髓源性抑制細胞在結直腸癌進展中的作用及治療進展

蔡婧珊,夏雪莉,王勝軍

(江蘇大學醫學院,江蘇 鎮江 212013)

結直腸癌是消化系統常見的惡性腫瘤之一,其發病率在惡性腫瘤中居第三位,死亡率居第二位[1]。結直腸癌的發生可能與遺傳易感性、表觀遺傳變化、腸道生態系統的改變和不良生活習慣等多種因素有關[2]。此外,慢性炎癥也可加速結直腸癌的進展。慢性炎癥的微環境中存在許多重要的細胞因子,它們通過誘導活性氧的產生,促進炎癥的持續反應,導致DNA損傷或激活腫瘤形成信號,進而引發癌變[3]。這些細胞因子的分泌依賴于腫瘤與免疫系統之間復雜的相互作用。在結直腸癌患者復發風險評估中,腫瘤浸潤性免疫細胞可作為潛在的預后指標,提示結直腸癌的發展規律[4]。然而,機體內還存在相反活性的免疫細胞,即抗腫瘤和促腫瘤活性免疫細胞,具體表達何種活性取決于它們接收到的信號。在正常生理情況下,粒-單核細胞系祖細胞可分化為中性粒細胞、單核細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞；而在慢性炎癥下,有一類未成熟髓細胞持續地生成,雖然它們在形態和表型上與中性粒細胞和單核細胞相似,但具有不同的基因組和生化特征以及功能活性。因其抑制免疫系統的強大能力,這類細胞被稱為髓源性抑制細胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)[5]。MDSCs在調控結直腸癌進展中的重要性日益顯現,是近年來研究的熱點[6-7]。本文重點關注MDSCs在結直腸癌轉移中的作用,以及通過靶向MDSCs進行結直腸癌免疫治療的新途徑。

1 結直腸癌中MDSCs的表型鑒定

在結直腸癌的不同研究中,用于檢測和鑒定MDSCs的表型標志往往存在差異[8]。結直腸癌腫瘤微環境中MDSCs亞群的鑒定仍然很困難,主要歸因于骨髓細胞的起源、異質表型和相互轉化。當前比較公認的MDSCs表型是CD11b+HLA-DR-Lin-CD33-及其功能標志,例如誘導型氧化亞氮合酶和精氨酸酶1,這些標志提供了一個初始框架,并可由其他標志進行補充[2]。例如CD14、CD15、CD62L、CD54、LOX-1、PD-L1或CD124(IL-4αR)。根據Mye-EUNITER組織的最新建議,多形核髓源性抑制細胞(polymorphonuclear MDSCs,PMN-MDSCs)的鑒定,至少需要滿足的表型特征是CD14-CD11b+CD15+(或CD66b+),對于單核樣髓源性抑制細胞(monocytic MDSCs,M-MDSCs),相應表型特征是CD11b+CD14+HLA-DRlow/-CD15-,而對于早期階段髓源性抑制細胞(early-stage MDSCs,e-MDSCs),則是Lin-(CD3/14/15/19/56)/HLA-DR-/CD33+[3]。

2 MDSCs參與結直腸癌的惡性進展

多項研究結果表明[9-11],在小鼠模型或結直腸癌患者中,外周血和腫瘤組織中的MDSCs與癌癥分期和轉移發展密切相關,是結直腸癌發展的風險因素。值得注意的是,雖然與健康志愿者或結直腸癌未轉移患者相比,PMN-MDSCs、M-MDSCs和e-MDSCs這3種MDSCs亞群在結直腸癌轉移患者外周血中的比例更高,但對于特定的MDSCs亞群在結直腸癌發生和轉移中發揮的主要作用,尚無統一觀點[2]。

2.1 MDSCs的免疫抑制作用

免疫抑制微環境是腫瘤微環境中起抑制免疫功能的部分,研究表明[5-7],MDSCs作為主要的抑制性免疫細胞群之一,對結直腸癌的發展至關重要。在結直腸癌患者中,精氨酸酶1、活性氧和氧化亞氮是MDSCs抑制細胞毒性T細胞功能的效應分子[12-13]。由活性氧和氧化亞氮協同產生的過氧亞硝酸鹽能造成T細胞受體(TCR)/CD8復合物中酪氨酸的硝化,直接破壞TCR/CD8復合物的構象靈活性。受損的TCR/CD8復合物不能與載有抗原肽的主要組織相容性復合體(MHC)I類分子相互作用,導致CD8+T細胞無法對抗原特異性刺激產生反應[14]。在小鼠結直腸癌移植瘤模型中,位于腫瘤缺氧區域的MDSCs高表達缺氧誘導因子1α(HIF-1α),該分子可誘導精氨酸酶1和誘導型氧化亞氮合酶的產生以及T細胞活化的V域Ig抑制因子上調,促進MDSCs介導的T細胞抑制[15]。同時,缺氧能控制MDSCs的分化。Kumar等[16]發現,在腫瘤的缺氧部位,MDSCs中信號傳導及轉錄激活蛋白3活性下降,并由此導致CD45酪氨酸磷酸酶活性下降,這些變化使MDSCs有向腫瘤細胞相關的巨噬細胞分化的傾向。上述因素使MDSCs在腫瘤條件下具有強效且非特異的免疫抑制活性。

2.2 MDSCs的非免疫抑制作用

在癌癥的惡性進展中,腫瘤細胞會開發多種機制逃避機體免疫系統的識別和攻擊,其中就包括MDSCs的產生。MDSCs除了具有免疫抑制活性,參與腫瘤免疫逃避,還有非免疫抑制作用,能夠直接刺激或促進腫瘤的生長和轉移。

2.2.1 MDSCs促進腫瘤細胞上皮間質轉化 上皮間質轉化是上皮癌的轉移起始步驟。上皮來源腫瘤細胞發生上皮間質轉化后,逐漸失去細胞極性,細胞骨架經歷重塑,細胞間的連接也遭到破壞,減弱了細胞黏附性,使其更容易遷移和侵襲[17]。因此,上皮間質轉化可能是腫瘤細胞離開細胞外基質,進入血液或淋巴循環的有力驅動,MDSCs可能參與了該過程。Wang等[6]研究表明,在缺氧條件下,PMN-MDSCs來源的外泌體能夠通過依賴鈣結合蛋白S100A9介導對結直腸癌細胞干性的調節。除此之外,MDSCs通過釋放基質金屬蛋白酶(MMP)2、8、9、13和14,降解細胞外基質,重塑基底膜,促進腫瘤細胞遷移[18-19]。

2.2.2 MDSCs促進腫瘤細胞外滲 雖然癌細胞成功地離開了細胞外基質,但由于其大小的限制,癌細胞很容易被困在毛細血管中。在沒有物理屏障的情況下,循環腫瘤細胞(circulating tumors cells,CTCs)難以主動黏附內皮細胞,此時血管內皮生長因子(VEGF)的存在十分必要。在腫瘤的原發部位,MDSCs通過產生VEGF,激活內皮細胞中的Src-黏著斑激酶復合物,破壞內皮細胞屏障功能,從而促進細胞旁通透性[20]。此外,內皮細胞通過上調E選擇素的表達以促進腫瘤細胞的黏附,加速其外滲[21]。因此,抗 VEGF 抗體常常被用于結直腸癌治療的臨床試驗(NCT04715633、NCT00109226)。

2.2.3 MDSCs保護CTCs并促進其播散 事實上,并不是所有的CTCs都能導致轉移,在血管內部存在的機械、物理剪切力和免疫監視作用下,大多數的腫瘤細胞終將死亡[22]。Sprouse等[23]在荷瘤小鼠和癌癥患者外周血中檢測到了CTCs簇,表明CTCs存活的策略可能是通過其與免疫循環細胞的相互作用而繞過免疫監視。Liu等[24]曾提出假說,MDSCs可以直接與CTCs相互作用,物理層面,MDSCs在CTCs周圍形成一個外罩,保護CTCs免受免疫清除；生理層面,MDSCs可以在這個屏障內分泌可溶性因子,以維持腫瘤細胞干性,從而促進克隆擴張。Sprouse等[23]在體外實驗和體內模型證明了這一猜想,CTCs與PMN-MDSCs形成物理簇,在這種情況下,PMN-MDSCs促瘤活性增強,產生更多的活性氧,并通過活性氧-核轉錄因子紅系2相關因子2-抗氧化反應元件軸上調CTCs中Notch1受體的表達,而PMN-MDSCs上表達的Notch配體Jagged1與CTCs表面的Notch1受體結合后,可進一步活化CTCs的Notch信號通路,促進CTCs的存活和增殖。這些研究表明靶向 CTCs/PMN-MDSCs 簇可能是一種限制結直腸癌遠處轉移的新治療途徑。

2.2.4 MDSCs幫助形成轉移前生態位 為了成功地轉移性定植,腫瘤細胞不僅要發展出特定的遺傳特征來促進腫瘤轉移,還要改變遠處靶器官的局部微環境,使組織更容易接收CTCs,這種易于腫瘤定植的環境被定義為轉移前生態位[25]。顯然,這種支持性轉移微環境的形成離不開MDSCs的動態調節。對于結直腸癌患者來說,即使通過手術切除了原發腫瘤,癌細胞仍然可能擴散到肝臟。據報道有20%～70%的結直腸癌患者最終發展為肝臟轉移,而MDSCs可能是影響轉移前微環境形成的重要因素[26-27]。Zeng等[27]建立了原位結直腸癌小鼠模型,利用高通量轉錄組測序描繪出小鼠體內免疫細胞組成的動態變化,證實在轉移前肝臟中存在著大量的MDSCs,可能與原發性腫瘤的代謝重編程和CCL28趨化因子軸有關。而在小鼠結直腸癌肝轉移模型中,CCL9-CCR1趨化因子軸被證明嚴重影響MDSCs在轉移前生態位中的積累,來自腫瘤細胞的CCL9通過CCR1受體招募未成熟的髓樣細胞,誘導這些髓樣前體細胞分化為MDSCs；相比之下,人源性結腸癌細胞分泌的CCL15觸發MDSCs在肝臟中的擴張,支持轉移前生態位的形成[28]。事實上,結直腸癌細胞還可通過分泌VEGF,刺激腫瘤相關巨噬細胞產生CXCL1,直接將CXCR2+MDSCs吸引至轉移前肝臟,最終導致肝轉移[26]。

2.2.5 MDSCs幫助激活休眠腫瘤細胞 隨著轉移前生態位發展,CTCs逐漸在器官中定植下來,經過多年的潛伏期后,最終從沒有臨床癥狀的微轉移發展到明顯的轉移病灶。雖然到目前為止,尚不清楚何種信號可以影響腫瘤細胞的休眠特性,幫助它們存活很長時間,但有證據表明在結直腸癌遠處轉移階段,MDSCs來源的CCL7是激活休眠腫瘤細胞的重要信號。Ren等[29]通過構建結直腸癌的體外休眠細胞模型和轉移性休眠動物模型,發現與PMN-MDSCs相比,M-MDSCs對于啟動休眠腫瘤細胞的生長更為關鍵。其主要機制是M-MDSCs 分泌的 CCL7 與休眠細胞膜上 CCR2 結合,刺激了 JAK/STAT3 通路從而激活休眠細胞。因此,研究人員對動物模型使用了小劑量的CCL7和MDSCs抑制劑,成功維持轉移細胞的休眠狀態,從而達到減少根治術后轉移或復發的目的。

MDSCs可以通過不同方式調節結直腸癌腫瘤生長和轉移,包括免疫抑制和非免疫抑制(上皮間質轉化、外滲、播散、轉移前生態位的形成和休眠腫瘤細胞的激活等),這些都提示了MDSCs對于結直腸癌的治療有重要價值。

3 MDSCs在結直腸癌免疫治療中的進展

結直腸癌的發生可受多種內在和外在因素影響,包括新突變的積累、預先存在的基因突變、家族史相關的易感等位基因以及長期存在的慢性炎癥等。雖然治療結直腸癌的化學療法和免疫療法不斷更新發展,但目前手術仍然是結直腸癌患者唯一可靠的治療方法。Xu等[7]對結直腸癌小鼠實施腫瘤切除術后,MDSCs在腹腔中富集且與不良預后有關,結果表明MDSCs是癌癥免疫療法的主要障礙。因此,為了提高結直腸癌患者的整體生存率,減少腫瘤轉移發生的概率,考慮制定靶向MDSCs的新輔助療法十分必要。

吉西他濱、5-氟尿嘧啶和多柔比星是目前用于腫瘤化療的常規藥物,通過誘導細胞凋亡減少MDSCs數量,當這些藥物與免疫檢查點封鎖藥物相結合時,可能會顯示出協同作用。正如Limagne等[30]提供的證據,在轉移性結直腸癌患者中,FOLFOX(5-氟尿嘧啶+奧沙利鉑)化療與貝伐珠單抗的聯合治療能更有效地降低PMN-MDSCs的數量及其免疫抑制活性,患者預后更好。此外,基因組不穩定性是結直腸癌的一個重要特征,其中染色體不穩定是最常見的類型,主要發生在DNA錯配修復(mismatch repair,MMR)的腫瘤中。對于錯配修復缺陷(MMR-deficient,dMMR)和微衛星不穩定性高(microsatellite-instability-high,MSI-H)的腫瘤,免疫檢查點抑制療法CTLA-4和PD-1治療有效,但對錯配修復完整(MMR-proficient,pMMR)和微衛星不穩定性低(microsatellite instability-low,MSI-L)的腫瘤,免疫反應較差[31]。這可能是因為腫瘤浸潤T淋巴細胞無法識別MSI-L突變的腫瘤細胞[32],并且與dMMR-MSI-H腫瘤相比,pMMR-MSI-L腫瘤中存在大量的免疫抑制細胞(MDSCs和調節性T細胞)[33]。因此,使用MDSCs靶向治療可能是幫助改善pMMR-MSI-L結直腸癌患者手術效果的潛在機會。

4 總結

綜上所述,MDSCs在小鼠或結直腸癌患者疾病進展中發揮重要作用。在結直腸癌發展過程中,MDSCs通過不同的分子機制介導免疫抑制,增強腫瘤侵襲性和轉移性來促進結直腸癌進一步發展。目前還沒有確鑿的證據表明某一特定MDSCs亞群在結直腸癌的進展過程中發揮主要作用,仍需要進一步的研究加強對MDSCs的認識,并為更好地了解MDSCs亞群在整個結直腸癌發展過程中的作用提供新的參考。此外,以MDSCs為靶向的療法對拓寬其他腫瘤的治療也具有重要意義。基于免疫檢查點療法和靶向MDSCs的聯合治療是發展腫瘤免疫治療的合理方法,需要在臨床試驗中不斷探索優化治療策略。