微RNA調控MDSCs在疾病發展中作用的研究進展*

李陳誠，楊禮丹，余浪波，馮建波 綜述，彭笳宸 審校

(遵義醫科大學附屬醫院關節外科/遵義醫科大學-羅切斯特大學聯合骨科研究中心，貴州遵義 563000)

髓源性抑制細胞(myeloid-derived suppressor cells，MDSCs)是具有免疫抑制功能的一類未成熟、異質性的細胞群體，其來源于骨髓祖細胞和未成熟髓系細胞，包括髓系前體細胞、不成熟的粒細胞、單核巨噬細胞、樹突狀細胞(DC)等，該群細胞占髓系細胞的1%～5%，其中約1/3分化為成熟細胞。在正常體內，造血干細胞分化為未成熟髓系細胞(IMCs)，IMCs進一步分化為成熟的中性粒細胞、巨噬細胞和DC。當機體發生腫瘤、炎癥、感染等病理情況時，IMCs的正常分化可被炎性因子或腫瘤來源的細胞因子[如白細胞介素(IL)-6、腫瘤壞死因子(TNF)、血管內皮生長因子(VEGF)、前列腺素(PG)-E2和粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)等]所阻滯，誘導其成為MDSCs，并在外周血、骨髓或病變部位募集、擴增、活化，參與免疫逃逸、免疫耐受、炎性反應等病理過程。因此，作為重要的免疫負調控細胞群體，MDSCs在腫瘤、感染性疾病等多種疾病中的作用正日益受到重視。目前研究表明，MDSCs只存在于癌癥、肥胖、自身免疫性疾病或慢性感染等病理條件下。與大多數其他髓系細胞相比，MDSCs具有很強的免疫抑制作用。在癌癥中，MDSCs來源于髓系祖細胞，根據腫瘤釋放的信號在骨髓中積累，MDSCs的激活是由于持續刺激髓系細胞的低強度信號，導致吞噬細胞能力變差，以及活性氧(Ros)、一氧化氮(NO)和抗炎細胞因子的產生增加致使MDSCs的激活。目前在小鼠和人類身上都發現了兩種MDSCs：形態與中性粒細胞相似的多形核MDSCs(PMN-MDSC)和與單核細胞相似的單核MDSC(M-MDSC)。MDSCs在人類外周血單個核細胞(PBMC)中被稱為早期MDSC(EMDSC)。MDSCs通過分泌或表達包括精氨酸酶(Arg)-1、NO、轉化生長因子β(TGF-β)和環氧合酶(COX)-2在內的免疫調節因子來抑制抗腫瘤T淋巴細胞活性。如Arg-1耗盡了作為T淋巴細胞增殖和激活的必需氨基酸精氨酸，MDSCs產生的Ros通過誘導氧化應激殺死靶細胞[1]。臨床上，MDSCs被認為是預測疾病結局的生物標志物，因為癌癥治療前大量循環的MDSCs對癌癥患者的生存有負面影響，提示應該考慮從循環MDSCs來進行預后評估[2]。其也具有很強的免疫抑制特性，可調節抑制免疫反應從而阻礙炎性反應，在癌癥中會導致腫瘤免疫逃避和疾病進展，在感染中會加重感染性疾病的惡化[3]。在小鼠中MDSCs的特征標記細胞為Gr1+、CD11b+，表型為典型的中性粒細胞，但在一些實驗模型中，PMN-MDSC也可表達不存在于中性粒細胞上的標記。例如，來自小鼠的PMN-MDSC表達CD224和CD115，而中性粒細胞不表達這些分子。在人類，M-MDSC以CD14的表達為特征，PMN-MDSC以CD15和CD66b的表達為特征，這兩種細胞均不表達淋巴細胞和自然殺傷細胞(NK細胞)的譜系標志，而表達一般的髓系抗原，即CD33。經典單核細胞，炎性單核細胞CD16-、CD14主要組織相容性復合體(MHC)Ⅱ類分子的表達可以分離出M-MDSC。MDSCs有CD33+、CD11b+、CD14+、CD15-及人白細胞抗原(HLA)-DR-表型，而經典單核細胞和炎癥單核細胞為HLA-DR[4]。這些細胞在腫瘤、炎癥、感染和自身免疫性疾病方面均表現出大量聚集和增多的現象。

目前，MDSCs擴展的基礎機制尚不清楚，但現有觀點認為包括炎性細胞因子和生長因子在內的不同介質可在各種炎癥條件下驅動MDSCs擴增。有學者發現，在小鼠膿毒血癥模型中，膿毒血癥發病后誘導了微RNA(microRNA，miRNA)的表達從而調節MDSCs的數量，且在腫瘤、自身免疫性疾病等有類似發現，均證實miRNA在調控MDSCs方面起著舉足輕重的作用[5]。miRNA是一種大小為19～25個核苷酸的短鏈RNA分子，主要調控靶基因的轉錄后沉默。單個miRNA可針對數百個基因，并影響許多基因的表達，這些基因通常涉及多個功能相互作用的途徑。miRNA可從細胞、組織和體液中分離，如血清、血漿、眼淚或尿液。早期采用傳統的酚氯仿萃取，再進行RNA沉淀，然而使用這種方法時常存在大量的污染物。此外，學者發現在從少量細胞中提取酚氯仿時，會選擇性地丟失GC含量的miRNA，這是由于與長核酸相比，沉淀小核酸的效率低下。在miRNA提取過程中，采用柱基RNA吸附法可避免這些問題。miRNA參與正常和失調的骨髓造血調控，骨髓發生改變是骨髓源性抑制細胞擴張的基礎。越來越多的間接和直接證據表明miRNA在骨髓源性抑制細胞生物學中的作用，在骨髓增生性疾病中伴隨著祖細胞和未成熟細胞的分化和積累阻滯，miRNA參與調控MDSCs的增殖、分化和成熟[6]。本文就miRNA調控MDSCs在腫瘤、感染、免疫等方面的作用進行綜述。

1 miRNA介導MDSCs在腫瘤中的作用

MDSCs是有效免疫治療的主要障礙，在癌癥患者中miRNA負責將單核細胞轉化為MDSCs，與MDSCs相關的miRNA的表達是癌癥患者MDSCs活性的指標，并且是免疫治療結果不佳的潛在血液標志物[7]。目前有相關研究通過對miRNA的分析發現至少有6對miRNA與MDSCs相關，因此可以推測miRNA可能通過調控靶基因來調控MDSCs的分化和成熟。研究顯示，在腫瘤疾病中，miRNA-494誘導MDSCs的表達是由腫瘤衍生因子如TGF-β1調控的，通過靶向磷酸酶和張力素同源物，激活絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶(Akt)途徑來調節MDSCs的蓄積和活性[8]。在乳腺癌中，miRNA-10a激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)信號通路促進MDSCs的擴增和活化。而miRNA-6991-3p可直接靶向免疫檢查點基因LGALS9，miRNA-6991-3p模擬轉染可通過抑制LGALS9介導的Janus激酶(JAK2)信號轉導及轉錄活化因子3(STAT3)的激活而抑制MDSCs的增殖和促進凋亡[9]。同樣，miRNA也可介導腫瘤疾病中MDSCs的分化和活性降低。miRNA-17家族成員miRNA-17-5p和miRNA-20a也通過STAT3通路對MDSCs進行抑制，其通過抑制抗原特性的CD4和CD8細胞的功能從而抑制其免疫反應。因此，抑制miRNA-17-5p和miRNA-20a等重要免疫調節因子的表達可能是改善現有免疫治療策略的一種選擇[10]。除此之外，miRNA-21和miRNA-155在單核細胞和粒細胞亞群中均與MDSCs的擴增密切相關。用高水平的miRNA-155和miRNA-21可從荷瘤小鼠中分離出骨髓和脾臟MDSCs。通過減少MDSCs中miRNA-155和miRNA-21的表達從而抑制腫瘤生長[11]。miRNA-494是細胞周期從G2期到有絲分裂M期的主要調控因子，miRNA-494可誘導膽管癌細胞G2/M期阻滯，而miRNA-494的上調與炎癥有關，然而荷瘤小鼠的MDSCs中miRNA-494的表達增加，其中腫瘤源性MDSCs中miRNA-494的上調起著重要作用，對miRNA-494的操縱影響了MDSCs的凋亡和遷移[12]。此外，miRNA-494誘導的MDSCs激活是通過張力蛋白同源等位基因(PTEN)介導，PTEN是磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)/Akt信號通路的主要負調控因子。因此，對miRNA-494的上調導致PTEN表達減少，從而導致Akt活性增加和隨后功能性MDSCs積累[12]。進一步支持這一研究的是miRNA-494基因敲除抑制了原發腫瘤的生長和轉移，減少了MDSCs的積累。除此之外還有眾多miRNA通過對MDSCs的誘導進而調控腫瘤疾病的免疫反應，為癌癥治療提供了一個新的靶點。

2 miRNA介導MDSCs在炎癥中的作用

支氣管哮喘是由多種細胞和炎性因子引起的氣道慢性炎癥。氣道高反應性、慢性炎癥和氣道重塑是哮喘的特征。流行病學研究發現，哮喘的發病率和死亡率逐年上升，但其發病機制目前尚不清楚[13]。越來越多的研究發現，許多miRNA可能參與了哮喘的發病。在哮喘小鼠模型中，miRNA-221和miRNA-485-3p的上調可能通過下調結構域(Spre)-2的表達在哮喘發病機制中發揮重要作用[14]。研究表明，轉錄因子環磷酸腺苷反應元件結合蛋白(CREB)能在上游水平調控miRNA-20b的表達[15]。miRNA-20b在哮喘發病機制中可誘導CD11b+Ly6G+Ly6C的積累，這可能是miRNA-20b抑制哮喘小鼠氣道炎癥的機制之一[16]。由于哮喘的發病機制與miRNA密切相關，因此有關miRNA調控的研究可為哮喘新的治療方法提供理論依據。但目前miRNA調控MDSCs在炎癥中的研究較少，值得進一步探索。

3 miRNA介導MDSCs在感染中的作用

在膿毒血癥的小鼠模型中，miRNA-375和miRNA-21呈負相關，miRNA-375水平的上調或下調可以降低或增加miRNA-21水平。實驗證明，miRNA-375可通過阻礙JAK2通道從而調整MDSCs的擴增和聚集，可在一定程度上控制炎癥的發展[17]。MCCLURE等[18]研究發現，miRNA-21和miRNA-181b在膿毒癥早期表達上調，晚期時呈現持續表達，且在膿毒血癥發病后通過注射antagomiRNA(一種化學修飾的 miRNA 抑制劑)于膿毒血癥小鼠模型中可同時阻斷體內兩種miRNA以減少MDSCs數量，改善細菌清除率，使晚期膿毒血癥小鼠的死亡率降低了74%，并減少免疫抑制介質的產生。因此，臨床上可能通過下調miRNA-21和miRNA-181b的表達來逆轉這一過程，以改善晚期膿毒血癥的生存率。某些miRNA的過度表達是由于STAT3和CAAT區/增強子結合蛋白β(C/EBPβ)在膿毒癥發生后激活miRNA-21和miRNA-181b啟動子的協同作用而引起的。最新研究表明，S100A9通過誘導miRNA-21和miRNA-181b表達，促進了MDSCs的擴增和免疫抑制[19]。在病毒感染中，相關研究表明，MDSCs和Tregs在慢性丙型肝炎病毒(HCV)感染過程中發展轉化而來，miRNA-124下調MDSCs中過表達的STAT3和TGF-β，從而降低MDSCs和Tregs的表達頻率，揭示HCV感染時MDSCs和Tregs擴增也同樣受到miRNA的調控[20]。在包蟲病感染的小鼠模型中，通過對失調的miRNA進行GO和KEGG富集分析，發現有6條與血管生成相關的信號通路。其中PI3K/AKT/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號通路和/或絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路可促進VEGF分泌[21]，而這些信號通路是miRNA通過MDSCs來調控的[22]。在部分學者關于金黃色葡萄球菌骨感染生物膜形成的相關研究中，MDSCs被認為是生物膜感染和形成的促進因子，也是致使金黃色葡萄球菌感染所致慢性骨髓炎遷延不愈的重要原因[23]，但其調控機制有待進一步發掘。

4 miRNA介導MDSCs在自身免疫性疾病中的作用

4.1 多發性硬化癥(MS)

MS是一種復雜疾病，目前發病機制不明，現有研究發現可能涉及中樞神經系統炎癥、脫髓鞘和軸突損傷。在實驗性自身免疫性腦脊髓炎(EAE)中，MDSCs可抑制T淋巴細胞活性，其中miRNA-223通過STAT3下調MDSCs的數量并抑制其功能。在miRNA-223基因敲除的小鼠模型中，MDSCs對T淋巴細胞增殖的抑制作用大于野生型MDSCs，揭示了miRNA-223在EAE和MS中具有調節MDSCs生物學功能的作用[24]。

4.2 炎癥性腸病(IBD)

IBD為累及回腸、直腸、結腸的一種特發性腸道炎癥性疾病，臨床表現為腹瀉、腹痛，甚至可有血便。IBD包括潰瘍性結腸炎(UC)和克羅恩病(CD)，目前其病因和發病機制尚未完全明確，已知腸道黏膜免疫系統異常反應所導致的炎性反應在IBD發病中起重要作用。在IBD的小鼠模型中可檢測到MDSCs，將CL4-TCR轉基因CD8+T淋巴細胞轉移至VILLIN-HA轉基因小鼠體內，可在脾臟和腸道內檢測到大量MDSCs的存在[25]。MDSCs可抑制CD8+T淋巴細胞增殖，通過一種需要NO的機制誘導T淋巴細胞凋亡。此外，在IBD患者的外周血中發現表面表型為CD14的細胞群體大量增加[26]。

4.3 自身免疫性肝炎(ALD)

ALD是一種肝特異性自身免疫性疾病，肝細胞特異性的gp130/STAT3信號在小鼠體內可防止過度炎癥。由gp130介導的三磷酸腺苷(APP)產生血清淀粉樣蛋白A(SAa)和CXCL趨化因子KC可促進MDSCs的動員和積累，反過來起到抑制病理性炎癥的作用[27]。在生理條件下，miRNA-146家族(miRNA-146a、miRNA-146b)和miRNA-155對天然免疫有積極的控制作用，而在癌癥中miRNA-146家族和miRNA-155二者均由核因子-κB(NF-κB)轉錄調控，但功能卻截然相反，miRNA-146家族表現出抗炎作用，miRNA-155有促炎作用。miRNA-146a/b通過下調TNF-α受體相關因子6(TRAF6)和IL-1受體相關激酶(IRAK1)抑制促炎因子的產生[28]。另一方面，miRNA-146b也通過IL-10介導的STAT3及干擾素調節因子5(IRF5)抑制巨噬細胞活化，miRNA-146a是免疫細胞活化和惡性轉化的重要調節因子[29]。在肝癌的臨床模型中，miRNA-146a抑制改變了STAT3激活相關的細胞因子譜，改善了淋巴細胞的抗腫瘤作用。在MASTROIANNI等[30]研究中，miRNA-146a是STAT1/γ干擾素(IFN-γ)軸的中樞負調節因子，影響遷移、增殖并誘導程序性死亡因子配體-1(PD-L1)的表達，且抗PD-L1與抗miRNA-146a藥物的聯合應用可提高黑色素瘤小鼠的存活率。目前，免疫療法(ICI)已顯示出對各種癌癥及自身免疫性疾病的治療有著顯著益處。然而，免疫相關不良事件(irAEs)經常發生，并可能導致ICI終止。MARSCHNER等[31]發現，miR-146a在免疫細胞中具有調節功能，且在兩種不同的小鼠模型中，缺乏miR-146a小鼠的部分iraE靶器官受損更為嚴重。在上述疾病中MDSCs直接或間接參與了疾病的發展變化，通過miRNA調控MDSCs從而治療自身免疫性疾病具有一定的發展前景。

5 小 結

大量研究表明，miRNA在各種疾病領域都存在關聯，特別在人類癌癥中研究較為深入，特定的miRNA與人類部分癌癥有關。miRNA檢測有助于癌癥的早期診斷、患者分層和療效評估。而MDSCs參與腫瘤、感染、自身免疫性疾病等眾多疾病，且主要起免疫抑制作用，可能成為疾病免疫治療新的突破靶點[32-33]。MDSCs的擴增和功能在腫瘤、感染方面已經得到廣泛研究，但還未找到合適的MDSCs調控方案，通過作用于MDSCs來調整疾病發展方向將是疾病治療的關鍵。目前miRNA在調控MDSCs方面起著重要作用，且MDSCs的分化和功能通常不由單一miRNA調控，而是由多個miRNA共同協調作用[34]。通過miRNA對MDSCs的調控可為免疫治療提供新途徑，且在某些疾病(如慢性骨髓炎)中MDSCs的調控機制還有待進一步研究。