乳腺癌中MDSCs的擴增和募集及相關臨床應用

李嘉濤，陳佳能，劉 珣，劉 偉

在全球絕大多數國家中，乳腺癌的發病率和死亡率均居女性癌癥發病率和死亡率的首位。2018年，全球新增女性乳腺癌患者208.9萬例，死亡62.7萬例，分別占女性全部癌癥發病和死亡的24.2%和15.0%。近年來，我國乳腺癌的發病率逐年上升,且年輕化趨勢顯著。乳腺癌轉移是一個復雜的、多步驟的生物過程,涉及大量的基因和生物分子。在乳腺癌組織中，常聚集有大量的髓源性抑制細胞(myeloid-derived suppressor cells，MDSCs)。MDSCs被認為是腫瘤微環境中重要的免疫抑制因素之一，對乳腺癌的轉移起到了重要作用，是許多腫瘤免疫治療的障礙之一。作者對近年來發現的乳腺癌影響MDSCs擴增或募集的機制以及其相關臨床應用作一綜述。

1 MDSCs的來源和表型

在生理條件下，骨髓來源的未成熟髓細胞(immature myeloid cells,IMCs)分化為粒細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞。在慢性炎癥或腫瘤環境下，IMCs的分化過程受損，而外周血中成熟的髓細胞數量減少會誘導更強的骨髓增生，并在細胞完成分化過程之前增加細胞遷移。IMCs可以在骨髓中分化為MDSCs，也可以被分泌到血液循環中，在脾臟或外周炎癥組織中被激活，導致具有強大免疫抑制功能的骨髓細胞的積累。由于它們的免疫抑制功能和骨髓來源，這種異質細胞群被稱為MDSCs[1-2]。對人類MDSCs的定義較少,通常將表型為Lin-/LoCD33+CD11b+HLA-DR-的細胞定義為MDSCs。在小鼠腫瘤組織中，MDSCs可以被分成2類，一類是粒細胞性的MDSCs(G-MDSCs)，其表型為CD11b+Ly6G+Ly6CLo；一類是單核細胞性的MDSCs(M-MDSCs)，其表型為CD11b+Ly6G-Ly6Chi。同時，也有人將表型為CD11b+Gr1hi的細胞定義為G-MDSCs，將表型為CD11b+Gr1int的細胞定義為M-MDSCs[3]。

2 腫瘤微環境中MDSCs的產生和募集

2.1 MDSCs通過分解骨橋蛋白(osteopontin,OPN)促進自身生成 有研究[4]揭示了轉錄因子CCAAT增強子結合蛋白α(CCAAT/enhancer-binding protein α，C/EBPα)在MDSCs促進腫瘤血管生成和免疫抑制特性中的負面作用。腫瘤環境下的MDSCs表達C/EBPα減少,導致血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)和基質金屬蛋白酶9(matrix metalloproteinase 9,MMP-9)表達升高，促進血管生成。因此,剔除骨髓細胞的C/EBPα會導致腫瘤表型惡化[4]。OPN作為一種細胞外基質蛋白，已被證明在調節對腫瘤的免疫反應中發揮重要作用。MMP-9可以將OPN分裂成片段，包括32 kDa片段。體外和體內功能實驗證實，OPN 32 kDa片段在肺癌模型中促進MDSCs的生成，這可能有助于腫瘤逃避免疫反應[5]。

2.2 高遷移率族蛋白1(high mobility group box 1,HMGB1)促進MDSCs產生 有研究[6]證明，HMGB1普遍存在于體內的腫瘤微環境中,多種腫瘤微環境內細胞群(如腫瘤細胞、巨噬細胞、MDSCs等)能產生HMGB1。HMGB1從氨基端到羧基端的結構依次為A box，B box和受體結合模體，其中B box是發揮炎癥的功能區域。HMGB1不僅能通過誘導白細胞分泌IL-1β，IL-6和TNF-α等因子促進MDSCs的積累，還能與IL-1β形成復合物，發揮更強的活性。另外，還有一種新發現的由腫瘤細胞分泌的HMGB1在Asn37位點被n-糖基化，而后它通過p38/NF-κB/Erk1/2途徑促進骨髓祖細胞向M-MDSCs分化。用抗HMGB1 B box的單克隆抗體對HMGB1進行封鎖，明顯減少了MDSCs在腫瘤小鼠體內的積累，并延緩了腫瘤的生長和發育。HMGB1的作用機制已經在乳腺癌中得到證實[7]。

2.3 環氧化酶2(cyclooxygenase,COX-2)/前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)正反饋環的建立利于MDSCs的擴增 COX-2是環氧化酶同工酶之一，可在多種細胞中對細胞因子、絲裂原和內毒素作出反應而被激活。COX-2是調節PGE2產生的關鍵因子，然而，在COX-2與PGE2之間存在正反饋回路，PGE2的積累會在一定條件下誘導COX-2的表達增多[8]，從而使PGE2的水平進一步增高。COX-2/PGE2正反饋環的建立是CD1a+DCs重定向發育為CD14+、CD33+、CD34+M-MDSCs的充分必要因素，這種機制在腫瘤微環境中被用于促進MDSCs的局部擴增。PGE2直接靶向MDSCs表面的受體EP2/EP4，刺激MDSCs的擴增和募集，以上作用可以激活PKA信號，從而觸發miR-10a的產生。Rong等[9]的研究發現miR-10a可以激活AMPK信號，促進MDSCs的擴增和活化。

2.4 集落刺激因子(colony stimulating factor，CSF)促進MDSCs的擴增 調節正常骨髓生成的因子也可以促進MDSCs的擴增，如GM-CSF、G-CSF和M-CSF。GM-CSF是Gr-1int/lowMDSCs的主要驅動因子，而G-CSF則優先誘導免疫抑制活性較差的Gr-1high細胞。G-CSF在乳腺癌內的生成可以依賴于3種途徑；GM-CSF在乳腺癌內的生成可以依賴于糖酵解和SNAIL1蛋白等途徑。

2.5 STAT3的激活對MDSCs擴增、分化的調控 STAT家族是一個DNA結合蛋白家族，調控大量的細胞過程。在人類乳腺癌細胞和包括MDSCs在內的許多腫瘤浸潤的免疫細胞中均發生了STAT3的活化[10]。STAT3的激活可以調控MDSCs的增殖、分化及其免疫抑制作用，有利于腫瘤的免疫逃逸[3]。許多驅動MDSCs生成的腫瘤來源因子如IL-6、IL-1β、TNF-α、TGF-β和VEGF等能夠激活STAT3信號通路，并且在腫瘤細胞條件培養基中培養的骨髓細胞能以STAT3依賴的方式觸發MDSCs的擴增[10]，從而可以認為STAT3參與了骨髓祖細胞向MDSCs的分化過程。

2.6 趨化因子在募集MDSCs中的作用 腫瘤微環境中募集MDSCs的趨化因子主要分為2類，一類是CXC趨化因子，一類是CC趨化因子。CXCL5/CXCR2和CXCL12/CXCR4信號通路參與了乳腺腫瘤小鼠模型中M-MDSCs的募集,而G-MDSCs的募集主要依賴于CXCL8/CXCR1和CXCL8/CXCR2信號通路[11]。在腫瘤微環境中CXC趨化因子濃度梯度的影響下，表達相應受體的MDSCs可以被募集到腫瘤中。

2.7 其他細胞因子對MDSCs的作用 許多腫瘤來源的其他細胞因子也可以對MDSCs的擴增、分化、募集或活性產生影響，主要包括IL-1β、IL-6、TNF-α和TGF-β：①IL-1β對MDSCs的募集有雙向影響，過低或過高濃度的IL-1β均會減少MDSCs的募集[12]。適宜濃度的IL-1β可以通過調節COX-2合成前列腺素，促進MDSCs的募集[13]。②來源于乳腺癌細胞的IL-6可以通過活化MDSCs中的STAT3上調吲哚胺2,3-雙加氧酶(indoleamine 2,3-dioxygenase，IDO)的表達。同時，乳腺癌本身也存在IDO的高水平表達。因此，腫瘤和MDSCs表達的IDO共同促進了CD11b+Gr1intM-MDSCs的擴增，且這一作用依賴于調節性T細胞(regulatory cells,Tregs)[14]。③跨膜腫瘤壞死因子α(transmembrane tumor necrosis factor-α，tmTNF-α)在乳腺癌等腫瘤中高水平表達。最近的研究發現[15]，tmTNF-α與MDSCs表達的TNFR2受體結合后，通過NF-κB和p38 MAPK通路誘導CXCR4在MDSCs中表達，促進腫瘤組織中MDSCs的募集。同時，募集的MDSCs可在GM-CSF的誘導下自分泌TNF-α而促進其自身表達一氧化氮合酶2，增強它們抑制T細胞的能力。④研究發現[16],腫瘤細胞釋放的外泌體富含TGF-β。在4T1BALB/c小鼠中TGF-β1可以通過誘導MDSCs中的miRNA-494的表達增加使PTEN的表達減小。

3 MDSCs有助于乳腺癌細胞的免疫逃逸

MDSCs具有強大的免疫抑制作用，能促進腫瘤細胞免疫逃逸。主要機制包括：①抑制T細胞功能。MDSCs消耗精氨酸、色氨酸[17]、半胱氨酸等氨基酸而阻礙T細胞的增殖。氨基酸耗竭產生的代謝產物會導致T細胞受體結構和功能受損[18]。②產生NO、活性氧(reactive oxygen species，ROS)。MDSCs分解精氨酸產生的NO能夠損傷DNA并抑制蛋白質的合成。同時，MDSCs產生的ROS與NO相互作用，產生過氧亞硝酸鹽而導致CD8+T細胞功能受損。③誘導其他免疫抑制細胞產生。MDSCs中色氨酸的消耗激活T細胞表面的蛋白激酶GCN2，從而誘導未成熟的CD4+T細胞分化成Tregs。另外，缺氧環境下MDSCs中STAT3的活性下調會促進M-MDSCs向腫瘤相關巨噬細胞分化[19]。④抑制淋巴細胞歸巢。HMGB1能促進MDSCs表達解聚素金屬蛋白酶17，使T細胞L-選擇素的表達下調，從而抑制CD8+T細胞歸巢。

4 臨床應用

4.1 CSF通路臨床應用 乳腺癌可以分泌G-CSF，使自身長期暴露于高水平的G-CSF，提高自身轉移率。基于此，藥物BMP4可以通過抑制腫瘤細胞中NF-κB的活性使G-CSF分泌減少，導致MDSCs的數量和活性下降。因而，臨床上可以通過使用BMP4或激活BMP4信號通路來治療有轉移性風險的乳腺癌患者[20]。然而，臨床癌癥治療中也廣泛應用G-CSF，因為適宜濃度的G-CSF可以大大降低化療導致的中性粒細胞減少癥的發生率。因此，在治療的不同情形下合理地應用G-CSF和G-CSF通路抑制劑，可以提高乳腺癌的治愈成功率。

接種自體腫瘤細胞疫苗(autologous tumor cell vaccines，ATCVs)是一種安全的潛在治療策略，可以以個性化和患者特異性的方式預防乳腺癌在腫瘤切除后的復發。然而，乳腺癌分泌的G-CSF有可能會降低乳腺癌ATCVs的療效。Ravindranathan等[21]的研究發現應用G-CSF通路抑制劑或G-CSF基因消融可以增強乳腺癌細胞疫苗的免疫原性，可能有利于發揮ATCVs的全部潛力。

CSF1R抑制劑(如Ki20227、PLX3397、GW2580、BLZ945等)已顯示出削弱腫瘤相關巨噬細胞的強大能力，然而，它們并沒有在小鼠身上產生抗腫瘤作用，而且在幾項臨床試驗中均未獲成功。Kumar等[22]的研究發現腫瘤細胞產生的CSF1能抑制癌相關成纖維細胞產生粒細胞趨化因子(在小鼠腫瘤模型中為CXCL1，在人類腫瘤中為CXCL8)，從而限制了粒細胞的募集。CSF1R抑制劑逆轉了這一效應，并導致大量促腫瘤的M-MDSCs的積累。因此，CSF1R抑制劑(PLX3397等)與CXCR2抑制劑(SB225002等)聯合使用可削弱腫瘤相關巨噬細胞，并抑制M-MDSCs募集，顯著降低腫瘤生長。此外，如果加入PD-1抗體，可阻斷腫瘤生長。

4.2 STAT3抑制劑相關藥物 STAT3抑制劑對于乳腺癌治療具有重大意義。除小分子藥物和肽類、擬肽類之外，還有研究發現許多天然產物可以作為STAT3抑制劑并對乳腺癌的治療有積極意義。姜黃素類[23]，黃酮類的水飛薊素[24]，二萜類的丹參酮類[25]，五味子素B[26]等均可以通過抑制STAT3磷酸化或阻斷STAT3信號傳導達到抑制腫瘤生長的目的。雖然目前臨床上還沒有使用STAT3抑制劑來治療腫瘤，但許多STAT3抑制劑在體外已經被證明可以提高治療藥物的療效，所以STAT3抑制劑可能是一種有前途的腫瘤化療增敏劑[24]。

4.3 趨化因子通路臨床應用 使用CXCR1/2拮抗劑reparixin可以干擾CXCL8-CXCR1/2通路，這提示了一種潛在的癌癥免疫治療方法。在具有免疫能力的荷瘤小鼠中，reparixin可以減少G-MDSCs的數量[27]。Dachshund 1 (DACH1)可以通過與CXCL8啟動子的AP-1和NF-κB結合位點結合，抑制CXCL8誘導的乳腺癌細胞轉移[28]，顯示出潛在的腫瘤抑制能力。缺乏CCL5刺激的骨髓細胞，細胞表型發生改變，MDSCs免疫抑制特性降低。因此，Ban等[29]提出以骨髓自分泌CCL5-CCR5軸為靶點，使用納米顆粒使CCL5基因表達沉默，聯合使用CCR5抑制劑Maraviroc，可減弱MDSCs免疫抑制功能，增強抗腫瘤免疫。芹黃素，作為一種抗炎物質，在最近的研究中[30]被證明能夠抑制乳腺癌TNF-α介導的信號通路,控制釋放CCL2,從而減少MDSCs在乳腺癌中的浸潤，然而目前無相關的人類臨床試驗。至于芹黃素是否可以讓癌癥患者得到長期的緩解，有待進一步的研究。

5 展望

乳腺癌可以通過多種途徑對MDSCs的擴增和募集產生促進作用。MDSCs具有強大的免疫抑制功能，因此，大量浸潤的MDSCs常常與乳腺癌預后不良有關。除了CSF、趨化因子和COX-2/PGE2等經典途徑外，OPN、HMGB1等新興的通路最近接連被發現，但其機制尚未被完全揭示，未來可能成為研究的熱點。目前，針對相關通路潛在的治療方法已經被提出，但大多數并未應用于臨床。隨著各種機制被不斷揭示和新藥物的開發，未來采用多種通路靶向藥物的聯合應用來改善乳腺癌的預后，必定是一種有價值、有前景的治療方法。