MDSCs在结肠炎相关结肠癌中的作用机制研究进展①

闫风连 司传平 熊化保 (济宁医学院免疫学与分子医学研究所，济宁 272067)

结肠癌(colorectalcancer,CRC)是世界第三大高发的癌症，且在年轻人群中发病率逐年增加，结肠炎相关结肠癌(colitis-associated cancer，CAC)是CRC的一种亚型[1-5]。长期的慢性炎症是CAC发生发展的重要推力，IBD患者发生CRC的风险会显著升高[6]。目前，一般认为CAC是炎症反应、肠道菌群紊乱等肿瘤微环境改变以及致癌基因、肿瘤抑制基因突变共同作用的结果[5]。 髓样抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)是一群异质性细胞，由不成熟的巨噬细胞、粒细胞、树突细胞以及其他处于分化早期阶段的髓样细胞组成，具有免疫抑制功能，影响肿瘤侵袭和迁移，并介导肿瘤细胞免疫逃逸[7-9]。MDSCs在IBD患者以及CAC患者的损伤部位大量累积，在CAC发生发展中具有重要作用[6]，但具体机制目前研究较少，因此本文综述了MDSCs在CAC中作用机制的最新研究进展，包括CAC中MDSCs募集与活化，活化后免疫抑制功能的发挥等两方面，以期为CAC的治疗提供理论支撑。

1 肿瘤微环境中的MDSCs

MDSCs是肿瘤微环境中发挥免疫抑制作用的主要成分，参与多种癌症的发生发展。肿瘤微环境中MDSCs的诱导、循环受多种因素的调控，包括细胞因子、生长因子和促炎介质。随着研究的不断进行，参与的因子种类不断扩增，主要可以分为两大类，一类是促进MDSCs扩增的因子，主要由肿瘤细胞产生，包括干细胞因子(SCF)、粒细胞集落刺激因子(G-SCF)、巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)、前列腺素E2 (PGE2)、血管内皮生长因子(VEGF)、肿瘤坏死因子(TNF)、IL-1、IL-6、IL-13、和IL-10等，这些因子大部分可以激活STAT3和JAK信号通路[8-11]。另一类是MDSCs活化因子，主要由激活的T细胞和肿瘤间质细胞产生，包括Toll样受体配体、IFN-γ、PGE2、IL-1β、 IL-4 和 IL-13，主要通过STAT1、STAT6和NF-κB信号通路调控MDSCs活化[9,11-13]。肿瘤微环境中MDSCs免疫抑制功能的发挥机制可以分为4种：①MDSCs可以介导肿瘤微环境中T细胞激活和增殖所需要的必需氨基酸的消除，其中最重要的是L-精氨酸和L-半胱氨酸的消除，导致T细胞增殖被抑制[14]；②MDSCs通过表达精氨酸酶-1(Arg-1)、一氧化氮合酶(iNOS)、NADPH 氧化酶(NOX2)，产生NO、活性氧(ROS)、过氧化氢等调节肿瘤免疫反应，高水平的NO可以通过抑制IL-2受体信号通路、阻碍MHC-II基因表达、表达E-选择素、诱导T细胞凋亡抑制T细胞功能，ROS的调控作用，包括将MDSCs募集到肿瘤部位、诱导免疫细胞DNA损伤、抑制MDSCs向DCs分化[9]；③MDSCs可影响淋巴细胞的循环和凋亡，通过下调T细胞表面的L-选择素(L-selectin，CD62L)使T细胞归巢到淋巴结，也可通过CCL2的过氧亚硝基修饰阻断CD8+T细胞迁移到肿瘤部位[9]；④促进免疫反应向免疫抑制方向发展，MDSCs通过调控细胞与细胞相互作用(包括CD40-CD40L相互作用)、产生细胞因子(IL-10、TGF-β和IFN-γ)参与CD4+T细胞向Treg细胞分化[9]。

2 MDSCs在CAC中的作用机制

2.1CAC中MDSCs募集和活化 GM-CSF作为促炎细胞因子家族中的一员，近期研究发现其可以调节MDSCs在结肠损伤部位的累积，在CAC中起到关键作用。在CAC模型中，GM-CSF缺陷小鼠的MDSCs数量显著减少，将野生型CAC小鼠MDSCs回输到GM-CSF缺陷小鼠会使该小鼠重新患CAC。而且CAC病变部位上清或者单独的GM-CSF就足以影响造血前体细胞向MDSCs的分化。当在CAC病变部位上清中加入GM-CSF中和抗体后，MDSCs的分化被破坏。说明GM-CSF可以通过诱导或者募集MDSCs参与CAC的发生[6]。

G-CSF是中性粒细胞发挥功能时的重要调节分子，在多种肿瘤中高表达，参与CAC的发生发展，但其通过调节MDSCs参与CAC的具体机制近期才被阐明。在小鼠CAC模型中，过表达G-CSF会导致MDSCs在结肠部位累积。在体外实验中，G-CSF可通过STAT3信号通路促进MDSCs生存和活化。加入G-CSF中和抗体会减少MDSCs的累积，导致肿瘤体积显著减小、细胞数量显著减少。说明在CAC中，G-CSF是MDSCs迁移、增殖和发挥功能的重要调节分子[5]。

IL-27是一种异二聚体的细胞因子，其受体由IL-27Rα和gp130两部分组成，其中IL-27Rα是IL-27特有的，gp130是与IL-12共有的。IL-27在多种炎症相关疾病中具有重要作用，参与CAC的发生发展，对抗体IL-27Rα缺陷小鼠CAC的发展。在小鼠CAC模型中，IL-27会下调结肠上皮细胞中TLR相关的细胞因子，进而减少肿瘤细胞增殖，增强MDSCs在结肠固有层的累积，缓解CAC的发展[15]。

IL-17是自身免疫病的关键驱动因子，调控炎症反应。体外实验中，IL-17可以提高G-MDSCs的生存率，增强其免疫抑制功能。在CAC模型中，腹腔巨噬细胞产生的IL-17会促进MDSCs及Th17细胞比例的持续增加，且MDSCs的增加要早于Th17细胞。在体内中和MDSCs以后不仅能缓解CAC发展，还能显著减少Th17细胞数量。说明在CAC发展过程中，腹腔巨噬细胞分泌的IL-17可以促进MDSCs的累积，进而增加Th17细胞数量，最终促进CAC的发展[16]。

VEGF是实体瘤生长和转移的重要调控因子，在CAC中也可以调控MDSCs的累积，Wang等[17]研究发现在CAC模型中，病灶部位高表达VEGF，且MDSCs在此部位积聚，当用VEGF抗体治疗后会显著抑制病灶部位MDSCs的累积，说明VEGF可通过影响MDSCs的累积参与CAC的形成。

CAC小鼠血液中MDSCs的水平与CAC的发展阶段、转移呈正相关，因此MDSCs从循环系统募集到结肠黏膜的过程在CAC发展过程中扮演重要角色，有研究表明C-X-C家族受体2(C-X-C family receptor 2，CXCR2)和CXCR4可以介导MDSCs从循环系统募集到结肠黏膜[18,19]。CAC模型中，缺失CXCR2可以抑制MDSCs向结肠黏膜浸润。在发炎的结肠黏膜以及肿瘤中，CXCR2的配体表达明显增加，诱导MDSCs向结肠黏膜趋化。将野生型小鼠MDSCs移植到CXCR2-/-小鼠体内，会使该小鼠重新患CAC。研究还发现在体内PGE2可以诱导CXCR2配体在结肠黏膜以及肿瘤中的表达，因此PGE2可以通过CXCR2-配体-CXCR2途径将MDSCs募集到结肠部位，促进CAC的发生和发展[18,20]。CXCR4也能促进MDSCs从循环系统向结肠黏膜浸润。在CAC模型中，过表达CXCR4会使血液中MDSCs比例显著增加，CXCR4+/-小鼠结肠上皮细胞以及固有层中MDSCs的累积也显著高于野生型小鼠。CXCR4+/-Apcmin/+小鼠血液以及结肠黏膜中MDSCs的比例也显著高于Apcmin/+小鼠，说明过表达CXCR4可通过将MDSCs从循环系统募集到结肠黏膜促进CAC发生、发展[19]。

在CAC患者中真菌的数量也是调节MDSCs累积的重要因素。衔接蛋白(caspase recruitment domain-containing protein 9，CARD9)在抗真菌免疫中具有重要作用，是连接真菌识别受体及NF-κB激活的桥梁，CARD9-/-小鼠对于真菌具有更高的承载力，更易患肠炎。在CAC模型中，CARD9-/-小鼠结肠肿瘤数量以及肿瘤组织中MDSCs的数量都显著高于野生型小鼠。骨髓细胞和C.tropicalis共培养会表现出MDSCs的特征和抑制功能。使用抗真菌药物处理会抑制CARD9-/-小鼠CAC的发展，MDSCs的累积也会降低。CRC患者肿瘤组织中MDSCs的数量和感染真菌的数量呈正相关[21]。说明在CAC中真菌感染也是调节MDSCs的重要因素。

2.2CAC中MDSCs免疫抑制功能的发挥 在CAC中MDSCs发挥其功能主要通过抑制T细胞激活、增殖、转移，抑制NK细胞，促进Foxp3+Treg细胞激活等来实现。①MDSCs可以介导结肠微环境中L-精氨酸的消除，抑制T细胞增殖。Ma等[6]发现在CAC模型中，结肠病灶部位分离的MDSCs表达更多的Arg-1和iNOS，导致精氨酸含量显著减少。在体外实验中，CAC小鼠结肠病灶部位分离的MDSCs显著抑制Con A诱导的T细胞增殖，在共培养体系中加入Arg-1、iNOS抑制剂会影响这种对T细胞增殖的抑制效应。Arg-1和iNOS表达增加还可促进Foxp3+Treg细胞激活和MDSCs一起抑制抗肿瘤免疫、促进肿瘤发展[22]。 Wu等[23]的研究也发现在CAC模型中，从脾脏分离出来的MDSCs可以显著抑制CD4+和CD8+T细胞增殖。Yu等[19]在研究CXCR4可以将循环系统中MDSCs募集到结肠黏膜炎症部位时，利用流式细胞术以及免疫组化方法发现，CXCR4+/-小鼠结肠黏膜浸润大量MDSCs，同时在此部位CD8+T细胞比例显著降低。②MDSCs可通过抑制结肠黏膜CD8+T细胞细胞毒活性加速肿瘤生长[18]。GHiroshi等[48]在研究表达CXCR2的MDSCs在CAC中的作用时发现，结肠CD8+T细胞对肿瘤细胞的细胞毒作用会被从循环系统分离的G-MDSCs抑制，且这种抑制作用与加入G-MDSCs的比例相关。由于MDSCs抑制CD8+T细胞的细胞毒活性需要Arg-1，该研究也对Arg-1活性进行了检测，从AOM/DSS处理小鼠结肠分离的G-MDSCs会表达更多的Arg-1，Arg-1活性也更高，同时也会抑制结肠CD8+T细胞分泌IFN-γ和IL-2。③MDSCs可以改善CAC中的抗肿瘤免疫反应，促进免疫反应向免疫抑制方向发展。Wu等[23]在研究CAC中信筒子素(Embelin)对MDSCs的影响时发现，Embelin使肿瘤中MDSCs减少的同时，使CD3+CD8+T细胞、NK细胞、成熟的DCs细胞数量增加，Treg 细胞减少。④近期有关IL-10在MDSCs免疫抑制功能发挥中的作用研究有了新的进展。研究表明慢性炎症会导致MDSCs在结肠组织中累积，促进MDSCs分泌IL-10，IL-10进而激活STAT3，使STAT3结合在DNA甲基转移酶1(DNA methyltransferase 1，DNMT1)和DNMT3b的启动子上，促进DNMT1和DNMT3b的表达，导致其下游干扰素调节因子8(interferon regulatory factor 8，IRF8)启动子区超甲基化，IRF8的表达被沉默，结肠上皮组织中IRF8敲除会导致CAC的发生率显著增加[24]。

3 小结与展望

越来越多的研究表明慢性炎症是癌症发展的重要风险因子，长期的炎症会促进癌症的发生、发展和转移。临床上，约20%IBD会发展成CAC。CAC一般具有发展迅速、治愈率低和死亡率高的特点[25,26]。CAC主要的病理变化是各种类型的免疫细胞和间质细胞发生募集和失调，形成肿瘤微环境[27]。MDSCs是肿瘤微环境中发挥免疫抑制作用的主要成分，且在炎症相关癌症中具有重要作用。MDSCs的累积与癌症的发展阶段、肿瘤负荷及患者的生存率相关，CAC也不例外[28,29]。因此MDSCs被认为是CAC治疗非常有潜力的靶点。目前已经有针对降低MDSCs扩增、促进MDSCs分化、抑制MDSCs功能的研究，但是仅仅部分有效。近期有研究表明，Embelin在CAC模型中，会影响MDSCs的累积和免疫抑制功能的发挥。在CAC小鼠体内，Embelin大幅度减少MDSCs在外周淋巴器官和肿瘤中的累积，通过减少ROS和Arg-1的产生，恢复T细胞反应来影响MDSCs的抑制活性。在肿瘤周围，Embelin可以增加CD8+T细胞、NK细胞和DCs的浸润，同时减少Treg T细胞数量，在体外可直接影响MDSCs的产生和功能。Embelin对MDSCs的影响主要是由C/EBP β 和STAT3信号通路介导。因此在CRC中Embelin将是调节MDSCs介导的免疫耐受的非常有潜力的药物[23]。寻找更有效抑制MDSCs的治疗策略仍然是亟需解决的问题。