髓樣抑制細胞在腫瘤微環(huán)境中的角色*

李 沈 王 徐 王小明

皖南醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院 弋磯山醫(yī)院，安徽省蕪湖市 241001

髓樣細胞異常的分化和功能是癌癥的特點之一。擁有強大的免疫抑制功能的未成熟和病理性的髓樣抑制細胞(MDSC)的積聚在腫瘤中很是常見。在癌癥的情況下，MDSC異常產(chǎn)生并可以募集到腫瘤微環(huán)境(TME)中，以幫助建立促進腫瘤逃逸的免疫抑制性TME。另外，MDSC有助于腫瘤生物學的非免疫學方面，包括腫瘤血管生成和轉(zhuǎn)移。許多研究表明，MDSC與腫瘤分期、進展和治療耐藥性之間存在相關(guān)性。MDSC可以通過促進腫瘤細胞的生存/浸潤正常的組織/腫瘤血管生成以及轉(zhuǎn)移來協(xié)助腫瘤的進展[1]。

通過對小鼠和人類的研究，目前MDSC有兩種不同的類型：多形核(PMN-MDSC)和單型核(M-MDSC)[2-3]。其中前者在形態(tài)和表型上類似于中性粒細胞，而后者是類似于單核細胞。在荷瘤宿主中，MDSC積聚在外周淋巴器官和腫瘤組織中，這一點表明MDSC的功能和演變和它所處的位置有關(guān)。

現(xiàn)有的數(shù)據(jù)可以強有力地證明MDSC在外周淋巴器官和腫瘤組織中有著不同的功能特性。在外周淋巴器官中，MDSC主要表現(xiàn)為PMN-MDSC，它有著較為溫和的免疫抑制作用，其主要的作用是在腫瘤特異性T細胞耐受的發(fā)展過程中調(diào)節(jié)其腫瘤特異性免疫反應(yīng)。在腫瘤組織中，MDSC主要變現(xiàn)為M-MDSC,其具有更強的免疫抑制功能，它可以迅速地分化成腫瘤相關(guān)的巨噬細胞(TAM)。上述表明針對MDSC的某一個靶點進行治療也許并不能取得滿意的療效；同時也提示關(guān)于MDSC在腫瘤組織和外周淋巴器官中的調(diào)節(jié)機制的不同也許同樣會影響靶向治療的效果。

1 MDSC的發(fā)展和分化

MDSC是由骨髓中的髓系祖細胞產(chǎn)生的。它的發(fā)展由一個復雜的信號網(wǎng)絡(luò)控制的。這個信號網(wǎng)絡(luò)可分為兩大類，一類是促進未成熟型的髓樣細胞積聚的信號，另一類是促進病理性的髓樣細胞積聚的信號[4]。由于許多研究報道了腫瘤宿主骨髓中MDSC的積累，因此骨髓中骨髓間室的改變在BM中是明顯的。MDSC的病理活化是腫瘤發(fā)出的相對低強度信號持續(xù)刺激髓樣室的結(jié)果，其特征是相對較差的吞噬活性以及持續(xù)性產(chǎn)生活性氧(ROS)，一氧化氮(NO)和大量的抗炎細胞因子。這與在細菌和病毒反應(yīng)中觀察到的快速激活吞噬作用以及爆發(fā)性地釋放促炎細胞因子形成鮮明對比。而后者，當炎癥得到解決時，骨髓生成就會正?；?。

MDSC具有許多生物化學和基因組特征，這些特征將這些細胞與中性粒細胞和單核細胞區(qū)分開來。它們包括表達大量的NADPH氧化酶(Nox2)；精氨酸酶1 (arg1)和一氧化氮合酶2 (nos2)基因表達增加；增加轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子c/EBPβ和STAT3的表達；IRF8表達降低以及S100A8/9蛋白的產(chǎn)量增加等。種種變化最終導致了MDSC分化成為成熟的髓樣細胞(巨噬細胞，樹突狀細胞；成熟的中性粒細胞)的能力減弱。高產(chǎn)的ROS、NO、arg1等均存進了MDSC的免疫抑制效應(yīng)。

2 MDSC在腫瘤中募集的調(diào)節(jié)

MDSC在腫瘤組織中含量豐富。許多報道描述了MDSC在小鼠腫瘤中的存在，最近的研究表明，腫瘤相關(guān)的MDSC在腫瘤進展中發(fā)揮重要作用[5-6]。在人類中，最近的研究描述了MDSC在膠質(zhì)母細胞瘤、尿路上皮癌、胰腺腺癌和乳腺癌中的存在。單核細胞和M-MDSC被積極募集到原發(fā)和轉(zhuǎn)移的腫瘤部位。這一過程受腫瘤產(chǎn)生的趨化因子調(diào)控。CCL2和CCL5是單核細胞/M-MDSC向腫瘤遷移的主要趨化因子。體外培養(yǎng)的乳腺、卵巢和胃腫瘤分泌CCL2，這些患者的MDSC表達同源的CCR2受體，并向這些趨化因子遷移。CCL2的表達隨著人類結(jié)直腸癌的進展而增加，CCL2在自發(fā)性結(jié)直腸癌小鼠模型中的缺失降低了結(jié)腸MDSC的數(shù)量。

然而，在卵巢癌中發(fā)現(xiàn)了一些不同的結(jié)果，那就是CCR2在TAM上的表達降低。這可能是一種在腫瘤微環(huán)境中保留TAM的機制。具體的調(diào)節(jié)機制目前還不清楚。顯然，在實驗條件下，細胞的募集和保留常受到較多的機制調(diào)控，這些機制在不同的腫瘤類型和腫瘤發(fā)展階段中普遍存在。中性粒細胞和PMN-MDSC主要由CXC趨化因子募集，包括CXCL1、CXCL5、CXCL6、CXCL8和CXCL12。此外，有證據(jù)表明，在CCL2趨化因子的作用下，PMN-MDSC可以被募集到腫瘤部位。除了趨化因子外，1-磷酸鞘氨醇(S1P)，一種在腫瘤組織中過表達的生物活性磷脂，也被證明是PMN的趨化劑。

缺氧可能參與了PMN-MDSC的募集。Sceneay等人在原位乳腺腫瘤模型中證明，原發(fā)腫瘤中的缺氧促進了腫瘤轉(zhuǎn)移前微環(huán)境的形成。轉(zhuǎn)移前微環(huán)境的主要細胞類型為PMN-MDSC和NK細胞。在肝細胞癌小鼠模型中，大量金屬蛋白酶抑制劑導致CXCL12的產(chǎn)生，促進CXCR4介導的PMN募集到轉(zhuǎn)移前微環(huán)境中[7-8]。

因此，腫瘤的MDSC的募集受很多不同因素的控制。這些因素對特定類型的癌癥并不具有特異性，并且具有高度的可重復性，以支持在不斷變化的微環(huán)境中持續(xù)向腫瘤提供MDSC。這表明，通過抑制一種特定趨化因子對腫瘤進行MDSC募集的治療阻斷可能只有有限的效果。趨化因子受體的靶向性可能更有希望，因為一個受體可能與多個趨化因子相互作用。然而，只有臨床試驗才能闡明這種可能性。

3 MDSC介導的免疫抑制機制的局部依賴性

之前大多數(shù)關(guān)于MDSC抑制作用的研究都集中在外周淋巴器官(脾臟、淋巴結(jié))和外周血中的細胞，主要原因是在腫瘤組織中分離MDSC的技術(shù)不成熟。然而,隨著技術(shù)的進步,MDSC從腫瘤中分離愈加成熟，關(guān)于MDSC在腫瘤組織和外周淋巴器官不同作用機制的研究也越來越清晰。

MDSC對周圍淋巴器官的免疫抑制作用涉及多種機制。這些機制包括NO和ROS的產(chǎn)生(包括PNT)以及消除T細胞增殖所需的關(guān)鍵營養(yǎng)因子。MDSC所產(chǎn)生的PNT能硝酸化趨化因子，從而阻斷CD8+T細胞進入腫瘤。MDSC也可以產(chǎn)生免疫抑制性細胞因子IL-10和TGF-β,誘導調(diào)節(jié)性T細胞，影響NK細胞功能等[9]，除此之外還有其他的一些免疫抑制機制。大多數(shù)研究表明，外周淋巴器官中的MDSC對T細胞的抑制作用需要密切的細胞間接觸。

顯然，并非所有這些機制都同時起作用。具體的機制取決于不同癌癥中產(chǎn)生的MDSC的類型。在大多數(shù)類型的癌癥的小鼠模型中，包括肺癌、乳腺癌、結(jié)腸癌、腎癌、頭頸部癌、胰腺癌等，PMN-MDSC是小鼠脾臟或淋巴結(jié)及腫瘤患者外周血中MDSC的主要類型[10]。然而，PMN-MDSC/M-MDSC比值在不同類型的癌癥中存在顯著的變異性，在人類癌癥中尤其明顯。例如，黑色素瘤和前列腺癌患者外周血中M-MDSC的比例明顯高于PMN-MDSC[11]。PMN-MDSC和M-MDSC的比值很重要，因為這些細胞發(fā)揮免疫抑制作用的機制不同。

通過對脾臟和腫瘤組織中MDSC的直接比較發(fā)現(xiàn)，腫瘤MDSC具有更強的抑制活性[12-13]。這些差異可以通過腫瘤與脾臟中PMN-MDSC和M-MDSC比例的變化或MDSC功能活性的變化來解釋。事實上，雖然PMN-MDSC在外周淋巴器官中占MDSC總數(shù)的70%以上，但在腫瘤細胞中，M-MDSC所占比例要更高。目前關(guān)于腫瘤中與脾臟中PMN-MDSC/M-MDSC比值的差異是否能反映M-MDSC向腫瘤優(yōu)先遷移的機制尚不清楚。近年來對MDSC各個亞型的研究表明，腫瘤微環(huán)境(TME)通過改變MDSC細胞的性質(zhì)，直接增強了MDSC的功能。MDSC在RM-1前列腺腫瘤和3LL肺腫瘤中表達的arg1和nos2均高于在同一小鼠脾臟中表達的MDSC，這與腫瘤MDSC的強烈抑制活性有關(guān)。腫瘤MDSC與脾臟MDSC相比，能夠抑制抗原非特異性CD3/CD28介導的T細胞增殖。

腫瘤MDSC抑制活性的升高與脂肪酸氧化(FAO)相關(guān)基因表達的顯著增加有關(guān)。脾臟和腫瘤MDSC在多種腫瘤模型中表下出不同的免疫抑制機制。脾臟MDSC對T細胞抗原特異性免疫反應(yīng)呈ROS依賴性，而同一小鼠腫瘤MDSC通過NO的產(chǎn)生和arg1的分泌抑制表現(xiàn)出更強的抗原特異性抑制活性。這些結(jié)果在頭頸部癌癥患者的MDSC中得到了證實。與這些研究一致，Schlecker等人證實腫瘤M-MDSC中的arg1和nos2被上調(diào)了，以及腫瘤ROS水平在PMN-MDSC中是降低的。利用RMA-S淋巴瘤模型，有學者對荷瘤小鼠血液和腫瘤中PMN-MDSC和M-MDSC進行全基因組表達譜分析，發(fā)現(xiàn)CCL3和CCL4在腫瘤M-MDSC中表達增加。在B16黑色素瘤模型也得到了類似的結(jié)果，其中CCL3、CCL4和CCL5的上調(diào)最強。CCL4和CCL5能夠以CCR5依賴的方式吸引Tregs。

因此，文獻中認為TME中PMN-MDSC和M-MDSC較外周淋巴器官和外周血中具有更強的抑制作用這一觀點逐漸統(tǒng)一。在腫瘤中，MDSC具有抑制抗原非特異性T細胞反應(yīng)的能力。這在腫瘤中創(chuàng)造了一個高度抑制的環(huán)境，并通過免疫介導機制防止腫瘤排斥。這種非特異性抑制的系統(tǒng)存在對宿主極為有害，因為它會在腫瘤發(fā)展的早期損害宿主的免疫系統(tǒng)，威脅宿主的生存。

4 腫瘤中調(diào)節(jié)髓源細胞功能和分化的機制

什么可能影響腫瘤中髓源細胞的功能和分化? 近年來的研究表明缺氧和HIFα有著重要的作用。將脾臟里的MDSC暴露在低氧或者HIFα穩(wěn)定的化學環(huán)境中，可以抑制其降解，從而重塑了TME的效應(yīng)。HIF1α也可以使得MDSC向腫瘤相關(guān)的巨噬細胞(TAM)分化。缺乏HIF1α，MDSC在TME中不會分化成TAM。HIF1α調(diào)節(jié)MDSC分化成MΦ在liu等的研究中也得到了證明[14]。在腫瘤內(nèi)，缺氧上調(diào)了腫瘤浸潤MDSC上PD-L1的表達，使得其具有較脾臟MDSC更強的抑制活性。而HIF1α被發(fā)現(xiàn)與PD-L1上的一個轉(zhuǎn)錄性活性缺氧反應(yīng)因子有直接關(guān)系。PD-L1表達的升高不僅在MDSC中，在TAM，DC和腫瘤細胞中均有被發(fā)現(xiàn)。

腫瘤中氧化磷酸化和糖酵解的變化也影響著MDSC的功能。為了支持癌細胞的快速增殖，癌細胞經(jīng)歷了代謝轉(zhuǎn)變，主要依靠有氧糖酵解來產(chǎn)生能量(Warburg effect)，這一點現(xiàn)在已經(jīng)很明確。類似的，髓細胞的激活也可導致其代謝向Warburg effect的轉(zhuǎn)變。然而這種調(diào)劑的特異性的機制仍然不明確，需要進一步的深層次的研究。

5 結(jié)論

MDSC在腫瘤的進展中發(fā)揮著重要的作用，其通過調(diào)節(jié)多方面的免疫反應(yīng)在癌癥中發(fā)揮作用。MDSC的效應(yīng)依賴于它所處的部位。MDSC在骨髓中產(chǎn)生，而后遷移至外周淋巴器官和腫瘤組織。M-MDSC和PMN-MDSC向腫瘤的遷移機制與中性粒細胞和單核細胞的遷移機制相似。目前，還沒有明確的證據(jù)表明MDSC具有獨特的遷移模式，尚需要進一步的研究。

TME對MDSC的功能和分化有著深刻的影響。大量的證據(jù)表明，M-MDSC和PMN-MDSC的抑制活性均顯著增強，以及M-MDSC向TAM快速的分化。然而這一現(xiàn)象的精確分子機制仍不清楚。TME引起了髓源性細胞的代謝變化，影響了TAM和DC的功能，初步研究也證實了該機制在MDSC調(diào)控中的重要作用。需要進一步的研究來分析PMN-MDSC與M- MDSC的代謝特性，以及糖酵解和氧化磷酸化對MDSC功能和分化的作用。