髓樣抑制細胞在腫瘤微環境中的角色*

李 沈 王 徐 王小明

皖南醫學院第一附屬醫院 弋磯山醫院，安徽省蕪湖市 241001

髓樣細胞異常的分化和功能是癌癥的特點之一。擁有強大的免疫抑制功能的未成熟和病理性的髓樣抑制細胞(MDSC)的積聚在腫瘤中很是常見。在癌癥的情況下，MDSC異常產生并可以募集到腫瘤微環境(TME)中，以幫助建立促進腫瘤逃逸的免疫抑制性TME。另外，MDSC有助于腫瘤生物學的非免疫學方面，包括腫瘤血管生成和轉移。許多研究表明，MDSC與腫瘤分期、進展和治療耐藥性之間存在相關性。MDSC可以通過促進腫瘤細胞的生存/浸潤正常的組織/腫瘤血管生成以及轉移來協助腫瘤的進展[1]。

通過對小鼠和人類的研究，目前MDSC有兩種不同的類型：多形核(PMN-MDSC)和單型核(M-MDSC)[2-3]。其中前者在形態和表型上類似于中性粒細胞，而后者是類似于單核細胞。在荷瘤宿主中，MDSC積聚在外周淋巴器官和腫瘤組織中，這一點表明MDSC的功能和演變和它所處的位置有關。

現有的數據可以強有力地證明MDSC在外周淋巴器官和腫瘤組織中有著不同的功能特性。在外周淋巴器官中，MDSC主要表現為PMN-MDSC，它有著較為溫和的免疫抑制作用，其主要的作用是在腫瘤特異性T細胞耐受的發展過程中調節其腫瘤特異性免疫反應。在腫瘤組織中，MDSC主要變現為M-MDSC,其具有更強的免疫抑制功能，它可以迅速地分化成腫瘤相關的巨噬細胞(TAM)。上述表明針對MDSC的某一個靶點進行治療也許并不能取得滿意的療效；同時也提示關于MDSC在腫瘤組織和外周淋巴器官中的調節機制的不同也許同樣會影響靶向治療的效果。

1 MDSC的發展和分化

MDSC是由骨髓中的髓系祖細胞產生的。它的發展由一個復雜的信號網絡控制的。這個信號網絡可分為兩大類，一類是促進未成熟型的髓樣細胞積聚的信號，另一類是促進病理性的髓樣細胞積聚的信號[4]。由于許多研究報道了腫瘤宿主骨髓中MDSC的積累，因此骨髓中骨髓間室的改變在BM中是明顯的。MDSC的病理活化是腫瘤發出的相對低強度信號持續刺激髓樣室的結果，其特征是相對較差的吞噬活性以及持續性產生活性氧(ROS)，一氧化氮(NO)和大量的抗炎細胞因子。這與在細菌和病毒反應中觀察到的快速激活吞噬作用以及爆發性地釋放促炎細胞因子形成鮮明對比。而后者，當炎癥得到解決時，骨髓生成就會正常化。

MDSC具有許多生物化學和基因組特征，這些特征將這些細胞與中性粒細胞和單核細胞區分開來。它們包括表達大量的NADPH氧化酶(Nox2)；精氨酸酶1 (arg1)和一氧化氮合酶2 (nos2)基因表達增加；增加轉錄調節因子c/EBPβ和STAT3的表達；IRF8表達降低以及S100A8/9蛋白的產量增加等。種種變化最終導致了MDSC分化成為成熟的髓樣細胞(巨噬細胞，樹突狀細胞；成熟的中性粒細胞)的能力減弱。高產的ROS、NO、arg1等均存進了MDSC的免疫抑制效應。

2 MDSC在腫瘤中募集的調節

MDSC在腫瘤組織中含量豐富。許多報道描述了MDSC在小鼠腫瘤中的存在，最近的研究表明，腫瘤相關的MDSC在腫瘤進展中發揮重要作用[5-6]。在人類中，最近的研究描述了MDSC在膠質母細胞瘤、尿路上皮癌、胰腺腺癌和乳腺癌中的存在。單核細胞和M-MDSC被積極募集到原發和轉移的腫瘤部位。這一過程受腫瘤產生的趨化因子調控。CCL2和CCL5是單核細胞/M-MDSC向腫瘤遷移的主要趨化因子。體外培養的乳腺、卵巢和胃腫瘤分泌CCL2，這些患者的MDSC表達同源的CCR2受體，并向這些趨化因子遷移。CCL2的表達隨著人類結直腸癌的進展而增加，CCL2在自發性結直腸癌小鼠模型中的缺失降低了結腸MDSC的數量。

然而，在卵巢癌中發現了一些不同的結果，那就是CCR2在TAM上的表達降低。這可能是一種在腫瘤微環境中保留TAM的機制。具體的調節機制目前還不清楚。顯然，在實驗條件下，細胞的募集和保留常受到較多的機制調控，這些機制在不同的腫瘤類型和腫瘤發展階段中普遍存在。中性粒細胞和PMN-MDSC主要由CXC趨化因子募集，包括CXCL1、CXCL5、CXCL6、CXCL8和CXCL12。此外，有證據表明，在CCL2趨化因子的作用下，PMN-MDSC可以被募集到腫瘤部位。除了趨化因子外，1-磷酸鞘氨醇(S1P)，一種在腫瘤組織中過表達的生物活性磷脂，也被證明是PMN的趨化劑。

缺氧可能參與了PMN-MDSC的募集。Sceneay等人在原位乳腺腫瘤模型中證明，原發腫瘤中的缺氧促進了腫瘤轉移前微環境的形成。轉移前微環境的主要細胞類型為PMN-MDSC和NK細胞。在肝細胞癌小鼠模型中，大量金屬蛋白酶抑制劑導致CXCL12的產生，促進CXCR4介導的PMN募集到轉移前微環境中[7-8]。

因此，腫瘤的MDSC的募集受很多不同因素的控制。這些因素對特定類型的癌癥并不具有特異性，并且具有高度的可重復性，以支持在不斷變化的微環境中持續向腫瘤提供MDSC。這表明，通過抑制一種特定趨化因子對腫瘤進行MDSC募集的治療阻斷可能只有有限的效果。趨化因子受體的靶向性可能更有希望，因為一個受體可能與多個趨化因子相互作用。然而，只有臨床試驗才能闡明這種可能性。

3 MDSC介導的免疫抑制機制的局部依賴性

之前大多數關于MDSC抑制作用的研究都集中在外周淋巴器官(脾臟、淋巴結)和外周血中的細胞，主要原因是在腫瘤組織中分離MDSC的技術不成熟。然而,隨著技術的進步,MDSC從腫瘤中分離愈加成熟，關于MDSC在腫瘤組織和外周淋巴器官不同作用機制的研究也越來越清晰。

MDSC對周圍淋巴器官的免疫抑制作用涉及多種機制。這些機制包括NO和ROS的產生(包括PNT)以及消除T細胞增殖所需的關鍵營養因子。MDSC所產生的PNT能硝酸化趨化因子，從而阻斷CD8+T細胞進入腫瘤。MDSC也可以產生免疫抑制性細胞因子IL-10和TGF-β,誘導調節性T細胞，影響NK細胞功能等[9]，除此之外還有其他的一些免疫抑制機制。大多數研究表明，外周淋巴器官中的MDSC對T細胞的抑制作用需要密切的細胞間接觸。

顯然，并非所有這些機制都同時起作用。具體的機制取決于不同癌癥中產生的MDSC的類型。在大多數類型的癌癥的小鼠模型中，包括肺癌、乳腺癌、結腸癌、腎癌、頭頸部癌、胰腺癌等，PMN-MDSC是小鼠脾臟或淋巴結及腫瘤患者外周血中MDSC的主要類型[10]。然而，PMN-MDSC/M-MDSC比值在不同類型的癌癥中存在顯著的變異性，在人類癌癥中尤其明顯。例如，黑色素瘤和前列腺癌患者外周血中M-MDSC的比例明顯高于PMN-MDSC[11]。PMN-MDSC和M-MDSC的比值很重要，因為這些細胞發揮免疫抑制作用的機制不同。

通過對脾臟和腫瘤組織中MDSC的直接比較發現，腫瘤MDSC具有更強的抑制活性[12-13]。這些差異可以通過腫瘤與脾臟中PMN-MDSC和M-MDSC比例的變化或MDSC功能活性的變化來解釋。事實上，雖然PMN-MDSC在外周淋巴器官中占MDSC總數的70%以上，但在腫瘤細胞中，M-MDSC所占比例要更高。目前關于腫瘤中與脾臟中PMN-MDSC/M-MDSC比值的差異是否能反映M-MDSC向腫瘤優先遷移的機制尚不清楚。近年來對MDSC各個亞型的研究表明，腫瘤微環境(TME)通過改變MDSC細胞的性質，直接增強了MDSC的功能。MDSC在RM-1前列腺腫瘤和3LL肺腫瘤中表達的arg1和nos2均高于在同一小鼠脾臟中表達的MDSC，這與腫瘤MDSC的強烈抑制活性有關。腫瘤MDSC與脾臟MDSC相比，能夠抑制抗原非特異性CD3/CD28介導的T細胞增殖。

腫瘤MDSC抑制活性的升高與脂肪酸氧化(FAO)相關基因表達的顯著增加有關。脾臟和腫瘤MDSC在多種腫瘤模型中表下出不同的免疫抑制機制。脾臟MDSC對T細胞抗原特異性免疫反應呈ROS依賴性，而同一小鼠腫瘤MDSC通過NO的產生和arg1的分泌抑制表現出更強的抗原特異性抑制活性。這些結果在頭頸部癌癥患者的MDSC中得到了證實。與這些研究一致，Schlecker等人證實腫瘤M-MDSC中的arg1和nos2被上調了，以及腫瘤ROS水平在PMN-MDSC中是降低的。利用RMA-S淋巴瘤模型，有學者對荷瘤小鼠血液和腫瘤中PMN-MDSC和M-MDSC進行全基因組表達譜分析，發現CCL3和CCL4在腫瘤M-MDSC中表達增加。在B16黑色素瘤模型也得到了類似的結果，其中CCL3、CCL4和CCL5的上調最強。CCL4和CCL5能夠以CCR5依賴的方式吸引Tregs。

因此，文獻中認為TME中PMN-MDSC和M-MDSC較外周淋巴器官和外周血中具有更強的抑制作用這一觀點逐漸統一。在腫瘤中，MDSC具有抑制抗原非特異性T細胞反應的能力。這在腫瘤中創造了一個高度抑制的環境，并通過免疫介導機制防止腫瘤排斥。這種非特異性抑制的系統存在對宿主極為有害，因為它會在腫瘤發展的早期損害宿主的免疫系統，威脅宿主的生存。

4 腫瘤中調節髓源細胞功能和分化的機制

什么可能影響腫瘤中髓源細胞的功能和分化? 近年來的研究表明缺氧和HIFα有著重要的作用。將脾臟里的MDSC暴露在低氧或者HIFα穩定的化學環境中，可以抑制其降解，從而重塑了TME的效應。HIF1α也可以使得MDSC向腫瘤相關的巨噬細胞(TAM)分化。缺乏HIF1α，MDSC在TME中不會分化成TAM。HIF1α調節MDSC分化成MΦ在liu等的研究中也得到了證明[14]。在腫瘤內，缺氧上調了腫瘤浸潤MDSC上PD-L1的表達，使得其具有較脾臟MDSC更強的抑制活性。而HIF1α被發現與PD-L1上的一個轉錄性活性缺氧反應因子有直接關系。PD-L1表達的升高不僅在MDSC中，在TAM，DC和腫瘤細胞中均有被發現。

腫瘤中氧化磷酸化和糖酵解的變化也影響著MDSC的功能。為了支持癌細胞的快速增殖，癌細胞經歷了代謝轉變，主要依靠有氧糖酵解來產生能量(Warburg effect)，這一點現在已經很明確。類似的，髓細胞的激活也可導致其代謝向Warburg effect的轉變。然而這種調劑的特異性的機制仍然不明確，需要進一步的深層次的研究。

5 結論

MDSC在腫瘤的進展中發揮著重要的作用，其通過調節多方面的免疫反應在癌癥中發揮作用。MDSC的效應依賴于它所處的部位。MDSC在骨髓中產生，而后遷移至外周淋巴器官和腫瘤組織。M-MDSC和PMN-MDSC向腫瘤的遷移機制與中性粒細胞和單核細胞的遷移機制相似。目前，還沒有明確的證據表明MDSC具有獨特的遷移模式，尚需要進一步的研究。

TME對MDSC的功能和分化有著深刻的影響。大量的證據表明，M-MDSC和PMN-MDSC的抑制活性均顯著增強，以及M-MDSC向TAM快速的分化。然而這一現象的精確分子機制仍不清楚。TME引起了髓源性細胞的代謝變化，影響了TAM和DC的功能，初步研究也證實了該機制在MDSC調控中的重要作用。需要進一步的研究來分析PMN-MDSC與M- MDSC的代謝特性，以及糖酵解和氧化磷酸化對MDSC功能和分化的作用。