什么是树突状细胞？ 树突状细胞（DC）在天然识别病原体和随后的适应性免疫反应的活化中发挥着关键作用。DC通过主要组织相容性复合体（MHC）分子呈递抗原肽来诱导T细胞活化和分化，从而启动适应性反应。DC还可分泌细胞因子和生长因子，增强并调节免疫反应。除了活化Naive T细胞的作用外，DC被认为在引导效应性T细胞的分化以及T细胞耐受性的发展中起着关键作用。作为关键的哨兵细胞，树突状细胞遍布全身，特别是淋巴器官以及环境接触面，如肠道和皮肤。
树突状细胞活化——连接天然免疫和适应性免疫的桥梁
DC不断感应环境，在没有炎症信号的情况下，被认为能增强外周T细胞的耐受性[1，2]。如果模式识别受体识别出病原体相关分子模式（PAMP）或损伤相关分子模式（DAMP），则会活化DC或发育成熟。DC可表达一系列广泛的PRR，包括表面和细胞核内体Toll样受体（TLR）、C型凝集素和胞质传感器[3]。PRR活化后，DC经历代谢、细胞和基因转录改变，最终成熟为T淋巴细胞的有效活化剂。它们上调抗原呈递的机制，包括MHC II类、共刺激分子和促炎细胞因子，然后迁移到次级淋巴组织的T细胞区，其可在此处刺激抗原特异性T细胞。 图 1.未成熟树突状细胞与成熟树突状细胞的功能。成熟树突状细胞将经历形态、代谢和功能改变，以使其能够迁移到淋巴组织并启动抗原特异性T细胞反应。
树突状细胞发育
DC的发育受始于骨髓的多步骤分化级联调控。虽然准确的树突状细胞上游前体争论已持续多年，但人们普遍认为树突状细胞是以fms样酪氨酸激酶3配体（Flt3L）依赖的方式并通过髓系祖细胞从造血干细胞中分化而来[4]。大多数树突状细胞来源于经典/常规DC（cDC）以及浆细胞样DC（pDC）的共同DC前体（CDP）。pDC将在骨髓中继续发育，而CDc则在外周分化[5]。在病原体引发的炎症过程中，单核细胞可以分化成额外具有DC样特性的单核细胞衍生细胞（MC）[6]。 图 2.树突状细胞发育。树突状细胞（DC）从造血干细胞（HSC）发展而来，这是一个从骨髓开始的多步骤过程。大多数DC均通过一种共同的DC祖细胞（CDP）而生成，这种祖细胞以fms样酪氨酸激酶3 （FLT3）配体依赖的方式分化为传统的DC前体细胞（pre-cDC）和浆细胞样DC前体细胞（pre-pDC）。骨髓中仍然存在E2-2依赖的pDC分化，而两种传统DC均来自外周淋巴组织中的pre-cDC。cDC1的发育依赖于碱性亮氨酸拉链ATF样转录因子3（BATF3），cDC2的发育受几种转录因子调节，包括干扰素调节因子4 （IRF4）。在某些条件下，单核细胞可分化为MC，以补充经典DC。
经典树突状细胞（cDC）
2014年，提出了一个传统或经典（cDC）亚群的统一分类系统，以消除越来越多的组织和物种特定亚群名称所引起的歧义[6]。根据这一惯例，将两个主要亚群描述为经典1型DC（cDC1）和经典2型DC（cDC2）。cDC2细胞具一般DC家族的一般功能，并通过MH II类抗原呈递以及共刺激活化Naive CD4+ T细胞。cDC1细胞专门用于交叉提呈，或在MHC I类上提呈外源抗原，以诱导Naive CD8+ T细胞分化为细胞毒性T淋巴细胞（CTL）[7]。与其特异性一致，cDC1和cDC2细胞也可表达活化CD4+ 或CD8+ 效应T细胞功能所需的细胞因子。cDC2驱动的辅助性T细胞极化会导致对细胞外病原体（包括微生物和蠕虫感染）的强烈适应性免疫反应。CD8+ T细胞的交叉启动能力保证cDC1能够指导CTL对细胞内病原体和肿瘤做出反应。值得注意的是，1868年，保罗·朗格罕（Paul Langerhans）根据其巨噬细胞样胚胎起源的揭示，把典型DC朗格汉斯细胞（LC）重新归类为巨噬细胞。[8]。 cDC可通过其分支状“树突状”形态和cDC特征基因(包括CD11c和MHC II类(HLA-DR in human))的高表达来与其他单核吞噬细胞区别。CD8或CD103所存在的组织决定了小鼠cDC1细胞的分类，除了常见的cDC标志物外，还可通过CD11b的表达来区分鼠cDC2细胞（表1）。 可以通过人cDC1细胞各自表达的BDCA1和BDCA3以及其他标志物来将其与cDC2区分开来。由于moDC和某些巨噬细胞难以与CDC区分开来，因此区分典型的单核细胞/巨噬细胞标志物物（如Ly6C和F4/80）以及某些标志物（如CD64、MAR-1、MerTK和CD88）的差异表达，将有助于将CDC与其他细胞类型区分开来[9]。 cDC1细胞的发育需要BATF3 [10]。选择性敲除实验已证明cDC1在病毒免疫和细胞内感染防御中的重要作用[7]。DC的癌症疗法的目标是生成cDC1，因为它们在驱动CTL介导的抗肿瘤反应方面具有潜力[11]。几种转录因子（包括RelB、RBP-J、IRF4和IRF2）对cDC2的发育至关重要[12]。 图 3.经典树突状（cDC）细胞刺激CD4+ T细胞和CD8+ T细胞。活化的经典树突状细胞（cDC）到次级淋巴组织的T细胞区通过MHC II提呈抗原以刺激CD4+ T细胞。cDC还可通过经典和交叉提呈途径刺激CD8+ T细胞。
浆细胞样树突状细胞（pDC）
浆细胞样树突状细胞是树突状细胞的一个独特亚群，其具有分泌I型IFN的特殊功能[13，14]。它们可表达高水平的转录因子IRF7和内体TLR，这使得它们能够快速分泌大量IFNα和β来应对病毒感染[15]。从表型上区分，可以通过pDC分泌时的形态（与浆细胞类似）、CD11c和MHC II类等cDC特征基因的非典型表达以及特异性pDC标志物的检测来区别pDC与CDc（表1）。虽然在鼠pDC上检测到了中等表达水平的CD11c，但在人树突状细胞上没有发现CD11c[16]。相反，通过人CD123和CD303的表达以及小鼠Bt2和B220的表达，可将pDC与cDC区分开来[16，17]。 pDC的发育依赖于E蛋白转录因子E2-2的调节[18]。与cDC一样，已证明pDC及其前体对Flt3配体信号具有依赖性。除了它们独特的表型，pDC还可表达淋巴谱系的一些特征，因为其对转录因子E2-2具有依赖性[19]。E2-2属于E蛋白家族的调节剂，已知对淋巴系谱系定性型不可或缺。最近，单细胞转录分析再次表明，部分pDC是由淋巴样前体发育而来的[20]。 无论其来源如何，pDC明显具有髓样细胞和淋巴样细胞的共同特性，这是最初定义这种细胞类型的决定性特征。 选择性敲除研究已证明pDC在控制病毒感染中的重要性。例如，需要pDC来控制小鼠肝炎病毒（MHV）和小鼠冠状病毒的感染[19]。与之相反，pDC在大量产生IFN的疾病中发挥致病作用，包括系统性红斑狼疮（SLE）等自身免疫性疾病[19]。母细胞性浆细胞样树突状细胞肿瘤（BpDCN）来源于pDC，是一种罕见的侵袭性白血病[21]。 表 1.与树突状细胞亚群相关的关键转录因子、表面标志物和功能。| 细胞类型 | 关键转录因子 | 表面标志物 | 功能 |
|---|
| cDC1 | BATF3、IRF8 | 人：CD11c, HLA-DR, CD141 (BCDA3)
其他特点：CLEC9A、CADM1 | 与CD8+ T细胞交叉提呈，CTL启动 | | 小鼠：CD11c, MHCII, CD8 (l), CD103 (n) | | cDC2 | IRF2、IRF4、RelB、RBP-J | 人：CD11c, HLA-DR, CD1c (BDCA1), CD11b
其他特点：FCER1A, CLEC10A, CD2, CD172A, ILT1 | 抗原呈递CD4+ T细胞，辅助性T细胞启动 | 小鼠：CD11c, MHCII, CD11b
其他特点：ESAM (s) | | pDC | E2-2 | 人：HLA-DR、CD303 (BDCA2)、CD123 | 分泌I型IFN | 小鼠：CD11c中等, MHCII低, Bst2, B220
其他特点：SiglecH | | moDC | KLF4 | 人：CD11c, CD11b, CD1a, CD1c (BDCA‐1)
其他特点：CD206, CD209, CD172A | 炎症期募集 | 小鼠：CD11c, CD11b
其他特点：CD64, MAR-1, MerTK, CD88 | | 名词缩写表：（l）在淋巴组织中表达；（n），在非淋巴组织中表达；（s），表示为亚群；cDC1，经典1型树突状细胞；cDC2，经典2型树突状细胞；CTL，细胞毒性T淋巴细胞；IFN，干扰素；MoDC，单核细胞来源的树突状细胞；pDC，浆细胞样树突状细胞。 |
树突状细胞异质性
单细胞分析与传统方法的结合揭示了定义的每群经典DC亚群都有相当大的异质性。例如，非经典AXL+人DC被证明同时具有cDC和pDC特性，与之对应的老鼠也有类似的表达谱[22，23，24，25]。这些DC可提呈抗原，但无法生成I型IFN，因此被认为是一种“过渡性”DC亚群。也可以用免疫调节状态而非发育谱系来区分DC异质性。例如，肺癌组织中存在功能减弱的人和小鼠树突状细胞[26]，被定义为“富含免疫调节分子的成熟树突状细胞”（mregDC）。
癌症研究中的树突状细胞
DC是癌症免疫反应的关键决定因素。循环DC的相对水平是癌症进展的标志，因为在晚期黑色素瘤和乳腺癌患者中观察到其水平降低[11]。DC可通过识别和浸润肿瘤，分泌调节肿瘤微环境的可溶性因子，并呈递肿瘤相关抗原，促发T细胞反应，从而促进癌症免疫功能[27]。特别地，DCs，尤其是cDC1交叉呈递抗原并促进CTL活性的能力有助于检测下调MHC I类的肿瘤。实际上在多种癌症中，cDC1的扩增与治疗反应和提高患者生存率息息相关[28]。相反，肿瘤微环境中功能失调或耐受性DC则触发免疫抑制，从而促进肿瘤生长[27]。
研究树突状细胞的工具
培养方法 [29]已经描述了从各种来源扩增DC的培养方法，包括骨髓、循环单核细胞和诱导多能干细胞（iPSC）。体外培养系统的主要限制在于其倾向于生成单核细胞来源的细胞，而不是cDC和pDC。从小鼠骨髓中获得DC的两种主要方法被广泛使用。1）可以在培养物添加GM-CSF，但生成的细胞异质高，包括粒细胞、MC和cDC样细胞[30]。2）添加Flt3L的培养物可用于生成cDC样和pDC样细胞，并且由于其能够生成相对纯且具有功能的DC群体而经常被优先使用。在缺乏替代性人造血来源的情况下，从人PBMC通过添加GM-CSF培养仍然是生成moDC的主要方法。尽管人或小鼠cDC细胞系很少被广泛使用，但部分具有pDC特征的人细胞系已被用于研究人pDC的特征。然而，应谨慎解读人和小鼠体外培养的树突状细胞结果，因为这些结果只是近似于体内生物学。
功能分析 活化：多种分子可活化或使成熟树突状细胞，包括LPS、含CpG的核酸和其他病原体或损伤相关的刺激物和模拟物。可以通过MHC I类和II类以及共刺激分子的表达和细胞因子分泌来评价细胞成熟。
流式细胞术 DC和其他细胞类型可表达Fc受体，而后者能够以非特异性方式与抗体结合。Fc受体阻断剂应与流式抗体分析结合使用，以避免非特异性结合。 OMIP-044和OMIP-061用于人和小鼠DC设门策略：OMIP（优化多色免疫荧光panel）是指一套经过全面测试和验证的抗体和试剂方案，可一起用于检测特定细胞状态或反应。OMIP信息均发表在Cytometry Part A（Wiley Online Library），这些OMIPs是为流式细胞术设计的，但OMIPs可能被定义为图像细胞术、荧光显微镜和其他基于多色荧光的方法。 表 2.Cytometry Part AOMIP用于树突状细胞分型
免疫检测 细胞因子Flt3L、SCF（干细胞因子）和GM-CSF（粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子）对血液中发DC亚群（常规细胞和浆细胞样）的发育中起着决定性作用。这些细胞因子由各种组织基质生成，包括成纤维细胞、内皮细胞、巨噬细胞、肥大细胞、NK细胞以及活化的T细胞。也可在体外通过用IL-4和GM-CSF刺激单核细胞获得DC。当暴露刺激（如TLR配体或微生物）时，静止DC经历了多种功能和表型改变（为成熟过程的一部分），这些改变可以以自分泌或旁分泌的方式进一步受到细胞因子（如IL-1、IL-4、TNF、1型干扰素和TSLP）的影响。 表3：树突状细胞分化、活化和分泌的关键细胞因子。| | 分化 | 活化 | 分泌 |
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| 细胞因子、趋化因子和生长因子 | SCF、Flt3L、GM-CSF、CSF-1 | IL-1、IL-4、1型干扰素、TNF、TSLP | IL-12、IL-23、IL-10、IL-1α、IL-1β、IL-15、IL-18、IFN-α、IFN-β、IFN-γ、IL-8 （CXCL8）、IL-4、IL-10、IL-6、IL-17、IL-16、MIF、IL12p40、TNF-α、CCL2、CCL3、CCL4、CCL5、CXCL9、CXCL10 |
成熟DC作为主要抗原提呈细胞根据刺激分泌不同的细胞因子，并通过Th1或Th2途径使Naive T细胞分化，从而造成炎症或免疫抑制的环境。例如，DC分泌的IL-12可以诱导Th1分化，然后通过IL-6和IL-1β等细胞因子促进免疫炎症环境。DC还可分泌许多趋化因子，如CCL2、CCL3、CCL4、CCL5、CXCL9和CXCL10，它们能在不同的时期招募多种类型的免疫细胞促进免疫反应（未成熟DC、单核细胞、T细胞）。 Invitrogen 65-plex Human Immune monitoring panel多因子试剂盒可提供更全面的分析成熟DC细胞分泌的细胞因子和趋化因子。
多因子免疫试剂盒 | 物种 | 描述 | 分析物 | 货号 |
|---|
| 人 | Immune Monitoring 65-Plex Human Panel | G-CSF (CSF-3), GM-CSF, IFN alpha, IFN gamma, IL-1 alpha, IL-1 beta, IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-7, IL-8 (CXCL8), IL-9, IL-10, IL-12p70, IL-13, IL-15, IL-16, IL-17A (CTLA-8), IL-18, IL-20, IL-21, IL-22, IL-23, IL-27, IL-31, LIF, M-CSF, MIF, TNF alpha, TNF beta, TSLP, BLC (CXCL13), ENA-78 (CXCL5), Eotaxin (CCL11), Eotaxin-2 (CCL24), Eotaxin-3 (CCL26), Fractalkine (CX3CL1), Gro-alpha (CXCL1), IP-10 (CXCL10), I-TAC (CXCL11), MCP-1 (CCL2), MCP-2 (CCL8), MCP-3 (CCL7), MDC (CCL22), MIG (CXCL9), MIP-1 alpha (CCL3), MIP-1 beta (CCL4), IP-3 alpha (CCL20), SDF-1 alpha (CXCL12), FGF-2, HGF, MMP-1, NGF beta, SCF, VEGF-A, APRIL, BAFF, CD30, CD40L (CD154), IL-2R (CD25), TNF-RII, TRAIL (CD253), TWEAK | EPX650-10065-901 | | 小鼠 | Immune Monitoring 48-Plex Mouse ProcartaPlex Panel | BAFF, G-CSF (CSF-3), GM-CSF, IFN alpha, IFN gamma, IL-1 alpha, IL-1 beta, IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-7, IL-9, IL-10, IL-12p70, IL-13, IL-15/IL-15R, IL-17A (CTLA-8), IL-18, IL-19, IL-22, IL-23, IL-25 (IL-17E), IL-27, IL-28, IL-31, IL-33, LIF, M-CSF, RANKL, TNF alpha, ENA-78 (CXCL5), Eotaxin (CCL11), GRO alpha (CXCL1), IP-10 (CXCL10), MCP-1 (CCL2), MCP-3 (CCL7), MIP-1 alpha (CCL3), MIP-1 beta (CCL4), MIP-2, RANTES (CCL5), Betacellulin (BTC), Leptin, VEGF-A, IL-2R, IL-7R alpha, IL-33R (ST2) | EPX480-20834-901 |
参考文献
Shakhar G, Lindquist RL, Skokos D et al.(2005) Stable T cell-dendritic cell interactions precede the development of both tolerance and immunity in vivo.Nat Immunol 6:707–714. Lewis KL, Reizis B (2012) Dendritic cells: Arbiters of immunity and immunological tolerance.Cold Spring Harb Perspect Biol 4:a007401. Iwasaki A, Medzhitov R (2015) Control of adaptive immunity by the innate immune system.Nat Immunol 16:343–353. Tussiwand R, Gautier EL (2015) Transcriptional regulation of mononuclear phagocyte development.Front Immunol 6:533. Liu K, Victora GD, Schwickert TA et al.(2009) In vivo analysis of dendritic cell development and homeostasis.Science 324:392–397. Guilliams M, Ginhoux F, Jakubzick C et al.(2014) Dendritic cells, monocytes and macrophages: A unified nomenclature based on ontogeny.Nat Rev Immunol 14:571–578. Anderson DA 3rd, Murphy KM, Briseño CG (2018) Development, diversity, and function of dendritic cells in mouse and human.Cold Spring Harb Perspect Biol 10:a028613. Hoeffel G, Wang Y, Greter M et al.(2012) Adult Langerhans cells derive predominantly from embryonic fetal liver monocytes with a minor contribution of yolk sac-derived macrophages.J Exp Med 209:1167–1181. Bosteels C, Neyt K, Vanheerswynghels M et al.(2020) Inflammatory type 2 cDCs acquire features of cDC1s and macrophages to orchestrate immunity to respiratory virus infection.Immunity 52:1039–1056.e9. Hildner K, Edelson BT, Purtha WE et al.(2008) Batf3 deficiency reveals a critical role for CD8alpha+ dendritic cells in cytotoxic T cell immunity.Science 322:1097–1100. Perez CR, De Palma M (2019) Engineering dendritic cell vaccines to improve cancer immunotherapy.Nat Commun 10:5408. Mildner A, Jung S (2014) Development and function of dendritic cell subsets.Immunity 40:642–656. Siegal FP, Kadowaki N, Shodell M et al.(1999) The nature of the principal type 1 interferon-producing cells in human blood.Science 284:1835–1837. Cella M, Jarrossay D, Facchetti F et al.(1999) Plasmacytoid monocytes migrate to inflamed lymph nodes and produce large amounts of type I interferon.Nat Med 5:919–923. Swiecki M, Colonna M (2015) The multifaceted biology of plasmacytoid dendritic cells.Nat Rev Immunol 15:471–485. Collin M, Bigley V (2018) Human dendritic cell subsets: An update.Immunology 154:3–20. Colonna M, Trinchieri G, Liu, YJ (2004) Plasmacytoid dendritic cells in immunity.Nat Immunol 5:1219–1226. Cisse B, Caton ML, Lehner M et al.(2008) Transcription factor E2-2 is an essential and specific regulator of plasmacytoid dendritic cell development.Cell 135:37–48. Reizis B (2019) Plasmacytoid dendritic cells: Development, regulation, and function.Immunity 50:37–50. Rodrigues PF, Alberti-Servera L, Eremin A et al.(2018) Distinct progenitor lineages contribute to the heterogeneity of plasmacytoid dendritic cells.Nat Immunol 19:711–722. Chaperot L, Bendriss N, Manches O et al.(2001) Identification of a leukemic counterpart of the plasmacytoid dendritic cells.Blood 97:3210–3217. Alcántara-Hernández M, Leylek R, Wagar LE et al.(2017) High-dimensional phenotypic mapping of human dendritic cells reveals interindividual variation and tissue specialization.Immunity 47:1037–1050.e6. See P, Dutertre CA, Chen J et al.(2017) Mapping the human DC lineage through the integration of high-dimensional techniques.Science 356:eaag3009. Villani AC, Satija R, Reynolds G et al.(2017) Single-cell RNA-seq reveals new types of human blood dendritic cells, monocytes, and progenitors.Science 356:eaah4573. Leylek R, Alcántara-Hernández M, Lanzar Z et al.(2019) Integrated cross-species analysis identifies a conserved transitional dendritic cell population.Cell Rep 29:3736–3750.e8. Maier B, Leader AM, Chen ST et al.(2020) A conserved dendritic-cell regulatory program limits antitumour immunity.Nature 580:257–262. Wculek SK, Cueto FJ, Mujal AM et al.(2020) Dendritic cells in cancer immunology and immunotherapy.Nat Rev Immunol 20:7–24. Böttcher JP, Reis e Sousa C (2018) The role of type 1 conventional dendritic cells in cancer immunity.Trends Cancer 4:784–792. Luo XL, Dalod M (2020) The quest for faithful in vitro models of human dendritic cells types.Mol Immunol 123:40–59. Helft J, Böttcher J, Chakravarty P et al.(2015) GM-CSF mouse bone marrow cultures comprise a heterogeneous population of CD11c(+)MHCII(+) macrophages and dendritic cells.Immunity 42:1197–1211.
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