造血干细胞可以递呈抗原

作者：杨超月

撰文 | 我的闺蜜老红帽

造血干祖细胞（Hematopoietic stem and progenitor cells，简称HSPCs）是血细胞和免疫细胞的终极来源【1,2】。与成熟的细胞类型相比，造血干细胞具有多能、长寿以及自我再生能力。如果造血干细胞基因组发生突变，那么对于机体来讲可以说是致命的，因为这些突变会遗传给子代细胞，并最终传递到整个造血系统。随着年龄的增长，造血干细胞突变的概率就会增加，罹患血液病的概率也大大增加【3】。为了保护造血干细胞，减少来源于复制和氧化还原环境的压力，造血干细胞长期处于静息和低代谢状态【4】。虽然在感染过程中，炎症信号可以激活造血干细胞，并且促使血细胞扩增，但是，持续的炎症信号刺激所造成的复制压力，很有可能导致DNA损伤以及干细胞耗竭【5】。调节性T细胞可以在骨髓中创造免疫豁免环境，维持造血干细胞的静息状态，从而保护造血干细胞【6】。但是，造血干细胞如何主动抵御系统复制突变压力，仍旧不得而知。

传统的抗原递呈细胞，包括B细胞或成熟的树突状细胞，可以通过II型主要组织相容性复合物（major histocompatibility complex class II，简称MHC-II）递呈给CD4+T细胞的T细胞受体，从而激活获得性免疫。其他类型的细胞一般不表达MHC-II。尽管有报道指出造血系统的成熟细胞也可以表达MHC-II【7】，但是，还没有明显的证据说明造血干细胞可以和获得性免疫系统发生直接相互作用。

近日，来自德国海德堡的Simon Haas和Andreas Trumpp联合美国哈佛大学的Vijay K. Kuchroo研究组在Cell Stem Cell上发表题为Antigen presentation safeguards the integrity of the hematopoietic stem cell pool的文章，确定了造血干细胞可以起到递呈抗原的作用。

为了系统研究MHC-II在造血系统的表达情况，作者通过小鼠造血干细胞和前体细胞转录组分析确定其高表达MHC-II分子（H2-Aa, H2-Ab1 和 H2-Eb1），并且，通过流式细胞术确定小鼠骨髓和脾脏中的细胞的确表达MHC-II。值得注意的是，在细菌脂多糖等的刺激下，小鼠造血干细胞MHC-II分子无论是在转录层面还是在翻译层面均上调。

接下来，作者研究造血干细胞是否可以递呈抗原。作者给小鼠注入MHC-II特异性识别的抗原Eα，并发现除了传统抗原递呈细胞外，造血干细胞也可以识别Eα。为了研究哪些抗原可以被造血干细胞所识别，作者通过免疫共沉淀和质谱的方法，确定造血干细胞所识别抗原多为自身多肽。传统抗原递呈细胞的特征之一是活化CD4+T细胞。作者随后研究在抗原刺激下，造血干细胞是否可以与CD4+T细胞作用。作者发现，与多能造血干细胞共培养的原初CD4+T细胞，在抗原刺激下可以有效活化。

再下来，作者研究上述现象的生理学意义。作者发现，与CD4+T细胞共培养并接受抗原刺激的造血干细胞可以迅速分化为髓系细胞，并同时丢失造血干细胞的全能和多能性。转录谱分析也确定了其分化走向。作者还发现，通过造血干细胞递呈抗原给CD4+T细胞，可以促使骨髓进入免疫稳态。从而避免对机体有伤害的炎性应答。

上述工作均来源于小鼠实验，最后，作者研究人类是否存在类似现象。作者通过人类造血干细胞的转录组学分析确定了MHC-II相关基因的高表达，并且通过流式细胞术确定了其蛋白质水平的表达。与小鼠类似，人类造血干细胞同样可以作为抗原递呈细胞，通过MHC-II来激活CD4+T细胞。

综上所述，作者确定造血干细胞可以通过MHC-II递呈抗原，与此同时，造血干细胞也进行分化。作者的工作显示了造血干细胞与CD4+T细胞的双向相互作用，并且在维护机体稳态中起到至关重要的作用。

https://doi.org/10.1016/j.stem.2022.04.007

制版人：十一

参考文献

1. Doulatov, S., Notta, F., Laurenti, E., and Dick, J.E. (2012). Hematopoiesis: a human perspective.Cell Stem Cell10, 120–136.

2. Eaves, C.J. (2015). Hematopoietic stem cells: concepts, definitions, and the new reality.Blood125, 2605–2613.