粒細胞樣髓源性抑制細胞在非小細胞肺癌中的研究進展

楊朝丹 朱蕊 張煜婷 應莉莎 王佳敏 劉盼 蘇丹

肺癌是一種起源于肺部氣管、支氣管黏膜或腺體的惡性腫瘤。美國臨床腫瘤雜志發布的2020全球癌癥統計[1]顯示，肺癌是男性第一高發的癌癥類型，占總病例的14.3%，也是男性癌癥相關死亡的第一大原因；在女性癌癥患者中肺癌發病率排名第三，死亡人數占女性癌癥死亡總數的13.7%，僅次于乳腺癌，排名第二。肺癌患者中非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer, NSCLC）患病人數占整體肺癌患者的85%左右[2]。隨著分子靶向治療及免疫治療的興起，許多分子靶向藥物和免疫治療藥物已經成功應用于NSCLC的臨床治療，例如表皮生長因子受體抑制劑、免疫檢查點抑制劑等[3]。然而，多數分子靶向藥物在治療過程中易產生耐藥性，患者可能出現療效不佳、治療周期延長和毒副作用增大等問題[4]。因此，尋找NSCLC的新型分子治療靶點并開發相應的抑制劑是當前亟需解決的重要問題。

近年來，研究人員對腫瘤微環境（tumor microenvironment, TME）在腫瘤發生發展中的調控機制越來越重視。髓源性抑制細胞（myeloid-derived suppressor cells, MDSCs）在TME中發揮免疫抑制功能，其中粒細胞樣MDSCs（granulocytic MDSCs, G-MDSCs）是MDSCs中最主要的細胞亞群，對NSCLC和其他多種惡性腫瘤的發生發展有重要影響[5]。因此，針對G-MDSCs相關通路的靶向治療可能為NSCLC的精準治療提供新機遇。

1 G-MDSCs的生成

根據細胞表型和基因表達譜的差異，M DSCs主要分為粒細胞來源的G-MDSCs和單核細胞來源的單核細胞樣MDSCs（monocytic MDSCs, M-MDSCs）。G-MDSCs也被稱作多核MDSCs（polymorphonuclear M DSC s, PM N-M DSC s），它是中性粒細胞分化異常而產生的一種具有免疫抑制功能的G-M DSC s，人類G-M D S C s 在細胞表型上被定義為C D 14-CD11b+CD33+CD15+/CD66b+，小鼠中G-MDSCs表型被定義為CD11b+Ly6CloLy6G+[6]。M-MDSCs是單核巨噬細胞生成過程出現異常分化而形成的M-MDSCs，人類細胞表型表現為CD14+HLA-DR-/lo，在小鼠中被定義為CD11b+Ly6ChiLy6G-[7]。在大多數類型的腫瘤中，G-MDSCs占MDSCs總數的70%-80%，而M-MDSCs通常不超過20%，這表明骨髓細胞調控這兩個亞群生成的分子機制存在差異[8]。

G-MDSCs與具有細胞免疫功能的中性粒細胞有著共同的起源。在正常生理條件下，骨髓中的造血干細胞分化為髓細胞，最終分化為單核細胞和粒細胞，其中中性粒細胞屬于粒細胞亞群[9]。成熟的中性粒細胞壽命較短，在病原體入侵機體時，通過粒細胞集落刺激因子（granulocyte colony-stimulating factor, G-CSF）、CXC-趨化因子受體（CXC-chemokine receptor, CXCR）和CXC-趨化因子配體（CXC-chemokine ligand, CXCL）等信號的作用，從骨髓不斷生成并遷移至外周血，發揮免疫效應。然而，在癌癥中，骨髓細胞受到微弱而持久的刺激信號，長期暴露于腫瘤特異的微環境中，導致其分化所需的轉錄因子功能紊亂，從而破壞了正常的分化途徑。在中性粒細胞向成熟分化的過程中，由于分化受阻，形成的未成熟中性粒細胞為G-MDSCs。此類G-MDSCs不再具備中性粒細胞的細胞免疫功能，相反，它們表現出免疫抑制效應[10]。在腫瘤形成的過程中，中性粒細胞也會轉化為G-MDSCs，參與G-MDSCs的積累[11]。

2 G-MDSCs促進NSCLC惡性進展的分子機制

G-MDSCs在NSCLC患者的預后預測和免疫治療監測方面具有重要的作用。G-MDSCs作為一種免疫抑制性細胞類型，可以抑制免疫系統對腫瘤的攻擊，從而促進腫瘤的生長和轉移。研究[12-14]表明，原發性或轉移性肺癌患者外周血中存在大量的G-MDSCs，G-MDSCs的富集程度與NSCLC患者的總生存期、腫瘤原發灶-淋巴結-轉移（tumor-node-metastasis, TNM）分期及淋巴結轉移密切相關。外周血和肺腫瘤組織中高水平的G-MDSCs往往伴有自然殺傷（natural killer, NK）細胞比例的減少，二者存在情況呈負相關[15]。因此，高水平的G-MDSCs提示患者的不良預后。

此外，G-MDSCs的水平還與免疫治療的療效密切相關，在對接受了靶向程序性死亡配體1（programmed death ligand 1, PD-L1）免疫治療的NSCLC患者的外周血檢測中發現，其G-MDSCs會表現出更高的PD-L1表達水平[16]。高水平的G-MDSCs可以抑制免疫治療的效果，降低患者的生存率。因此，通過監測G-MDSCs的水平，可以評估患者的預后及其對免疫治療的響應，并為治療策略的選擇提供指導。

2.1 影響T細胞功能 T細胞是免疫系統殺傷腫瘤的重要武器，當其增殖及活化受到抑制時，免疫系統抗擊腫瘤的能力會大幅下降。研究[17]發現，MDSCs會影響T細胞的功能，從而發揮促腫瘤效應。MDSCs的2個主要細胞亞群對抑制T細胞功能的調控機制存在差異。G-MDSCs表達高水平的活性氧（reactive oxygen species, ROS）和低水平的一氧化氮（nitric oxide, NO），而M-MDSCs則相反。2個亞群都表達精氨酸酶1（arginase-1, Arg-1）[18]。G-MDSCs主要通過以下2種代謝方式影響T細胞功能。

2.1.1 產生Arg-1 G-MDSCs會產生Arg-1消耗對控制T細胞功能至關重要的L-精氨酸（L-arginine, L-Arg）[19]。T細胞表面受體CD3分子負責將T細胞表面受體（T cell receptor, TCR）識別抗原時產生的活化信號轉導至T細胞內部[20]，CD3ζ鏈是CD3分子的組成肽鏈之一。NSCLC患者中G-MDSCs產生過量Arg-1會消耗L-Arg，導致T細胞表面的CD3ζ鏈表達下降，進而干擾T細胞信號傳導，影響后續的細胞免疫功能[21]。L-Arg缺乏時會促進G-MDSCs的積累，進一步抑制T細胞抗腫瘤反應[22]。聚乙二醇化形式的分解代謝酶精氨酸酶I（pegylated form of the catabolic enzyme arginase I, peg-Arg I）升高會導致G-MDSCs積累，peg-Arg I還參與阻斷正?；罨疶細胞的糖酵解途徑，致使T細胞功能受到抑制[22]。

2.1.2 產生ROS NSCLC患者外周血G-MDSCs特異性高表達ROS[21]。大量ROS的積累會導致氧化應激，阻礙細胞蛋白質合成及翻譯過程[23]；高水平的ROS同樣可以降低TCR鏈的表達，抑制T細胞的活化[24]；ROS的增加還可以消除CD8+T細胞的抗原特異性反應[21,25]。此外，ROS還參與缺氧誘導因子1α（hypoxia-inducible factor-1α, HIF-1α）的活化，HIF-1α調節M-MDSCs向M2型巨噬細胞分化[26,27]，M2型巨噬細胞抑制1型輔助T細胞（type 1 helper T cell, Th1）的免疫應答，促進Th2的免疫應答[28]，這打破了機體中Th1和Th2相對平衡的狀態，因此大多數情況下，M2表型癌癥患者的總生存率較差。

2.2 影響NK細胞功能 NK細胞作為固有免疫應答系統中的重要成員，在病原體入侵機體的早期就發揮重要的免疫殺傷作用。臨床研究[15]數據顯示，原發性或轉移性肺腫瘤患者TME及外周血中G-MDSCs介導的ROS和Arg-1的生成會損傷NK細胞的功能，導致NK細胞數量減少，進而抑制機體固有免疫應答。G-MDSCs來源的外泌體內含有的一種微小RNA（microRNAs, miRNAs），會造成NK細胞溶解，破壞NK細胞的完整性[28]。NSCLC患者中G-MDSCs高水平表達5’-核苷酸酶（又稱CD73），其產生的腺苷是一種免疫抑制分子，通過限制腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor α, TNF-α）等細胞因子的釋放抑制NK細胞的細胞毒性[29]。

除了影響免疫細胞功能外，NSCLC會分泌高水平的趨化因子招募G-MDSCs進入TME[30]。在TME中，G-MDSCs反過來也會分泌趨化因子、轉化生長因子β、白細胞介素-10等多種細胞因子誘導腫瘤細胞上皮-間充質轉化，促進腫瘤的轉移[31]。

3 NSCLC中靶向G-MDSCs的治療方式

G-MDSCs在NSCLC患者的預后指示和免疫治療監測方面顯示出很強的相關性，但其在臨床應用中仍需要進一步的研究和驗證，針對G-MDSCs募集、分化和功能的治療方式的開發是十分有必要的。

3.1 抑制G-MDSCs的擴增和募集

3.1.1 靶向轉錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3, STAT3）通路 在NSCLC中，驅動G-MDSCs擴增的主要信號分子之一是STAT3[32]。激活STAT3可通過促進抗凋亡基因的表達，抑制G-MDSCs凋亡，阻止G-MDSCs向成熟細胞分化；NADPH氧化酶2（NADPH oxidase, NOX2）的活性上調介導G-MDSCs中ROS產生增多，NOX2活性缺失的G-MDSCs會失去抑制T細胞反應的能力，G-MDSCs中NOX2的表達受STAT3控制[33]；STAT3信號通路還通過促進Arg-1表達來增強G-MDSCs的功能[34]。因此，靶向STAT3信號通路是一種有效的破壞G-MDSCs的發育和功能的治療策略[35]，進而克服G-MDSCs積累和擴增導致的免疫抑制。中藥澤漆湯是臨床上常用于治療NSCLC的一種中藥，其機制之一就是靶向STAT3通路誘導G-DMSCs大量凋亡，阻止G-DMSCs在TME中的大量擴增和聚集[36]。

3.1.2 抑制G-MDSCs的代謝 在G-MDSCs存在的TME中，NSCLC細胞會通過代謝重編程將營養物質產生的能量最大限度地用于腫瘤發展，此過程也將加劇G-MDSCs的積累與擴增，進一步抑制T細胞的免疫功能[37,38]。因此，靶向G-MDSCs的代謝途徑也是抑制G-MDSCs擴增的手段之一。

表達G-MDSCs的NSCLC患者和Lewis小鼠肺癌模型均出現溶酶體酸性脂肪酶（lysosomal acid lipase, LAL）降低的現象，LAL缺失（deficiency of LAL, LAL-D）也會誘導髓系細胞分化為G-MDSCs，并促進腫瘤生長和轉移。阻斷糖酵解中的丙酮酸脫氫酶（pyruvate dehydrogenase,PDH）可以逆轉LAL-D的G-MDSCs的免疫抑制能力，也會減少ROS的過度產生。另外，LAL可以單獨或與抗PD-L1免疫療法聯合用于治療NSCLC患者[37]。

腺苷是細胞代謝中三磷酸腺苷衍生的核苷，在Lewis小鼠肺癌模型中A2B腺苷受體在造血細胞上的表達會促進G-MDSCs優先擴增，G-MDSCs在TME中產生的腺苷有助于其發揮免疫抑制效應，因此，腺苷抑制劑也可以抑制G-MDSCs的擴增[39,40]。

3.1.3 抑制募集G-MDSCs所需的趨化因子 癌癥相關成纖維細胞（cancer-associated fibroblasts, CAF）會分泌粒細胞特異性的CXCL1作用于G-MDSCs上的CXCR2，導致G-MDSCs被募集到腫瘤部位，而CSF1可以抑制CXCL1的表達。在NSCLC患者外周血的檢測中，CSF1高分泌的患者外周血中檢測到的G-MDSCs數量很少。靶向CSF1受體的抑制劑與CXCR2拮抗劑聯合使用可阻斷小鼠肺癌模型中G-MDSCs向TME浸潤[41]。探究CAF、G-MDSCs和免疫細胞相互作用在NSCLC對抗程序性死亡受體-1（programmed cell death 1, PD-1）/PD-L1治療耐藥中的作用也已進入臨床研究階段（NCT06024538）。

CXCR2在G-MDSCs向TME浸潤的信號傳遞過程中也扮演著重要角色[42]，在Lewis小鼠肺癌模型中抑制CXCR2可達到抑制G-MDSCs募集的目的[43]。目前，CXCR2抑制劑SX682正在多項臨床試驗中（NCT04477343、NCT04574583和NCT03161431）。

3.2 誘導G-MDSCs分化 全反式維甲酸（all-trans retinoic acid, ATRA）是維生素A的衍生物，最早用于治療急性早幼粒細胞白血病[44]。研究[45]發現ATRA可誘導癌癥患者和荷瘤小鼠中G-MDSCs的分化，導致G-MDSCs失去活性從而改善機體的免疫反應。使用ATRA靶向G-MDSCs分化這一策略已在轉移性黑色素瘤中展開I/II期臨床試驗，治療期間患者外周血中循環的G-MDSCs數量大幅降低并且分化成為成熟的髓系細胞[46]。ATR A促使G-MDSCs分化的機制之一是增加谷胱甘肽生成所需的谷胱甘肽合酶，使谷胱甘肽積累，谷胱甘肽增多會誘導G-MDSCs分化為巨噬細胞和樹突狀細胞[47]；ATRA也會中和ROS[48]，ROS減少已被證實可促進G-MDSCs向巨噬細胞分化[49]。

LKB1缺陷NSCLC的轉基因小鼠模型證明了腫瘤中的LKB1丟失會導致TME中G-MDSCs的富集，G-MDSCs在LKB1缺陷的NSCLC中的積累可以通過ATRA治療來逆轉，使腫瘤對免疫治療敏感[50]。

3.3 抑制G-MDSCs的功能 消除Arg-1是抑制G-MDSCs功能的首要靶點。在Lewis小鼠肺癌模型中，前列腺素E2（prostaglandin E2, PGE2）已被證明可以誘導G-MDSCs上調Arg-1表達。環氧合酶2（cyclooxygenase-2, COX2）則是產生PGE2所必需的酶，因此，使用COX2抑制劑可以下調G-MDSCs中Arg-1的表達，抑制G-MDSCs的功能，從而達到抗腫瘤的目的[51,52]。非甾體抗炎藥是一類主要抑制COX活性的藥物，COX活性也會降低PG的產生[53]，根據一項檢索了自1980年以來進行的流行病學研究[54]的分析，發現定期使用非甾體抗炎藥可以有效降低肺癌的發病率。

消除ROS是抑制G-MDSCs功能的另一條重要途徑，ROS抑制劑可有效減少小鼠中G-MDSCs介導的免疫抑制[55]，許多靶向G-MDSCs的抑制劑都直接或間接地抑制ROS。在Lewis荷瘤小鼠中脂肪酸轉運蛋白2（fatty acid transporter 2, FATP2）通過控制ROS的產生調節MDSCs的免疫抑制功能，抑制劑Lipofermata可以通過阻斷MDSCs中FATP2的表達減少脂質積累和ROS，降低MDSCs的免疫抑制活性，抑制小鼠腫瘤生長[56]。

T M E中的G-M DSC s 處于缺氧環境，此時升高的HIF-1α上調G-M DSCs中漿細胞瘤變異易位基因1（plasmacytoma variant translocation 1,PVT1）的表達，PVT1表達降低后G-MDSC釋放的Arg-1與ROS均下降，T細胞抗腫瘤能力得以恢復。使用HIF-1α的抑制劑YC-1作用于Lewis肺癌細胞后，G-MDSCs中PVT1的表達明顯降低，表明靶向PVT1可以減弱G-MDSC介導的免疫抑制，這可能是一種潛在的治療策略[57]。

3.4 促進G-MDSCs清除 內質網（endoplasmic reticulum,ER）應激是細胞應對缺氧、營養匱乏等不利于細胞生存的情況下所產生的一種保護性應激反應，該通路被激活后會誘導應激細胞死亡，恢復和維持ER穩態[58]。G-MDSCs的顯著特征之一是ER應激相關基因上調，癌癥患者的G-MDSCs會表現出更高水平的ER應激。ER應激反應被激活還會上調LOX-1的表達，將正常的中性粒細胞轉化為G-MDSCs[11]。癌癥患者體內G-MDSCs的壽命受到TNF相關的凋亡誘導配體及其受體（TNFrelated apoptosis-inducing ligand-receptor, TRAIL-R）的調控。TRAIL-R組成成分中的誘餌受體1（decoy receptor 1, DCR1）和DCR2在G-MDSCs表面的表達遠低于中性粒細胞，這兩種DER可拮抗TRAIL介導的凋亡信號，二者表達降低導致G-MDSCs對TRAIL信號敏感。ER應激誘導劑Tunicamycin會使人類G-MDSCs表面的DCR1和DCR2明顯下調，類似于癌癥患者中觀察到的G-MDSCs的情況[59]。G-MDSCs所產生的ROS也是一種ER應激反應的誘導劑[60,61]。這提示使用ER 應激抑制劑靶向G-MDSCs表面的TRAIL-R可提供一條清除G-MDSCs的途徑[62]。

常規化療藥物如紫杉醇、5-氟尿嘧啶及吉西他濱等都已被證實能有效減少外周血中G-MDSCs的數量[5]。吉西他濱已進入NSCLC IIIB期臨床研究（NCT03302247）。免疫檢查點抑制劑與G-MDSCs抑制劑聯合用藥治療原發和轉移性腫瘤也收獲了顯著的治療效果[41,63,64]。

4 小結與展望

G-MDSCs在NSCLC TME中的免疫抑制效應及其在腫瘤發生發展中的獨特作用提示其作為腫瘤靶向治療一類潛在藥物靶點的可能性。但是這一細胞亞群仍存在一定爭議性和局限性：首先，G-MDSCs與發揮抑制作用的中性粒細胞沒有一個標準的定義[65]；其次，G-MDSCs因為在MDSCs中數量占比巨大而一直備受關注，但近年來的研究[66,67]發現另一細胞亞群M-MDSCs在腫瘤進展中同樣有著重要的意義，在NSCLC的研究中也有文獻[68]報道外周血中M-MDSCs水平高的NSCLC患者預后更差，在一項關于22例NSCLC患者的探索性分析[69]中發現高水平M-MDSCs與免疫治療的原發性耐藥性密切相關，這提示NSCLC中同時靶向這兩個細胞亞群的治療或許獲益更高；再者，NSCLC中靶向G-MDSCs的部分治療方式同樣也靶向M-MDSCs，例如有文獻[70]報道腫瘤相關成纖維細胞（cancer-associated fibroblasts, CAFs）在NSCLC中通過誘導M-MDSCs來促進免疫抑制。

MDSCs在TME中發揮免疫抑制作用的重要性已經毫無爭議，G-MDSCs和M-MDSCs在細胞表型、基因表達和調控通路上存在明顯差異，這提示研究者和臨床醫生應注意二者的差異性以達到精準醫療的治療效果。但若在NSCLC患者中出現MDSCs整體表達升高時，治療手段上單一靶向某一免疫抑制細胞亞群可能不足以控制腫瘤進展。總的來說，聯合治療策略是延緩或逆轉患者耐藥最重要且最有效的措施，目前在包括NSCLC在內的多種癌癥中，傳統化療藥物、免疫治療藥物與G-MDSCs抑制劑的聯用，可能成為分子靶向治療及免疫治療時代背景下，改善患者預后的有效治療方案之一。

Competing interests

The authors declare no potential conflicts of interest.