髓源性抑制細胞對腫瘤的免疫抑制及靶向免疫治療研究進展

徐鑫， 馬斌， 丁建霞， 成靜， 王勝軍， 田潔

(江蘇大學醫學院， 江蘇 鎮江 212013)

髓源性抑制細胞(myeloid-derived suppressor cells, MDSCs) 是一組髓系來源的具有免疫抑制功能的異質性細胞群體。小鼠的MDSCs表型為CD11b+Gr-1+，可分為單核細胞型MDSCs (monocy-tic MDSCs, M-MDSCs)和多核型MDSCs (polymorphonuclear MDSC, PMN-MDSCs)。M-MDSCs表型為CD11b+Ly6G-Ly6Chigh，PMN-MDSCs表型為CD11b+Ly6GhighLy6Clow[1]。研究表明MDSCs可以參與多種疾病的進展，并且其對適應性和固有抗腫瘤免疫應答的抑制作用促進了多種腫瘤的發生發展[2]。本文綜述腫瘤微環境中MDSCs的免疫抑制功能的作用機制及其調控因素，并總結了靶向MDSCs治療腫瘤的策略，旨為靶向MDSCs的免疫治療提供理論基礎。

1 腫瘤微環境中MDSCs的免疫抑制功能

激活的MDSCs可通過多種機制誘導NK細胞、CD4+和CD8+T細胞失活，從而促進腫瘤免疫抑制微環境的形成。這些機制包括：耗竭T細胞激活和增殖所必需的氨基酸；表達免疫抑制性的檢查點分子；募集調節性T細胞；分泌抑制性細胞因子和趨化因子；分泌外泌體。

1.1 耗竭T細胞激活和增殖的必需氨基酸

在腫瘤微環境中，MDSCs可與T細胞競爭使用對T細胞激活和增殖至關重要的半胱氨酸，導致T細胞不能從頭合成，從而阻礙抗腫瘤T細胞的產生，促進了腫瘤的進展[3]。此外，MDSCs還可以分解L-精氨酸和L-色氨酸，進一步消耗必需氨基酸，阻礙抗腫瘤免疫細胞生物活性的獲取，從而抑制抗腫瘤免疫應答[4]。研究表明，精氨酸酶1(arginase 1, ARG1)和誘導型一氧化氮合酶(inducible nitri-coxide synthase, iNOS)的表達可以促進精氨酸的代謝。MDSCs中ARG1和iNOS的高表達通過將L-精氨酸分解為L-鳥氨酸和尿素來消耗L-精氨酸。L-精氨酸的減少和腫瘤微環境內一氧化氮的產生會下調TCRζ鏈和MHC Ⅱ的表達，抑制細胞周期蛋白D3和細胞周期蛋白依賴性激酶，從而導致G0-G1細胞周期阻滯，嚴重抑制了T細胞功能[5]。另外，MDSCs還可以直接通過ARG1和活性氧來抑制T細胞活化和功能。在正常生理情況下，L-色氨酸可以以一種STAT3依賴的機制，通過上調吲哚胺-2,3雙加氧酶分解生成犬尿氨酸，而L-色氨酸的減少和犬尿氨酸的產生可以誘導T細胞和NK細胞失能和凋亡，并促進CD4+T細胞向調節性T細胞(regulatory T cells, Tregs)分化。MDSCs恰恰站在了這條調控鏈的頂端，消耗了L-色氨酸，從而促進了犬尿氨酸的積累，最終導致抗腫瘤免疫應答的抑制和腫瘤微環境免疫抑制性的加劇[6]。

1.2 免疫抑制性檢查點分子的表達

MDSCs表達高水平的程序死亡分子配體(PD-1 ligand, PD-L1)，其與表達在T細胞上的PD-1結合，誘導構象改變，進而使T細胞進入無活性和功能障礙狀態[7]。研究表明，在腫瘤微環境中MDSCs的PD-L1表達上調與S100A9炎癥蛋白和缺氧誘導因子1(hypoxia-inducible factor 1, HIF1)相關[8]。腫瘤微環境中的缺氧誘導因子1-α(HIF1α)可以促進PD-L1在腫瘤浸潤性MDSCs表面的表達，從而使MDSCs具有更高的抑制活性[9]。小鼠神經膠質瘤腫瘤模型的研究結果表明，腫瘤來源的外泌體可以刺激MDSCs的PD-L1的表達[10]。另外，MDSCs的ARG1表達可以促進MDSCs表達的抑制性檢查點配體與T細胞表面表達的受體相結合，加速T細胞的耗竭，從而促進腫瘤的生長[11]。MDSCs是免疫檢查點抑制劑治療的重要預后標志物，MDSCs和MDSCs表達免疫檢查點PD-L1的水平與腫瘤的預后息息相關。靶向免疫檢查點的治療是基于MDSCs的免疫治療的重要環節。

1.3 調節性T細胞的募集

MDSCs產生的免疫抑制性細胞因子白介素10 (interleukin 10, IL-10)和轉化生長因子β(transforming growth factor-β,TGF-β) 可以誘導Tregs進入腫瘤微環境，從而抑制NK細胞、抗腫瘤T細胞的功能，抑制抗腫瘤免疫[12]。另外，研究表明趨化因子4(chemokine ligand 4, CCL4) 和CCL5能夠以趨化因子受體5 (chemokine receptor 5,CCR5) 依賴性方式招募Tregs，而多個腫瘤微環境中的M-MDSCs會上調CCL4和CCL5的表達[13]。這些研究表明MDSCs可以通過分泌趨化因子來招募免疫抑制性Tregs細胞，從而抑制抗腫瘤免疫。

1.4 MDSCs來源的因子促進腫瘤的進展

在腫瘤微環境中，MDSCs分泌的免疫抑制性細胞因子，是抑制抗腫瘤免疫應答，促進腫瘤進展的重要因素。研究表明，MDSCs來源的TGF-β在抑制抗腫瘤免疫應答和促進腫瘤發生發展中起關鍵性的作用。一方面，TGF-β可以通過減少干擾素-γ(interferon-γ, IFN-γ) 的產生來抑制細胞毒T細胞和NK細胞的細胞毒活性。另一方面，TGF-β還可以抑制抗腫瘤免疫活性細胞的增殖，從根源上抑制抗腫瘤免疫。MDSCs來源的IL-10也在抗腫瘤免疫應答中起重要作用[14]。作為一個免疫抑制性細胞因子，IL-10對抗腫瘤的Th1細胞的產生和IFN-γ的分泌起著抑制作用。此外，MDSCs還通過分泌一些因子直接作用于腫瘤細胞參與腫瘤的進展。MDSCs來源的IL-6可以賦予乳腺癌細胞干細胞樣特征，增加乳腺癌細胞的增殖和分化能力，從而促進腫瘤進展。

除了免疫抑制因子，MDSCs還可以分泌趨化因子參與腫瘤的發生發展。 在表皮癌中聚集的MDSCs通過分泌CCL4，可以促進Th17細胞的產生，促進腫瘤的形成。而在CCL4或CD4+T細胞缺失的小鼠中該現象消失，充分表明MDSCs可以通過分泌CCL4促進表皮癌的發展[15]。在腫瘤微環境中，腫瘤干細胞也對MDSCs具有調控作用。在小鼠膠質母細胞瘤模型中，腫瘤干細胞分泌的巨噬細胞遷移抑制因子(migration inhibiting factor, MIF)可以通過CXCR2依賴途徑增加ARG1水平，從而增強MDSCs的抑制功能。此外，MDSCs也可以通過產生血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)促進腫瘤新生血管形成，加速腫瘤的生長[16]。研究表明，MDSCs還可以通過產生基質金屬蛋白酶，促進腫瘤浸潤和轉移[17]。

1.5 MDSCs來源外泌體的免疫抑制功能

最近的研究表明，腫瘤微環境中MDSCs來源的外泌體也具有免疫抑制功能。在腫瘤患者的體液和腫瘤微環境中存在著大量來自MDSCs的外體囊泡，其含有的蛋白質、RNA和miRNAs 作為細胞間信使，行使促腫瘤作用。MDSCs來源的外泌體在腫瘤的發生發展中行使著重要的作用。功能研究表明MDSCs來源的外泌體能夠有效地促進巨噬細胞向M2表型極化，進一步加重了腫瘤微環境的免疫抑制性。研究表明MDSCs來源的外泌體能夠通過S100A8/A9促進M2的極化，并且S100A8/9也對MDSCs的趨化起重要作用。另外，MDSCs來源的外泌體對成熟的MDSCs也具有趨化作用，進一步導致MDSCs在腫瘤微環境中的聚集[18]。正常MDSCs來源的外泌體和炎癥性MDSCs來源的外泌體具有生物學功能的差異，后者可增強中性粒細胞脫粒的信號通路[19]。除了向靶細胞遞送可溶性內容物外，MDSCs來源的外泌體還可以通過質膜糖蛋白影響靶細胞通訊和功能。腫瘤中的MDSCs表面的93個n-連接糖蛋白中有21個也存在于MDSCs來源的外泌體中，包括CD47、SIRP酶和血小板反應蛋白-1 (TSP)。研究表明腫瘤微環境中存在大量的CD47分子的配體，其能夠促進CD47+MDSCs細胞遷移至腫瘤區域，促進腫瘤的進展[20]。因此，CD47有希望成為靶向MDSCs的免疫治療的靶點。

2 靶向MDSCs的免疫治療

MDSCs具有對抗腫瘤免疫反應的抑制性，在腫瘤的發生發展中起著重要的促動角色。靶向MDSCs免疫治療基本可以分成以下4個方向： ① 減少循環和腫瘤浸潤的MDSCs； ② 防止MDSCs的募集和轉運； ③ 減弱MDSCs免疫抑制功能； ④ MDSCs向非免疫抑制狀態分化。

2.1 減少循環和腫瘤浸潤的MDSCs

研究表明[21]，低劑量化療能夠有效減少荷瘤小鼠腫瘤中MDSCs；臨床試驗也表明，化療藥物如5-氟尿嘧啶、紫杉醇、順鉑、吉西他濱可以減少MDSCs的比例，從而增強抗腫瘤免疫活性。促進MDSCs擴增的信號級聯也一直是被作為減少MDSCs細胞群的靶向目標。VEGF作為一個血管生長因子，在腫瘤微環境中大量分泌，不但可以促進腫瘤新生血管的形成，促進腫瘤的生長，而且可以促進MDSCs的擴增，加強了免疫抑制效應，進一步促進了腫瘤的發展。針對這一點，酪氨酸激酶抑制劑舒尼替尼已經被成功地用于阻斷VEGF和c-KIT信號，從而達到在腎癌患者中消耗MDSCs的目的，對腎癌的治療起到了積極的作用[22]。

2.2 抑制MDSCs的募集和轉運

腫瘤微環境中存在的大量的趨化因子，是募集MDSCs至腫瘤部位最關鍵的因素。所以，靶向MDSCs上的趨化因子受體將會是非常有效的治療策略。研究表明，腫瘤微環境中的CCL3、CCL4和CCL5可以招募表達CCR5的MDSCs到腫瘤區域，并且CCR5的表達與MDSCs的抑制功能有關[23]。在黑色素瘤小鼠模型中發現[24]，表達CCR5的MDSCs比不表達CCR5的MDSCs具有更強的免疫抑制效能；并且CCR5的阻斷可以抑制MDSCs的招募和免疫抑制活性，提高黑色素瘤小鼠的生存率。另外，CCR5拮抗劑也可以抑制基底乳腺癌的轉移腫瘤的生長[25]；腫瘤微環境中上調的CCL2和CCL5，可以通過趨化因子受體CXCR2招募MDSCs。研究表明[26]，乳腺癌中表達CXCR2的MDSCs具有抑制抗腫瘤免疫應答和促進腫瘤生長轉移的能力；靶向CXCR2可以降低腫瘤區域MDSCs的水平，釋放抗腫瘤免疫細胞。有報道稱胰腺癌中靶向CXCR2的治療可以減少胰腺癌的轉移，促進T細胞的浸潤，提高抗PD1治療效果和延長患者生存率[27]。CSF-1R是一種酪氨酸激酶受體，是促進MDSCs募集到腫瘤部位以抑制抗腫瘤免疫的重要受體。當其與配體CSF-1結合時，一方面可以促進髓系細胞向腫瘤區域遷移，另一方面還促進髓系細胞向MDSCs和腫瘤相關巨噬細胞的分化。臨床研究結果表明[28]，針對CSF-1R或其配體CSF-1的治療可以改善T細胞抗腫瘤免疫反應。將CSF-1R抑制劑與免疫檢查點阻斷劑或過繼性T細胞轉移治療相結合可提高抗腫瘤T細胞活性和抗腫瘤反應。

2.3 減弱MDSCs免疫抑制功能

消除MDSCs的免疫抑制功能是恢復T細胞活性和腫瘤免疫治療成功的關鍵。前列腺素E2 (prostaglandin E2,PGE2) 促進了MDSCs的招募和ARG1的表達，故在MDSCs免疫抑制功能的發揮中起著重要的作用。環氧合酶-2 (COX-2)位于PGE2合成途徑的上游，以COX-2為靶點的治療，可以減少PGE2的產生，從而導致MDSCs的免疫抑制功能減弱。臨床研究表明[29]，COX-2抑制劑塞來昔布可以明顯改善MDSCs的免疫抑制功能。其主要機制是COX-2/PGE2信號的阻斷降低了MDSCs的招募和分化，抑制了MDSCs相關的抑制因子，如ARG1的表達和活性氧的產生，并將炎性腫瘤轉變為具有大量活性抗腫瘤免疫細胞的腫瘤。磷酸二酯酶-5 (PDE-5)抑制劑也可以抑制MDSCs的ARG1和iNOS的表達，從而減弱MDSCs免疫抑制效應。據報道，PDE-5抑制劑如西地那非和他達拉非，可以減少腫瘤微環境的炎癥反應，通過減弱腫瘤微環境中MDSCs的免疫抑制功能，恢復T細胞和NK細胞的抗腫瘤免疫排斥反應，并延長患者的生存時間[30]。

2.4 誘導MDSCs分化

促進未成熟骨髓細胞分化是減少MDSCs數量和廢除其免疫抑制功能的另一個有效策略。全反式維甲酸 (all-trans retinoic acid, ATRA)是維甲酸受體的激動劑，可以通過谷胱甘肽合成酶中和活性氧的生成來誘導MDSCs的分化。研究表明，抑制維甲酸信號，可以使MDSCs分化為成熟的骨髓細胞，從而降低了對T細胞的抑制作用。在抑制維甲酸治療的小鼠腫瘤模型和腫瘤患者(腎細胞癌和小細胞肺癌)中，MDSCs水平明顯降低，抗腫瘤T細胞活性得到改善[31]。此外，酪蛋白激酶抑制劑四溴肉桂酸也可以通過改善Notch信號促進腫瘤小鼠的骨髓細胞向成熟狀態分化，抑制了MDSCs的產生[32]。臨床研究數據顯示，MDSCs也可通過化療方法被誘導分化為非免疫抑制細胞類型。例如，多西他賽通過抑制STAT3磷酸化促進MDSCs向M1樣巨噬細胞分化。另外，紫杉醇可以促進MDSCs分化為樹突狀細胞來減少MDSCs的數量。近些年研究表明，表觀遺傳重編程也是靶向MDSCs的免疫治療的有效方法。Ⅰ類組蛋白去乙酰化酶抑制劑(histone deacetylase inhibitor，HDACi)在小鼠胰腺癌、乳腺癌和肺癌以及腎細胞癌模型中通過表觀遺傳重編程，在中和MDSCs方面顯示了積極的結果[33]。HDACi與免疫檢查點抑制劑聯合使用可以下調ARG1、iNOS和COX-2的表達，抑制M-MDSCs和PMN-MDSCs的免疫抑制功能，并恢復CD8+T細胞的抗腫瘤活性。

3 總結

腫瘤微環境中的MDSCs對腫瘤區域的免疫抑制環境，腫瘤細胞的生長和免疫細胞的抑制產生著重要的影響。MDSCs主要通過耗竭T細胞激活和增殖所必需的氨基酸，表達免疫抑制性的檢查點分子，募集調節性T細胞和分泌免疫抑制性因子來發揮免疫抑制效能。靶向MDSCs的免疫治療是目前腫瘤免疫治療領域最熱的研究方向之一，主要策略是通過減少MDSCs的數量，削弱其免疫抑制功能，促進 MDSCs向非免疫抑制狀態分化以及抑制其募集和轉運。