“红、肿、热、痛”,是机体对于外界刺激的一种防御结果,称为“炎”。
假如我们的皮肤破皮了,伤口感染了细菌,免疫的第一道防线(皮肤)宣告失守,就会造成发炎。适当的“发炎”,释放信号,吸引大量免疫细胞前来作战,发挥免疫的第二道(先天免疫)、第三道(获得性免疫)防线功能。
因此,“发炎”是有益的,发炎是一种信号,促进了我们免疫系统高效工作。
然而,事情总有两面性,免疫系统是把“双刃剑”,我们虽然不希望它弱,但也不会希望它太强,我们喜欢的是“平衡”。
就比如这次的新冠肺炎疫情,那些危重症患者常见的临床症状急性呼吸窘迫综合征(ARDS)就是“炎症风暴”的典型代表,就是免疫过强而导致的免疫系统“失衡”状态。
干细胞利用其旁分泌效应,可以通过分泌一些炎症相关因子,抑制免疫过激反应(over-reactiveimmunity)。
这看上去像是中国儒家的传统思想——“中庸之道”。
免疫是把“双刃剑”
如果把所有进入人体的细菌、病*等危险物质看作是“敌人”,那人体免疫和疾病的关系可总结为三个层面:
第一,认不出“敌人”
要想杀“敌人”,第一步就得先认出哪个是“敌人”。但是未必那么容易,“敌人”很狡猾。
比如流感病*。这种病*为了逃避人体免疫,会不断变换自身表面的H蛋白。H蛋白就是一种辨别物质,H蛋白变了,人体免疫受到了“伪装”的迷惑也就认不出“敌人”来了。
第二,免疫太强,把“友*”错当成“敌人”
当免疫系统出现自身紊乱,同样会出麻烦,错把“友*”当“敌人”,且更难治愈。
正常情况下,人体有一套严格的识别机制,防止免疫细胞误伤自己人。但是,有时候这种识别机制紊乱了,就会带来很多种疾病,而且大多是疑难病,比如自身免疫病(红斑狼疮/强直性脊柱炎/类风湿关节炎等)。人类自身免疫病有多种,但是机理都是人体免疫不断攻击自身的细胞。甚至有专家说过,当你遇到解释不通的临床问题时,就想想会不会是自身免疫出了问题。
把“友*”当“敌人”,除了会引起自身免疫病,还会带来过敏。过敏就是免疫系统把本来无害的物质辨别为“敌人”,产生过度的反应。如过敏性鼻炎、哮喘、荨麻疹、湿疹都是过敏的临床表现。
第三,免疫力低,打不过“敌人”
比如艾滋病、白血病、糖尿病、尿*症等。这些病有的是免疫细胞的数目减少,有的是功能降低。不论是什么情况,总之就是认出了“坏人”,但是打不过。
对于癌症,有时候是认不出来“坏人”,但有时候,即使认出来了,癌细胞也会释放一些物质麻痹免疫细胞,让免疫细胞的杀伤能力大大降低。
因此,我们将免疫系统形容是一把双刃剑。
它既能保护你的身体,也可能伤害到你的身体。
从这里可以看出,免疫系统的稳定对于机体的健康十分重要。而间充质干细胞临床最早应用的,就是它的3大作用之一,免疫调节,抑制过激免疫反应。
免疫平衡靠调节
何谓调节?
免疫太弱时刺激免疫系统,免疫过激时抑制免疫系统,动态平衡免疫力,就是免疫调节的过程。
间充质干细胞隶属于干细胞中的多能干细胞,分化能力介于全能和单能干细胞之间,是干细胞家族中研究得最广泛,应用最广泛的干细胞。
间充质干细胞不表达或者仅表达可忽略的主要组织相容性复合体(MHC-I,MHC-II)、Fas配体和T细胞共刺激分子B7-1、B7-2、CD40、CD40L等[1],因此MSC不容易被宿主T细胞识别,可以逃避同种异基因反应细胞的识别,具有较低的免疫原性。可以认为,间充质干细胞是天生的免疫豁免细胞,这是其免疫调节的大前提。
无论是体内(invivo)还是体外(invitro)实验,都证明了间充质干细胞具有免疫调节抑制免疫过激的作用。
在体外混合淋巴细胞培养实验中,间充质干细胞可以抑制同种异基因抗原、分裂素如植物凝血素(PNA)、刀豆球蛋白A(ConA)、结核菌素以及CD3和CD28抗体活化的T细胞诱导的淋巴细胞增殖[2]。且抑制作用随着间充质干细胞浓度的增加而升高,如果没有细胞周期蛋白(cyclinD)的活化,T细胞将始终维持在G0期,不会活化。
这些实验发现,间充质干细胞的培养基对T细胞的活化没有抑制作用,但却对B细胞的活化有明显的抑制作用。存在或缺乏间充质干细胞的不同条件下,用抗CD40和IL-4刺激B细胞,进一步证实了间充质干细胞对B细胞活化的抑制作用。
进一步探索间充质干细胞免疫调节的具体机制,我们发现需要从免疫系统本身入手,即先天免疫和获得性免疫。间充质干细胞正是采用双管齐下的方式,调节平衡。
间充质干细胞免疫调节的机制
间充质干细胞之所以能够在体内体外实验中均达到免疫调节的作用,抑制免疫过激反应,主要是因为间充质干细胞对先天免疫和获得性免疫均有一定的免疫调节机制。
自然杀伤细胞(NK)、巨噬细胞和细胞*性T细胞是清除病原微生物的重要细胞,前两者属于先天免疫,无差别攻击微生物,后者属于获得性免疫,通过识别异物表面的HLA分子达到清除的目的。
间充质干细胞可以通过细胞与细胞间的直接接触,以及分泌效应分泌生物活性因子,如生长因子、细胞因子和趋化因子等行使其免疫调节作用。比如MSC与巨噬细胞相互作用后,上调巨噬细胞中与吞噬功能相关的分子表达,如清道夫受体等,使得巨噬细胞对微生物的吞噬能力增强,减少入侵的微生物对免疫细胞的进一步刺激。MSC还可以通过分泌TGF-b和PEG-2,来抑制IL-2刺激的NK细胞的增殖。
对于T细胞的过度活化,研究发现,间充质干细胞一方面可以抑制PBMC(外周血单核细胞)形成抗原递呈细胞——树突状细胞(DC),从而抑制淋巴细胞增殖,导致了效应T细胞的衰减。而另一方面,间充质干细胞可以直接通过调控T细胞的活化亚群含量,CD4+CD25+、CD4+ctla4+和CD4+CD25+CTLA4+,而抑制T细胞的过度活化。
间充质干细胞的免疫调节作用,最早在临床应用,也会应用得越来越广泛,值得期待。
免疫调节的应用
免疫调节的应用得益于干细胞的免疫调节作用,干细胞可以用于治疗多种免疫相关疾病,比如本次的新冠病*肺炎、GvHD、系统性红斑狼疮、炎症性肠病、过敏性鼻炎等。
新冠肺炎(COVID-19)
在此次全球肆虐的新冠肺炎中,干细胞更是发挥了重要作用,因为危重症的新冠肺炎患者的大部分会有免疫反应应过激现象,也就是“细胞因子风暴”,从而导致各个器官迅速衰竭。
而间充质干细胞(MSC)可以抑制过度激活的免疫反应,调节免疫稳态平衡,减轻免疫系统对自身器官的攻击,为患者身体修复提供充足的时间。
移植物抗宿主病(GvHD)
它多发生在骨髓移植之后,来自移植物对宿主的猛烈攻击,造成多系统损害(皮肤、食管、胃肠、肝脏等),是造成死亡的重要原因之一。间充质干细胞(MSC)的出现,给GvHD患者带来了确切的希望,基于强大的免疫调节能力,MSC不仅仅抑制了疯狂的免疫应答,更是平衡了稳态,成为了英国和欧盟治疗2-4级GvHD患者的用药指南。
系统性红斑狼疮(SLE)
以针对自身细胞核成分产生病理性的自身抗体为特征,损害多种器官的功能(心血管、肾、神经系统等)。间充质干细胞(MSC)能够通过分泌可溶性细胞因子来抑制过激的免疫反应,包括获得性免疫,减少T和B细胞的活化,减少自身抗体产生。
炎症性肠病(IBD)
炎症性肠病,包括溃疡性结肠炎和克罗恩氏病,具体表现在腹痛、腹泻、粘液脓血便等,严重时可以导致肠梗阻、出血、穿孔甚至癌症,且反复复发,得不到根治。间充质干细胞(MSC)可以调节肠道免疫环境,改善微环境,有效治疗肛瘘、肠梗阻等并发症,大幅下降复发率。
过敏性鼻炎(AR)
过敏性鼻炎,是鼻腔粘膜的变态反应,具体表现在鼻痒、打喷嚏、流清鼻涕、鼻塞等难受症状,虽然不会危及患者生命,但却是影响每一天的生活质量。间充质干细胞(MSC)可以促进Treg细胞增殖,平衡Th1/Th2因子的含量,减轻过敏性鼻炎的刺激,不易复发。
因此,干细胞凭借自身较低的免疫原性,和对先天性及获得性免疫的调节,能够几乎无副作用地控制过激免疫反应,实现治疗多种免疫相关疾病的功能。
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