糖酵解調控腫瘤中髓系來源抑制細胞的研究進展*

韓文哲 闕林 唐休發

作者單位：①四川大學華西口腔醫學院(成都市610041)；②四川大學華西口腔醫院頭頸腫瘤病房

髓系來源的抑制細胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）最早發現于20世紀70年代，是一種骨髓來源的具有異質性及免疫抑制活性的不成熟細胞。通常在病理情況如患有自身免疫性疾病、感染、癌癥或移植物抗宿主病時，由受刺激的正常骨髓前體細胞增殖分化形成[1]。由于具有免疫抑制的特性，其與腫瘤及許多其他免疫相關疾病密切相關。現在MDSCs 分化及增殖相關的機制已有較為完整的闡釋，但關于其代謝相關重編程MDSCs的機制尚未明確。近年來，代謝重編程MDSCs的功能與腫瘤的聯系受到了越來越多的關注，而糖酵解則是MDSCs 能量代謝重要的途徑之一。

1 MDSCs的表型、分化及功能

MDSCs 主要分為單核細胞樣（monocytic MDSCs，M-MDSCs）和多形核細胞樣或粒細胞樣[polymorphonuclear-MDSCs（PMN-MDSCs）,or granulocytic MDSCs（G-MDSCs）]兩個亞群。在小鼠體內，MDSCs 以CD11b和Gr1的表達作為標記，按Ly6C和Ly6G的表達將MDSCs 分為CD11b+Ly6ChighLy6G-和CD11b+Ly6G+Ly6Clow。而在人體內，MDSCs 可分為Lin-CD11b+CD14+CD15-HLA-DR-/low的M-MDSCs和Lin-CD11b+CD14-CD15+HLA-DR-或Lin-CD11b+CD14-CD66b+的PMN-MDSCs[1]。

MDSCs的擴增分化受到復雜的因子網絡調控。正常的粒細胞與單核細胞是由骨髓中的造血祖細胞（hematopoietic progenitor cell，HPC）經歷髓系祖細胞（common myeloid progenitor，CMP）、粒系-巨噬系祖細胞（granulocyte-macrophage progenitor，GMP），再到

*本文課題受國家自然科學基金項目（編號：81902775）資助

通信作者：闕林250684967@qq.com原始粒細胞（myeloblast，MB）及單核-樹突狀細胞前體（dendritic cell precursor，MDP）分化而成。在健康人的體內并無MDSCs，而在病理環境（如癌癥、感染、外傷或敗血癥）中，由于血管內皮生長因子、粒細胞/巨噬細胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF)等的作用，MB 與MDP 向粒細胞與單核細胞分化的過程被打斷，代替的是向MDSCs的分化[2-3]。分化出的MDSCs 向體內各部位募集，包括骨髓、外周血、脾、肝、肺、淋巴結等器官及腫瘤。在腫瘤環境下，MDSCs 主要向腫瘤及外周血聚集[4]。在白細胞介素-6、白細胞介素-10、白細胞介素-1β、干擾素-γ（interferon-γ，IFN-γ）及Toll 樣受體配體的刺激下，MDSCs 發生活化，并通過與信號轉導因子和轉錄激活因子1（signal transducer and activator of transcription 1，STAT1）、信號轉導因子和轉錄激活因子6（signal transducer and activator of transcription 6，STAT6）、核因子-κB（nuclear factor-kappaB，NF-κB）等相互作用獲得免疫抑制的能力[5]。值得注意的是，MDSCs 僅在激活后方可獲得免疫抑制活性。

MDSCs 可以通過調節免疫促進腫瘤的進展：1）通過營養消耗及產生細胞因子直接抑制T 細胞的免疫反應；2）通過誘導其他耐受性免疫細胞，如調節性T 細胞、調節性B 細胞和腫瘤相關巨噬細胞，間接影響效應T 細胞及效應B 細胞的功能；3）抑制自然殺傷（natural killer cell，NK）細胞功能或直接殺傷NK 細胞[2，6]。除了調控免疫功能外，MDSCs還可促進腫瘤上皮間質轉化、血液及淋巴轉移、轉移前生態位的建立以及促進腫瘤血管生成以加速腫瘤的生長轉移[7]。

2 腫瘤環境中MDSCs的糖酵解

MDSCs的代謝主要包括糖代謝、脂質代謝以及氨基酸代謝。該過程受到一個復雜的信號網絡的調控，網絡中的部分因素相互影響。本文主要對糖酵解相關的信號通路予以綜述。Warburg 效應即在某些細胞中，即使在氧氣充足的狀態下，葡萄糖經過氧化脫羧后不進行三羧酸循環，而是進行糖酵解，代謝產生乳酸，并為細胞供應能量的過程[8]，腫瘤細胞便是這類細胞的一個代表。代謝的重編程通常是由一些腫瘤相關轉錄因子的高表達實現。而通過對代謝的動態分析發現，在MDSCs 代謝的過程中，也存在Warburg 效應，且約有95%的腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）是由糖酵解產生[9]。Deng 等[10]在雷帕霉素處理的鼠源MDSCs 中發現了其免疫抑制功能的下降，表明糖酵解途徑可能是MDSCs 重要的供能方式，且對其功能具有顯著影響。糖酵解除了能夠為MDSCs 提供生長分化所需的能量，同時還能抑制其凋亡。MDSCs的凋亡可以受到活性氧（reactive oxygen species，ROS）的調節，而腫瘤微環境中MDSCs的糖酵解受到上調，過程中產生大量的磷酸烯醇式丙酮酸，通過避免過量ROS的產生，抑制了其凋亡過程[11]。而乳酸作為糖酵解途徑的產物，同樣參與MDSCs的募集與活化。Husain 等[12]研究發現，乳酸不僅可以影響NK 細胞，同時也對MDSCs的浸潤產生作用，在乳酸處理組中可以觀察到更多的MDSCs的聚集。在針對放療對胰腺癌影響的研究中發現，放療增強了腫瘤細胞的糖酵解，產生更多的乳酸，促進MDSCs的活化[13]。

3 MDSCs 糖酵解相關信號通路

3.1 缺氧誘導因子-1α

缺氧誘導因子-1α（hypoxia inducible factor-1，HIF-1α）為糖酵解途徑核心的調控因子之一，促進多種糖酵解相關基因的表達，包括乳酸脫氫酶、丙酮酸脫氫酶激酶、葡萄糖轉運蛋白1和磷酸果糖激酶-2/果糖-2，6-二磷酸酶同工酶3。腫瘤微環境中，過表達的HIF-1α激活下游的糖酵解相關基因，促進MDSCs的糖酵解過程，為MDSCs 增殖、分化及免疫抑制提供能量基礎[14]。而HIF-1α的減少將下調作為MDSCs 前體的髓樣細胞產生ATP的能力。同時，激活的髓樣細胞的供能途徑從氧化磷酸化轉化為糖酵解的過程受到了抑制[15]。K?stlin-Gille 等[16]觀察到在HIF-1α 缺乏的情況下，MDSCs的聚集減少，其抑制活性同時下調。并且，這種聚集情況的變化不是由于募集相關因子的減少，而是由于其凋亡的增加。這也印證前文中提到的ROS 介導的MDSCs的凋亡方式。

3.2 AMPK

AMPK在能量代謝和免疫反應中起到重要的調節作用。AMPK在糖酵解中使腺苷酸磷酸化，成為腺苷三磷酸，并參與免疫相關信號通路，共同影響免疫細胞的活化。但在腫瘤微環境中，AMPK 似乎起著截然相反的作用。AMPK的激活抑制HIF-1α 依賴的雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）途徑，影響MDSCs的糖酵解過程，顯著減弱其抑制功能[17]。而mTOR 通路并非其唯一的調控糖酵解的途徑。研究發現[18]，AMPK 同時負向調控NF-κB 及STAT 通路，控制MDSCs的擴增和激活。在三陰性乳腺癌患者中發現富含肝臟的激活蛋白（liver activator protein，LAP)，可控制粒細胞集落刺激因子（granulocyte-colony stimulating factor，G-CSF）和GMCSF的表達，從而促進MDSCs的發育。有氧糖酵解的限制通過刺激AMPK-ULK和自噬途徑影響MDSCs的免疫抑制來抑制LAP的翻譯[19]。在食管鱗狀細胞癌中，研究發現二甲雙胍可以通過AMPKSTAT3 減少趨化因子配體1（C-X-C motif chemokine ligand 1， CXCL1）的表達，從而減少PMN-MDSCs在腫瘤組織中的募集[20]。上述研究提示，AMPK在MDSCs 糖酵解的過程中作為一個共同的上游“閥門”，調控著多條信號通路，實現對MDSCs 增殖、活化、募集等多個方面的調控。

3.3 PI3K-AKT-mTOR

PI3K-AKT-mTOR 通路在細胞增殖、凋亡、代謝和血管生成起著重要作用。在腫瘤微環境中，mTOR 通路一方面直接調控腫瘤細胞的代謝，另一方面調控免疫相關細胞的活性。與T 細胞中受抑制的mTOR 不同，腫瘤微環境中MDSCs的mTOR 被激活。mTOR 位于HIF-1α的上游，主要通過HIF-1α 依賴的糖酵解途徑調控MDSCs的活性。Deng 等[10]研究發現，在腫瘤浸潤的M-MDSCs 中糖酵解上調，并且受mTOR 調節，這種調控對M-MDSCs的抑制功能起到重要作用。mTOR 通路對MDSCs的影響同時在其募集、分化中得到體現。Welte 等[21]在小鼠腫瘤模型中發現mTOR 激活G-CSF的表達，從而誘導腫瘤中MDSCs的募集。而在急性髓細胞性白血病中，普通單核細胞吸收腫瘤產生的外泌體，通過mTOR 通路向MDSCs 分化[22]。

3.4 SIRT1

Sirtuin1（SIRT1）作為煙酰胺腺嘌呤二核苷酸依賴性去乙酰化酶之一，在代謝的轉錄調節中起重要作用，其由一些代謝因子，如AMPK 調控。同時其調控下游靶點，如負向調控HIF-1α和NF-κB[23]。同樣的，在MDSCs 中，SIRT1 也通過代謝影響細胞的分化與動員。Burgos 等[24]研究發現，在SIRT1 缺陷的小鼠模型中，相較于野生組，MDSCs 更多表現為M1 型，具有更高的糖酵解活性以及降低的抑制活性，并產生抑制腫瘤生長的特性。對于M2 型的MDSCs，SIRT1的敲除負向影響其分化，并降低其糖酵解活性。同時，SIRT1 缺陷的這種對糖酵解的調節作用可以直接作用于HIF-1α，也可以參與mTOR-HIF-1α 通路，進而影響MDSCs的分化[17，25]。而煙酰胺磷酸核糖轉移酶（nicotinamide phosphoribosyl transferase，NAMPT）作為產生NAD+過程中的限速酶，可以通過NAMPT/SIRT1/HIF-1/CXCR4 信號軸，影響骨髓造血細胞中趨化因子受體4（C-X-C motif chemokine receptor 4，CXCR4）的表達，調控MDSCs的動員[26]。

3.5 核因子E2 相關因子2

核因子E2 相關因子2（nuclear factor E2-related factor 2，NRF2）是細胞氧化應激反應中的關鍵因子之一。而缺氧環境是實體腫瘤重要的特征之一，NRF2的激活增強MDSCs的抑制功能并抑制其凋亡。Beury 等[27]研究發現，相較于來自NRF2-/-小鼠體內的MDSCs，NRF2+/+組中的MDSCs 對共培養的T 細胞具有更強的抑制作用且細胞本身具有更低的ROS 水平。NRF2 同樣可受AMPK 調控，但不同于受AMPK 負向調控的mTOR和NF-κB，NRF2 受到AMPK的正向調節，且通過HIF-1α 途徑將代謝方式從氧化磷酸化向有氧糖酵解轉化[28]。

3.6 NF-κB

NF-κB 是一種蛋白質復合物，參與機體的炎癥反應與免疫應答過程。在腫瘤微環境中，其對腫瘤細胞代謝方式的選擇起重要的作用。而在腫瘤相關的MDSCs 中，NF-κB對其糖代謝也發揮重要作用。Franklin等[29]在小鼠三陰性乳腺癌模型中發現，絲裂原活化蛋白激酶激酶的激活調控著MDSCs 糖酵解的表型，表現為糖酵解與氧化磷酸化的比例變化，該過程由激活的NF-κB 實現。并且，模型中NF-κB 依賴的CXCL1/2/8 介導了MDSCs在腫瘤微環境中的募集。NFκB 通路同時調控M-MDSCs 免疫抑制功能。研究發現[30]，M-MDSCs的NF-κB 上調后，共培養的T 細胞表現為更少的顆粒酶B 與IFN-γ 分泌的減少。

多條糖酵解相關的信號通路參與了這一代謝過程，其上游由AMPK 作為“總閥門”調控下游多個信號分子，最終通過影響HIF-1α的表達，實現對糖酵解的調控（圖1）。這是一個復雜的非完全協同的調控過程，一方面通過mTOR、SIRT1、NF-T1 等途徑負向調控糖酵解；另一方面又能NRF2 依賴性地促進氧化磷酸化向有氧糖酵解的轉變。而在這些分子之間又存在相互的作用，形成一張MDSCs 糖酵解相關信號分子作用機制網絡。這種對糖代謝的調控影響MDSCs 增殖、分化、凋亡、募集，最終體現于MDSCs 免疫抑制功能的改變。

4 結語與展望

MDSCs 作為一種免疫抑制相關的細胞，在腫瘤免疫中發揮的作用已得到充分證實，而糖代謝重編程MDSCs 功能的機制也逐漸受到關注。由于MDSCs在免疫抑制方面的作用及可調控性，MDSCs 已成為一種新的腫瘤免疫治療的潛在靶點。代謝重編程對MDSCs的調控已被證實，對糖酵解調控MDSCs 功能分子機制層面的闡述有助于科研工作者更為深入地研究MDSCs，為MDSCs 靶向抗腫瘤治療提供新的思路與策略。