4+T的结合区进行复制;麻疹病毒(MV)可感染DC并在DC内大量复制、降低DC数量及功能是MV感染导致免疫抑制的一个重要原因。如何发挥DC抗感染能力、阻断病毒感染DC导致病理复制的途径,均是有实际应用价值的研究方向。
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    在移植免疫中,供体的非成熟DC倾向于诱导免疫耐受而成熟DC倾向于引发免疫排斥。因此,若预先去除移植物中DC或用非成熟DC诱导同种免疫耐受,均可延长同种移植物的存活时间。实验观察表明,骨髓移植或肝移植后,移植物中供体DC前体细胞可迁移进受体体内,定居并增殖,形成嵌合体、促进移植物的接受,也就是讲DC是嵌合细胞的主要成份,此新颖的学术观点修正了传统移植免疫中对DC的片面认识。

    另外,DC在自身免疫性疾病和变态反应性疾病发生发展中起一定的促进作用。目前该方面的研究方向是如何阻断或降低DC的APC功能,或用非成熟DC诱导特异性外周免疫耐受以达到防治此类疾病的目的。

    三、对DC国内外研究的分析和建议

    DC群体具有很大的异质性,随其组织来源、体外培养条件、所处分化发育阶段或活化状态不同等而各有特点。目前的研究结果大多是以体外扩增的DC为研究对象,体内DC含量少、研究困难,而体外培养扩增后的DC的性质有可能发生改变,可能有别于其体内自然存在状态时的性质,因此,在引用国外文献或根据国外文献设计自己实验的时候,应对其结论持慎重态度,应仔细对比分析。虽然开展该方面工作需要众多技术和条件的支持,但整体上讲,该领域空白点很多,困难和机遇共存,我国基础研究人员应该尽快涉足该领域,建立具有自己特色的DC实验体系或以DC为研究模型开展跨学科交叉研究,相信能做出属于我国学者的创新性工作。

    自1996年以来,国外对DC临床应用非常重视,尤其是今年,多项临床方案正在实施中,可以预计,在未来几年内,国内DC的临床应用将会继“LAK疗法”之后进入“狂热”阶段,因为DC免疫疗法确实是具有比以往免疫疗法更多的优点。反思干扰素、单抗导向、IL-2/LAK疗法、基因疗法的成败历程,我们对DC疗法应持以冷静态度,应该清楚地认识到这只是攻克治疗肿瘤等疾病课题的漫长征途中所出现的一种免疫疗法。鉴于此,我国临床工作者应在了解和掌握国外现行DC临床方案的基础上,采用消化吸收和改良创新相结合的策略,根据我国实际情况(基础设施、临床经验、患者病情),本着应用简便、提高疗效的精神,争取设计出自己的临床方案。

    (收稿:1998-12-31), http://www.100md.com