Kmenové buňky a imunita

přehledné články

Kmenové buňky a imunita Stem cells and immunity VLADIMÍR HOLÁŇ

Oddělení transplantační imunologie, Ústav experimentální medicíny AV ČR, v. v. i., Praha

SOUHRN Kmenové buňky se stávají nadějným nástrojem buněčné terapie pro léčbu řady doposud neléčitelných defektů a onemocnění. Aby buňka mohla být označena jako kmenová, musí splňovat dvě základní kritéria – musí mít schopnost sebeobnovy a schopnost diferenciace do jiných typů buněk. Tyto požadavky splňují embryonální kmenové buňky, kmenové buňky z pupečníkové krve, kmenové buňky získané z dospělého organisnu a uměle připravené, tzv. indukované pluripotentní kmenové buňky. Další významnou vlastností kmenových buněk je schopnost regulovat imunitní reakce. Bylo prokázáno, že různé typy kmenových buněk inhibují aktivitu buněk přirozené i adaptivní imunity, potlačují proliferaci aktivovaných leukocytů, inhibují produkci cytokinů a potlačují vývoj cytotoxických T a NK buněk. V preklinických modelech in vivo bylo prokázáno, že podávání mesenchymálních kmenových buněk prodlužuje přežívání alotransplantátů, inhibuje rozvoj a projevy autoimunitních onemocnění a potlačuje zánětlivé reakce. Tyto poznatky vedly k zahájení klinických studií využívajících kmenové buňky. Kmenové buňky lze podávat lokálně nebo systémově a jejich efekt je spojen s produkcí řady růstových a trofických faktorů, diferenciačním potenciálem a imunosupresivním působením, kdy potlačují nežádoucí imunologické reakce. Ačkoliv zůstává mnoho nezodpovězených otázek spojených s užitím terapie založené na kmenových buňkách, tyto buňky mají nepochybně velký potenciál v regenerativní a reparativní medicíně. Klíčová slova: kmenové buňky, imunoregulace, buněčná terapie, klinické studie

SUMMARY Stem cells become a perspective and promising tool for cellular therapy to treat a number of so far uncurable defects and diseases. To be cell recognized as stem cell, it must fulfil two basic criteria – the ability of self-renewal and the capability to differentiate into other cell types. These characteristics have embryonic stem cells, the cells from umbilical cord, stem cells isolated from tissues of adult organism and arteficially prepared so called induced pluripotent stem cells. Another important property of stem cells is their ability to modulate immune response. It has been shown in vitro, that various types of stem cells inhibit the activity of cells of both natural and adaptive immunity, suppress proliferation of activated leukocytes, attenuate production of cytokines and suppress development of cytotoxic T and NK cells. In preclinical models it has been shown that administration of mesenchymal stem cells prolongs survival of allografts, attenuates development and manifestation of autoimmune diseases and inhibits inflammatory reactions. These observations iniciated numerous clinical studies utilizing stem cells for cell-based therapy. Stem cells are applied locally or systemically and their therapeutic potential is mediated by differentiation into other cell types, by production of numerous growth and trophic factors and by their ability to suppress harmful immune reactions. Although there is a number of unanswered questions associated with the use of stem cell-based therapy, stem cells have undoubtedly enormous potential in regenerative and reparative medicine. Key words: stem cells, immunoregulation, cell-based therapy, clinical trials Informace byly v rozšířené formě předneseny na XXXI. sjezdu českých a slovenských alergologů a klinických imunologů a XIV. kongresu českých a slovenských imunologů v Ostravě, 2014.

Úvod Kmenové buňky se dostaly v posledních letech do popředí biomedicínského výzkumu a již pronikají i do klinické praxe. Především je to proto, že mohou diferencovat na různé typy buněk, a tak regenerovat místa poškození, nebo dokonce vytvářet nové zdravé tkáně a orgány. Kromě toho však disponují významnými imunosupresivními

Alergie 4/2014

a imunoregulačními vlastnostmi, a tak mohou v místě poškození inhibovat nežádoucí zánětlivé reakce. Toto regenerativní a zároveň imunoregulační působení dělá z kmenových buněk nadějný nástroj pro léčbu řady doposud neléčitelných defektů a onemocnění. Zájem o tyto buňky je dokládán faktem, že počet publikací týkajících se kmenových buněk každoročně stoupá a podle údajů v databázi PubMed dosáhl v minulém roce téměř 20 000.

233

přehledné články

Obr. 1: Základní vlastnosti kmenových buněk – schopnost stálé sebeobnovy a diferenciace na různé typy buněk

Typy kmenových buněk Pojem kmenová buňka zahrnuje řadu vývojově, morfologicky a fenotypově odlišných buněčných populací, které však musejí splňovat dvě základní vlastnosti, kterými jsou schopnost neustálé sebeobnovy a schopnost diferenciace na jiné buněčné typy (obr. 1). Schopnost sebeobnovy je zajištěna tzv. asymetrickým dělením, kdy z jedné kmenové buňky vzniká nová kmenová buňka a buňka dceřiná, která se dále vyvíjí ve specializovaný buněčný typ. Kromě těchto základních vlastností představují tkáňově specifické kmenové buňky populaci pomalu se dělících buněk, které se však mohou, pod vlivem signálů z poškozeného místa, začít rychle dělit a diferencovat v potřebný buněčný typ. Zatím však chybí společný fenotypový znak, který by identifikoval kmenové buňky. Pro některé skupiny kmenových buněk, jako jsou například hematopoetické kmenové buňky, je charakteristická přítomnost molekuly CD34. Jiné skupiny kmenových buněk jsou definovány současnou přítomností několika znaků a absencí markerů vylučujících přítomnost jiných buněčných typů. Kmenové buňky můžeme rozdělit podle jejich původu na embryonální kmenové buňky (ESC, embryonic stem cells), kmenové buňky izolované z dospělého organismu a tzv. indukované pluripotentní kmenové buňky (iPSC, induced pluripotent stem cells), které jsou uměle připravovány vnesením 4 genů pro vybrané transkripční faktory do somatických buněk dospělého organismu. ESC se získávají z blastocysty zárodku, jsou pluripotentní a lze je snadno diferencovat na buňky různých zárodečných linií. Nevýhodou ESC je častá spontánní

234

diferenciace při jejich kultivaci a tvorba teratomů po podání do organismu. Práce s nimi je navíc omezována etickými restrikcemi spojenými s jejich získáváním a léčebným využitím. Naproti tomu dospělé kmenové buňky se získávají z různých tkání dospělého organismu. Příkladem jsou hematopoetické kmenové buňky, které se nacházejí v kostní dřeni a zajišťují krvetvorbu. S nimi jsou částečně příbuzné kmenové buňky získávané z pupečníkové krve. Klasické tkáňově specifické kmenové buňky byly prokázány prakticky ve všech tkáních dospělého organismu, kde se nacházejí v malém množství a kde zajišťují regeneraci tkání, ve kterých se nacházejí. Samostatnou skupinu kmenových buněk představují tzv. mesenchymální kmenové buňky (MSC, mesenchymal stem cells), které se nacházejí prakticky ve všech tkáních dospělého organismu a nejčastěji se získávají z kostní dřeně nebo tukové tkáně. Tyto buňky mají dobré růstové vlastnosti in vitro, dají se připravit ve velkém množství, je možné je diferencovat na různé buněčné typy a mají také významné imunoregulační vlastnosti. Proto jsou dnes MSC nejvíce studovaným typem kmenových buněk. Připrava iPSC spočívá ve vnesení 4 genů pro transkripční faktory (Oct4, Sox2, Klf4, Cmyc) do normálních somatických buněk in vitro. Buňky modifikované tímto způsobem získávají charakteristiky kmenových buněk a je možné je diferencovat na různé buněčné typy. Jelikož je možné připravovat iPSC z buněk konkrétního jedince, byla naděje použít tyto kmenové buňky jako autologní buňky. Ukázalo se však, že vnesení výše uvedených genů do somatických buněk ovlivňuje expresi dalších genů a podání iPSC do původního jedince aktivuje imunitní

Alergie 4/2014

přehledné články systém a vyvolává imunitní odpověď. Navíc iPSC, podobně jako ESC, vytvářejí v organismu často teratomy.

Imunoprivilegovanost kmenových buněk Kmenové buňky jsou často klíčové pro správné fungování orgánů nebo tkání, ve kterých se nacházejí. Pro nenahraditelnou roli, kterou tyto buňky mají, organismy vyvinuly řadu mechanismů, které kmenové buňky chrání. Především je to lokalizace kmenových buněk. Tkáňově specifické kmenové buňky se často nacházejí ve specializovaných strukturách (kryptách), které zajišťují jejich ochranu. Kmenové buňky mají nízkou expresi molekul hlavního histokompatibilitního komplexu (MHC) 1. třídy a neexprimují MHC molekuly 2. třídy (1, 2). Z těchto důvodů nevyvolávají proliferaci alogenních lymfocytů v tkáňové kultuře (3) a po podání in vivo přežívají alogenní kmenové buňky déle než jiné typy buněk. Ukazuje se však, že v přítomnosti prozánětlivých cytokinů, jako jsou IFN-nebo TNF-, kmenové buňky mohou exprimovat zvýšené hladiny MHC molekul a mohou být imunogenní (4). Nízká imunogenicita spojená s absencí či nízkou expresí MHC molekul je typická pro všechny typy kmenových buněk včetně ESC (5). Exprese MHC molekul a imunogenicita kmenových buněk se zvyšují v zánětlivém prostředí nebo po jejich diferenciaci do jiných typů buněk (6). Všechna tato pozorování ukazují, že klidové kmenové buňky mají nízkou expresi MHC molekul a jsou málo imunogenní, avšak po přenosu do zánětlivého prostředí nebo po jejich diferenciaci do jiných typů buněk se jejich imunogenicita zvyšuje. V této souvislosti byly velkým příslibem iPSC, které mohou být připraveny ze somatických buněk daného jedince, a tak by mohly být použity jako autologní kmenové buňky. Park a spol. (7) ukázali, že iPSC připravené z různých typů somatických buněk mají nízkou expresi MHC molekul 1. a 2. třídy. Nízká exprese MHC molekul 1. třídy a absence MHC molekul 2. třídy byly také prokázány i na lidských hematopoetických buňkách derivovaných z iPSC (8). Ukazuje se však, že vnesení 4 genů pro transkripční faktory do somatických buněk při přípravě iPSC ovlivňuje expresi i jiných buněčných genů a že iPSC přenesené do syngenního (geneticky indentického příjemce) jsou rozpoznávány imunitním systémem a vyvolávají imunitní odpověď. Tato pozorování snižují optimismus pro terapeutické využití iPSC jako autologních kmenových buněk a ukazují, že léčebná aplikace iPSC bude vyžadovat, podobně jako použití ESC, imunosupresivní léčbu pro zajištění jejich přežívání v imunokompetentním příjemci. Dále bylo zjištěno, že ESC (9), MSC (10) i dospělé tkáňově specifické kmenové buňky (11) jsou rezistentnější k buňkami zprostředkované cytotoxicitě a imunologické rejekci než jiné typy buněk. Tato odolnost může souviset s expresí FasL a TRAIL na kmenových buňkách a jejich vyšší resistencí k apoptose (12). K tomu, aby kmenové buňky chránily samy sebe, mají obecně zvýšenou expresi genů pro antiapoptické molekuly a s tím související zvýšenou resistenci k apoptickým činidlům než jiné typy buněk (11, 13).

Alergie 4/2014

Tab. 1: Imunomodulační vlastnosti kmenových buněk in vitro a in vivo In vitro – inhibice proliferace aktivovaných T- a B-lymfocytů – suprese produkce cytokinů – inhibice aktivace cytotoxických T a NK buněk – reciproční regulace vývoje regulačních T buněk a Th17-lymfocytů – inhibice tvorby protilátek In vivo – prodloužení přežití alotransplantátů – suprese autoimunitních onemocnění – potlačení lokálních zánětlivých reakcí – aktivace regulačních T-lymfocytů – aktivace regulačních B-lymfocytů

To vše ukazuje, že kmenové buňky vyvinuly četné mechanismy, které je chrání před nežádoucími účinky imunních buněk a proti externím faktorům vyvolávajícím jejich apoptózu.

Imunoregulační vlastnosti kmenových buněk Obecně všechny typy kmenových buněk mají schopnost inhibovat nebo modulovat imunitní odpověď. Han a spol. (14) ukázali, že ESC a MSC mají srovnatelné imunosupresivní účinky, a to jak na primární, tak i na sekundární imunitní odpověď. Imunosupresivní účinky kmenových buněk byly prokázány u různých živočišných druhů a v různých modelech (přehled v 15). Di Trapani a spol. (16) ukázali, že kmenové buňky izolované z různých zdrojů (kostní dřeň, amniová tekutina, mozek, plíce, srdeční tkáň) mají srovnatelné imunologické charakteristiky ve smyslu nízké imunogenicity a imunosupresivních vlastností. Kmenové buňky ovlivňují řadu komponent přirozené imunity včetně aktivace komplementu (17), zrání a funkce dendritických buněk (18), aktivity monocytů a makrofágů (19, 20), neutrofilů (21) a NK buněk (22). Zároveň ovlivňují i adaptivní imunitní odpověď a regulují aktivitu T a B buněk in vitro, produkci cytokinů a aktivaci cytotoxických T a NK buněk (tab. 1). Při svých imunosupresivních účincích kmenové buňky využívají prakticky všechny mechanismy, které byly popsány při působení supresorových/regulačních T-lymfocytů (tab. 2). Kmenové buňky spontánně produkují vysoké hladiny transformujícího růstového faktoru- (TGF-) (23, 24), který je negativním regulátorem imunity a základním cytokinem indukujícím vývoj regulačních T-lymfocytů. Kromě toho kmenové buňky mohou produkovat celou řadu molekul s imunosupresivními účinky, mezi něž patří indolamin 2, 3-dioxygenáza, růstový faktor pro hepatocyty, prostaglandiny, hem-oxygenáza-1 nebo inhibiční leukocytární antigen G5 produkovaný lidskými MSC. Lidské MSC produkují protizánětlivý protein, označovaný jako TNF-indukovaný gen-6 (TSG6) (25), a také produkce leukemického inhibičního faktoru (LIF) byla popsána u lidských ESC (26). To ukazuje komplexnost mechanismů imunoregulačního působení

235

přehledné články Tab. 2: Mechanismy imunosuprese zprostředkované kmenovými buňkami – vysoká produkce TGF- – produkce indolamin 2,3-dioxygenáza (deprivace tryptofanu) – produkce dalších molekul s imunosupresivními účinky (PGE, HO-1, HGF, HLA-G) – exprese inhibičních membránových molekul (FasL, PDL-1, TSG-6) – aktivace regulačních T buněk – snižování schopnosti dendritických buněk prezentovat antigen – přesmyk vývoje klasicky aktivovaných (M1) makrofágů v alternativně aktivovanou (M2) populaci – aktivace regulačních B-lymfocytů

kmenových buněk. V této souvislosti Rasmusson a spol. (10) ukázali, že lidské MSC inhibují proliferaci leukocytů indukovanou mitogeny nebo aloantigeny odlišnými mechanismy. V některých modelech bylo pozorováno, že suprese zprostředkovaná kmenovými buňkami vymizí, jestliže jsou kmenové buňky a leukocyty oddělené semipermeabilní membránou. To ukazuje, že v těchto modelech imunosuprese se neuplatňují secernované molekuly, ale přímý kontakt mezi kmenovou buňkou a leukocytem je nutný k supresi. Mezi membránové molekuly odpovědné za imunosupresi patří ligand programované buněčné smrti (PDL-1, programmed death ligand) (27) nebo Fas-L (28), jejichž exprese byla popsána na kmenových buňkách. Kromě suprese zprostředkované produkcí inhibičních cytokinů nebo pomocí buněčného kontaktu mohou kmenové buňky potlačovat imunitní reakce nepřímo přes aktivaci jiných imunoregulačních buněčných populací. Kmenové buňky produkují TGF-, který je hlavním cytokinem aktivujícím regulační T lymfocyty (Tregs) (29). Schopnost kmenových buněk aktivovat Tregs byla prokázána in vitro i in vivo (30, 31). Pomocí produkce TGF- a IL-6 mohou kmenové buňky regulovat rovnováhu mezi protizánětlivými Tregs a prozánětlivými Th17 buňkami (24, 32). Mezi nepřímé působení kmenových buněk patří také popsaná schopnost MSC indukovat diferenciaci makrofágů z M1 typu na alternativně aktivovanou inhibiční M2 populaci (33), schopnost ovlivňovat zrání a regulační funkce dendritických buněk (34) nebo aktivovat populaci regulačních B-lymfocytů (35, 36).

Experimentální modely testující kmenové buňky Poznání imunosupresivních vlastností kmenových buněk vedlo k pokusům využít tyto schopnosti k potlačení imunitních reakcí in vivo. Ukázalo se, že systémové podání MSC prodlužovalo přežívání alotransplantátů kůže, srdce nebo oční rohovky (37, 38), ale také potlačovalo

236

Tab. 3: Příklady probíhajících klinických studií využívajících terapeutický potenciál kmenových buněk – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

hematologická onemocnění poškození mozku nebo míchy amyotrofická laterální skleróza Alzheimerova choroba osteroartritida revmatoidní artritida roztroušená skleróza mozkomíšní poruchy krvetvorby a imunity chronická granulomatózní choroba ulcerální kolitida transplantační reakce chronická GVHD kardiomyopatie poškození rohovky deficience limbálních kmenových buněk ortopedičtí pacienti, kloubní onemocnění poškození kůže plicní fibróza diabetes mellitus 1. typu

celkovou imunitu, a tím podporovalo růst alogenních nádorů (39) a v celé řadě experimentálních modelů inhibovalo rozvoj a projevy autoimunitních onemocnění (40, 41). Na modelech poškození povrchu oka bylo demonstrováno, že lokální aplikace kmenových buněk snižuje zánětlivou reakci (42) a podporuje hojení. Systémově podané MSC migrují do místa zánětu a v místě poškození snižují leukocytární infiltraci a potlačují projevy lokální zánětlivé reakce (43).

Klinické studie využívající kmenové buňky Terapeutický potenciál kmenových buněk popsaný v pokusech in vitro a v experimentálních modelech, in vivo, inicioval četné klinické studie testující léčebný potenciál kmenových buněk u pacientů. V prvních klinických studiích byla testována schopnost MSC tlumit reakci štěpu proti hostiteli (GVHD) po transplantaci kostní dřeně (44). Bylo prokázáno, že kmenové buňky významně tlumily nežádoucí imunologickou reakci a u takto léčených pacientů došlo k celkovému zlepšení zdravotního stavu. V další studii byly úspěšně využity limbální kmenové buňky k rekonstrukci poškozené rohovky a k léčbě deficience limbálních kmenových buněk. K obnově vidění došlo u 85 % pacientů léčených kmenovými buňkami (45). V další pilotní studii u 25 pacientů po transplantaci ledviny Peng a spol. (46) ukázali, že podání MSC umožňovalo snížit dávky imunosupresivních látek vyžadovaných k zajištění přežívání alotransplantátů. V současné době probíhá ve světě více než 400 klinických studií využívajících kmenové buňky, z nichž přes 300 je založeno na aplikaci MSC. V oblasti regenerativní medicíny se jedná především o studie využívající kmenové buňky pro léčbu poškození chrupavek a šlach, roztříštěných zlomenin kostí, osteogenesis imperfecta, osteoartritidy, těžkých poranění míchy, amyotrofické laterální sklerózy, infarktu, mrtvice, popálenin, jaterní cirhózy, retinitis pigmentosa, deficience limbálních

Alergie 4/2014

přehledné články

Obr. 2: Mechanismy terapeutického působení kmenových buněk

kmenových buněk, Duchenovy muskulární dystrofie, plicní fibrózy, rozštěpu rtu a patra a mnoha dalších. V oblasti hematologie a transplantací kostní dřeně je to především léčba nedostatečné funkce štěpu po alogenní transplantaci hematopoetických kmenových buněk, akutní a chronické GVHD a těžké aplastické anémie. V případě autoimunitních onemocnění se již testuje terapie pomocí kmenových buněk u pacientů s ulcerózní kolitidou, diabetem mellitus, roztroušenou sklerózou, revmatoidní artritidou, Crohnovou chorobou nebo se systémovou sklerodermií. Přehled vybraných klinických studií využívajících imunomodulační potenciál kmenových buněk je shrnut v tab. 3. Tyto studie buď přímo využívají imunosupresivní potenciál kmenových buněk, nebo využívají schopnost diferenciace kmenových buněk v buňky poškozené tkáně. Podstatou terapeutického účinku kmenových buněk v oblasti regenerativní medicíny není v řadě případů pouze diferenciace kmenových buněk na potřebný buněčný typ poškozené nebo nefunkční tkáně, ale také tvorba optimálního prostředí podporujícího proces hojení. Kmenové buňky produkují celou řadu faktorů a molekul, které inhibují apoptózu, čímž minimalizují rozsah poškození, potlačují fibrózu a tvorbu jizev v postižené oblasti, modulují imunitní reakci, a omezují tak nežádoucí zánětlivé poškození tkáně, stimulují angiogenezi, a tím zajišťují

Alergie 4/2014

tvorbu nového krevního zásobení, a také podporují proliferaci tkáňově specifických progenitorových buněk (47); obr. 2. V případě buněčné terapie pomocí MSC je velkou výhodou především jejich relativně snadná izolace a kultivace. Další výhodou je schopnost MSC selektivně migrovat do místa poškození. U myšího modelu alogenní transplantace srdce byly intravenózně podané MSC nalezeny v transplantátu a lymfoidních orgánech příjemce, kde se podílely na snížení reakce proti alogennímu štěpu (48). Podobně v modelu poškozeného povrchu oka byly intravenózně podané MSC nalézány v poškozeném, nikoliv v kontralaterálním zdravém oku (43). Stále však existuje mnoho nevyjasněných otázek týkajících se optimálního dávkování, načasování a způsobu podání testovaných kmenových buněk. Vzhledem k možné plasticitě imunomodulačního působení kmenových buněk bude klíčové, aby se tyto buňky dostaly do správného cytokinového prostředí, které ovlivňuje jejich funkční vlastnosti. S terapií pomocí kmenových buněk jsou však stále spojená i jistá rizika, mezi něž patří především obavy z účinků na růst nádorů a na protinádorovou imunitu, z tvorby nežádoucího buněčného typu in vivo a z nespecifické modulace imunitního systému, která může vést ke snížení obranyschopnosti vůči běžným patogenům. Proto jsou žádoucí další preklinické a klinické studie.

237

přehledné články Závěr Kmenové buňky představují velký potenciál pro buněčnou terapii řady doposud neléčitelných defektů nebo onemocnění. Kromě schopnosti diferencovat se v buňky poškozené tkáně nebo produkce řady růstových a trofických faktorů mají kmenové buňky významné imunoregulační vlastnosti. Mohou regulovat jak přirozenou imunitu, tak i aktivitu buněk adaptivní imunity. Bylo prokázáno, že kmenové buňky mohou prodloužit přežívání alotransplantátů, zmírňovat průběh autoimunitních onemocnění a potlačovat zánětlivé reakce v místě poškození tkáně. I když v současné době probíhá ve světě několik stovek klinických studií testujících terapeutické vlastnosti kmenových buněk, mnoho otázek spojených s možnostmi jejich klinického využití zůstává otevřených. Nicméně se ukazuje, že kmenové buňky mohou představovat alternativní metodu léčby v případech, kdy ostatní přístupy k terapii závažných onemocnění nebo defektů nejsou účinné. Buněčná terapie založená na podání kmenových buněk se tak stává efektivní a účinnou volbou léčby ke zlepšení kvality života nebo dokonce k jeho záchraně. Poděkování: Tato práce byla podpořena projektem MŠMT číslo NPU I: LO1309 a projektem BIOCEV – reg. č. CZ.1.05/1.1.00/02.0109. LITERATURA 1. Drukker M, Katz G, Urbach A, Schuldiner M, Markel G, Itskovitz-Eldor J, Reubinoff B, Mandelboim O, Benvenisty N. Characterization of the expression of MHC proteins in human embryonic stem cells. Proc Natl Acad Sci USA. 2002; 99:9864-9869. 2. Le Blanc K, Tammik C, Rosendahl K, Zetterberg E, Ringdén O. HLA expression and immunologic properties of differentiated and undifferentiated mesenchymal stem cells. Exp Hematom. 2003; 31:890-896. 3. Poncelet AJ, Vercruysse J, Saliez A, Gianello P. Although pig allogeneic mesenchymal stem cells are not immunogenic in vitro, intracardiac injection elicits an immune response in vivo. Transplantation. 2007; 83:783-790. 4. Najar M, Raicevic G, Fayyad-Kazan H, De Bruyn C, Bron D, Toungouz M, Lagneaux L. Immune-related antigens, surface molecules and regulatory factors in human-derived mesenchymal stromal cells: the expression and impact of inflammatory priming. Stem Cell Rev. 2012; 8:1188-1198. 5. Drukker M, Katz G, Urbach A, Schuldiner M, Markel G, Itskovitz-Eldor J, Reubinoff B, Mandelboim O, Benvenisty N. Characterization of the expression of MHC proteins in human embryonic stem cells. Proc Natl Acad Sci USA. 2002; 99:9864-9869. 6. Swijnenburg RJ, Tanaka M, Vogel H, Baker J, Kofidis T, Gunawan F, Lebl DR, Caffarelli AD, de Bruin JL, Fedoseyeva EV, Robbins RC. Embryonic stem cell immunogenicity increases upon differentiation after transplantation into ischemic myocardium. Circulation. 2005; 112:1166-1172. 7. Park KM, Cha SH, Ahn C, Woo HM. Generation of porcine induced pluripotent stem cells and evaluation of their major histocompatibility complex protein expression in vitro. Vet Res Commun. 2013; 37:293-301.

238

8. Kim EM, Manzar G, Zavazava N. Human iPS cell-derived hematopoietic progenitor cells induce T-cell anergy in in vitro-generated alloreactive CD8(+) T cells. Blood. 2013; 121:5167-5175. 9. Drukker M, Katchman H, Katz G, Even-Tov Friedman S, Shezen E, Hornstein E, Mandelboim O, Reisner Y, Benvenisty N. Human embryonic stem cells and their differentiated derivatives are less susceptible to immune rejection than adult cells. Stem Cells. 2006; 24:221-229. 10. Rasmusson I, Ringdén O, Sundberg B, Le Blanc K. Mesenchymal stem cells inhibit lymphocyte proliferation by mitogens and alloantigens by different mechanisms. Exp Cell Res. 2005; 305: 33-41. 11. Holáň V, Pokorná K, Procházková J, Krulová M, Zajícová A. Immunoregulatory properties of mouse limbal stem cells. J Immunol. 2010; 184:2124-2129. 12. Szegezdi E, O‘Reilly A, Davy Y, Vawda R, Taylor DL, Murphy M, Samali A, Mehmet H. Stem cells are resistant to TRAIL receptor-mediated apoptosis. J Cell Mol Med. 2009; 13:4409-4414. 13. Yajima T, Ochiai H, Uchiyama T, Takano N, Shibahara T, Azuma T. Resistance to cytotoxic chemotherapy-induced apoptosis in side population cells of human oral squamous cell carcinoma cell line Ho-1-N-1. Int J Oncol. 2009; 35:273-280. 14. Han KH, Kang HG, Gil HJ, Lee EM, Ahn C, Yang J. The immunosuppressive effect of embryonic stem cells and mesenchymal stem cells on both primary and secondary alloimmune responses. Transpl Immunol. 2010; 23:141-146. 15. Abumaree M, Al Jumah M, Pace RA, Kalionis B. Immunosuppressive properties of mesenchymal stem cells. Stem Cell Rev. 2012; 8:375-392. 16. Di Trapani M, Bassi G, Ricciardi M, Fontana E, Bifari F, Pacelli L, Giacomello L, Pozzobon M, Féron F, De Coppi P, Anversa P, Fumagalli G, Decimo I, Menard C, Tarte K, Krampera M. Comparative study of immune regulatory properties of stem cells derived from different tissues. Stem Cells Dev. 2013; 22:2990-3002. 17. Tu Z, Li Q, Bu H, Lin F. Mesenchymal stem cells inhibit complement activation by secreting factor H. Stem Cells Dev. 2010; 19:1803-1809. 18. English K, Barry FP, Mahon BP. Murine mesenchymal stem cells suppress dendritic cell migration, maturation and antigen presentation. Immunol Lett. 2008; 115:50-58. 19. Kim J, Hematti P. Mesenchymal stem cell-educated macrophages: a novel type of alternatively activated macrophages. Exp Hematol. 2009; 37:1445-1453. 20. Cutler AJ, Limbani V, Girdlestone J, Navarrete CV. Umbilical cord-derived mesenchymal stromal cells modulate monocyte function to suppress T cell proliferation. J Immunol. 2010; 185:6617-6623. 21. Brandau S, Jakob M, Hemeda H, Bruderek K, Janeschik S, Bootz F, Lang S. Tissue-resident mesenchymal stem cells attract peripheral blood neutrophils and enhance their inflammatory activity in response to microbial challenge. J Leukoc Biol. 2010; 88:1005-1015. 22. Spaggiari GM, Capobianco A, Abdelrazik H, Becchetti F, Mingari MC, Moretta L. Mesenchymal stem cells inhibit natural killer-cell proliferation, cytotoxicity, and cytokine production: role of indoleamine 2,3-dioxygenase and prostaglandin E2. Blood. 2008; 111:1327-1333. 23. Oh JY, Kim MK, Shin MS, Wee WR, Lee JH. Cytokine secretion by human mesenchymal stem cells cocultured with damaged corneal epithelial cells. Cytokine. 2009; 46:100-103. Alergie 4/2014

přehledné články 24. Svobodová E, Krulová M, Zajícová A, Procházková J, Trošan P, Holáň V. The role of mouse mesenchymal stem cells in differentiation of naive T cells into anti-inflammatory regulatory T cell and proinflammatory helper T-cell 17 population. Stem Cells Dev. 2012; 21:901-910. 25. Roddy GW, Oh JY, Lee RH, Bartosh TJ, Ylostalo J, Coble K, Rosa RH Jr., Prockop DJ. Action at a distance: systemically administered adult stem/progenitor cells (MSCs) reduce inflammatory damage to the cornea without engraftment and primarily by secretion of TNF-α stimulated gene/protein 6. Stem Cells. 2011; 29:1572-1579. 26. Cao W, Yang Y, Wang Z, Liu A, Fang L, Wu F, Hong J, Shi Y, Leung S, Dong C, Zhang JZ. Leukemia inhibitory factor inhibits T helper 17 cell differentiation and confers treatment effects of neural progenitor cell therapy in autoimmune disease. Immunity. 2011; 35:273-284. 27. Luz-Crawford P, Noël D, Fernandez X, Khoury M, Figueroa F, Carrión F, Jorgensen C, Djouad F. Mesenchymal stem cells repress Th17 molecular program through the PD-1 pathway. PLoS One. 2012; 9:e45272. 28. Fändrich F, Lin X, Chai GX, Schulze M, Ganten D, Bader M, Holle J, Huang DS, Parwaresch R, Zavazava N, Binas B. Preimplantation-stage stem cells induce long-term allogeneic graft acceptance without supplementary host conditioning. Nat Med. 2002; 8:171-178. 29. Fu S, Zhang N, Yopp AC, Chen D, Mao M, Chen D, Zhang H, Ding Y, Bromberg JS. TGF-beta induces Foxp3+ T-regulatory cells from CD4+CD25- precursors. Am J Transplant. 2004; 4:1614-1627. 30. Ge W, Jiang J, Arp J, Liu W, Garcia B, Wang H. Regulatory T-cell generation and kidney allograft tolerance induced by mesenchymal stem cells associated with indoleamine 2,3-dioxygenase expression. Transplantation. 2010; 90:1312-1320. 31. Maccario R, Podestà M, Moretta A, Cometa A, Comoli P, Montagna D, Daudt L, Ibatici A, Piaggio G, Pozzi S, Frassoni F, Locatelli F. Interaction of human mesenchymal stem cells with cells involved in alloantigen-specific immune response favors the differentiation of CD4+ T-cell subsets expressing a regulatory/ suppressive phenotype. Haematologica. 2005; 90:516-525. 32. Ghannnam S, Pene J, Torcy-Moquet G, Jorgensen C, Yssel H. Mesenchymal stem cells inhibit human Th17 cell differentiation and function and induce a T regulatory cell phenotype. J Immunol. 2010; 185:302-312. 33. Abumaree MH, Al Jumah MA, Kalionis B, Jawdat D, Al Khaldi A, Abomaray FM, Fatani AS, Chamley LW, Knawy BA. Human placental mesenchymal stem cells (pMSCs) play a role as immune suppressive cells by shifting macrophage differentiation from inflammatory M1 to anti-inflammatory M2 macrophages. Stem Cell Rev. 2013; 9:620-641. 34. Spaggiari GM, Abdelrazik H, Becchetti F, Moretta L. MSCs inhibit monocyte-derived DC maturation and function by selectively interfering with the generation of immature DCs: central role of MSC-derived prostaglandin E2. Blood. 2009; 113:6576-6583. 35. Guo Y, Chan KH, Lai WH, Siu CW, Kwan SC, Tse HF, Wing-Lok Ho P, Wing-Man Ho J. Human mesenchymal stem cells upregulate CD1dCD5(+) regulatory B cells in experimental autoimmune encephalomyelitis. Neuroimmunomodulation. 2013; 20:294-303. 36. Peng Y, Chen X, Liu Q, Zhang X, Huang K, Liu L, Li H, Zhou M, Huang F, Fan Z, Sun J, Liu Q, Ke M, Li X, Zhang Q, Xiang AP. Mesenchymal stromal cells infusions improve refractory chronic graft versus host disease through an increase of CD5+ regulatory B cells producing interleukin 10. Leukemia. 2014;l 18. doi: 10.1038/leu.2014.225. Alergie 4/2014

37. Bartholomew A, Sturgeon C, Siatskas M, Ferrer K, McIntosh K, Patil S, Hardy W, Devine S, Ucker D, Deans R, Moseley A, Hoffman R. Mesenchymal stem cells suppress lymphocyte proliferation in vitro and prolong skin graft survival in vivo. Exp Hematom. 2002; 30:42-48. 38. Casiraghi F, Azzollini N, Cassis P, Imberti B, Morigi M, Cugini D, Cavinato RA, Todeschini M, Solini S, Sonzogni A, Perico N, Remuzzi G, Noris M. Pretransplant infusion of mesenchymal stem cells prolongs the survival of a semiallogeneic heart transplant through the generation of regulatory T cells. J Immunol. 2008; 181:3933-3946. 39. Djouad F, Plence P, Bony C, Tropel P, Apparailly F, Sany J, Noël D, Jorgensen C. Immunosuppressive effect of mesenchymal stem cells favors tumor growth in allogeneic animals. Blood. 2003; 102:3837-3844. 40. Parekkadan B, Tilles AW, Yarmush ML. Bone marrow-derived mesenchymal stem cells ameliorate autoimmune enteropathy independently of regulatory T cells. Stem Cells. 2008; 26: 1913-1919. 41. Zappia E, Casazza S, Pedemonte E, Benvenuto F, Bonanni I, Gerdoni E, Giunti D, Ceravolo A, Cazzanti F, Frassoni F, Mancardi G, Uccelli A. Mesenchymal stem cells ameliorate experimental autoimmune encephalomyelitis inducing T-cell anergy. Blood. 2005; 106:1755-1761. 42. Čejková J, Trošan P, Čejka Č, Lenčová A, Zajícová A, Javorková E, Kubinová Š, Syková E, Holáň V. Suppression of alkali-induced oxidative injury in the cornea by mesenchymal stem cells growing on nanofiber scaffolds and transferred onto the damaged corneal surface. Exp Eye Res. 2013; 116:312-323. 43. Javorková E, Trošan P, Zajicová A, Krulová M, Hájková M, Holáň V. Modulation of the early inflammatory microenvironment in alkali-burned eye by systemically administered interferon- treated mesenchymal stem cells. Stem Cells Dev. 2014; 23:2490-2500. 44. Le Blanc K, Rasmusson I, Sundberg B, Götherström C, Hassan M, Uzunel M, Ringdén O. Treatment of severe acute graft-versus-host disease with third party haploidentical mesenchymal stem cells. Lancet. 2004; 363:1439-1441. 45. Rama P, Matuska S, Paganoni G, Spinelli A, De Luca M, Pellegrini G. Limbal stem-cell therapy and long-term corneal regeneration. N Engl J Med. 2010; 363:147-155. 46. Peng Y, Ke M, Xu L, Liu L, Chen X, Xia W, Li X, Chen Z, Ma J, Liao D, Li G, Fang J, Pan G, Xiang AP. Donor-derived mesenchymal stem cells combined with low-dose tacrolimus prevent acute rejection after renal transplantation: a clinical pilot study. Transplantation. 2013; 95:161-168. 47. Caplan AI, Dennis JE. Mesenchymal stem cells as trophic mediators. J Cell Biochem. 2006; 98:1076-1084. 48. Ge W, Jiang J, Baroja ML, Arp J, Zassoko R, Liu W, Bartholomew A, Garcia B, Wang H. Infusion of mesenchymal stem cells and rapamycin synergize to attenuate alloimmune responses and promote cardiac allograft tolerance. Am J Transplant. 2009; 9:1760-1772.

prof. RNDr. Vladimír Holáň, DrSc. Oddělení transplantační imunologie Ústav experimentální medicíny AV ČR, v. v. i. Vídeňská 1083 142 20 Praha 4 - Krč e-mail: [email protected]

239