髓系抑制性细胞的生物学特性及免疫抑制功能

徐　强(综述)，王敦敬(审校)

(1.淄博市张店区人民医院神经内科,山东 淄博 255025； 2.徐州医学院附属医院神经内科，江苏 徐州 221000)



髓系抑制性细胞的生物学特性及免疫抑制功能

徐强1※(综述)，王敦敬2(审校)

(1.淄博市张店区人民医院神经内科,山东 淄博 255025； 2.徐州医学院附属医院神经内科，江苏 徐州 221000)

摘要：髓系抑制性细胞(MDSCs)是一类具有未成熟性、异质性、可塑性的细胞群体，包括骨髓前体细胞和未成熟的骨髓细胞。在肿瘤、感染、创伤及自身免疫性疾病等病理状态下，MDSCs发生聚集并且活化，通过多种机制下调机体的免疫应答，发挥免疫抑制功能。研究者们正在研究各种克服MDSCs的方法，这样可以使抗肿瘤免疫和其他的免疫疗法得到更好的疗效。

关键词：髓系抑制性细胞；肿瘤；免疫抑制

近年来研究发现，在癌症患者及荷瘤鼠体内存在着一类与肿瘤免逃逸密切相关的髓样细胞，目前被命名为髓系抑制性细胞(myeloid derived suppressor cells,MDSCs)[1]。MDSCs是一类异质性细胞群体，处于髓系细胞的不同分化阶段,由不同分化阶段的髓系细胞如单核细胞、粒细胞及未成熟的树突状细胞等组成。MDSCs具有高度的可塑性，在适当的培养条件下可以分化为功能和形态完全正常的髓系终末细胞。病理状态下(如肿瘤、炎症、感染、创伤应激及自身免疫性疾病)，大量的致病因子和细胞因子产生，影响MDSCs的分化、发育和成熟，导致大量的MDSCs在骨髓、血液、脾脏、淋巴结及疾病发生部位聚集并且活化，随后通过多条途径下调机体的免疫应答，发挥免疫抑制功能。现就MDSCs的生物学特性、扩增以及其发挥免疫抑制功能的作用机制予以综述。

1一般生物学特性

小鼠MDSCs表达髓系分化抗原Gr1和CD11b(即Gr1+CD11b+)，其他的一些表面分子，包括CD80、CD124和CD115等，也可以用于MDSCs亚群的鉴定[2]。小鼠体内的MDSCs根据Gr-1两个不同抗原表位(Ly6G和Ly6C)表达的差异可分为两种主要细胞群，并且利用不同的机制来抑制抗原特异性T细胞反应[3-4]：表达Ly6G的多核细胞型MDSCs(CD11b+Gr-1highLy6G+Ly6Clow/int)，形态类似于未成熟的中性粒细胞，主要通过精氨酸酶1的活性、活性氧类的产生和硝基酪氨酸途径来抑制T细胞反应；表达Ly6C的单核细胞型MDSCs(CD11b+Gr-1intLy6G-Ly6Chigh)，形态类似于炎症性单核细胞，主要通过精氨酸酶1的活性、一氧化氮的产生和硝基酪氨酸途径来抑制T细胞反应。

人MDSCs指表达髓系共同表面标志CD11b和CD33，不表达主要组织相容性复合物Ⅱ类分子人类白细胞DR抗原(human leukocyte antigen-DR,HLA-DR)及成熟的髓系或淋巴细胞系标记的细胞表面标志物，如CD40、CD80、CD83[5]。人体内的MDSCs通常被定义为LIN-HLA-DR-CD3+或CD33+CD11b+CD14-[6-7]，但在不同的肿瘤患者体内，MDSCs有不同的表型及功能。正常人体内此类细胞占外周血单个核细胞的0.5%左右[8]。

MDSCs的功能包括免疫功能和非免疫功能。免疫功能主要指在癌症或其他疾病期间对免疫反应的抑制和通过调节巨噬细胞的细胞因子来调节天然免疫反应。非免疫功能主要是指促进肿瘤的血管形成和肿瘤的生长、浸润和转移。

2MDSCs的扩增、聚集和活化

在正常的免疫应答过程中，MDSCs的产生和聚集是短暂的，然而在肿瘤、感染、炎症、创伤应激及自身免疫性疾病等状态下，MDSCs的分化受阻并最终导致该类细胞的聚集，发挥其免疫抑制功能。MDSCs的聚集和活化受到多种细胞因子的调节，具体可以分为两类：第一类主要由肿瘤细胞产生，通过刺激髓细胞生成和抑制成熟的骨髓细胞分化来促进MDSCs 扩增。第二类则主要由激活的T细胞和肿瘤间质细胞产生，直接涉及到MDSCs的激活。

2.1MDSCs的扩增和聚集诱导MDSCs扩增和募集的因子主要包括粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)、血管内皮生长因子 (vascular endothelial growth factor,VEGF)、白细胞介素(interleukin,IL)-1β、IL-6、前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)、S100A8/A9和补体成分C5a，这些因子大多数通过激活JAK/信号转导及转录激活因子(signal transduction and activator of transcription，STAT)3信号通路调节MDSCs的扩增和募集。骨髓前体细胞中异常持久的STAT3激活会阻止它们分化为成熟的骨髓细胞从而促进MDSCs的扩增。

2.1.1GM-CSF和VEGF诱导MDSCsGM-CSF和VEGF是最早被证明与MDSCs的聚集、活化有关的细胞因子[9]。环境中较高浓度的GM-CSF能诱导CD11b+Gr-1+细胞在小鼠脾脏、骨髓和外周血中出现和积累，抑制了T细胞介导的免疫反应，并诱导细胞产生促炎性细胞因子，如IL-1和肿瘤坏死因子α。GM-CSF的产生与肿瘤细胞自发性转移能力相关。VEGF可以被多种肿瘤细胞产生，并且刺激内皮细胞增殖，在肿瘤血管形成中起重要作用。癌症患者外周血中VEGF升高的水平与未成熟骨髓细胞的扩增有明显的相关性。VEGF抑制造血祖细胞中转录因子核因子κB的激活，伴随着大量的造血细胞谱系的生成。在首次接受实验的小鼠体内使用重组的VEGF干预，抑制了树突状细胞的发育、增加了B细胞和未成熟Gr-1+骨髓细胞的数量[10-11]。

2.1.2IL-1β和IL-6诱导MDSCsIL-1β诱导MDSC的能力是在4T1乳腺癌或纤维肉瘤的小鼠中发现的。IL-1β过表达的异种移植肿瘤呈现更多的MDSCs的蓄积和更快的肿瘤进展速度[12]，而将4T1乳腺癌种植到IL-1R缺失的小鼠体内后，小鼠呈现MDSCs聚集的延迟和肿瘤生长速度的减慢[13]。一旦被动员并募集到肿瘤部位，MDSCs即能促进肿瘤进展。IL-1β诱导的MDSCs 聚集不依赖于宿主的T细胞、B细胞和自然杀伤细胞，此时的MDSCs表达了更高水平的活性氧，增强了抗CD8+和CD4+T细胞的抑制活性。IL-1β诱导的MDSCs 与在较少的炎症环境中诱导的MDSCs相比，在体内存活的时间更长。IL-6是一种多功能的细胞因子，对于细胞的生长、分化、存活以及免疫过程中的迁移、血细胞的生成和炎症具有多效性。IL-6主要通过STAT3活化途径来影响髓系细胞分化，包括巨噬细胞和树突状细胞，从而引起MDSCs的增多。

2.1.3PGE2诱导MDSCsPGE2是一种有效的炎性介质，可以被许多肿瘤细胞产生，是炎症性肿瘤环境的主要成分。PGE2可以增加鼠类CD11b+巨噬细胞中精氨酸酶的水平，从而证明了PGE2对MDSCs的诱导作用[13]。PGE2可以通过几种非免疫机制，如促进肿瘤血管发生、避免肿瘤细胞发生凋亡以及刺激肿瘤细胞浸润和转移来促进肿瘤的生长。

2.1.4S100A8/A9蛋白诱导MDSCsS100A8和S100A9属S100钙结合蛋白家族，可通过与MDSCs表面表达的N-聚糖羟化物受体结合而转移到肿瘤中。S100A8/A9异二聚体至少通过两种机制来调节MDSCs的聚集和抑制活性[14-15]：①阻断了骨髓前体细胞通过STAT3机制向DC和巨噬细胞的分化;②通过核因子κB依赖的途径化学驱使MDSCs移向肿瘤部位。但是，MDSCs也可诱导S100A8/A9蛋白，从而提供了一种自分泌反馈环路来保持MDSCs的聚集和存活。使用mAbGB3.1处理过的荷瘤鼠，可以结合到细胞表面受体上的N-聚糖类羟化物，阻断S100A8/A9蛋白的连接信号，降低血浆中S100A8/A9蛋白的水平，从而可以降低了血液和次级淋巴器官中MDSCs的水平。

2.1.5补体成分C5a诱导MDSCs补体成分C5a，也叫作过敏毒素，是一种化学趋化剂，具有内在的炎症活性，集中于实体瘤的内皮细胞。研究表明，C5a有利于肿瘤的进展，并且通过黏合MDSCs上的C5a受体来介导这种效应[16]。粒细胞/嗜中性粒细胞样和单核细胞样的MDSCs，以及MDSCs的亚群都表达C5a受体。但是C5a对两种亚群的MDSCs的影响是不同的。C5a促进了粒细胞/嗜中性粒细胞样的MDSC迁移到实体瘤和外周淋巴结和淋巴器官，但却不能促进单核细胞样的MDSCs发生迁移。C5a增加了单核细胞样的MDSCs中活性氧类和活性氮的表达，但在粒细胞/嗜中性粒细胞样的MDSCs中却不能。这两种效应最终都可以使MDSCs更有效地抑制T细胞的活性。

2.2MDSCs的活化MDSCs发挥免疫抑制功能不仅需要扩增和聚集，还需要诱导其活化。诱导MDSCs活化的因子来源于激活的T细胞和肿瘤基质细胞，主要包括干扰素γ、IL-4、IL-13和转化生长因子β，涉及的信号通路主要有STAT1、STAT6、核因子κB[17]。STAT1是干扰素γ信号的主要转录因子，并与肿瘤微环境中MDSCs上调表达精氨酸酶1和诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)(也称NOS-2)有关。IL-4、IL-13通过IL-4Rα活化STAT6，上调精氨酸酶1的活性，增加MDSCs的抑制功能。IL-13通过IL-4Rα-STAT6信号途径，诱导小鼠肉瘤来源的MDSCs产生的转化生长因子β，降低机体的肿瘤免疫监视能力。

3MDSC免疫抑制的作用机制

生理状态下的MDSCs处于静息状态，缺乏免疫抑制活性；在各种病理状态下，MDSCs聚集于骨髓、血液、脾脏、淋巴结及肿瘤组织中，通过细胞与细胞间接触和可溶性细胞因子参与，发挥广泛的免疫抑制活性，可有效抑制T细胞、B细胞、巨噬细胞以及自然杀伤细胞等细胞的功能。MDSCs既抑制先天性免疫又抑制获得性免疫，具体作用机制如下。

3.1MDSCs对T细胞的抑制效应

3.1.1精氨酸酶1和iNOSMDSCs的免疫抑制作用与两种精氨酸代谢酶密切相关，即精氨酸酶1和iNOs。MDSCs分泌ARG1分解了T细胞活化所必需的氨基酸——精氨酸，导致局部肿瘤微环境中L-精氨酸的耗竭和尿素的形成，造成了CD3ζ链翻译的阻断，CD8+和CD4+T细胞无法传递激活所需要的信号，从而导致T细胞的抑制[18]。此外氨基酸化合物浓度的降低和尿素产量的增加也具有抑制T细胞的功能。MDSCs 表达的iNOS主要通过产生的NO来介导其免疫抑制作用，NO通过抑制T细胞内JAK3、STAT3的功能、抑制主要组织相容性复合体Ⅱ类分子的表达以及诱导T细胞凋亡来抑制T细胞的功能[19]。

3.1.2活性氧类活性氧类是增强MDSCs抑制活性的重要因素。肿瘤状态下由肿瘤细胞分泌的某些肿瘤源性因子,如转化生长因子β、IL-6、IL-10、血小板衍生生长因子和GM-CSF等，可以诱导MDSCs产生活性氧类。此外，炎症及某些细菌产物通过与激活的T细胞相互作用使MDSCs数量增加，从而诱导产生活性氧类和NO。

MDSCs引起的活性氧类的增加是通过上调还原型辅酶Ⅱ氧化酶来介导的[20]。与非患瘤鼠MDSCs相比，荷瘤鼠MDSCs明显的高表达还原型辅酶Ⅱ氧化酶亚单位，主要是p47phox和gp91phox。MDSC内还原型辅酶Ⅱ氧化酶亚单位的表达受STAT3转录因子控制。缺乏了还原型辅酶Ⅱ氧化酶的活性，MDSC便丧失了抑制T细胞反应的能力，并快速地分化为成熟的巨噬细胞和树突状细胞[21]。

3.1.3诱导调节性T细胞(regulatory T cells,Tregs细胞)Tregs细胞在肿瘤的发生、发展过程中起着重要作用，Tregs 细胞能促进机体发生免疫耐受，有助于肿瘤发生免疫逃逸。MDSCs可以通过诱导Tregs细胞间接影响T细胞的活化，从而下调细胞介导的免疫。Tregs细胞的诱导产生依赖于MDSCs 细胞产生的转化生长因子β和IL-10[22]。

3.1.4其他机制MDSCs还可以通过两种机制来发挥免疫抑制作用。一种是髓源性抑制细胞下调L-选择蛋白(CD62L)而降低表达CD8+和CD4+T细胞[23]。CD62L是一种分子质膜，是幼稚T细胞到淋巴结迁移所必需的。当CD62L下调后，CD8+和CD4+T细胞不能迁移到淋巴结中，从而不能被肿瘤抗原正常激活。另外一种机制是髓源性抑制细胞通过分离胱氨酸和半胱氨酸来抑制T细胞活化[24]。半胱氨酸是T细胞活化所必需的。在健康状态下，抗原呈递细胞(即树突状细胞和巨噬细胞)可以利用甲硫氨酸合成半胱氨酸，并且可以摄入细胞外的甲硫氨酸转化为半胱氨酸。额外的半胱氨酸在抗原呈递期间被转出，通过T细胞而摄入。MDSCs不能将甲硫氨酸转化为半胱氨酸，因此它们完全依赖于摄入的胱氨酸转化为半胱氨酸。当MDSCs出现高浓度聚集时，将会摄入大部分可以利用的胱氨酸，从而剥夺了树突状细胞和巨噬细胞利用胱氨酸的能力。由于MDSCs并不能转出胱氨酸，这导致的直接后果是半胱氨酸的缺乏和T细胞不能合成活化所需要的蛋白质，从而阻断了T细胞的活化。

3.2MDSCs对其他细胞的抑制效应 MDSCs对B淋巴细胞作用的研究较少，研究表明MDSCs可以抑制B细胞的活化、增殖，抑制其分化为浆细胞及分泌IgG，并且抑制趋化因子(C-X-C基序)配体12和趋化因子(C-X-C基序)配体13对B细胞向次级淋巴器官的趋化[25]。

MDSCs对巨噬细胞和自然杀伤细胞介导的天然抗肿瘤免疫也具有抑制作用[26]。MDSCs通过分泌Th2型细胞因子IL-10和下调巨噬细胞产生的Th1型细胞因子IL-12来发挥此类作用。这种效应可以被巨噬细胞所放大，从而可以进一步增加MDSCs产生IL-10。

4展望

由于MDSCs抑制了免疫反应，参与了肿瘤免疫逃逸，因此，逆转 MDSCs的负向免疫调控可以促进机体的免疫监视和介导抗肿瘤免疫反应，是一种极具前景的免疫治疗方法。针对MDSCs的靶向治疗主要包括：①促进MDSCs分化为成熟的髓系细胞；②抑制MDSCs的扩增和活化；③阻断调节MDSCs 的信号通路；④合理剔除已经扩增和活化的MDSCs。但由于目前对MDSCs的性质、生物学特点以及其发挥免疫抑制作用的具体机制尚缺乏明确的了解，因此，在临床试验中对此靶向治疗的报道并不多见。其中，全反式维甲酸在体内和体外都可诱导MDSCs分化为树突状细胞和巨噬细胞，其主要机制是上调谷胱甘肽的合成和抑制MDSCs中的活性氧类水平[27]。此外，维生素D3也能够促进MDSCs的分化，显著减少肿瘤患者体内MDSCs的数量，并能促进髓源性细胞的分化[28]。有实验报道吉西他滨和舒尼替尼也能降低荷瘤鼠和肿瘤患者体内MDSCs水平[29-30]。相信随着对MDSCs的深入研究，针对MDSCs的肿瘤靶向治疗会取得更大的成就，从而为肿瘤患者的治疗提供新的思路和治疗技术。

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Biological Characteristics and Immune Suppressive Functions of Myeloid Derived Suppressor CellsXUQiang1，WANGDun-jing2.(1.DepartmentofNeurology,ZiboZhangdianPeople′sHospital，Zibo255025，China； 2.DepartmentofNeurology,theAffiliatedHospitalofXuzhouMedicalCollege,Xuzhou221000,China)

Abstract：Myeloid derived suppressor cells(MDSCs) are a kind of immature,heterogeneous,plastic colony of myeloid cells,which consist of myeloid progenitor cells and immature myeloid cells.MDSCs aggregate and activate in pathological conditions,such as cancer,infection,trauma and autoimmaune diseases.MDSCs play a role of immune suppression through a variety of mechanisms to down-regulate the immune response.Researchers are developing methods to overcome the negative effects of MDSCs，which will make anticancer immunotherapies and other immunotherapies more effective.

Key words：Myeloid derived suppressor cells; Tumor; Immune suppression

收稿日期：2014-11-24修回日期：2015-03-28编辑：相丹峰

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.20.016

中图分类号:R392.1

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)20-3688-04