丁 麗,朱 恒,張海宏,楊 洋,韓冬梅,王志東,鄭曉麗,董 磊, 閆洪敏,劉 靜,朱 玲,薛 梅,郭子寬,王恒湘
(1. 中國人民解放軍空軍總醫(yī)院血液科,北京 100142;2. 軍事醫(yī)學科學院基礎醫(yī)學研究所,北京 100850;3. 中國人民解放軍空軍總醫(yī)院普外科,北京 100142; 4. 軍事醫(yī)學科學院放射與輻射醫(yī)學研究所,北京 100850)
研究報告
小鼠脾臟間充質(zhì)干細胞調(diào)節(jié)T淋巴細胞的增殖與活化
丁 麗1,朱 恒2,張海宏3,楊 洋1,韓冬梅1,王志東1,鄭曉麗1,董 磊1, 閆洪敏1,劉 靜1,朱 玲1,薛 梅1,郭子寬4,王恒湘1
(1. 中國人民解放軍空軍總醫(yī)院血液科,北京 100142;2. 軍事醫(yī)學科學院基礎醫(yī)學研究所,北京 100850;3. 中國人民解放軍空軍總醫(yī)院普外科,北京 100142; 4. 軍事醫(yī)學科學院放射與輻射醫(yī)學研究所,北京 100850)
目的 研究小鼠脾臟間充質(zhì)干細胞(Sp-MSCs)對T淋巴細胞增殖與活化的調(diào)節(jié)作用。方法 采用組織塊法從小鼠脾臟中分離培養(yǎng)出Sp-MSCs,并做多向誘導分化實驗。分離小鼠T淋巴細胞,開展淋巴細胞轉(zhuǎn)化試驗和混合淋巴細胞反應,分別檢測Sp-MSCs對于非特異抗原和同種異體抗原活化的T淋巴細胞的影響。以CFSE流式法檢測Sp-MSCs對活化的T淋巴細胞增殖的影響。采用定量PCR分析Sp-MSCs對T淋巴細胞表達的炎性細胞因子的影響。結果 流式檢測結果顯示Sp-MSsC可以抑制非特異抗原和同種異體抗原引起的T淋巴細胞增殖。Sp-MSCs能夠有效抑制淋巴細胞轉(zhuǎn)化試驗和混合淋巴細胞反應引起的細胞活化。進一步分析發(fā)現(xiàn),Sp-MSCs抑制T淋巴細胞表達干擾素γ,腫瘤壞死因子α和白細胞介素17A。結論 Sp-MSCs能夠抑制T淋巴細胞增殖與活化,抑制T淋巴細胞表達多種炎性細胞因子。
脾臟間充質(zhì)干細胞;T淋巴細胞;增殖;活化;炎性細胞因子
間充質(zhì)干細胞(mesenchymal stem cells, MSCs)是一種最早在骨髓中發(fā)現(xiàn)的非造血譜系的干細胞[1,2],隨后亦在骨、臍帶和脂肪等組織中有發(fā)現(xiàn)。MSCs不僅具有干細胞的共性,同時也具有自身的特性。MSCs像大多數(shù)干細胞一樣,具有多向分化和自我更新能力。更重要的是,MSCs是目前已知的多種干細胞中,較為確定地具有免疫調(diào)節(jié)能力的一類干細胞[3]。相關研究表明, MSCs可以調(diào)節(jié)多種免疫細胞如巨噬細胞、T淋巴細胞、B淋巴細胞、樹突狀細胞和中性粒細胞等發(fā)育分化和凋亡,有助于維持機體免疫反應和免疫穩(wěn)態(tài)[3]。此外,MSCs還調(diào)節(jié)多種免疫細胞的功能,避免過度的機體免疫應答[3]。目前的研究結果表明,MSCs主要通過表達細胞間粘附分子(如細胞間粘附分子1和內(nèi)皮細胞粘附分子1)、釋放一些重要的細胞因子和活性物質(zhì)以及釋放膜微粒等形式來發(fā)揮免疫調(diào)控作用。
脾臟是人和動物體內(nèi)最大的外周免疫器官[4,5]。脾臟內(nèi)含有多種免疫細胞如巨噬細胞、T淋巴細胞、B淋巴細胞、樹突狀細胞和中性粒細胞等,是免疫細胞發(fā)育和成熟的重要器官之一,更是機體的體液免疫中心和細胞免疫。脾臟內(nèi)免疫細胞的發(fā)育功能要受到脾臟微環(huán)境的調(diào)控。多種基質(zhì)細胞混合組成的脾臟基質(zhì)組織既為免疫細胞發(fā)育提供了空間依托,又表達多種活性分子調(diào)節(jié)免疫細胞功能,是脾臟微環(huán)境的重要組成部分[4,5]。因此,脾臟基質(zhì)組織內(nèi)細胞對于免疫細胞發(fā)育和功能的調(diào)控一直是免疫學研究的熱點之一[6,7]。但是,以往的研究多關注于脾臟內(nèi)皮源性基質(zhì)細胞和成纖維細胞等成體細胞的作用,對于處于發(fā)育源頭的脾臟間充質(zhì)干細胞(spleen mesenchymal stem cells, Sp-MSCs)是否參與免疫調(diào)控,國內(nèi)外文獻報道不多?;诖耍覀円揽壳捌诠ぷ鹘⒌哪z原酶消化聯(lián)合組織塊培養(yǎng)法(待發(fā)表數(shù)據(jù)),分離獲得了大量細胞純凈度較高的小鼠Sp-MSCs。在此可靠的細胞模型基礎之上,本研究著重關注了Sp-MSCs對非特異抗原和同種異體抗原活化的T淋巴細胞增殖和活化的影響。
1.1 實驗動物
健康BALB/cl和C57BL/6 小鼠,雌雄不限,6~8周齡,購自維通利華實驗動物技術有限公司(北京)(動物生產(chǎn)許可證號SCXK: 京2012-0001)。
1.2 主要試劑與儀器
干細胞培養(yǎng)專用胎牛血清,磷酸鹽緩沖液(PBS),高糖DMEM培養(yǎng)基以及α-MEM 培養(yǎng)基均為美國Gibco公司產(chǎn)品;II型膠原酶,胰酶,磷酸化維生素C,β-磷酸甘油,地塞米松,3-異丁基-1-甲基黃嘌呤(IBMX),胰島素,堿性磷酸酶試劑盒,油紅O 染液,熒光染料CFSE,刀豆蛋白A(Con A),定量PCR試劑盒為美國Sigma 公司產(chǎn)品;RNA提取和逆轉(zhuǎn)錄試劑購自大連寶生物公司;尼龍毛,細胞培養(yǎng)板和培養(yǎng)瓶為美國康寧公司產(chǎn)品;流式細胞儀為美國Becton Dickinson 公司產(chǎn)品;細胞培養(yǎng)箱為英國 Thermo 公司產(chǎn)品;倒置顯微鏡為日本Olympus 公司產(chǎn)品。
1.3 Sp-MSCs的分離培養(yǎng)
無菌條件下以注射器柄將脾臟碾碎,以0.1%的II型膠原酶液消化獲得的基質(zhì)組織1 h,將消化后的基質(zhì)組織種入Sp-MSCs培養(yǎng)體系內(nèi)(含有10%血清的α-MEM),3 d首次換液。待Sp-MSCs 爬滿培養(yǎng)瓶后,以胰酶消化傳代,取第3~6 代細胞用于相關實驗。
1.4 Sp-MSCs的分化能力鑒定
參照以往建立的方法進行[8]。取第4 代Sp-MSCs,種于24孔培養(yǎng)板中(5× 104/cm2),加入成骨誘導體系:含有10%胎牛血清的高糖DMEM培養(yǎng)基,地塞米松( 10-7mol /L),β 磷酸甘油( 10 mmol /L)和維生素C 磷酸鹽( 50 μmol /L)。誘導7 d進行堿性磷酸酶染色。取第4 代Sp-MSCs,種于24孔培養(yǎng)板中(3× 104/cm2),加入成脂肪誘導體系:含有10%胎牛血清的高糖DMEM培養(yǎng)基,IBMX ( 0.5 μmol /L),地塞米松( 10- 6mol /L)和胰島素( 10 ng/mL)。誘導7 d后進行油紅染色。
1.5 小鼠T淋巴細胞分離
參照以往發(fā)表的方法進行[9]。無菌條件下以注射器柄碾磨鼠脾臟,將獲得的粗制細胞懸液過200目鋼篩去除團塊,再以Ficoll分離液以800 g離心20 min,從而得到混合的脾臟免疫細胞;以PBS洗凈,將脾臟免疫細胞過填充有尼龍毛的50 mL注射器,收獲的不貼附的細胞即為T淋巴細胞,流式檢測CD3細胞比例高于于80%后用于下一步實驗。
1.6 CSFE法標記T淋巴細胞
用于流式分析的T淋巴細胞需要用熒光染料CFSE標記。簡言之,小鼠T淋巴細胞以含有2%胎牛血清的PBS調(diào)整為1× 107mL,加入CFSE (10 μM),避光染色20分鐘,以大量含有血清的PBS重懸,洗滌,終止染色。 標記過的T淋巴細胞用于后繼實驗。1.7 淋巴細胞轉(zhuǎn)化實驗(lymphocyte transformation test,LTT)和混合淋巴細胞反應(mixed lymphocyte reaction,MLR)
進行流式分析的T淋巴細胞需預先進行CFSE標記。LTT參照以往的方法開展[2]。T淋巴細胞的密度調(diào)整為1 × 106ml,加入Con A (2 μg/mL),不同的實驗組添加或者不添加Sp-MSCs共培養(yǎng),48 h后拍照。收集懸浮的T淋巴細胞上流式分析。MLR則是把小鼠T淋巴細胞加入照射過的同種異基因的小鼠T淋巴細胞混合培養(yǎng)(如BALB/cl小鼠和C57BL/6小鼠的T淋巴細胞),比例為10:1。不同的實驗組加入或者不加入Sp-MSCs共培養(yǎng),48 h后拍照,收集懸浮的T淋巴細胞上流式分析。
1.8 T淋巴細胞表達的免疫因子檢測
進行定量PCR分析的T淋巴細胞無需進行CFSE標記。簡言之,收集LTT和MLT實驗中的各組T淋巴細胞,以PBS洗滌,以氯仿法提取RNA,逆轉(zhuǎn)錄后用做定量PCR的模板。引物序列為:小鼠干擾素γ(IFN-γ):上游序列- 5′-CTCATGGCTGT TTCTGGCTGTTA-3′,下游序列5′-GACGCTTATGTT GTTGCTGATGG-3′;小鼠腫瘤壞死因子α(TNF-α): 上游序列5′-CACTTGGTGGTTTGCTACGA-3,下游序列5′-GCCTCCCTCTCATCAGTTCTA-3′;小鼠白細胞介素17A(IL-17A):上游序列5′-TCCAGAAGGCCC TCAGACTA-3′,下游序列5′- AGCATCTTCTCGACC CTGAA-3′, 內(nèi)參GADPH上游序列5′-AAACCCATC ACCATCTTCCA-3′,下游序列5′-GTGGTTCACACC CATCACAA-3′。
1.9 統(tǒng)計學方法
實驗結果以SPSS 16.0軟件分析,數(shù)據(jù)以均值方差表示,以Studentttest 分析,P值小于0.05為統(tǒng)計學意義,P< 0.05 ,P< 0.01。
2.1 小鼠Sp-MSCs 抑制T淋巴細胞增殖
如圖1A和1B所示,組織塊法分離獲得的小鼠Sp-MSCs具有經(jīng)典的MSCs成纖維狀細胞的形態(tài)特點,成骨誘導分化后磷酸酶染色陽性,提示其具有成骨分化能力(圖1C),成脂肪誘導后油紅O染色后可見脂肪滴被染料染為紅色(圖1D)。以上結果表明本研究所用的干細胞的確為MSCs。
CFSE是一種可以摻入細胞的熒光染料,隨著細胞增殖分裂,細胞所攜帶的熒光強度逐漸降低[2]。細胞增殖的速度越快,其熒光強度衰減地越快[2]。在LTT中,T淋巴細胞受到Con A刺激之后,增殖迅速,熒光強度衰減明顯,而Sp-MSCs存在時,T淋巴細胞衰減的速度明顯減慢,表明T淋巴細胞增殖受到了抑制(圖2A)。在MLR中,同種異基因抗原也促使T淋巴細胞顯著增殖。與LTT結果相似,Sp-MSCs表現(xiàn)出了抑制T淋巴細胞增殖能力(圖2B)。
A為原代Sp-MSCs,B為快速增殖的Sp-MSCs, C為Sp-MSCs成骨分化后堿性磷酸酶染色陽性,D為Sp-MSCs成脂肪分化后油紅O染色陽性(標尺=200 μm)圖1 Sp-MSCs及其成骨和成脂肪分化(A) primary Sp-MSCs; (B) Highly proliferating Sp-MSCs; (C) ALP-staining for osteogenically differentiated Sp-MSCs; (D)Oil-red-O staining for adipogenically differentiated Sp-MSCs (Bar=200 μm)Fig.1 Primary culture and the osteogenic and adipogenic differentiation of Sp-MSCs
2.2 小鼠Sp-MSCs 抑制非特異性抗原誘導的T淋巴細胞活化
Con A是一種非特異抗原,具有強大的活化T淋巴細胞能力[9]。如圖3A所示,Con A刺激后, T淋巴細胞顯著活化,聚集成巨大的細胞團塊,而有Sp-MSCs存在時,這種活化作用受到顯著抑制,大多數(shù)T淋巴細胞為松散的單個細胞或者小細胞團(圖3B),以上結果表明小鼠Sp-MSC 可抑制非特異性抗原誘導的T淋巴細胞活化。
2.3 小鼠Sp-MSCs 抑制同種異基因抗原誘導的T淋巴細胞活化
除了非特異性抗原之外,同種異基因抗原同樣可以活化T淋巴細胞。如圖4A所示,同種異基因的T淋巴細胞混合在一起之后,T淋巴細胞顯著活化,培養(yǎng)皿中可見多個巨大的細胞團塊,而 Sp-MSCs則可以顯著抑制這種活化作用。培養(yǎng)皿中的T淋巴細胞無法聚合為大細胞團塊,更多地變現(xiàn)為為松散小細胞團(圖4B)。此結果表明小鼠Sp-MSCs 可抑制同種異基因抗原誘導的T淋巴細胞活化。
A為Con A刺激引發(fā)T淋巴細胞活化,B為Sp-MSCs抑制CoA誘導的T淋巴細胞活化(標尺=200μm)圖3 Sp-MSCs抑制非特異抗原誘導的T淋巴細胞活化(A) Con A-induced T lymphocyte activation; (B) Sp-MSCs suppressed Con A-induced T lymphocyte activation. Bar=200 μm.Fig.3 Sp-MSCs suppressed non-specific antigen-induced T lymphocyte activation
A為Sp-MSCs抑制LTT實驗,B為Sp-MSCs抑制MLR反應。黑色峰代表的是未增殖的T淋巴細胞,藍色峰代表的是加入了Con A或者異基因抗原的刺激后,顯著增殖的T淋巴細胞,紅色峰代表的是Sp-MSCs抑制相應的T淋巴細胞增殖。圖2 Sp-MSCs抑制T淋巴細胞增殖(A) Sp-MSCs suppressing LTT. (B) Sp-MSCs suppressing MLR. The black empty flags represent low proliferative T lymphocytes. The blue empty flags represent high proliferative T lymphocytes, and the red empty flags indicate that the proliferation of T lymphocytes, suppressed by Sp-MSCs, respectively.Fig.2 Sp-MSCs suppressed the proliferation of T lymphocytes
A為同種異基因的抗原刺激引發(fā)T淋巴細胞活化,B為Sp-MSCs抑制同種異基因抗原誘導的T淋巴細胞活化(標尺=200μm)。圖4 Sp-MSCs抑制同種異基因抗原誘導的T淋巴細胞活化(A) Allogeneic antigen-induced T lymphocyte activation; (B) Sp-MSCs suppressed allogeneic antigen-induced T lymphocyte activation. Bar=200 μm.Fig.4 Sp-MSCs suppressed allogeneic antigen-induced T lymphocyte activation
2.4 小鼠Sp-MSCs抑制T淋巴細胞表達炎性細胞因子
為進一步觀察Sp-MSCs對T淋巴細胞的免疫功能影響,我們用定量PCR檢測了各組T淋巴細胞表達的炎性細胞因子的水平。如圖5和圖6所示,加入Sp-MSCs上可顯著抑制LTT和MLR實驗中T淋巴細胞內(nèi)IFN-γ和TNF-α的表達。有意義的是,與LTT相比,Sp-MSCs抑制MLR中IL-17A的作用更強(圖5和圖6)(*P<0.05 ,**P<0.01.)。該結果提示,Sp-MSCs對于不同抗原活化的T細胞調(diào)節(jié)能力可能存在差異。
圖5 Sp-MSCs抑制非特異抗原活化的T淋巴 細胞表達炎性細胞因子Fig.5 Sp-MSCs suppressed the expression of non-specific antigen-induced proinflammatory cytokines.
Friedenstein等[1]研究骨髓造血時,意外地發(fā)現(xiàn)骨髓中除了造血干細胞之外還存在有另外一類非造血干細胞,隨后這種類似成纖維細胞樣的干細胞被命名為MSCs[3]。后繼的研究表明,MSCs并不僅存在骨髓中,骨、脂肪、臍帶等多種組織也存在著MSCs。近年來,MSCs被發(fā)現(xiàn)可以調(diào)控多種免疫細胞的發(fā)育和功能。
基于此,MSC已經(jīng)被應用于治療移植物抗宿主病、類風濕性關節(jié)炎和系統(tǒng)性紅斑狼瘡等疾病,并取得了滿意的效果[3]。
圖6 Sp-MSCs抑制同種異基因抗原活化的T淋巴細胞表達炎性細胞因子Fig.6 Sp-MSCs suppressed the expression of allogeneic antigen-induced proinflammatory cytokines.
Sp-MSCs是脾臟微環(huán)境的重要組成部分,其在空間結構上與多種免疫細胞緊密相鄰,但是目前有關其免疫調(diào)節(jié)能力的報道卻不多。T淋巴細胞是免疫細胞的重要組成部分,既參與細胞免疫,又連接體液免疫,其發(fā)育和功能的改變對于維持機體免疫功能極為重要[10]。本研究基于前期建立的可靠細胞模型開展了Sp-MSCs調(diào)節(jié)T淋巴細胞相關研究。我們發(fā)現(xiàn),Sp-MSCs可以顯著抑制T淋巴細胞的增殖和活化。這種抑制作用具有廣譜性,即Sp-MSCs不僅抑制非特異抗原引起的T淋巴細胞增殖與活化,而且抑制同種異基因引起的T淋巴細胞增殖與活化。 但是,我們同時注意到,Sp-MSCs對于不同抗原活化后的T淋巴細胞分泌功能具有差異性調(diào)節(jié)作用。一般認為,IFN-γ和TNF-α多由Th1調(diào)節(jié)亞群的T淋巴細胞分泌。IL-17A是IL-17家族的重要一員,多有Th17調(diào)節(jié)亞群分泌,與慢性aGVHD和類風濕性關節(jié)炎等自身免疫性疾病密切相關。本研究中, Sp-MSCs對于非特異抗原和同種異基因抗原誘導的IFN-γ和TNF-α表達均具有強大的抑制作用,提示其抑制Th1調(diào)節(jié)亞群的活化和功能。有趣的是,Sp-MSCs對于同種異基因抗原誘導的IL-17A表達具有良好的抑制作用,而對于非特異抗原誘導的IL-17A表達雖然具有抑制作用,但是沒有統(tǒng)計學差異,提示其調(diào)節(jié)相應T淋巴細胞中T h17 亞群的能力較弱。其內(nèi)在的機制不明,仍有待于進一步的研究[11]。此外,本研究主要基于體外實驗開展,相關發(fā)現(xiàn)亦需在體內(nèi)和不同的動物模型水平進一步驗證。
通過本研究,我們發(fā)現(xiàn)了小鼠Sp-MSCs能夠抑制T淋巴細胞增殖與活化,抑制T淋巴細胞表達多種炎性細胞因子,并且這種調(diào)節(jié)能力存在差異性。
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Modulatory effects of mouse spleen-derived mesenchymal stem cells on the proliferation and activation of T lymphocytes
DING Li1, ZHU Heng2, ZHANG Hai-hong3, YANG Yang1, HAN Dong-mei1, WANG Zhi-dong1, ZHENG Xiao-li1, DONG Lei1, YAN Hong-min1, LIU Jing1, ZHU Ling1, XUE Mei1, GUO Zi-kuan4, WANG Heng-xiang1
(1. Department of Hematology, Air Force General Hospital of Chinese PLA, Beijing 100142, China; 2. Institute of BasicMedical Sciences, Beijing 100850; 3. Department of General Surgery, Air Force General Hospital of Chinese PLA, Beijing 100142; 4. Institute of Radiation Medicine, Beijing 100850)
Objective To investigate the modulatory effects of mouse spleen-derived mesenchymal stem cells (Sp-MSCs) on the proliferation and activation of T lymphocytes. Methods The mouse Sp-MSCs were isolated from mouse spleens by using explant tissue culture protocol and the cells were induced to differentiate into osteoblasts and adipocytes. The effects of Sp-MSCs on proliferation of activated T lymphocytes were determined by carboxyfluorescein succinimidyl ester (CFSE) staining assay. Furthermore, the effects of Sp-MSCs on lymphocyte transformation test (LTT) and mixed lymphocytes reaction (MLR) were observed, respectively. In addition, the mRNA expression of T cell derived proinflammatory cytokines by Sp-MSCs was detected by quantitative PCR. Results The results of CFSE assay demonstrated that Sp-MSCs suppressed ConA and allogeneic lymphocyte-induced T cell proliferation. Moreover, the Sp-MSCs were capable of suppressing LLT and MLR. Additionally, the results of quantitative PCR revealed that Sp-MSCs significantly suppressed the T cells expressing interferon-γ, tumor necrosis factor-α and interleukine-17A. Conclusions Sp-MSCs are capable of suppressing the proliferation and activation of T lymphocytes as well as the expression of T cell-derived proinflammatory cytokines.
Spleen-derived mesenchymal stem cells; T lymphocytes; Proliferation, Activation; Proinflammatory cytokines; Mouse
國家自然科學基金項目(81500083, 81371945, 81572159, 81101342);空軍總醫(yī)院院級課題( KZ2014023);北京市自然科學基金項目(7132133)。
丁麗 (1975-),女,博士,研究方向:干細胞與血液病學。E-mail: dingli7578@163.com。
王恒湘,碩士,主任醫(yī)師,從事血液系統(tǒng)疾病的研究與治療,E-mail: wanghengxiang123@aliyun.com;郭子寬,博士,研究員,主要從事轉(zhuǎn)化醫(yī)學研究E-mail: guozk@bmi.ac.cn;朱恒,博士,副研究員,主要從事干細胞與再生醫(yī)學研究,E-mail: zhudingdingabc@163.com。
R-33
A
1671-7856(2017) 02-0015-06
10.3969.j.issn.1671-7856. 2017.02.003
2016-06-30