MDSC的免疫調節機制及其在免疫治療中的作用

李詩+楊志剛

【摘要】 腫瘤微環境由通過癌細胞和周圍基質細胞之間復雜的相互作用產生的免疫抑制性網絡組成。這種環境的一個關鍵組成部分是髓源性抑制細胞（MDSC），代表未成熟骨髓細胞的異質群體，在分化的不同階段停滯，并響應各種腫瘤因子而擴增。此外，這些細胞獲得抑制表型，表達抗炎細胞因子和活性氧和氮物質，并抑制T細胞免疫應答。MDSC在調節免疫效應細胞和惡性細胞之間的相互作用中發揮不同的作用，其數量增加與腫瘤發生進展，不良預后和免疫治療策略有效性降低相關。了解MDSC的免疫調節功能及機制有助于探求有效的免疫治療策略。

【關鍵詞】 髓源抑制性細胞； 腫瘤； 免疫調節； 免疫治療

【Abstract】 Tumor microenvironment is composed of immunosuppressive networks produced by complex interactions between cancer cells and surrounding stromal cells.A key component of the environment is myeloid-derived suppressor cells（MDSCs），heterogeneous populations representing immature bone marrow cells，stagnating at different stages of differentiation，and amplifying in response to various tumor factors.In addition，these cells obtained inhibition of phenotype，expressed anti-inflammatory cytokines，reactive oxygen species and nitrogen substances，and inhibited the T cell immune response.MDSC plays a different role in regulating the interaction between immune effector cells and malignant cells，and the expansion of MDSCs is associated with tumor progression， poor prognosis and reduced efficacy of immunotherapy strategies.Understanding the immune function and mechanism of MDSC can help to explore effective immunotherapy strategies.

【Key words】 Myeloid-derived suppressor cells； Tumor； Immunomodulation； Immunotherapy

First-authors address：Affiliated Hospital of Guangdong Medical University，Zhanjiang 524003，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2017.13.040

1 MDSC的生物學功能及表型特征

髓源性抑制細胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）作為專業術語在2007年第一次被用于描述癌癥患者體內富含的骨髓來源的非淋巴細胞免疫抑制細胞群體。而現在了解到它們是由一群形態、表型和功能多樣性，但同樣具有強免疫抑制性的髓源細胞亞群。該群細胞來源于骨髓祖細胞和未成熟髓細胞（IMC），正常情況下，該群細胞可以分化為樹突細胞、巨噬細胞和/或粒細胞。然而，在諸如炎癥、感染或腫瘤生長的病理狀態中，其分化受阻，導致未成熟骨髓細胞在生物體中積累，MDSC數量減少可以顯著提高腫瘤患者和荷瘤小鼠的免疫應答[1]。MDSC亞群在不同癌癥類型中的臨床重要性不同，并且它們的免疫抑制能力和功能機制的差異還取決于不同的具體疾病狀態。

小鼠MDSC的分類最初是基于細胞CD11b和Gr-1的表面表達，其亞群目前被進一步分為兩組，形態和表型上分別類似單核細胞或粒細胞。粒細胞系MDSCs（G-MDSCs）表型為CD11b+Ly6G-Ly6Chigh，而單核細胞系MDSCs（M-MDSCs）的表型為CD11b+Ly6G+Ly6Clow。在人類，由于缺乏特異性標記，在不同的研究中MDSC往往被定義為不同的特定標記組合。通常，MDSC可以定義為CD33+CD11b+HLA-DR-/low細胞，其可以進一步細分為G-MDSC或M-MDSC，分別為CD15或CD14的共表達，即為粒細胞系（CD15+或CD66b+細胞顯示多形核形態）和單核細胞系（CD14+細胞顯示單核形態）子集[2]。

MDSC需要不同的信號來擴增、激活和遷移。這些因素負責驅動MDSC的擴增，觸發支持骨髓增殖的信號通路，并阻斷它們的分化成熟。這些信號包括各種細胞外因子如脂多糖（LPS），巨噬細胞集落刺激因子（M-CSF），粒-巨噬細胞集落刺激因子（GM-CSF），干細胞因子（SCF），白細胞介素（IL）-6，干擾素（IFN）-γ，IL-1b，補體C5a，血管內皮生長因子（VEGF），熱休克蛋白Hsp72和前列腺素E（PGE）-2可誘導其分化。相反，IL-4和全反式視黃酸可抑制其分化。對于細胞內信號，信號傳感器和轉錄激活因子（STAT）家族成員和環氧酶-2促進其功能，而干擾素調節因子-8下調其活性。MDSC的免疫抑制功能通過各種效應物介導分子，主要是細胞代謝相關分子如一氧化氮，精氨酸酶，活性氧類（ROS），轉化生長因子（TGF）-β，IL-10，吲哚胺2，3-雙加氧酶（IDO），血紅素加氧酶（HO）-1，一氧化碳和PGE-2[3]。

2 MDSC的免疫調節功能及機制

MDSC是細胞免疫調節反應網絡中的重要節點。通過一系列細胞因子與其他免疫細胞相互作用，對免疫細胞進行調節，多種機制共同作用，調節先天性免疫和適應性免疫。它們在癌癥、慢性感染、自身免疫病和移植的發病機理中起關鍵作用。研究發現受影響的免疫細胞主要包括T細胞、調節性T細胞、B細胞、NK細胞、腫瘤相關巨噬細胞（TAM）、樹突狀細胞（DC）等。

2.1 MDSC與T細胞 免疫抑制表型是MDSC的概念標志，但其中的抑制機制目前仍沒有明確的共識。然而，L-精氨酸代謝似乎在免疫抑制活性中發揮中心作用。L-精氨酸可以通過誘導型一氧化氮代謝合酶（iNOS或NOS2），產生瓜氨酸和一氧化氮（NO），或可以精氨酸酶轉化為尿素和L-鳥氨酸。表達精氨酸酶-1的MDSC降低L-精氨酸的可用性，這可能導致CD3的表達損失和T細胞功能的損害；表達iNOS的MDSC產生的NO足以阻斷T細胞應答。兩種酶同時表達時可導致超氧化物產生，最終產生T細胞抑制性反應性氮氧化物。MDSC與CD8抗原特異性相互后可以產生大量的T細胞抑制性的活性氧（ROS）[4]。MDSC還可以通過消耗腫瘤微環境中的胱氨酸而不釋放半胱氨酸，剝奪了T細胞激活和作用所必需的半胱氨酸，從而抑制了T細胞功能[5]。研究證明，盡管M-MDSCs和G-MDSCs至少部分通過IFN調節機制抑制特異性T細胞應答，但它們使用不同的信號傳導途徑和效應分子。抑制T細胞應答取決于M-MDSCs部分有效地分化為抑制性巨噬細胞的能力，而后者的抑制能力可能由不同的腫瘤差異調節[6]。

2.2 MDSC與Treg細胞 調節性T細胞（Tregs）是腫瘤相關免疫抑制其中的關鍵組成部分，受MDSC的調節影響。有研究表明MDSCs可誘導Treg擴增，進一步研究證實此過程與IFN-γ、IL-10及TGF-β有關。例如，Treg募集是通過MDSC產生的TGF-β和IL-10，并與CD40-CD40L相互作用導致的；而在體外實驗中用IL-10刺激來自肝細胞癌患者的MDSC，可以誘導產生Treg細胞。研究發現，在小鼠中由GM-CSF產生的MDSC是通過Treg產生機制延遲皮膚同種異體移植物排斥，從而提高了在非癌癥模型中使用MDSC的可能性[7]。還有研究證明，MDSC衍生的TGF-β和視黃酸可以從Th17細胞誘導產生FOXP3陽性的Tregs[8]。此外，體內及體外實驗證明，用精氨酸酶-1抑制劑NOHA或西地那非抑制MDSC的活性可以降低Treg的增殖[9]。

2.3 MDSC與B細胞 B細胞是機體適應性免疫調節的重要部分，研究發現，MDSC能夠抑制B細胞的增殖及活化，從而抑制其免疫應答作用。例如，來自CIA小鼠的M-MDSC抑制自體B細胞增殖和抗體產生。研究證明，上調B細胞產生的IL-10與非小細胞型肺癌（NSCLS）進展相關，而且這些NSCLS患者的B細胞亞群與CD4+CD25+/highCD127low /-Tregs細胞和CD14+ HLA-DRlow/- MDSCs的頻率呈正相關，表明B細胞亞群可能在其臨床進展中發揮重要作用[10]。最新研究發現，在體外將MDSC與被抗IgM或抗CD40抗體激活的B細胞共同孵育，抑制了這些激活的B細胞增殖。將MDSC輸注給T細胞非依賴性抗原免疫的小鼠，其體內抗原特異性抗體產生被抑制。MDSC通過多重機制包括前列腺素E2，誘導型一氧化氮合酶和精氨酸酶直接抑制B細胞[11]。此外，還有研究發現，重癥肌無力模型（EMAG）小鼠的MDSC治療對非相關抗原和卵白蛋白的免疫應答作用不顯著，這些結果表明肝臟星狀細胞誘導的MDSCs同時抑制T和B細胞自身免疫應答[12]。

2.4 MDSC與NK NK細胞是先天免疫的關鍵效應物，具有消除惡性細胞的能力。MDSC通過影響各種細胞通路損害NK細胞效應功能。研究表明，來自肝癌荷瘤小鼠的MDSCs顯著地抑制NK細胞的細胞毒作用、NKG2D表達及IFN-γ的產生，并誘導NK細胞的無效性，而消除MDSC可以挽救受損的肝臟NK細胞功能[13]。MDSC細胞上的膜結合轉化生長因子β1是MDSC介導NK細胞抑制的效應分子。來自肝細胞癌患者的MDSC在體外模型中抑制自體同源物NK細胞的細胞毒作用和IFN-γ分泌，這種抑制是依賴于細胞接觸并依賴于NKp30配體NK細胞。研究證明，CD247是NK細胞內的死亡受體NKp46、NKp30及CD16的主要信號單位，下調CD247可導致這些受體功能障礙。在慢性炎癥和腫瘤環境下，MDSC主要通過下調CD247介導NK細胞損傷。此外，在MDSC和NK細胞之間似乎存在反饋機制，其中NK細胞可調節MDSC擴增[14]。

3 MDSC與細胞免疫

3.1 MDSC與疾病 已有研究報道，MDSC的免疫抑制作用參與了惡性腫瘤的發病。從MM患者的骨髓中可分選出M-MDSC（CD11b+CD14+HLA-DR-/low）和G-MDSC（CD11b+CD14-CD33+CD15+），并且證實其在體外能夠顯著抑制T細胞活性；相反，源自健康供體的未成熟骨髓細胞不表現出任何免疫抑制活性[15]。Marini等[16]在研究霍奇金淋巴瘤及B型非霍奇金淋巴瘤患者MDSC分布中，發現其外周血中積累的G-MDSCs主要由活化低密度中性粒細胞構成，并且有免疫抑制性。近期研究發現，在診斷AML時，患者的骨髓中的MDSCs（CD11b+CD33highHLA-DRlow/-）百分比顯示出高度異質性，并且它們可能對患者的臨床病程和預后有影響[17]。研究發現，CML患者體內MDSC的數量和精氨酸酶-1的表達都較對照組增加，提示MDSC可能通過精氨酸酶-1參與CML發病。在初治的CLL患者中，外周血的MDSCs（CD14+HLA-DRlow）與健康對照相比增加，并且表達與MDSC活性相關的巨噬細胞集落刺激因子受體CD115和IL-4α受體，同時還證明它們的體外抑制能力與IDO表達相關[18]。

此外，MDSC也參與多種自身免疫性疾病，如1型糖尿病、自身免疫性肝炎、系統性紅斑狼瘡、多發性硬化等疾病發生發展的免疫紊亂機制[19]。最新研究表明，肝星狀細胞（HSC）誘導的MDSC的過繼轉移能非常有效地逆轉重癥肌無力疾病模型進展，通過抑制乙酰膽堿受體（AChR）特異性T細胞應答，降低血清抗AChR IgG水平和降低終板的補體激活。HSC誘導的MDSCs可能在肌無力的臨床治療方面具有重大開發前景[12]。

3.2 基于MDSC的免疫治療策略 隨著體外誘導產生和擴增MDSC方法的基礎研究的深入，其在免疫治療中的應用也逐漸成為可能。MDSCs的擴增也已經在許多實體瘤模型中被證實，包括腎癌、黑色素瘤、前列腺癌、肝癌、頭頸部腫瘤、直腸癌、結腸癌、乳腺癌、神經膠質瘤、卵巢癌和非小細胞肺癌等[20]。已有研究證明，降低動物模型和癌癥患者中MDSC數量和/或免疫抑制活性可延緩腫瘤生長、延長荷瘤動物存活時間[21]。據此，基于MDSC的免疫治療策略主要包括以下三個方面。

策略之一是使骨髓生成正常化。SCF是防止MDSC從骨髓祖細胞中產生和進一步誘導MDSC分化為成熟DC和巨噬細胞的關鍵靶標之一。研究證明，在體外培養的人類骨髓細胞和在結腸及肺癌的鼠模型中，用酪氨酸激酶抑制劑如舒尼替尼和索拉非尼抑制SCF信號，已經被證明可以降低MDSC頻率，并且這與增強抗腫瘤反應性，腫瘤消退和延長存活時間相關[22]。舒尼替尼可逆轉腎細胞癌（RCC）患者的MDSC積聚，導致Th1細胞的恢復和調節性T細胞的減少。也有研究發現，MDSC分化成成熟骨髓細胞可以通過使用全反式視黃酸（ATRA）和超低劑量紫杉醇化療的非細胞毒作用來實現[23]。策略之二是消耗MDSC或阻斷其擴增和活化。通過給予吉西他濱或5-氟尿嘧啶可以實現MDSC的直接選擇性消除。采用癌癥模型的進一步研究發現，這些消耗MDSC的化療劑量對其他白細胞亞群沒有毒性作用，但抗腫瘤功效卻明顯增強[24]。策略之三是抑制MDSC的免疫抑制功能。直接抑制它們的產生能夠降低腫瘤浸潤性MDSC的頻率、限制新生血管形成和抑制移植腫瘤的生長。一旦遷移到腫瘤微環境中，MDSC可能通過各種機制影響T和NK細胞的抗腫瘤應答。其中，誘導型NO合酶（iNOS）和精氨酸酶-1（ARG-1）起關鍵作用。研究表明，PDE-5的活性可增加細胞內環鳥苷酸的濃度，導致iNOS和ARG-1的活性抑制[25]。提示，PDE-5抑制劑如西地那非、他達拉非和伐地那非可用于抑制MDSC的免疫抑制功能。此外，一些阻止MDSC遷移到腫瘤的藥物也可以抑制其免疫抑制功能。其關鍵機制可能是：通過抑制COX-2活性和PGE2產生可以減少MDSC運輸；通過減少ROS和NO或這些細胞中ARG-1的表達可以抑制MDSC介導的免疫抑制[26]。

4 展望

對于MDSC的最新研究成果，為探索新的免疫治療靶點提供了可能。但MDSC在不同腫瘤類型中的功能機制多樣性及其免疫表型的不確定性，增加了針對MDSC的免疫治療的研究難度。例如，MDSC至今尚未有區別于IMCs和成熟粒細胞的特異性表面標志，這給靶向剔除MDSC帶來困難。同時，MDSC作為免疫治療靶點，在治療慢性炎癥、腫瘤、自身免疫性疾病中，也受阻于人們對其表型、分化、功能及其與疾病微環境相互作用的不確定性的認識不足。理解MDSC的擴增、極化和激活過程中參與的特異性關鍵分子，有助于制定MDSC的靶向免疫治療方法，但這些特異分子還需要更多的深入研究來發現和驗證。

總之，研究MDSC的免疫抑制功能和機制，提高靶向關鍵免疫抑制成分的特異性，可以促進對MDSC的臨床前研究數據盡早轉化于有效的臨床應用。

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（收稿日期：2017-02-22） （本文編輯：程旭然）