从牙周膜分离的间充质基质细胞（hPDL-MSCs）具有很高的治疗潜力，这可能是由于它们的免疫调节特性。两组不同的机制主要负责这些免疫调节能力：（1）可溶性免疫介质和酶的分泌，包括 IDO-1、PGE2 和 TSG-6，它们以旁分泌方式调节免疫细胞；（2）和细胞-细胞直接接触机制，通过表达膜结合免疫介质，包括 PD-L1 和 PD-L2。这些免疫调节机制在稳态条件下通常较低，但在炎症环境中会通过各种促炎细胞因子，包括IL-1β 和 TNF-α 得到增强。由于免疫细胞是这些促炎细胞因子的主要来源，这导致 hPDL-MSCs 和免疫细胞之间存在紧密的双向相互作用。
大多数关于这种相互关系的知识都来自体外研究，主要使用两种不同的模型，即直接共培养模型和间接共培养模型，将 hPDL-MSCs 与免疫细胞共培养。MSCs 与 T 淋巴细胞的相互作用是研究最多的免疫调节作用之一。大量研究已表明，hPDL-MSCs 对 CD4+ T 淋巴细胞增殖的抑制作用，以及触发和抑制调节性 CD4+ T 淋巴细胞（Tregs）和 CD4+ Th17 淋巴细胞分化的能力。然而，目前还没有研究直接比较 hPDL-MSCs 和 CD4+ T 淋巴细胞相互作用背景下的共培养模式。
最近，维也纳医科大学牙学院牙周病临床和牙周科研中心课题组的一项体外研究旨在不同细胞因子环境中使用直接和间接共培养模型比较 hPDL-MSCs 和 CD4+ T 淋巴细胞之间的双向相互作用。研究结果显示，共培养模型不同程度地影响 hPDL-MSCs 和 CD4+ T 淋巴细胞之间的相互作用，表明旁分泌和直接细胞间免疫调节机制都有助于观察到 hPDL-MSCs 对 CD4+ T 淋巴细胞的免疫调节活性。这似乎源于 hPDL-MSCs 中免疫介质表达的可变性，具体取决于共培养模型和当前的细胞因子类型。研究成果发表于 Stem Cell Research & Therapy 期刊题为“Paracrine- and cell-contact-mediated immunomodulatory effects of human periodontal ligament-derived mesenchymal stromal cells on CD4+ T lymphocytes”。
首先，比较了三种不同体外共培养模型（图1 A）下 hPDL-MSCs 对 CD4+ T淋巴细胞增殖（图1 B、D、E）和活力（图1 C）的影响，发现 hPDL-MSCs 在所有三种体外共培养模型中均显著降低 CD4+ T 淋巴细胞增殖（图1 B）。在无插入物的间接和直接共培养中，分裂的 CD4+ T 淋巴细胞减少（图1 D、E）。这些基于 hPDL-MSCs 的抑制作用在有或没有插入物的直接体外共培养模型中明显强于间接共培养模型（图1 B）。此外，间接共培养的 hPDL-MSCs 显示出抗细胞死亡作用，而没有插入物的直接共培养可导致死亡 CD4+ T 淋巴细胞的显著增加（图1 C）。这些数据表明，hPDL-MSCs 抑制 CD4+ T 淋巴细胞的能力取决于所使用的共培养模型。
此外，对 CD4+ T 淋巴细胞中细胞因子产生影响的观察发现，在间接共培养模型中，hPDL-MSCs 显著降低了 TNF-α、IL-10、IL-22、IL-5、IL-13 和 IL-9 的水平；在插入物的直接模型中，TNF-α 和 IFN-γ 被 hPDL-MSCs显著降低，但与上述程度不同；IL-4 水平在两种带有插入物的共培养模型中均显著增加，并在直接共培养模型中明显更高；无插入物的直接共培养导致 TNF-α 显著降低；相比之下，IL-10、IL-17A、IL-17F 和 IL-4 水平显著增加。这些数据表明，hPDL-MSCs 影响 CD4+ T 淋巴细胞中细胞因子产生的能力也取决于体外共培养模型。
实验还研究了不同体外共培养模型下白细胞介素 IL-1β 触发的 hPDL-MSCs 对 CD4+ T 淋巴细胞增殖和活力的影响（图2 A-J）。IL-1β 的存在显著增强了hPDL-MSCs 对 PHA- 激活的 CD4+ T 淋巴细胞增殖的抑制作用（图2 A、B）。在 IL-1β 存在下，无插入物的直接共培养显示 hPDL-MSCs 对 CD4+ T 淋巴细胞增殖没有明显影响，然而，在无插入物的直接共培养中，IL-1β 处理的 hPDL-MSCs 显著抵消了 hPDL-MSCs 介导的细胞死亡诱导效应（图2 C、D）。这些数据表明，IL-1β 处理的 hPDL-MSCs 影响 CD4+ T 淋巴细胞增殖和活力的能力取决于所使用的共培养模型。
此外，带有插入物的间接和直接共培养模型中，IL-1β 处理的 hPDL-MSCs 对 CD4+ T 淋巴细胞的细胞因子分泌谱产生相似的影响：TNF-α、IL-10、IL-5、IL-13 和 IL-9 显著降低，而 IL-17A 和 IL-17F 显著上调；IL-22 和 IL-4 在带有插入物的间接和直接共培养模型中分别上调和下调，而 IFN-γ 在两种共培养模型中均无显著变化。相比之下，CD4+ T 淋巴细胞与 IL-1β 处理的 hPDL-MSCs 直接共培养显著触发了所有研究的细胞因子水平的升高，除了 IL-13 。这些数据表明，IL-1β 处理的 hPDL-MSCs 影响 CD4+ T 淋巴细胞中细胞因子产生的能力取决于体外共培养模型。
同样，对于肿瘤坏死因子 TNF α 触发的 hPDL-MSCs 对 CD4+ T 淋巴细胞增殖和活力的影响，数据也表明，TNF α 处理的 hPDL-MSCs 影响 CD4+ T 淋巴细胞增殖和活力的能力以及改变 CD4+ T 淋巴细胞生成细胞因子的能力均取决于共培养模型。
最后，实验还研究了不同类型共培养实验结束时 hPDL-MSCs 中免疫介质基因表达的水平。与单培养相比，无论使用何种体外共培养模型，hPDL-MSCs 中所有研究的免疫介质的基因表达水平都显著增加（图3 A-E），但无插入物的直接共培养中的 TSG-6 除外（图3 C）。IDO-1（图3 A）、TSG-6（图3 C）和 CD274 （图3 E）的水平在两种直接共培养模型中降低。此外，PTGS-2 基因表达（图3 B）在有插入物的直接共培养模型中显著降低，相比之下，无插入物的直接共培养模型导致 PTGS-2 水平显著增加。CD273 在各种体外共培养模型之间未观察到差异（图3 D）。这些数据表明，共培养模型的类型会影响 hPDL-MSCs 中免疫介质基因表达。
此外，当外源性 IL-1β 存在下，其对可溶性免疫介质（IDO-1、PTGS-2、TSG-6）的基因表达水平的影响与共培养模型无关，但IL-1β 在间接与直接共培养中分别导致 CD273 的增加和减少。IL-1β 处理的 hPDL-MSCs 与 CD4+ T 淋巴细胞直接共培养，在有和没有插入物时，CD274 表达分别降低和增加，在间接共培养模型中未观察到对 CD274 基因表达的影响。尽管这些数据表明了一些趋势，但未观察到膜结合免疫介质基因表达水平的显著差异。这些数据表明，在外源性 IL-1β 存在下，体外共培养模型类型对 hPDL-MSCs 中膜结合免疫介质（而非可溶性免疫介质）的影响不同。
同样，在 TNF-α 处理的 hPDL-MSCs 中，体外共培养模型类型对 hPDL-MSCs 中可溶性和膜结合免疫介质的基因表达也均有不同的影响。
总之，该研究表明共培养模型对 CD4+ T 淋巴细胞增殖、活力和细胞因子分泌等结果有显著影响。在未处理和细胞因子处理的 hPDL-MSCs 中观察到这些不同的效应，可能是由不同共培养的 hPDL-MSCs 的免疫调节机制的可变性引起的。总而言之，这些差异可能源于共培养模型允许 hPDL-MSCs 和 CD4+ T 淋巴细胞之间发生不同的双向相互作用（旁分泌+ 直接细胞间接触或仅旁分泌）的事实。
尽管直接共培养模型最适合模拟体内情况，但间接共培养模型可以区分旁分泌和直接细胞间接触免疫调节机制。因此，并行使用不同的共培养模型并直接比较结果将提供有关所涉及的免疫调节机制的信息，这将成为未来良好的科学实践。
参考文献：Behm C, Miłek O, Rausch-Fan X, Moritz A, Andrukhov O. Paracrine- and cell-contact-mediated immunomodulatory effects of human periodontal ligament-derived mesenchymal stromal cells on CD4+ T lymphocytes. Stem Cell Res Ther. 2024 May 31;15(1):154. doi: 10.1186/s13287-024-03759-4. PMID: 38816862; PMCID: PMC11141051.
原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38816862/或点击阅读原文
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