MDSC的免疫调节机制及其在免疫治疗中的作用

李诗+杨志刚

【摘要】 肿瘤微环境由通过癌细胞和周围基质细胞之间复杂的相互作用产生的免疫抑制性网络组成。这种环境的一个关键组成部分是髓源性抑制细胞（MDSC），代表未成熟骨髓细胞的异质群体，在分化的不同阶段停滞，并响应各种肿瘤因子而扩增。此外，这些细胞获得抑制表型，表达抗炎细胞因子和活性氧和氮物质，并抑制T细胞免疫应答。MDSC在调节免疫效应细胞和恶性细胞之间的相互作用中发挥不同的作用，其数量增加与肿瘤发生进展，不良预后和免疫治疗策略有效性降低相关。了解MDSC的免疫调节功能及机制有助于探求有效的免疫治疗策略。

【关键词】 髓源抑制性细胞； 肿瘤； 免疫调节； 免疫治疗

【Abstract】 Tumor microenvironment is composed of immunosuppressive networks produced by complex interactions between cancer cells and surrounding stromal cells.A key component of the environment is myeloid-derived suppressor cells（MDSCs），heterogeneous populations representing immature bone marrow cells，stagnating at different stages of differentiation，and amplifying in response to various tumor factors.In addition，these cells obtained inhibition of phenotype，expressed anti-inflammatory cytokines，reactive oxygen species and nitrogen substances，and inhibited the T cell immune response.MDSC plays a different role in regulating the interaction between immune effector cells and malignant cells，and the expansion of MDSCs is associated with tumor progression， poor prognosis and reduced efficacy of immunotherapy strategies.Understanding the immune function and mechanism of MDSC can help to explore effective immunotherapy strategies.

【Key words】 Myeloid-derived suppressor cells； Tumor； Immunomodulation； Immunotherapy

First-authors address：Affiliated Hospital of Guangdong Medical University，Zhanjiang 524003，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2017.13.040

1 MDSC的生物学功能及表型特征

髓源性抑制细胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）作为专业术语在2007年第一次被用于描述癌症患者体内富含的骨髓来源的非淋巴细胞免疫抑制细胞群体。而现在了解到它们是由一群形态、表型和功能多样性，但同样具有强免疫抑制性的髓源细胞亚群。该群细胞来源于骨髓祖细胞和未成熟髓细胞（IMC），正常情况下，该群细胞可以分化为树突细胞、巨噬细胞和/或粒细胞。然而，在诸如炎症、感染或肿瘤生长的病理状态中，其分化受阻，导致未成熟骨髓细胞在生物体中积累，MDSC数量减少可以显著提高肿瘤患者和荷瘤小鼠的免疫应答[1]。MDSC亚群在不同癌症类型中的临床重要性不同，并且它们的免疫抑制能力和功能机制的差异还取决于不同的具体疾病状态。

小鼠MDSC的分类最初是基于细胞CD11b和Gr-1的表面表达，其亚群目前被进一步分为两组，形态和表型上分别类似单核细胞或粒细胞。粒细胞系MDSCs（G-MDSCs）表型为CD11b+Ly6G-Ly6Chigh，而单核细胞系MDSCs（M-MDSCs）的表型为CD11b+Ly6G+Ly6Clow。在人类，由于缺乏特异性标记，在不同的研究中MDSC往往被定义为不同的特定标记组合。通常，MDSC可以定义为CD33+CD11b+HLA-DR-/low细胞，其可以进一步细分为G-MDSC或M-MDSC，分别为CD15或CD14的共表达，即为粒细胞系（CD15+或CD66b+细胞显示多形核形态）和单核细胞系（CD14+细胞显示单核形态）子集[2]。

MDSC需要不同的信号来扩增、激活和迁移。这些因素负责驱动MDSC的扩增，触发支持骨髓增殖的信号通路，并阻断它们的分化成熟。这些信号包括各种细胞外因子如脂多糖（LPS），巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF），粒-巨噬細胞集落刺激因子（GM-CSF），干细胞因子（SCF），白细胞介素（IL）-6，干扰素（IFN）-γ，IL-1b，补体C5a，血管内皮生长因子（VEGF），热休克蛋白Hsp72和前列腺素E（PGE）-2可诱导其分化。相反，IL-4和全反式视黄酸可抑制其分化。对于细胞内信号，信号传感器和转录激活因子（STAT）家族成员和环氧酶-2促进其功能，而干扰素调节因子-8下调其活性。MDSC的免疫抑制功能通过各种效应物介导分子，主要是细胞代谢相关分子如一氧化氮，精氨酸酶，活性氧类（ROS），转化生长因子（TGF）-β，IL-10，吲哚胺2，3-双加氧酶（IDO），血红素加氧酶（HO）-1，一氧化碳和PGE-2[3]。

2 MDSC的免疫调节功能及机制

MDSC是细胞免疫调节反应网络中的重要节点。通过一系列细胞因子与其他免疫细胞相互作用，对免疫细胞进行调节，多种机制共同作用，调节先天性免疫和适应性免疫。它们在癌症、慢性感染、自身免疫病和移植的发病机理中起关键作用。研究发现受影响的免疫细胞主要包括T细胞、调节性T细胞、B细胞、NK细胞、肿瘤相关巨噬细胞（TAM）、树突状细胞（DC）等。

2.1 MDSC与T细胞 免疫抑制表型是MDSC的概念标志，但其中的抑制机制目前仍没有明确的共识。然而，L-精氨酸代谢似乎在免疫抑制活性中发挥中心作用。L-精氨酸可以通过诱导型一氧化氮代谢合酶（iNOS或NOS2），产生瓜氨酸和一氧化氮（NO），或可以精氨酸酶转化为尿素和L-鸟氨酸。表达精氨酸酶-1的MDSC降低L-精氨酸的可用性，这可能导致CD3的表达损失和T细胞功能的损害；表达iNOS的MDSC产生的NO足以阻断T细胞应答。两种酶同时表达时可导致超氧化物产生，最终产生T细胞抑制性反应性氮氧化物。MDSC与CD8抗原特异性相互后可以产生大量的T细胞抑制性的活性氧（ROS）[4]。MDSC还可以通过消耗肿瘤微环境中的胱氨酸而不释放半胱氨酸，剥夺了T细胞激活和作用所必需的半胱氨酸，从而抑制了T细胞功能[5]。研究证明，尽管M-MDSCs和G-MDSCs至少部分通过IFN调节机制抑制特异性T细胞应答，但它们使用不同的信号传导途径和效应分子。抑制T细胞应答取决于M-MDSCs部分有效地分化为抑制性巨噬细胞的能力，而后者的抑制能力可能由不同的肿瘤差异调节[6]。

2.2 MDSC与Treg细胞 调节性T细胞（Tregs）是肿瘤相关免疫抑制其中的关键组成部分，受MDSC的调节影响。有研究表明MDSCs可诱导Treg扩增，进一步研究证实此过程与IFN-γ、IL-10及TGF-β有关。例如，Treg募集是通过MDSC产生的TGF-β和IL-10，并与CD40-CD40L相互作用导致的；而在体外实验中用IL-10刺激来自肝细胞癌患者的MDSC，可以诱导产生Treg细胞。研究发现，在小鼠中由GM-CSF产生的MDSC是通过Treg产生机制延迟皮肤同种异体移植物排斥，从而提高了在非癌症模型中使用MDSC的可能性[7]。还有研究证明，MDSC衍生的TGF-β和视黄酸可以从Th17细胞诱导产生FOXP3阳性的Tregs[8]。此外，体内及体外实验证明，用精氨酸酶-1抑制剂NOHA或西地那非抑制MDSC的活性可以降低Treg的增殖[9]。

2.3 MDSC与B细胞 B细胞是机体适应性免疫调节的重要部分，研究发现，MDSC能够抑制B细胞的增殖及活化，从而抑制其免疫应答作用。例如，来自CIA小鼠的M-MDSC抑制自体B细胞增殖和抗体产生。研究证明，上调B细胞产生的IL-10与非小细胞型肺癌（NSCLS）进展相关，而且这些NSCLS患者的B细胞亚群与CD4+CD25+/highCD127low /-Tregs细胞和CD14+ HLA-DRlow/- MDSCs的频率呈正相关，表明B细胞亚群可能在其临床进展中发挥重要作用[10]。最新研究发现，在体外将MDSC与被抗IgM或抗CD40抗体激活的B细胞共同孵育，抑制了这些激活的B细胞增殖。将MDSC输注给T细胞非依赖性抗原免疫的小鼠，其体内抗原特异性抗体产生被抑制。MDSC通过多重机制包括前列腺素E2，诱导型一氧化氮合酶和精氨酸酶直接抑制B细胞[11]。此外，还有研究发现，重症肌无力模型（EMAG）小鼠的MDSC治疗对非相关抗原和卵白蛋白的免疫应答作用不显著，这些结果表明肝脏星状细胞诱导的MDSCs同时抑制T和B细胞自身免疫应答[12]。

2.4 MDSC与NK NK细胞是先天免疫的关键效应物，具有消除恶性细胞的能力。MDSC通过影响各种细胞通路损害NK细胞效应功能。研究表明，来自肝癌荷瘤小鼠的MDSCs显著地抑制NK细胞的细胞毒作用、NKG2D表达及IFN-γ的产生，并诱导NK细胞的无效性，而消除MDSC可以挽救受损的肝脏NK细胞功能[13]。MDSC细胞上的膜结合转化生长因子β1是MDSC介导NK细胞抑制的效应分子。来自肝细胞癌患者的MDSC在体外模型中抑制自体同源物NK细胞的细胞毒作用和IFN-γ分泌，这种抑制是依赖于细胞接触并依赖于NKp30配体NK细胞。研究证明，CD247是NK细胞内的死亡受体NKp46、NKp30及CD16的主要信号单位，下调CD247可导致这些受体功能障碍。在慢性炎症和肿瘤环境下，MDSC主要通过下调CD247介导NK细胞损伤。此外，在MDSC和NK细胞之间似乎存在反馈机制，其中NK细胞可调节MDSC扩增[14]。

3 MDSC与细胞免疫

3.1 MDSC与疾病 已有研究报道，MDSC的免疫抑制作用参与了恶性肿瘤的发病。从MM患者的骨髓中可分选出M-MDSC（CD11b+CD14+HLA-DR-/low）和G-MDSC（CD11b+CD14-CD33+CD15+），并且证实其在体外能够显著抑制T细胞活性；相反，源自健康供体的未成熟骨髓细胞不表现出任何免疫抑制活性[15]。Marini等[16]在研究霍奇金淋巴瘤及B型非霍奇金淋巴瘤患者MDSC分布中，發现其外周血中积累的G-MDSCs主要由活化低密度中性粒细胞构成，并且有免疫抑制性。近期研究发现，在诊断AML时，患者的骨髓中的MDSCs（CD11b+CD33highHLA-DRlow/-）百分比显示出高度异质性，并且它们可能对患者的临床病程和预后有影响[17]。研究发现，CML患者体内MDSC的数量和精氨酸酶-1的表达都较对照组增加，提示MDSC可能通过精氨酸酶-1参与CML发病。在初治的CLL患者中，外周血的MDSCs（CD14+HLA-DRlow）与健康对照相比增加，并且表达与MDSC活性相关的巨噬细胞集落刺激因子受体CD115和IL-4α受体，同时还证明它们的体外抑制能力与IDO表达相关[18]。

此外，MDSC也参与多种自身免疫性疾病，如1型糖尿病、自身免疫性肝炎、系统性红斑狼疮、多发性硬化等疾病发生发展的免疫紊乱机制[19]。最新研究表明，肝星状细胞（HSC）诱导的MDSC的过继转移能非常有效地逆转重症肌无力疾病模型进展，通过抑制乙酰胆碱受体（AChR）特异性T细胞应答，降低血清抗AChR IgG水平和降低终板的补体激活。HSC诱导的MDSCs可能在肌无力的临床治疗方面具有重大开发前景[12]。

3.2 基于MDSC的免疫治疗策略 随着体外诱导产生和扩增MDSC方法的基础研究的深入，其在免疫治疗中的应用也逐渐成为可能。MDSCs的扩增也已经在许多实体瘤模型中被证实，包括肾癌、黑色素瘤、前列腺癌、肝癌、头颈部肿瘤、直肠癌、结肠癌、乳腺癌、神经胶质瘤、卵巢癌和非小细胞肺癌等[20]。已有研究证明，降低动物模型和癌症患者中MDSC数量和/或免疫抑制活性可延缓肿瘤生长、延长荷瘤动物存活时间[21]。据此，基于MDSC的免疫治疗策略主要包括以下三个方面。

策略之一是使骨髓生成正常化。SCF是防止MDSC从骨髓祖细胞中产生和进一步诱导MDSC分化为成熟DC和巨噬细胞的关键靶标之一。研究证明，在体外培养的人类骨髓细胞和在结肠及肺癌的鼠模型中，用酪氨酸激酶抑制剂如舒尼替尼和索拉非尼抑制SCF信号，已经被证明可以降低MDSC频率，并且这与增强抗肿瘤反应性，肿瘤消退和延长存活时间相关[22]。舒尼替尼可逆转肾细胞癌（RCC）患者的MDSC积聚，导致Th1细胞的恢复和调节性T细胞的减少。也有研究发现，MDSC分化成成熟骨髓细胞可以通过使用全反式视黄酸（ATRA）和超低剂量紫杉醇化疗的非细胞毒作用来实现[23]。策略之二是消耗MDSC或阻断其扩增和活化。通过给予吉西他滨或5-氟尿嘧啶可以实现MDSC的直接选择性消除。采用癌症模型的进一步研究发现，这些消耗MDSC的化疗剂量对其他白细胞亚群没有毒性作用，但抗肿瘤功效却明显增强[24]。策略之三是抑制MDSC的免疫抑制功能。直接抑制它们的产生能够降低肿瘤浸润性MDSC的频率、限制新生血管形成和抑制移植肿瘤的生长。一旦迁移到肿瘤微环境中，MDSC可能通过各种机制影响T和NK细胞的抗肿瘤应答。其中，诱导型NO合酶（iNOS）和精氨酸酶-1（ARG-1）起关键作用。研究表明，PDE-5的活性可增加细胞内环鸟苷酸的浓度，导致iNOS和ARG-1的活性抑制[25]。提示，PDE-5抑制剂如西地那非、他达拉非和伐地那非可用于抑制MDSC的免疫抑制功能。此外，一些阻止MDSC迁移到肿瘤的药物也可以抑制其免疫抑制功能。其关键机制可能是：通过抑制COX-2活性和PGE2产生可以减少MDSC运输；通过减少ROS和NO或这些细胞中ARG-1的表达可以抑制MDSC介导的免疫抑制[26]。

4 展望

对于MDSC的最新研究成果，为探索新的免疫治疗靶点提供了可能。但MDSC在不同肿瘤类型中的功能机制多样性及其免疫表型的不确定性，增加了针对MDSC的免疫治疗的研究难度。例如，MDSC至今尚未有区别于IMCs和成熟粒细胞的特异性表面标志，这给靶向剔除MDSC带来困難。同时，MDSC作为免疫治疗靶点，在治疗慢性炎症、肿瘤、自身免疫性疾病中，也受阻于人们对其表型、分化、功能及其与疾病微环境相互作用的不确定性的认识不足。理解MDSC的扩增、极化和激活过程中参与的特异性关键分子，有助于制定MDSC的靶向免疫治疗方法，但这些特异分子还需要更多的深入研究来发现和验证。

总之，研究MDSC的免疫抑制功能和机制，提高靶向关键免疫抑制成分的特异性，可以促进对MDSC的临床前研究数据尽早转化于有效的临床应用。

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（收稿日期：2017-02-22） （本文編辑：程旭然）