سلولهای بنیادی مزانشیمی: میانکنش با سلولهای ایمنی و ویژگیهای سرکوب ـ تعدیل ایمنی
سید مهدی حسینی1، فاطمه منتظری2، سید مهدی کلانتر3، احمدرضا بهرامی4، فاطمه زارعین5، مریم مقدم متین6
چکیده سابقه و هدف در سالهای اخیر، سلولهای بنیادی مزانشیمی توجه بسیاری را در حیطه پزشکی بازساختی به خود جلب کردهاند. تمایز به دودمانهای سلولی مختلف، ایمنیزایی اندک و به ویژه فعالیت ضد التهابی و سرکوبکننده/ تعدیل کننده سیستم ایمنی در این سلولها، از مهمترین علل توجه محققین به آنها بوده است. مواد و روشها در این مقاله مروری پس از جمعآوری بیش از 150 مقاله، به بررسی جامع فعالیتهای ضد التهابی و سرکوبکننده/ تعدیلکننده سیستم ایمنی سلولهای بنیادی مزانشیمی و پتانسیل درمانی آنها پرداخته شد. یافتهها سلولهای بنیادی مزانشیمی با ریختشناسی شبه فیبروبلاستی، از منابع مختلفی هم چون مغز استخوان، بافت چربی، ماهیچه اسکلتی، ژله وارتون، بند ناف، جفت و مایع آمنیوتیک به دست میآیند. عملکرد سرکوب/ تعدیلکنندگی سلولهای بنیادی مزانشیمی به واسطه اثر مهـاری آنها بر روی سلولهای سیستم ایمنی ذاتـی و اکتسابی اعمال میشود. چنین عملکردی ناشی از ارتباطات این سلولها با سلولهای ایمنی به صورت تماس مستقیم سلول - سلول و یا به واسطه عوامل ترشحی پاراکراین میباشد. مجموعه این ترشحات یا سکرتوم این سلولها شامل اجزای مختلفی هم چون عوامل رشد، سایتوکاینها، کموکاینها، واسطههای ضد التهابی و اگزوزومها است. بسیاری از مطالعههای درون تنی در مدلهای حیوانی، توانایی بازساخت و ترمیم سلولهای بنیادی مزانشیمی در بافتها را اغلب به جای ویژگی تکثیری، ناشی از عملکرد سرکوب/ تعدیلکنندگی آنها توسط همین عوامل ترشحی میدانند. نتیجه گیری درک سازوکارهای تعامل این سلولها با عوامل سیستم ایمنی میتواند در استفاده از آنها به عنوان یک رویکرد درمانی امید بخـش در آینده در رابطه با بیماریهای ایمونولوژیک و هم چنین در زمینه پزشکی بازساختی مؤثر باشد. کلمات کلیدی: سلول های بنیادی مزانشیمی، تعدیل ایمنی، سرکوب ایمنی، پزشکی بازساختی، سلول درمانی
تاریخ دریافت: 21/7 /98 تاریخ پذیرش: 21/10/98
1- دانشجوی دکترای سلولی و مولکولی ـ دانشکده علوم دانشگاه فردوسی مشهد و مرکز تحقیقات زیست فناوری ـ پردیس بینالملل ـ دانشگاه علوم پزشکی شهید صدوقی یزد ـ یزد ـ ایران 2- دکترای ژنتیک مولکولی ـ مرکز تحقیقات سقط ـ پژوهشکده علوم تولید مثل ـ دانشگاه علوم پزشکی شهید صدوقی یزد ـ یزد ـ ایران 3- دکترای سیتوژنتیک مولکولی ـ استاد مرکز تحقیقات زیست فناوری ـ پردیس بینالملل ـ دانشگاه علوم پزشکی شهید صدوقی یزد ـ یزد ـ ایران 4- دکترای ژنتیک مولکولی ـ استاد گروه زیست شناسی و پژوهشکده فناوری زیستی ـ دانشگاه فردوسی مشهد ـ مشهد ـ ایران 5- دانشجوی کارشناسی ارشد زیست فناوری ـ مرکز تحقیقات سقط پژوهشکده علوم تولید مثل ـ دانشگاه علوم پزشکی شهید صدوقی یزد ـ یزد ـ ایران 6- مؤلف مسئول: دکترای بیولوژی مولکولی ـ استاد گروه زیست شناسی و پژوهشکده فناوری زیستی - دانشگاه فردوسی مشهد ـ مشهد ـ ایران ـ کد پستی: 9177948974
مقدمه تحولات و پیشرفتهای اخیر در حیطه علم پزشکی بازساختی، بسیاری از پژوهشگران را به جستجوی منابعی از سلولهای بنیادی که پایدار، ایمن و در دسترس باشند، ترغیب کرده است. سلولهای بنیادی مزانشیمی انسانی (human Mesenchymal Stem Cells or hMSCs) که اولین بار از مغز استخوان به دست آمدهاند، به دلیل راحتی استفاده از آنها در کارآزماییهای بالینی انسانی، هم چنین حفظ و ذخیرهسازی توسط روشهای سرماداری، مورد توجه زیادی قرار گرفتهاند(1). علاوه بر این، برخی از ویژگیهای ذاتی آنها نیز در کاربردهای بازساختی و ترمیمی حائز اهمیت فراوانی میباشد، از جمله فعالیت ضد التهابی و سرکوب/تعدیل سیستم ایمنی، ایمنیزایی (immunogenicity) اندک، توانایی تمایز و خانه گزینی (homing)(3، 2). در حال حاضر، hMSCs علاوه بر بافتهای بزرگسالی هم چون مغز استخوان، ماهیچـه اسـکلتی و بافت چربی، از منابع مختلف جنینی شامل جفت، خون بند ناف، مایع و غشای آمنیوتیک و همچنین بافتهای جنینی مانند طحال، ریه، لوزالمعده و کلیه نیز به دست آمدهاند(9-4). معیارهای حداقلی برای دستهبندی یک سلول به عنوان MSC توسط انجمن بینالمللی سلول درمانی (International Society for Cellular Therapy or ISCT) در سال 2006 منتشر گردید(10). این معیارها شامل الف) اتصال به سطح فلاسک، ب) بیان نشانگرهای سطحی CD105، CD73 و CD90 و عدم بیان نشانگرهای هماتوپوئتیک هم چون CD34 و CD45، و ج) ظرفیت تمایز چندتوانی شامل تمایز به سلول استخوانی (osteoblast)، چربی (adipocyte) و غضروفی (chondrocyte) در شرایط استاندارد تمایز میباشند. با این وجود نمیتوان نشانگرهای اختصاصی برای MSCs در نظر گرفت و معمولاً این تقسیمبندی بر اساس بیان مجموعهای از نشانگرها، ویژگیهای عملکـردی و شـاخصهـای ریختشناختی صورت میگیرد(11، 10). به طور کلی MSCs، نشانگرهای سلولهای هماتوپوئتیک هم چون CD34، CD31، CD45 و CD14، و نیز مولکولهای کمــک محــرکی همانند CD40، CD80 و CD86 را بیـان نمیکنند. این در حـالی است کـه این سلولها معمولاً نشانگرهـایی مانند CD44، CD71، CD73، CD90، CD105 و CD271 را بیان میکنند (13-11). بررسی نتایج به دست آمده از گروههای تحقیقاتی مختلف نشان میدهد که بـا توجه به منشاء جداسازی و شرایط متفاوت آزمایشگاهی، MSCs تفاوتهایی را از نظر بیان این نشانگرها نشان میدهند. MSCs را به عنوان سلولهای استرومایی چندتوان در نظر میگیرند که توانایی تمایز بـه انـواع سلولهای رده مزانـشیمی از جملـه استخوان، چربـی، غضروف و ماهیچه را در محیط درونتنی و برونتنی دارا میباشند. از طرفی نتایج چندین مطالعه حاکی از توانایی این سلولها در کسب فنوتیپ رده سلولهای زایا تحـت شرایط القایی مناسب میباشد. این موضوع نشاندهنده پتانسیل این سلولها در تمایز بـه ردههای غیـر مزانشیمی میباشد (16-14).
مواد و روشها عملکرد سرکوب/تعدیلکنندگی سلولهای بنیادی مزانشیمی به واسطه اثر مهـاری آنها بر روی سلولهای سیستم ایمنی ذاتـی و اکتسابی اعمال میشود. سلولهای بنیادی مزانشیمی از منابع مختلفی همچون مغز استخوان، بافت چربی، ماهیچه اسکلتی، ژله وارتون، بند ناف، جفت و مایع آمنیوتیک به دست میآیند. چنین عملکردی ناشی از ارتباطات این سلولها با سلولهای ایمنی به صورت تماس مستقیم سلول- سلول و یا به واسطه عوامل ترشحی پاراکراین میباشد. در این مقاله مروری پس از جمعآوری بیش از 150 مقاله به بررسی جامع فعالیتهای ضدالتهابی و سرکوب کننده/تعدیل کننده سیستم ایمنی سلولهای بنیادی مزانشیمی و پتانسیل درمانی آنها پرداختیم.
یافتهها پتانسیل درمانی سلولهای بنیادی مزانشیمی: تاکنون مطالعههای زیادی به صورت کارآزمایی بالینی در رابطه با سلول درمانی توسط MSCs انجام شده که نتایج امیدوارکنندهای در پی داشته است. برای آگاهی از آنها و نتایج کار میتوان به پایگاه اینترنتی www. clinicaltrials. gov مراجعه کرد(17). تا به امروز (سال 2019)، بیش از 700 کارآزمایی بالینی با استفاده از MSCs به عنوان عوامل سرکوب کننده سیستم ایمنی برای درمان بیماریهای خود ایمن یا بازساخت بافت در این پایگاه اینترنتی ثبت شده است، از آن جمله میتوان به بیماری میزبان در برابر پیوند (GvHD)، مولتیپل اسکلروزیس (MS)، اریتماتوز لوپوس سیستمیک (SLE)، بیماری کرون، دیابت ملیتوس و پیوند عضو اشاره نمود(18). پتانسیل درمانی MSCs بسته به شرایط پاتولوژیکی که این سلولها در معرض آن قرار میگیرند بسیار متنوع بوده و شامل عملکرد ضد التهابی، تعدیلکننده ایمنی، ضدآپوپتوزی و ویژگیهای آنتیباکتریایی میباشد. در سالهای اخیر فعالیت ضد التهابی و سرکوب/تعدیل سیستم ایمنی در MSCs توجه زیادی را به خود جلب کرده است، زیرا در کاربرد این سلولها در بازساخت و ترمیم بافتها اهمیت بسیاری دارد. نکته قابل توجه در مورد MSCs، تفاوت در پتانسیل سلولهای توسعه یافته در شرایط آزمایشگاهی با انواع ساکن بافت در احیای هموستاز ایمونولوژیک بافتهای آسیب دیده است. یک توضیح احتمالی برای این تفاوت، مقدار این دو منبع سلولی است، به نحوی که در مقایسه با غلظت طبیعی سلولهای استرومایی در بین سلولهای مغز استخوان (کمتر از 05/0 درصد)، MSCs توسعه یافته در محیط آزمایشگاهی غالباً در مقادیر بسیار بیشتری تزریق میشوند (یک تا دو میلیون سلول به ازای هر کیلوگرم از وزن بدن)(19). توضیح احتمالی دیگر این است که خواص ایمونولوژیک MSCs در طی تکثیر در محیط آزمایشگاهی تغییر مییابد. MSCs گیرنده کموکاینها را بیان میکنند و از این طریق پیامهای التهابی تولید شده توسط بافتهای آسیبدیده، مانند کموکاینهای C3a و C5a را شناسایی کرده و به سمت آنها میروند(20). به این ویژگی که سبب تمایل این سلولها به سمت بافتهای آسیب دیده و نقاط التهاب میگردد، خانهگزینی (homing) گفته میشود (21). همین ویژگی در مهاجرت این سلولها به بافتهای ملتهب یا آسیب دیده در کاهش اثرات پاتولوژیک بیماریهایی همچون آسم، زخم و سکته نقش مهمی ایفا میکند(25-22). با این وجود، حالت فعال التهاب در چنین بیماریهایی میتواند خصوصیات ایمونولوژیکی MSCs را تغییر دهد، تا حدی که به جای اثرات ترمیمکنندگی منجر به آسیبهای بافتی شوند. از اینرو، موقعیت بافتی و وضعیت التهابی از عوامل تعیینکننده ویژگیهای سرکوبکنندگی MSCs هستند و میتوانند بر پتانسیل درمانی این سلولها در بیماریهای التهابی مؤثر باشند(26). یکی از مطالعههای اولیه بالینی در زمینه MSCs، درمان بیماران مبتلا به GvHD بود. با این وجود، همیشه اثر درمانی قابل توجهی حاصل نمیشود زیرا در برخی از کارآزماییهای بالینی، کاربرد MSCs در بیماران مبتلا به GvHD بیاثر بود. در برخی موارد استفاده از MSCs اثر معکوسی داشته و باعث تسریع پس زدن پیوند، حتی با وجود تجویز همزمان سیکلوسپورین A شده است(28، 27). در واقع، در شرایط خاصی MSCs به جای عملکرد سرکوبکنندگی ایمنی، یک پاسخ ایمنی تقویت شده را بروز میدهند. به عنوان مثال، در شرایط التهابی ایجاد شده توسط دوز بالای کانکاناوالین A (ConA) یا سایتوکاینهای پیشالتهابی، این سلولها اثرات سرکوبکنندگی شدیدی بر سلولهای سیستم ایمنی اعمال میکنند. با این حال، مشخص شده است که استفاده از ConA با دوز کم و یا افزودن IL-10، اثر سرکوبکننده MSCs را منتفی میکند(29). همچنین این مسأله در صورت ناکافی بودن سطح سایتوکاینهای التهابی برای تحریک MSCs جهت تولید مقدار مناسب نیتریک اکسید (NO) نیز ممکن است رخ دهد، اگرچه در این حالت هنوز هم کموکاینها تولید میشوند(30). مطالعههای زیادی نشان دادهاند که وضعیت التهابی در عملکرد سرکوبکنندگی ایمنی MSCs در داخل بدن اهمیت بسیاری دارد، به نحوی که تزریق این سلولها با پیشرفت بیماری GvHD ، اثر درمانی بهتری را در پی خواهد داشت. هم چنین تحریک MSCs با دوز کم اینترفرون گاما (IFN-γ)، منجر به ایجاد توانایی ارائه آنتیژن در آنها خواهد شد. از طرف دیگر، MSCs تیمار شده با IFN-γ که آنتیژنها را در سطح خود بروز میدهند، باعث القای سلولهای T از نوع CD8+ سیتوتوکسیک که دارای اختصاصیت به آن آنتیژنها هستند، شده و از این رو میتوانند کاندید خوبی برای درمان سرطان یا بیماریهای عفونی باشند(31). در سالهای اخیر، گزارشهای زیادی در رابطه با عملکرد ایمونولوژیک MSCs منتشر شده است که حاکی از نقش سرکوبگر ایمنی این سلولها از طریق تماس سلول-سلول و/یا توسط ترشحات پاراکراینی میباشد. بسیاری از این گزارشها نشان دادهاند که این سلولها پیامهای سرکوبکننده سیستم ایمنی را بیشتر از طریق واسطههای پاراکراین ترشح میکنند و نه از طریق تماس سلول- سلول (32، 18). عمدتاً مزایای درمانی سرکوبکننده سیستم ایمنی بدن به واسطه تجویز MSCs را به اثرات پاراکراینی وزیکولهای خارج سلولی (EVs) مشتق از آنها منتسب میکنند(34، 33). بر اساس منابع، EVs وزیکولهای ناهمگنی هستند که توسط ساختار دولایه فسفولیپیدی محدود شده و به عنوان واسطههای ارتباط بین سلولی از طریق پروتئینها، RNA و/یا DNA بارگذاری شده، عمل میکنند. بسیاری از گزارشها نشان دادهاند که EVs مشتق از MSCs میتوانند اکثر ویژگیهای این سلولها را بروز دهند. شایان ذکر است این وزیکولها اثر درمانی بسیار قابل توجهی در درمان برخی از بیماریهای ایمونولوژیک مانند بیماری GvHD و بیماری مزمن کلیه دارند(18). هم چنین در بسیاری از موارد، پتانسیل درمانی MSCs بر مبنای تعامل آنها با سلولهای Treg استوار است، مانند نقش این سلولها در جلوگیری از رد حاد پیوند. بررسیها نشان داده است که توسعه سلولهای Treg به واسطه MSCs، نیازی به تماس مستقیم سلولی بین آنها ندارد (35). در چندین مدل حیوانی پیوند، پتانسیل سرکوبکننده سیستم ایمنی MSCs اثبات شده است، که از جمله آنها میتوان به پیوندهای پوستی، پیوند اعضای بدن، بیماری GvHD و اخیراً مواردی از دگرپیوندهای (allotransplantation) کامپوزیتی دارای عروق اشاره نمود. با این وجود، استفاده گسترده از MSCs در تحمل پیوند با چندین چالش همراه است. اول، اگر چه واسطهها و مسیرهای معدودی ارائه شدهاند، ولی سازوکارهای کاملی که این سلولها در عملکرد سرکوبکنندگی ایمنی خود در محیط بدن انجام میدهند، هنوز ناشناخته است. دوم این که MSCs به طور ذاتی سرکوبکننده سیستم ایمنی نیستند و برای بروز این ویژگی باید تحریک شوند. چالش سوم در این رابطه ضرورت تداوم ظرفیت خودنوزایی مداوم این سلولها بدون از بین رفتن ویژگیهای شبه بنیادی آنها است. بخش اعظمی از پتانسیل درمانی MSCs به توانایی این سلولها در حفظ حالت بنیادی خود در طول زندگی یک آلوگرافت متکی است(35).
3- میانکنش سلولهای بنیادی مزانشیمی با سلولهای ایمنی: عملکرد سرکوب/تعدیلکنندگی MSCs با اثر بر سیستم ایمنی ذاتـی و اکتسابی و سلولهای آنها اعمال میشود، ازاینرو افزایش آگاهی از نحـوه تـاثیر آنها، علاوه بر کمک به شناخت سازوکارهای بیماریهای ایمونولوژیک، میتواند در استفاده از ایـن سلولها به عنوان یک رویکرد درمانی امید بخـش در آینده مؤثر باشد.
1-3- سلولهای ایمنی ذاتی: بسیاری از سلولهای ایمنی ذاتی از جمله ماکروفاژها، نوتروفیلها، ماست سلها، سلولهای سرکوبگر مشتق از میلوئیدها، سلولهای دندریتیک و سلولهای کشنده طبیعی در مکانهای التهابی وجود دارند و میتوانند توسط MSCs تنظیم شوند. به عنوان مثال، MSCs به واسطه تولید مولکولها و متابولیتهای سرکوبگر ایمنی مانند پروستاگلاندین E2 (PGE2)، پروتئینی به نام ژن تحریک شده با 6-TNF (TSG6)، لاکتات، کینورنیک اسید و اسپرمیدین، قادرند قطبش(ویژگی) ماکروفاژها را از فنوتیپ پیشالتهابی به یک فنوتیپ ضد التهابی تغییر دهند(40-36). علاوه بر این، MSCs میتوانند در مسیر وابسته به TSG6 نفوذ ماکروفاژها، مونوسیتها و نوتروفیلها را به جایگاه التهاب مهار کنند، در واقع این سازوکار در کاهش آسیب حاد ریوی، آسیب قرنیه و کولیت حیاتی است(42، 41، 38). هم چنین از طرف دیگر، MSCs میتوانند به روش وابسته به کموکاین نفوذ مونوسیتها، ماکروفاژها و نوتروفیلها را به داخل تومورها افزایش دهند، به طوری که منجر به پیشرفت تومور، متاستاز و مقاومت به درمان آن شود(43). این اثرات ظاهراً متناقض، به انواع واکنشهای التهابی و سازوکارهای آنها مربوط میباشد. به عنوان مثال، سایتوکاینهای التهابی که باعث تولید کموکاین میشوند، ممکن است توانایی MSCs را در جذب مونوسیتها، ماکروفاژها و نوتروفیلها تحریک کنند. به طور مشابه، التهاب ممکن است باعث بیان ایندول امین 2،3- دی اکسیژناز(IDO) توسط MSCs شده و به دنبال مهاجرت سلولهای میلوئیدی، باعث سرکوب سیستم ایمنی شود. مونوسیتها یکی از انواع سلولهای سیستم ایمنی ذاتی هستند که نقش مهمی در عملکرد سرکوبکنندگی MSCs دارند. در واقع MSCs از طریق کاهش بیان برخی از نشانگرهای سطحی مانند MHC کـلاس II، CD11c و CD83 بر روی مونوسیتها، منجر به ترشح سایتوکاینهای پـیشالتهـابی(proinflammatory) از جملـه فاکتور نکروزکننده تومور-آلفا (TNF-α) و اینترلوکین-12(IL-12) از آنها میشوند. از طرف دیگر، این تغییرات باعث افزایش تولید سایتوکاینهای ضــد- التهــابی (anti-inflammatory) نظیــر IL-10 در مونوسیتها میشود، که نشاندهنده توانایی این سلولها در مهار سلولهای دنـدریتیک میباشد(46-44). سلولهای کشنده طبیعی نیز که بخشی از سلولهای سیستم ایمنی ذاتی به شمار میروند، در عملکرد تعدیلکنندگی MSCs نقش دارند. در حقیقت MSCs با کاهش بیان گیرندههای NKG2D، NKP44 و NKP30 بر سطح این سلولها، از تکثیـر آنها و تولید سایتوکاین پیشالتهابی IFN-γ توسط سلولهای کشنده طبیعی جلـوگیری میکنند(48، 47). نوتروفیلها نیز به عنوان عضو دیگری از سیستم ایمنی ذاتی در عملکرد سرکوبکنندگی MSCs اهمیت دارند. برای مثال، MSCs میتوانند شدت تحریکهای التهابی را از طریق ممانعت از تولیـد پراکـسید هیدروژن توسط نوتروفیلهای فعـال شـده کـاهش دهنـد(49). این یافتهها دیدگاههای متفاوتی از تعامل پیچیده سلولهای ایمنی ذاتی- MSCs در یک ریز محیط التهابی و دشواری در پیش بینی مثبت بودن یا نبودن پاسخ تعدیلکنندگی ایمنی MSCs ارائه میدهند.
2-3- سلولهای ایمنی اکتسابی: سلولهای ایمنی اکتسابی یا تطبیقی که شامل لنفوسیتهای B و T هستند، اهمیت زیادی در تنظیم پاسخهای ایمنی دارند. بر اساس نتایج حاصل از مطالعههای مختلف، اثر MSCs در پاسخهای ایمنی اکتسابی بیشتر از طریق لنفوسیتهای T اعمال میشوند، با این وجود، MSCs میتوانند لنفوسیتهای B را از طریق تماس سلول- سلول و نیز با ترشح فاکتورهای محلول، تحت تاثیر قرار دهند. پاسخ سلولهای T به MSCs را میتوان در سه مورد مجزا خلاصه نمود، که شامل مهار تکثیر سلولهای T تحریک شده توسط بسیاری از محرکها، تنظیم تولید و ترشح سایتوکاینها(پـیشالتهـابی و ضـدالتهـابی) از این سلولها و تحت تاثیر قرار دادن تمـایز زیر ردههای مختلف سلولهای T، به ویژه القای سلولهای T تنظیمی (Treg) نوع 1 (TR1) و بیان کننده Foxp3 (Foxp3+ Treg) میباشند(31). از طرف دیگر، در یک محیط التهابی، پاسخ سلولهای ایمنی ذاتی به MSCs منجر به پاسخ ایمنی اکتسابی نیز خواهد شد. بنابراین از طریق تعدیل سلولهای ایمنی ذاتی، این سلولها اثرات تنظیمی غیرمستقیمی بر سلولهای T و به طور بالقوه بر روی سلولهایB دارند (50). مطالعههای زیادی در رابطه با مهار تکثیر سلولهای T انجام شده است، زیرا مهار تکثیر این سلولها مهمترین عملکرد MSCs در محیط آزمایشگاهی است. به عنوان مثال، MSCs قادرند تکثیر سلولهای T تحریک شده توسط میتوژنهای پلیکلونال و آلوآنتیژنها، هم چنین فعالسازی سلولهای T توسط آنتیبادیهای CD3 و CD28 را مهار کنند. هم چنین این سلولها از طریق تشکیل سلولهای Treg ، تکثیر لنفوسیتهای آلوژنیک را نیز مهار میکنند(17). علاوه بر این، گزارش شده است که قرار گرفتن سلولهای Treg در معرض MSCs به صورت همکشتی، توانایی سرکوبکنندگی ایمنی آنها را به طور قابل توجهی افزایش میدهد. این نتایج نشان داد میانکنشهای گیرنده مرگ سلولی برنامهریزی شده-1 (PD-1) / لیگاند B7-H1 و IL-10 ممکن است مسئول افزایش توانایی سرکوبکنندگی سلولهای Treg قرار گرفته در معرض MSCs باشد(51). با این حال، جالب توجه است که تخلیه سلولهای Treg از محیط کشت هیچ تاثیری در سرکوب تکثیر سلولهای T توسط MSCs ندارد، زیرا به نظر میرسد MSCs به طور ناشناختهای مانع تماس فیزیکی سلولهای T با سلولهای ارائهدهنده آنتیژن(APCs) میشوند. اگر چه سازوکار مولکولی مشخصی در این زمینه شناسایی نشده است، ولی فرضیههایی در این رابطه وجود دارند. به عنوان مثال، پیشنهاد شده است که سلولهای Treg با کاهش احتمال جدا شدن سلولهای T از APCs، میانکنش سلولهای T با تمایل کم به APCs را تقویت کرده و در نتیجه بدون درنظر گرفتن تحملپذیر(tolerant) یا پاسخگو(responsive) بودن سلولهای Treg، باعث تثبیت وضعیت ایمنی میشوند (52). از طرف دیگر، MSCs در تنظیم تولید و ترشح سایتوکاینها از سلولهای T دخالت دارند. گزارشهای زیادی در این رابطه نشان میدهد MSCs در کاهش ترشـح سایتوکاینهای پـیشالتهـابی(TNF-α، IFN-γ، IL-6 و IL-17) و نیز افزایش تولید سایتوکاینهای ضـد التهـابی IL-10 و IL-4 از سلولهای T فعال شده، نقش دارند(56-53). هم چنینMSCs میتوانند از طریق تولید مولکولهای سرکوبکنندهای مانند IDO، PGE2،TGF-β ، نیتریک اکسید (NO)، هماکسیژناز 1 (HO1)، فاکتور مهاری لوسمی (LIF)، لیگاند مرگ سلولی برنامه ریزی شده-1 (PDL-1)، فاکتور رشد کبدی (HGF) و گالکتینها بر سلولهای T اثر مستقیمی داشته باشند(63-56). همان گونه که پیشتر اشاره شد، MSCs نقش مهمی در تمـایز زیر ردههای سلولهای T دارند. از مهمترین این موارد، لنفوسیتهای T کمککننده (T-helper or Th) هستند که در واقع همان سلولهای TCD4+ بوده و دارای چنـد زیر گـروه اصلـی مـیباشند کـه هـر یـــــک دارای خـصوصیات فنـوتیپی و عملکردی اختصاصی هستند(64). به طور کلی میتوان این زیر ردهها را به دو گروه التهابی، شامل Th1 و Th17، و سـرکوبکننـده ایمنی یا ضد التهابی، شامل Th2 و Treg، تقسیم کرد(65). یکی از زیر ردههای اصـلی سلولهای Th در تنظیم و تعدیل سیستم ایمنی، سلولهای Treg میباشند که مشخصه آنها وجود نشانگرهای سطحی FOXP3 و CD25 (گیرنده IL2) است(61، 56). سلولهای Treg با سرکوب و مهار پاسـخهـای ایمنـی، نقـش بــسیار مهمی در حفــظ تحمل در بافتهای مختلف دارند. مطالعهها نشان میدهند کـشت همزمان MSCs با سلولهای T، منجر به تمایز سلولهای T Naïve بـه سلولهای Treg و افـزایش جمعیـت آنها میشود. به احتمـال زیاد ترشـح مولکولهای محلـول HLA-G از MSCs، باعث ایـن سازوکار تمایزی میگردد(66). از این رو به نظر میرسد که بخشی از توانایی MSCs در سرکوب تکثیر سلولهای T و متعاقب آن تعدیل سیستم ایمنی به واسطه عملکرد سلولهای Treg میباشد، زیرا این سلولها دارای توانایی تولید مقادیر زیادی از سایتوکاینهای ضد التهابی IL-10 و TGF-β هستند(67). هم چنین MSCs با سرکوب پاسـخ Th1 (زیر رده التهابی) و در نتیجه کـاهش تولیـد IFN-γ، موجـب مهار شدید پاسخ ایمنی خواهند شد(70-68). برخلاف مطالعههای گسترده در مورد اثرات MSCs بر سلولهای T، بررسی کمتری در مورد عملکرد MSCs بر فعالسازی سلولهای B، تکثیر و تولید آنتیبادی انجام شده است(72، 71). این سلولها قادرند به طور مستقیم با سلولهای B ارتباط برقرار کنند و علاوه بر کاهش تشکیل پلاسما بلاست، باعث افزایش القای سلولهای B تنظیمکننده (Breg) میشوند(73). برای مثال، نتایج یک پژوهش بر روی مدلهای پیوند و GvHD مزمن عودکننده نشان داد به دنبال تزریق MSCs، میزان سلولهای Breg از نوع CD5+ افزایش یافته و علائم بیماری بهبود یافت که نشاندهنده دخالت احتمالی پاسخ سلولهای B در اثرات تعدیلکنندگی ایمنی MSCs میباشد(74). سلولهای Breg به واسطه خاصیت سرکوبکنندگی ایمنی خود، نقش مهمی در ایجـاد تحمـل یـا تولرانس (tolerance) در سیستم ایمنی دارند(75). بررسیها نشان داده است که سلولهای Breg تولیدکننده IL-10، سلولهای T افکتور(effector) از نوع CD4+ را به سلولهای Treg از نوع Foxp3+ تبدیل میکنند. از طرفی مطالعه دقیقتر این سازوکارها مشخص کرد که اثر تحریکی MSCs در تشکیل سلولهای Breg و تولید IL-10 از طریق عوامل واسطهای محلول اعمال نمیشود، بلکه به نظر میرسد این تغییرات وابسته به تماس مستقیم سلول- سلول بوده و یا حداقل در نتیجه مجاورت نزدیک MSCs با سلولهای مربوطه ایجاد میگردد(76). بر اساس منابع اثر MSCs بر سلولهای B بسیار متفاوت و گاهی متناقض گزارش شده است. به عنوان مثال، برخی منابع اثر MSCs بر روی سلولهای B را غیرمستقیم و از طریق عملکرد مهاری آنها بر سلولهای T از نوع +CD4 میدانند(77). برعکس، مطالعههای دیگری تعامل MSCs با سلولهای B را به طور مستقیم توسط جمعیت CD19+در نظر گرفتهاند که باعث مهار تکثیر این سلولها و توقف آنها در فاز G0/G1 چرخه سلولی میگردد(78، 71). هم چنین MSCs با قرار گرفتن در معرض سلولهای دندریتیک، باعث کاهش سلولهای B از نوع CD38⁺/CD138⁺ و در نتیجه مهار تمایز آنها خواهند شد. از طرفی MSCs با تنظیم کاهشی بیان CXCR4، CXCR5 و CCR7 در سلولهای B، منجر به کاهش کموتاکسی این سلولها به گیرندههای اختصاصی خود (شامل CXCL12 و CXCL13) میشوند که متعاقب آن خانهگزینی سلولهای B به سمت دستگاههای لنفوئیدی دچار اختلال میگردد (80، 79). با وجود این یافتهها، گزارشهای دیگری نیز وجود دارند که حاکی از کاهش تکوین و تمایز انواع سلولهای B توسط MSCs میباشند. در یک مطالعه MSCs تحریک شده توسط یک آگونیست TLR-9 باعث شد تکثیر سلولهای B و تمایز آنها به سلولهای پلاسمای حافظهای به شدت افزایش یابد. بررسیهای قبلی نشان داده بود MSCs مشتق از مغز استخوان، سطح پایینی از TLR-9 را بروز میدهند. بهنظر میرسد سازوکار اثر MSCs بر سلولهای B بیشتر بر اساس تماس سلول - سلول باشد، علیرغـم ایـن که تحریک MSCs توسط آگونیست TLR-9 باعـث تولیـد IL-6 (فاکتور رشد قدرتمند سلولهای B) در آنها مـیگردد. علاوه بر این مشخص شده است CD40 در ردههای مختلف MSCs بیان کمی داشته و لیگاند آن (CD40L) نیز احتمالاً تولید برخی از سایتوکاینهای تحریککننده رشد سلولهای B را ارتقاء میدهد(81).
4- سلولهای بنیادی مزانشیمی و سازوکارهای سرکوب/تعدیل سیستم ایمنی: همان گونه که اشاره شد، ویژگی منحـصر بـه فـرد MSCs، توانـایی سرکوب و تعـدیل پاسـخهـای ایمنـی میباشد و این کار را با اثـر مهـاریبر انواع سلولهای سیستم ایمنی بـدن- ذاتی و اکتسابی- انجام میدهند(82). عملکردهای سرکوب/تعـدیلکنندگی MSCs ناشی از ارتباطاتی است که با سلولهای ایمنی دارند که به صورت تماس مستقیم سلول- سلول و یا به واسطه عوامل ترشحی پاراکراین رخ میدهد(2). مطالعههای زیادی نشان میدهند عملکرد تعدیل ایمنی توسط ترشحات پاراکراینی MSCs بر روی هر دو سیستم ایمنی ذاتی و اکتسابی صورت میگیرد. ترشحاتی همچون PGE2 و IL-10 با اثر بر روی ماکروفاژها و مونوسیتها، سیستم ایمنی ذاتی را سرکوب میکنند. از طرفی سرکوب سیستم ایمنی اکتسابی توسط MSCs از طریق میانکنش آنها با سلولهای دندریتیک توسط PGE2 و TSG6 و نیز سلولهای T با ترشح فاکتور رشد تغییر دهنده بتا (Transforming growth factor-beta or TGF-β)، ایندول آمین دیاکسیژناز (Indoleamine 2,3-dioxygenase or IDO)، فاکتور مهارکننده لوسمی (Leukemia inhibitory factor or LIF)، HLA-G، Gal-1 و Gal-9 عمل میکند(83).
1-4- سرکوب/تعدیل سیستم ایمنی توسط تماس سلول- سلول: یک روش برای تعدیل پاسخ ایمنی توسط MSCs، ارتباط مستقیم آنها با انواع سلولهای دستگاه ایمنی از طریق تماس سلول- سلول میباشد. در تعامل با مولکولها و گیرندههای سطح سلول، این سلولها مستقیماً مسیرهـای پایین دست در سلولهای ایمنی مختلف را تعدیل میکنند. این کار با تحت تأثیر قرار دادن تکثیر و بقای سلولهای ایمنی، و هم چنین تولید افکتورها انجام میگیرد. دو مولکول اصلی در سطح MSCs که در این تماس سلول- سلول مشارکت دارند، مولکولهای هممحرک PD-L1 (لیگاند مرگ برنامهریزی شده) (programmed death-ligand 1) و FASL (Fas ligand یا FASLG- که به عنوان عضو ششم خانواده لیگاندTNF شناخته میشود) میباشند(26). این لیگاندها باعث ارتباط MSCs با گیرندههای سطحی سلولهای ایمنی و در نتیجه از دست رفتن عملکرد ایمونولوژیک آنها میشوند(84، 2). پروتئین مرگ برنامهریزی شده سلولی (PD-1 یا CD279) که به عنوان گیرنده PD-L1 بر روی سلولهای ایمنی بیان میشود، با اتصال به لیگاند خود (PD-L1) بر روی MSCs، سیگنال مهاری را از آنها به سلولهای T انتقال میدهد. بنابراین، توانایی MSCs فعال شده با IFN-γ به منظور سرکوب تکثیر سلولهای T تا حدی با تنظیم PD-L1 و افزایش سطح آنها در MSCs مرتبط است، در حالی که مطالعهها نشان داده کاهش بیان PD-L1 در MSCs این اثرات سرکوبکننده را در آنها مسدود میکند(85). هم چنین بررسیها در رابطه با نقش FAS/FASL در این راستا، حاکی از عملکرد مهاری آنها به صورت القای آپوپتوز در سلولهای T میباشد(86). نتایج یک مطالعه نشان داد کـه MSCs با ترشـح پـروتئین جـذب کننده مونوسیتی (Monocyte chemotactic protein 1 or MCP-1)، باعث جذب سلولهای T فعال شده به سـمت محـل التهـاب و القای آپوپتوز در سلولهای T از طریق مسیر FAS میشوند. در ادامه سلولهای آپوپتوز شده توسط ماکروفاژها فاگوسیت شده و ماکروفاژها نیز به تبع آن، TGF-β ترشح میکنند کـه پیامـد آن، تمـایز سلولهای T سالم به سلولهای Treg است. سلولهای Treg از طریق ترشح فاکتورهای ضد التهابی مانند IL-4 و IL-10باعث افزایش تحمل سیستم ایمنی میگردند(86). علاوه بر این لیگاندها، MSCs دارای چندین مولکول چسبنده (adhesion molecules) سطحی مشترک با اپیتلیوم تیموسی (thymic epithelium) هستنـد کـه میانکنـش آنها را با سلولهای T تسهیـل میکنـد، از جملـه ICAM-1، VCAM-1 و LFA-3 (79). در برخی از موارد، مجاورت MSCs با سلولهای دیگر، در فعالسازی عملکرد تعدیلکنندگی آنها نقش دارد. معمولاً در چنین مواردی مسیرهای پیامرسانی داخـل سـلولی درگیر هستند، از جمله برخی از فاکتورهــای رونویــسی همچون STAT3 و NF-κB که در عملکرد تعدیلکنندگی MSCs نقش مهمی را ایفا میکنند. به عنوان مثال، مجاورت MSCs با سلولهای عرضهکننده آنتیژن، (Antigen presenting cells or APCs) منجر به افـزایش معنـادار بیان STAT-3 در هر دو سلول و در نتیجه مهار تکثیر سلولهای T میگردد. این در حالی است که ممانعت از بیان STAT3 در APCs باعث معکـوس شدن عملکرد سـرکوب کنندگی MSCs بر روی تکثیر سلولهای T میشود. از این رو به نظر میرسد القای فعالیت تنظیمی APCs بر روی MSCs، وابسته به تماس آنها بوده و به واسطه مسیر پیامرسانی STAT3 صورت میگیرد(87). مطالعههای زیادی در رابطه با عملکرد فاکتور رونویــسی NF-κB و ارتباط آن با فعالیت سرکوبکنندگی MSCs انجام شده است که نشان میدهند بیان NF-κB در MSCs، با فعالسازی عملکرد سرکوبکنندگی این سلولها همراه است. فعال شدن این مسیر توسط TNF-α صورت میگیرد که به دنبال تحریک سلولهای T از آنها تولید میشود. اطلاعات زیادی که در مورد فعالسازی MSCs مرتبط با NF-κB به دست آمده، نشان میدهد مسیر پیامرسانی TNF-α /NF-κB در درجه اول منجر به مهار تکثیر سلولهای T میشود. هم چنین این گزارشها بیان میکنند مهار NF-κB ظرفیت سرکوبکنندگی MSCs را از بین میبرد، زیرا داروهایی که با فعالسازی NF-κB تداخل دارند، به طور قابل توجهی اثرات سرکوب کنندگی MSCs را کاهش میدهند(89، 88). با وجود این که نتایج بسیاری از مطالعـهها حاکی از تضعیف فعالیت تعدیلکنندگی MSCs در اثر جلوگیری از تماس مـستقیم آنها با سلولهای ایمنی است، ولی با این حال برخی از گزارشهای منتشر شده تاییدکننده چنین اثری نمیباشند، که نشان میدهد چنـدین مکانیـسم احتمـالی دیگـر نیز در این مسیر وجود دارند، از جمله مداخلـه سلولهای Treg، نقش ریز محیطهای التهابی، آپوپتوز MSCs و غیره. 2-4- سرکوب/تعدیل سیستم ایمنی توسط عوامل ترشحی پاراکراین: مجموعه ترشحات یا سکرتوم(secretome) MSCs شامل اجزای مختلفی از جمله عوامل رشد، سایتوکاینها، کموکاینها، واسطههای ضد التهابی و اگزوزومها (exosomes) میباشد. یافتههای موجود نشان میدهند که این مؤلفهها اثرات تعدیلکنندگی متفاوتی بر انواع سلولهای ایمنی دارند. بر اساس نوع تحریک MSCs توسط محرکهای خارجی، از جمله عوامل عفونی، التهاب و هایپوکسی، اثرات پاراکراین MSCs میتواند هر دو حالت پیشالتهابی و ضدالتهابی را شامل گردد(91). در واقع ترشح اغلب این فاکتورهای پاراکراین تحت تاثیر فاکتورهای محیطی میزبان قرار دارد، زیرا ویژگیهای تعدیل ایمنی در MSCs اغلب هنگام قرار گرفتن در معرض التهاب بروز میکنند(92). مطالعههای ex vivo بسیاری نشان دادهاند که گستره وسیعی از اثرات پاراکراینی تعدیلکننده ایمنی بر روی اجزای اصلی سیستم ایمنی اکتسابی، شامل لنفوسیتهای B و T، سلولهای دندریتی (DCs) و سلولهای NK، اعمال میشوند. این اثرات میتوانند هم به طور مستقیم این سلولها را درگیر کنند و هم از طریق سلولهای واسطی مانند ماکروفاژها و مونوسیتها و سپس ایجاد DCs تحملپذیر (tolerogenic) و/یا پاسخ سلولهای Treg اعمال شوند(91).
1-2-4- سایتوکاینها: تجزیه و تحلیل ترشحات حاصل از تزریق MSCs در ریز محیط بافتهای ملتهب نشان داده است که این ترشحات حاوی انواع سایتوکاینهای مختلفی هم چون TGF-β، IL-10، CCL2، IL-6 و IL-7 میباشد(93). پروتئین TGF-β یکی از مهمترین سایتوکاینهای درگیر در پاسخ ایمنی است که توسط ژن TGF-B1 کد میشود. ترشح این سایتوکاین توسط MSCs برای القای سلولهای Treg و مهار فعالسازی لنفوسیتها بسیار حیاتی است. بر اساس منابع، هم پس از همکشتی MSCs با سلولهای T و هم چنین در اثر اعمال IFN-γ، ترشح آن از MSCs افزایش یافته و نقش مهمی در سرکوبکنندگی ایمنی توسط آنها دارد(94). اینترلوکین-10 (IL-10) یکی از سایتوکاینهای ضد التهابی شناخته شده است که علاوه بر لکوسیتها (سلولهای ایمنـی ذاتـی و اکتسابی)، توسط MSCs نیز ترشح میشود و عملکرد ضد التهابی آن در فرآیند سرکوب سیستم ایمنی بسیار حائز اهمیت میباشد(97-95، 16). هم چنین برخی از یافتهها حاکی از اثرات پیشالتهابی IL-10 است به طوری که به نظر میرسد منجر به افزایش آپوپتوز در سلولهای Treg و تحریک برداشت آنتیژن توسط سلولهای ارائه دهنده آنتیژن میشود(98). اینترلوکین-6 (IL-6) نیز سایتوکاین دیگـری اسـت کـه توسط MSCs تولید شده و نقش مهمی در عملکرد تعدیلکنندگی این سلولها دارد. علیرغم بیان مداوم، ژن IL-6 تحت تاثیر IL-1α نیز با افزایش بیان روبرو میشود. این ژن بسته به منبع ساخت، هم فعالیت پیشالتهابی و هم فعالیت ضد التهابی دارد. این سایتوکاین با ممانعت از فرآینــد آپوپتــوز در لنفوسیتها و نوتروفیلها، فعالیت پیشالتهابی بروز میدهد (99، 49)، در عین حال با جلوگیری از تمـایز مونوسیتها به DCs در بلوغ این سلولها تداخل کرده و باعث کاهش عملکرد ارائه آنتیژن توسط آنها و در نتیجه تضعیف فرآیند فعالسازی سلولهای T میشود(44). از طرف دیگر افزایش تولید PGE2 که با ترشح IL-6 مرتبط است، رابطه معکوسی با تکثیر سلولهای T دارد، از این رو باعث فعالیت ضدالتهابی میشود(91). فاکتور مهاری لوسمی (Leukemia inhibitory factor LIF) ، یک سایتوکاین عملکردی است که به طور مداوم توسط MSCs بیان میشود. نامگذاری این گلیکوپروتئین با توجه به توانایی آن در مهار تکثیر رده سلولی لوسمی میلوئید، صورت گرفته است. این سایتوکاین علاوه بر هماهنگی پاسخ ایمنی هومورال و سلولی، با فعالیت ضد ویروسی ذاتی خود، اولین خط دفاعی در برابر پاتوژنها را بروز میدهد(100). LIF با فعالیت تعدیل ایمنی، نقشی اساسی در بـرقراری حاملگی، به ویژه تحمل ایمنی در رابط مادری- جنینی ایفا میکند. علاوه بر این، LIF عامل مهمـی در بیان Foxp3 در سلولهای Treg است(101). علاوه بر MSCs که با ترشح مخلوطی از سایتوکاینها بر عملکرد سیستم ایمنی و تنظیم آن اثرگذارند، سلولهای سیستم ایمنی نیز با تولید این سایتوکاینها با MSCs میانکنش میکنند. تاکنون مطالعههای زیادی در رابطه با سایتوکاینهای تولیـد شـده توسط لکوسیتهای فعال و نقش آنها در سرکوب/تعدیل سیستم ایمنی انجام شده است. بیشتر گزارشها بیان کننده اثر این سایتوکاینها در عملکـرد تعدیلکنندگی MSCs هستند، به طوری که ترشـح سایتوکاینهای پیشالتهابی همچون IFN-γ، TNF-α، IL-1α و IL-1β از لکوسیتهای تحریک شده را عامل افزایش چنین عملکـردی توسط MSCs میدانند. یکی از مهمترین سایتوکاینها در این ارتباط، IFN-γ است که نشاندهنده اثر متقابل MSCs و لکوسیتهای فعال بر یکدیگر میباشد، بدین معنی که ترشح این سایتوکاین از لنفوسیتها باعث افزایش عملکـرد تعدیلکنندگی MSCs میشود و از طرفی MSCs نیز تولید آن را در لنفوسیتها مهار میکنند(105-102).
2-2-4- عوامل رشد: یکی از نکات جالب توجه در مورد MSCs، تولید مجموعهای از عوامل رشد به ویژه در حضور سایتوکاینهای التهابی است. این فاکتورهای رشد میتوانند پتانسیل بازساختی سلولهای بنیادی ساکن را فعال کرده، همچنین رگزایی را تقویت و استروما را بازسازی کنند(26). فاکتور رشد کبدی (Hepatocyte growth factor or HGF) که در فرآیندهایی همچون اندامزایی و رگزایی نقش دارد، عامل مهم دیگری در فعالیت سرکوبکنندگی MSCs بوده و تکثیر سلولهای T را مهار میکند. چندین مطالعه تاکنون نقش این پروتئین را در این رابطه اثبات کردهاند، بهطوریکه آنتیبادی ضد این پروتئین، ویژگی سرکوبکنندگی MSCs را متوقف میکند(91). یافتههای اخیر نشان میدهند بهکارگیری HGF در حضور سایتوکاین LIF، در مدلهای حیوانی انسفالومیلیتیس خود ایمن (experimentalEAE or autoimmune encephalomyelitis)، دارای اثرات سودمندی در بهبودی بیماری میباشد، به طوری که با اثر تزریق MSCs در این مدلها قابل مقایسه است(106، 59). در مطالعهای که توسط بای و همکاران صورت گرفت، مشخص شد که مصرف HGF به تنهایی در مدل حیوانی EAE میتواند بهبودی این بیماری را افزایش دهد(107). گزارشهای بسیاری در مورد نقش HGF و LIF در مهار تمایز سلولهای Th1 و Th17 وجود دارند. نتایج این بررسیها نشان داده است که LIF بیان کینازهای تنظیم شده با سیگنال خارج سلولی(Extracellular signal-regulated kinases or ERKs) و سرکوبگر پیامدهی سایتوکاینی 3 (Suppressor of cytokine signaling 3 or SOCS3) را افزایش داده و در عین حال، فعالسازی STAT3 را، که یک عامل کلیدی برای القای تمایز سلولهای Th17 است، کاهش میدهد(107، 59). با این وجود، بررسیهای بیشتری جهت تعیین نحوه عملکرد و هماهنگی فاکتورهای رشد برای حفظ هموستاز ایمنی و تقویت پتانسیل بازساختی بافتها لازم است.
3-2-4- عوامل ضدالتهابی: علاوه بر سایتوکاینها و عوامل رشد، طیف گستردهای از عوامل ضد التهابی مختلف، شامل آنزیمها، پروتئینها، گلیکوپروتئینها و مشتقات اسیدهای چرب، به صورت متصل به غشاء و یا محلول، ویژگیهای سرکوبکنندگی MSCs را ایجاد میکنند، که از جمله آنها میتوان به HLA-G،IDO ،iNOS ،PGE2 ،TSG6 ،HO1 و galectins اشاره نمود(108، 31، 2). از مدتها پیش پروستاگلاندینها را مرتبط با التهاب میدانستند و تولید آنها در سلول از آراشیدونیک اسید و توسط آنزیمهای سیکلواکسیژناز (Cyclooxygenase) صورت میگیرد. یکی از این ترکیبات پروستاگلاندین E2 (PGE2) میباشد که ویژگیهای ضدالتهابی و تعدیلکننده ایمنی داشته و به عنوان یکی از عوامل ضدالتهابی اصلی ترشح شده توسط MSCs تحریک شده، شناخته میشود(62). تولید PGE2 توسط MSCs از طریق سازوکارهای غیرمستقیم با القای ترشح IL-10 توسط ماکروفاژها، مهار بلوغ DCs، سرکوب عملکرد سیتوتوکسیک سلولهای کشنده طبیعی و القای سلولهای Treg مرتبط است(26). آنزیمهای سیکلواکسیژناز با دو ایزوفرم شناخته شده COX-1 و COX-2 در ساخت PGE2 نقش دارند و ژنهای مسئول کد کردن آنها PTGS1 و PTGS2 میباشند. ایزوفرم COX-1 در اغلب سلولها وجود دارد در حالیکه COX-2 یک آنزیم القایی است که تولید آن توسط سایتوکاینها و فاکتورهای رشد تحریک میشود. مطالعات نشان داده بیشبیان PTGS2 در سلولهای سرطانی باعث افزایش تولید PGE2 و در نتیجه تقویت فعالیت سرکوبکنندگی ایمنی در آنها میشود و متعاقب آن، رگزایی و تهاجم در این سلولها افزایش یافته و نسبت به آپوپتوز مقاوم میشوند(109). در یک مطالعه درونتنی که توسط نمت و همکارانش در مدل موشی انجام گرفت، با بستن ناحیه گردنی و ایجاد سپسیس ناشی از سوراخ، مشخص شد تزریق BM-MSCs بقای حیوانات را از طریق تولید PGE2 طولانیتر میکند. هم چنین نتایج همین مطالعه نشان داد میتوان تولید PGE2 در MSCs را توسط مسیر پیامدهی LPS/TLR4 که با لیپوپلیساکارید (Lipopolysaccharide or LPS) فعال میشود، القا نمود(110). گیرندههای Toll-like (TLRs) در پستانداران گیرندههایی هستند که در لایه زاینده کد شده و توسط سلولهای سیستم ایمنی ذاتی که بهواسطه موتیفهای ساختاری مختص پاتوژنها (الگوهای مولکولی مرتبط با پاتوژن یاPathogen-associated molecular patterns or PAMPs) تحریک شدهاند، بیان میشوند. مهمتر این که، میانکنشهای TLR بیان سایتوکاینهای پیشالتهابی و هم چنین بلوغ عملکردی APCs سیستم ایمنی ذاتی را تحریک میکند(111). در مطالعه نمت و همکاران، حساسیتزدایی (desensitization) مسیر پیامدهی LPS در MSCs با تخریب (knock down) کردن گیرنده TLR4 از طریق پروتئین آداپتور MYD88 (پاسخ اولیه تمایز میلوئیدی 88)، باعث شد تولید PGE2 در این سلولها و همچنین اثرات درمانی تزریق آنها در مدل حیوانی سپسیس، از بین برود(110). TSG6 یک پروتئین متصل شونده به هیالورونـان اسـتکه توسط MSCs تحریک شده با TNF تولید میشود و باعث تسکین التهاب و تقویت ترمیم بافت در مدلهای حیوانی آرتریت، انفارکتوس میوکارد، آسیب قرنیه، آسیب حاد ریه و پریتونیت میشود(26). به کارگیری این پروتئین میتواند باعث سرکوب التهاب شود و این فرآیند را با القای ماکروفاژهای پیشالتهابی به سمت یک فنوتیپ ضد التهابی(که با حضور نشانگرهایی مانند آرژیناز 1 و پروتئین شبه-کیتیناز 3، که با عنوان CHI3L3 یا CHIL3 نامیده میشود، شناسایی میشوند) انجام میدهد. هم چنین TSG6 میتواند آسیب حاد ریوی ناشی از LPS را نیز کاهش دهد (37). از سوی دیگر، TSG6 ارتباط TLR2 را با پروتئین MYD88 مهار کرده و در ادامه با ایجاد اختلال در مسیر NF-κB، از فعالسازی رونویسی از ژنهای التهابی وابسته به این فاکتور جلوگیری میکند(26). جالب توجه است که TSG6 رها شده توسط MSCs میتواند به CD44 متصل شده و مهاجرت نوتروفیلها، مونوسیتها و ماکروفاژها به بافتهای ملتهب را مهار کند(112). در مجموع، عوامل ضدالتهابی مانند PGE2 و TSG6، عوامل کلیدی هستند که در سرکوب سلولهای ایمنی ذاتی توسط MSCs نقش بسیار مهمی را ایفا میکنند. خانواده نیتریک اکسید سنتاز، آنزیمهایی هستند که تولید نیتریک اکسید از L-آرژنین (L-Arg) را کاتالیز میکنند. نیتریک اکسید، رادیکال آزاد واکنشگری است که در بسیاری از فرآیندهای زیستی به عنوان میانجی ایفای نقش میکند. تاکنون ایزوفرمهای مختلفی از این آنزیم شناسایی شده که در اثر پیرایش متناوب تولید میشوند. ژن NOS1 در اغلب سلولهای انسانی بیان میشود در حالی که ژن NOS2 نوع القایی این آنزیم(Inducible NO synthase or iNOS)، را کد کرده که ترکیبی از سایتوکاینها و لیپوپلی ساکاریدها باعث القای آن میشوند. نیتریک اکسید رها شده توسط MSCs منجر به کاهش تکثیر سلولهای T و هم چنین کاهش فسفریلاسیون پروتئین STAT5 در آنها میگردد(113). فسفریلاسیون STAT5 باعث انتقال آن به هسته جهت تنظیم رونویسی از ژنهای هدف، از جمله گیرنده IL-2 (CD25) میشود. بیان این گیرنده باعث تمایل بالای سلولهای T جهت پاسخ ایمنی مؤثر میگردد(114). خانـواده آنـزیمهای هـماکسیژناز(Hemeoxygenase or HO) در کاتابولیسم مولکول هم نقش اساسی دارند. این آنزیم در سلولهای انسانی دارای دو ایزوفرم (HO-1 و HO-2) است که توسط ژنهای HMOX1 و HMOX2 کد میشوند. ایزوفرم HO-2 بهطور مداوم بیان میشود در حالی که ایزوفرم HO-1 القایی بوده و توسط سوبسترای خود، مولکول هم(Heme) ، و طیفی از سایتوکاینهای التهابی، هم چنین در پاسخ به استرسهای اکسیداتیو بیان میشود. نقش این ژنها در ویژگی سرکوب ایمنی اثبات شده است، به عنوان مثال در یک مطالعه مشخص شد مهار HO-1 و iNOS به طور هم زمان در MSCs رت منجر به کاهش اثر مهاری این سلولها بر روی تکثیر سلولهای T میگردد. در بخش درونتنی همین مطالعه، تزریق MSCs باعث تاخیر پس زدن پیوند قلب در رتها شد، در حالی که با مهار همزمان HO-1 و iNOS در MSCs، این تأخیر دیده نشد(58). علاوه بر این HO-1 تولید شده توسط MSCs انسانی باعث القای تمایز سلولهای T از نوع CD4-naive به سلولهای T کمکی 3 (Th3) تولید کننده TGF-β میگردد(115). از جمله مهمترین عوامل ضد التهابی درگیر در فعالیت سرکوب ایمنی، ایندول آمین دیاکسیژناز (IDO) میباشد که یک آنزیم همدار است. مطالعههای زیادی نـشان دادهاند که تحریـک MSCs توسط سـایتوکاین IFN-γ منجر به بیان آنزیم IDO در این سلولها میشود(117، 116، 102، 97، 16). این آنزیم مرحله اول (محدود کننده سرعت) در مسیر کاتابولیسم آمینواسید تریپتوفان (Trp) به N- فورمیل کینورنین (N-Formylkynurenine)را کاتالیز میکند(118). آنزیم IDO دارای دو ایزوفرم است که توسط ژنهای IDO1 و IDO2 کد شده و در تبدیل Trp به Kyn نقش دارند هر چند که با نرخ فعالیت متفاوتی عمل میکنند، به طوری که IDO2 به میزان بسیار کمتری نسبت به IDO1 بیان شده و فعالیت آنزیمی آن تنها 3% تا 5% IDO1 میباشد. بیان این ژن توسط IFN-γ القاء شده که منجر به افزایش کاتابولیسم Trp و بالا رفتن میزان Kyn میشود. مطالعههای زیادی تاکنون نشان داده که IDO با کاهش سطح Trp و افزایش متابولیتهای حاصل از آن، به ویژه Kyn، باعث تعدیل و سرکوب ایمنی میگردد(119). گزارشهای زیادی در رابطه با فعالیت سرکوبکنندگی متابولیتهای مسیر Kyn وجود دارند، به عنوان مثال، مشخص شده Kyn برای لنفوسیتها سمی بوده و رونویسی از گیرنده آریل هیدروکربن (Aryl hydrocarbon receptor or AHR) را تقویت میکند. در ادامه افزیش بیان این ژن باعث القای تمایز سلولهای T از نوع CD4+به سلولهای سرکوبکننده ایمنی Treg میشود(120). این ویژگی در سلولهای توموری نیز دیده شده است به طوری که فعالیت این آنزیم در ریز محیط اطراف بافتهای توموری باعث تحمل ایمنی در آنها میشود. در حقیقت تخلیه این ریزمحیطها از Trp باعث توقف چرخه سلولی در سلولهای T شده و از طریق مهار[(Mechanistic target of rapamycin complex 1 (mTORC1)) و القای یک پاسخ استرسی که GCN2 را فعال میکند، آپوپتوز را در این سلولها افزایش میدهد(119). HLA-G یک آنتیژن غیرکلاسیک از MHC کلاس I است که با توجه به توزیع منحصر به بافت و چند شکلیهای محدود در ناحیه کدکننده آن، از مولکولهای کلاسیک HLA کلاس I متمایز است. HLA-G میتواند به صورت هفت ایزوفرم پروتئینی مجزا بیان شود که هر یک بهواسطه ویرایش متناوب یک رونوشت ویژه رمزگذاری میشوند. این پروتئین هم بهصورت غشایی و هم محلول وجود دارد، چهار ایزوفرم آن پروتئینهای متصل به غشاء (HLA-G1، HLA-G2، HLA-G3 و HLA-G4) و سه ایزوفرم دیگر پروتئینهای محلول هستند (HLA-G5، HLA-G6 و HLA-G7)(121). HLA-G که اولین بار در رابط مادری- جنینی شناسایی شد، عاملی کلیدی در تعدیل پاسخهای ایمنی ذاتی و اکتسابی شناخته میشود و تاثیر مهاری قابل توجهی بر روی تکثیر لنفوسیتها دارد(122). این آنتیژن عملکردهای تعدیلکنندگی سیستم ایمنی را به واسطه میانکنش با گیرندههایی که به طور متفاوتی توسط سلولهای ایمنی بیان میشوند، اعمال میکند، از جمله LILRB1 (یا ILT2 / CD85j)، LILRB2 (یا ILT4 / CD85d) و KIR2DL4 (CD158d)(123). علاوه بر این گیرندهها، HLA-G هم چنین میتواند بدون تعامل با گیرنده سلولهایT ، به CD8 متصل شده و منجر به تحریک سلولهای کشنده طبیعی و فعالسازی آپوپتوز در سلولهای T از نوعCD8+، هم چنین تنظیم افزایشی و ترشح FASL گردد(66). HLA-G نقشی اساسی در فرآیندهای مرتبط با بارداری و تحمل مادری و پیوند دارد. بیان این پروتئین توسط MSCs میتواند بهطور مثبتی با سایتوکاینهای IL-10 و LIF تعدیل شود. مولکولهای دیگری هم چون گلوکوکورتیکوئید و اینترفرون-β (IFN-β) نیز در تنظیم بیان HLA-G در سلولهای ایمنی نقش دارند(123).
4-2-4- اگزوزومها: اگزوزومها (exosomes)وزیکولهای خارج سلولی هستند که با ادغام اجسام چندوزیکولی (Multivesicular bodies or MVs) با غشای پلاسمایی تشکیل میشوند. اگزوزومهای به دست آمده از MSCs غنی از mRNAs یا microRNAs (miRNAs) هستند و اثرات درمانی آنها در مدلهای آسیب حاد کلیه(Acute kidney injury or AKI)، آسیب کبدی و آسیبهای ناشی از ایسکمی- خونرسانی مجدد میوکاردی، بهطور گستردهای مورد بررسی قرار گرفته است(126-124). به عنوان مثال، مشخص شده که اثرات درمانی اگزوزومهای به دست آمده از MSCs مشتق از ژله وارتون(Wharton’s jelly or WJ)، بر روی یک مدل حیوانی AKI به واسطه miR-15a، miR-15b و miR-16 ایجاد میگردد. اکثر این مولکولهای miRNA به صورت مهارکننده بیان لیگاند CX3CL1 که یک جاذب شیمیایی قوی برای ماکروفاژها بوده و به طور عمده در سلولهای اندوتلیال بیان میشود، عمل کرده و در نتیجه باعث سرکوب تجمع ماکروفاژهای پیشالتهابی در کلیه میشوند (126). علاوه بر اگزوزومها، MSCs هم چنین MVs بزرگتری را که حاوی وزیکولهای شبه لیزوزومی و میتوکندریهای کامل هستند، آزاد میکنند. این موضوع نشان میدهد که MVs حاوی این اندامکها به صورت اتوفاگوزوم از MSCs آزاد شده و برای میتوفاژی در سلولهای همسایه مورد هدف قرار میگیرند(34). در واقع MSCs با آزاد کردن اگزوزومهای CD44+، ماکروفاژها را نسبت به دریافت اتوفاگوزومهای حاوی میتوکندری تحملپذیر میکنند. این انتقال که در پاسخ به استرس اکسیداتیو داخل سلولی صورت میگیرد باعث افزایش بیوانرژتیک ماکروفاژها میگردد. از طرف دیگر، اگزوزومهای حاوی miRNAs تنظیمی با سرکوب مسیر پیامدهی TLR، ماکروفاژها را نسبت به میتوکندریهای بلعیده شده غیرحساس میکنند(127، 34).
5- سلولهای بنیادی مزانشیمی و ریزمحیطهای التهابی: در ابتدا تصور عمومی در رابطه با عملکردهای سرکوبکنندگی سیستم ایمنی توسط MSCs این بود که چنین فعالیتهایی بیشتر بنیادین بوده و مربوط به ویژگیهای ذاتی این سلولها هستند. در سالهای اخیر بسیاری از بررسیهای آزمایشگاهی شامل همکشتی MSCs با تلفیقی از سلولهای تک هستهای خون محیطی که دارای هاپلوتیپهای مختلف کمپلکس اصلی سازگاری بافتی هستند و یا مطالعههای درونتنی شامل پیوند MSCs به حیوانات یا انسانهایی که از بیماریهای التهابی رنج میبردند، حاکی از اثرات سرکوبیشدید MSCs بر فعالسازی و تکثیر سلولهای T و پاسخهای التهابی مرتبط با آنها بودند (129، 128). این در حالی است که مطالعههای دیگری که همکشتی MSCs و سلولهای T را در غیاب پیامهای فعالسازی مورد بررسی قرار دادند، اثر مهاری MSCs را در بقای سلولهای T تایید نکردند(130). در بررسیهای مشابه دیگری، همکشتی MSCs با هیبریدوما و یا بلاستومای سلول T که قادر است بدون پیام فعالسازی تکثیر یافته و سایتوکاینهای التهابی نیز ترشح نمیکنند، هیچگونه پاسخ مهارکنندهای در پی نداشت(129). جالب توجه است که قرارگرفتن MSCs در معرض ترکیبی از سایتوکاینها مانند IFN-γ با TNF یا IL-1 باعث شد تکثیر هیبریدوما و بلاستومای سلول T تقریبا بهطور کامل مهار گردد(98). این یافتهها بهوضوح نشان میدهد که ظرفیتهای سرکوبکنندگی سیستم ایمنی در MSCs، ذاتی نبوده بلکه به دنبال سایتوکاینهای التهابی در ریزمحیط برانگیخته میشوند. یکی از این سایتوکاینها IL-17 است که در واکنشهای پیشالتهابی مربوط به عفونت و بیماریهای خودایمن نقش داشته و باعث ارتقای عملکرد سرکوبکنندگی MSCs برانگیخته شده با ترکیبی ازIFN-γ و TNF میگردد(131). نکته قابل توجه این است که MSCs همیشه اثر سرکوبکنندگی سیستم ایمنی را بروز نمیدهند، بلکه در شرایط خاص ممکن است فعالیت پیشالتهابی نیز داشته باشند. به عنوان مثال، وجود سطوح پایین IFN-γ و TNF میتواند اثر تحریککنندگی بر روی MSCs داشته باشد که نشانگر اثر تغییرات سطح سایتوکاینهای پیشالتهابی بر حالت تنظیم ایمنی این سلولها میباشد(26). همانطور که انتظار میرود، تغییر در ساختار عوامل التهابی در بافتها میتواند بر پتانسیل تنظیم ایمنی MSCs مؤثر باشد. به عنوان مثال، فعالسازی گیرنده TLR4 (که توسط لیپوپلیساکارید باکتریها القا میشود)، منجر به از بین رفتن اثرات سرکوبکنندگی MSCs بر روی سلولهای تک هستهای خون محیطی میگردد(132). بهطور مشابه عوامل سرکوبکننده دیگری همچون TGF-β، اینترفرون نوع 1، سیکلوسپورین و دگزامتازون نیز باعث عملکرد پیشالتهابی در MSCs میشوند(134، 133، 50، 27). برای مثال نتایج مطالعه چن و همکاران بر روی مدلهای موشی سیروز کبدی نشان داد مصرف دگزامتازون مانع از عملکرد تعدیلکنندگی ایمنی و ترمیم بافت MSCs در این حیوانات شد(50). هم چنین مطالعههای درونتنی دیگری که با استفاده از مدلهای بیماریهای التهابی(مانند GvHD و انسفالومیلیت تجربی خودایمن) صورت گرفت نیز نشان دادند اثر درمانی تزریق MSCs در ابتدای دوره بیماری یا هنگام عود(relapse) - هنگامی که التهاب کمتر است- به شدت مهار میشود(135، 55). این یافتهها نشان میدهد که جهت القای خاصیت سرکوبکنندگی سیستم ایمنی در MSCs، وجود سطح معینی از التهاب مورد نیاز است و از نتایج چنین مطالعههایی میتوان در بهینهسازی روشهای درمانی استفاده کرد. با این وجود، افزایش سطح سایتوکاینهای التهابی در بیماران مبتلا به بیماریهای التهابی قابل قبول نخواهد بود، ازاینرو رویکردهای جایگزینی هم چون پیشتیمار سلولها با محیطهای التهابی قبل از تزریق مورد توجه زیادی قرار گرفته است(26). علاوه بر محرکهای التهابی، عوامل دیگری نیز در فنوتیپ تعدیلکنندگی ایمنی MSCs نقش دارند، از جمله شرایط هیپوکسی و ترکیبات تشکیل دهنده ماتریکس خارج سلولی (Extracellular matrix or ECM). در حقیقت هیپوکسی یکی از شاخصهای بارز پاتولوژیک ریز محیطهای التهابی است و میتواند بر روند التهاب تأثیر به سزایی داشته باشد(136). هنگامی که MSCs در شرایط هیپوکسی قرار میگیرند، ترشح عواملی مانند IL-6، فاکتور رشد اندوتلیال عروقی (Vascular endothelial growth factor or VEGF) و کموکاین در آنها تحریک میشود(137). مطالعههایی که بر روی مدلهای حیوانی انفارکتوس میوکارد انجام شده نشان میدهد شرایط هیپوکسیک، اثرات درمانی MSCs را تقویت میکند(138). به طور معمول التهاب با تغییرات ناهنجار در ECM همراه است و اجزای ECM مانند کلاژن و گلیکوپروتئینها در اثر عملکرد آنزیمهایی هم چون متالوپروتئینازها دچار تغییرات چشمگیری شده و در نهایت بر چسبندگی، مهاجرت و فعالسازی انواع سلولهای مختلف تأثیر میگذارند(139). برخی از دادههای آزمایشگاهی نشان میدهند که این تغییرات ECM از طریق فرآیندی معروف به حافظه مکانیکی، عملکرد MSCs را تحت تأثیر قرار میدهد(140). اجزای خاص ECM و ساختار سه بعدی آن میتواند به عنوان پیامی باشد که خصوصیات و عملکرد MSCs را تعدیل کند. به عنوان مثال، MSCs که در داربستهای سه بعدی کلاژنی کشت شدهاند در مقایسه با سلولهای کشت شده بر روی سطوح غیر فیزیولوژیک و سفت مانند ظروف کشت پلاستیکی، تعداد بیشتری از فاکتورهای ایمنی را تولید کرده و فعالیت لنفوسیتهای آلوژن را بیشتر سرکوب میکنند(141). اگرچه سازوکارهای این مشاهدات هنوز مشخص نیست اما گمان میرود که پیامهای ECM احتمالاً ویژگیهای ایمونولوژیک MSCs را در بدن تعلیم میدهند(26). علاوهبر اثر مکانیکی، ماتریکس ترشح شده از MSCs دارای آنزیمهای متالوپروتئینازی است که قادرند گیرنده IL-2 (CD25) را از سطح سلولهای T فعال جدا کرده و باعث افت تولید IL-2 و در ادامه IFN-γ گردند. در نتیجـه ایـن کاهــش، تکثیر سلولهای T نیز از طریق مسیر پیامدهی NF-κB کاهش مییابد(142).
6- آپوپتوز سلولهای بنیادی مزانشیمی و سرکوب/تعدیل سیستم ایمنی: علیرغم فرصتهایی که برای کاربردهای درمانی MSCs وجود دارد، مطالعههایی که ردیابی این سلولها را در بدن هدف قرار داده نشان میدهند که MSCs تزریقی در بافتهای آسیبدیده دوام چندانی ندارند(144، 143). یکی از توضیحات احتمالی، آغاز واکنشهای ایمنی به دنبال تزریق این سلولها است، مانند القای آپوپتوز در آنها به واسطه اجزای سیستم کمپلمان. اگرچه MSCs چندین مهارکننده سیستم کمپلمان از جمله CD46،CD55 و CD59 را بیان میکنند، اما قادر نیستند در برابر حمله کمپلمانهای فعال که توسط مسیرهای کلاسیک، جایگزین و لکتین تولید میشوند، مقاومت کنند(26). برای مثال، C5a آنافیلاتوکسینی که از طریق فعالسازی کمپلمان C5 تولید میشود، یک جاذب شیمیایی قوی است که با تجمع و فعالسازی نوتروفیلها موجب آسیب به MSCs تزریق شده میشود. تزریق یک آنتاگونیست گیرنده C5a بهطور قابل توجهی این آسیب را کاهش میدهد(145). در یک مدل موشی از GvHD مشخص شد به دنبال تزریق MSCs، سلولهایی که با سلولهای ایمنی سیتوتوکسیک مواجه شدند، تحت آپوپتوز وابسته به پرفورین قرار گرفتند(146). جالب توجه است که این فرآیند برای بروز فعالیت تعدیلکنندگی MSCs ضروری است. در این مطالعه که توسط گالو و همکاران صورت گرفت، مشخص شد بیمارانی که فعالیت سیتوتوکسیک بالایی در برابر MSCs تزریق شده بروز میدهند، نسبت به افراد دارای فعالیت اندک سیتوتوکسیک، پاسخ بهتری را نسبت به درمان با این سلولها نشان میدهند. این یافتهها حاکی از ضرورت حضور فاگوسیتها در افراد گیرنده جهت بروز عملکرد سرکوبکنندگی MSCs است، به نحوی که فاگوسیتهایی که سلولهای آپوپتوز شده را بلعیده بودند، بیان IDO و القای سرکوب سیستم ایمنی را از خود نشان دادند(146). مطالعههای دیگری نیز چنین اثرات سرکوبکنندگی را در سلولهای آپوپتوزشده تایید کردهاند. بهعنوان مثال، مشخص شده که سلولهای طحال آپوپتوزشده، مشابه مکانیسم MSCs آپوپتوزشده و احتمالاً از طریق افزایش بیان iNOS یا IDO، عمر پیوند آلوژنیک سلولهای قلب را افزایش میدهند(149-147).
7- تحریک عملکرد سرکوب/تعدیل سیستم ایمنی در سلولهای بنیادی مزانشیمی: این درک که سایتوکاینهای التهابی میتوانند MSCs را برای کسب یک فنوتیپ سرکوبکننده تحریک کنند، اولین بار به وسیله یافتههایی که نشان داد تیمار MSCs با ترکیبی از IFN-γ همراه با TNF یا IL-1 باعث القای شدید کموکاینها و هم چنین بیان iNOS (در مورد MSCs جوندگان) یا IDO (در مورد MSCs انسانی و سایر پستانداران) شده و در ادامه منجر به مهار تکثیر سلولهای T میشود، مشخص گردید(57). ازاینرو، MSCs در حضور سایتوکاینهای التهابی عملکرد بسیار سرکوبکنندهای از خود بروز میدهند. در حقیقت، یک MSC میتواند در شرایط مناسب تکثیر بیش از 100 سلول T را مهار کند، پاسخی که بسیار شدیدتر از چیزی است که تنها توسط سلولهای Treg ایجاد میشود(129). در واقع فعالسازی MSCs و بروز عملکردهای سرکوب/ تعدیلکنندگی آنها در محوری که شامل کموکاینها-iNOS / IDO است، صورت میگیرد(26). اکثر کموکاینهایی که توسط MSCs فعال شده با سایتوکاینها تولید میشوند، لیگاندهایی هستند که میتوانند به گیرندههای کموکاینی CXCR3 و CCR5 متصل شوند، که عبارتند از CCL5، CXCL9، CXCL10 و CXCL11. این کموکاینها جاذبهای شیمیایی شناخته شدهای برای سلولهای ایمنی از جمله سلولهای T هستند(150، 80، 26). مطالعههایی که با استفاده از میکروسکوپهای زمان گذر(Time-lapse) انجام شده نشان داد سلولهای T به طور فعال در مجاورت MSCs فعال شده با سایتوکاینها تجمع مییابند. این یافتهها نشان میدهد MSCs برای جذب سلولهای T شیبی از لیگاندهای متصل شونده به گیرندههای CXCR3 و CCR5 ایجاد میکنند. هم چنین این بررسیها نشان داد مهار دارویی یا ژنتیکی CXCR3 یا CCR5 از مهاجرت سلولهای T و اثر سرکوبکنندگی MSCs جلوگیری میکند، امری که نقش مهم میانکنش کموکاین (لیگاند)-گیرنده را در عملکردهای سرکوب/ تعدیلکنندگی MSCs یادآوری میکند(129). همان طور که گفته شد، MSCs فعال شده با سایتوکاین، iNOS یا IDO را بیان میکنند. IDO یک آنزیم کاتابولیک در مسیر متابولیسم تریپتوفان است، در نتیجه بر انواع سیستمهای زیستی تأثیر میگذارد درحالیکه iNOS در تولید NO نقش دارد. با به کارگیری این مسیرها در MSCs، NO یا IDO نقشی مهمی را در اثرات سرکوبکنندگی این سلولها، به ویژه بر روی سلولهای T، ایفا کرده که این موضوع نیز توسط مطالعههای مختلف نشان داده شده است. به عنوان مثال، حذف یا مهار iNOS باعث کاهش فعالیت سرکوب کنندگی ناشی از التهاب در MSCs در سیستمهای همکشتی MSCs-T cells میشود. هم چنین مطالعات نشان داد کمبود iNOS در MSCs، اثرات درمانی این سلولها را در مدلهای آسیب حاد کبدی و فیبروز کبدی از بین میبرد(131، 50). به خوبی مشخص شده است که تولید NO که توسط iNOS کاتالیز میشود، منجر به توقف چرخه سلولی در سلولهای T از طریق اثرگذاری بر مسیر پیامدهی JAK-STAT میشود(151). علاوه بر مهار تکثیر سلولهای T بهطور مستقیم، افزایش تولید NO هم چنین میتواند فعالیت پروتئین کیناز فعال شده با میتوژن (Mitogen-activated protein kinase or MAPK)و فاکتور رونویسی NF-κB را تعدیل کرده و در تولید سایتوکاینهای پیشالتهابی توسط ماکروفاژها اختلال ایجاد کند(152). اگر چه اثرات دقیق IDO بر سلولهای ایمنی به طور کامل درک نشده است، اما حذف ژنتیکی یا مهار شیمیایی IDO با 1- متیل-D-تریپتوفان اثرات سرکوبکنندگی MSCs انسانی را از بین میبرد که نقش مهم IDO را در این فرآیند برجسته میکند(153). هم چنین IDO بیان شده توسط MSCs فعالیت ایمنی ذاتی را با القای مونوسیتها برای تمایـز بـه مــاکروفاژهای شبه-M2 تنظیم میکند، در نتیجه میتواند التهاب را کاهش داده و فرآیندهای ترمیم مؤثر را مهار کند(154). در مجموع، این یافتهها نشاندهنده پیامدهای مهم تعامل بین کموکاینها و iNOS یا IDO برای عملکردهای سرکوب کننده سیستم ایمنی در MSCs هستند.
نتیجهگیری همانگونه که اشاره شد، سرکوب سیستم ایمنی به واسطه MSCs از طریق همافزایی مکانیسمهای وابسته به تماس سلول- سلول و فاکتورهای محلول عمل میکند. این سلولها پتانسیل تعدیل ایمنی بدن را از طریق تغییرات عملکردی مونوسیتها/ماکروفاژها، سلولهای دندریتی، سلولهای T، سلولهای B و سلولهای کشنده طبیعی اعمال میکنند(155). به طور خاص، مونوسیتها / ماکروفاژها و سلولهای Treg ضدالتهابی نقش برجستهای را در این زمینه ایفا میکنند، زیرا آنها پتانسیل تعدیل ایمنی خود را در تعامل پیچیدهای که توسط MSCs کاتالیز میشود، آشکار میکنند. تعامل بین MSCs، مونوسیتها و سلولهای Treg اغلب به سایتوکاینهای ترشح شده توسط MSCs منتسب میشود، اگر چه شواهد در حال افزایشی وجود دارند که این فرآیندها را به تعامل مستقیم سلول-سلول متکی میدانند، هرچند که در طی این سازوکارها متابولیسم سلولی لزوماً دست نخورده باقی نمیماند(158-156 ،76). سرکوب سیستم ایمنی به واسطه MSCs که در حال حاضر به عنوان ابزار بسیار قدرتمندی در زمینه جلوگیری از واکنشهای حاد رد پیوند، سلول درمانی و پزشکی بازساختی شناخته شده است، یک پتانسیل ذاتی نیست بلکه توسط عوامل محیطی القا میشود(35). اگرچه MSCs پس از تجویز به سرعت ناپدید میشوند، اما اثرات سرکوبکننده ایمنی آنها در بدن بهطرز قابل توجهی به مدت طولانیتری باقی میماند. با توجه به این که مایع رویی حاصل از کشت این سلولها به تنهایی میتواند در معالجه برخی از بیماریها مؤثر باشد، ممکن است خود MSCs جزو ضروری در ایجاد این اثرات درمانی نباشند. به عبارت دیگر، آیا ترمیم بافتی مبتنی بر تمایز MSCs برای درمان یک بیماری کافی است و یا فاکتورهای تولید شده توسط این سلولها هستند که ریزمحیط بافت آسیب دیده را تغییر داده و باعث بهبودی ذاتی آن میشوند(31). برقراری ارتباط بین اثرات مختلف تعدیل سیستم ایمنی بدن به واسطه MSCs هم چنان یک چالش بالقوه است، به خصوص که این سلولها بسیار ناهمگن بوده و به خاطر وجود محرکهای التهابی یا ضدالتهابی گسترده در محیط، در معرض تغییرات قابل توجهی قرار دارند. پیشبینی
میشود تلاشهای دانشمندان در سالهای آینده نقش دقیق MSCs در فرآیندهای درمانی را روشن کند، این که آیا این اثرات ناشی از عملکردهای جبرانی این سلولها بر مبنای خودنوزایی و تمایز آنها است و یا در نتیجه اثرات سرکوبکننده ایمنی این سلولها بهواسطه ترشح عوامل پاراکراین یا تماس آنها با سایر سلولهای سیستم ایمنی بدن، بروز میکند.