乙酰化修饰对髓源性抑制细胞调控的研究进展

王文欣，王胜军

(江苏大学医学院，江苏 镇江 212013)

乙酰化修饰是一种常见的蛋白质翻译后修饰(post-translational modifications,PTMs)方式，近年来备受关注。组蛋白及非组蛋白的乙酰化修饰是可逆的过程，其乙酰化和去乙酰化分别由组蛋白乙酰化酶(histone acetyltransferases,HATs)及组蛋白去乙酰化酶(histone deacetyltransferases,HDACs)调控，目前发现乙酰化修饰在细胞分化与功能上发挥重要作用[1-2]。髓源性抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)是肿瘤环境中主要的免疫抑制细胞群之一，在肿瘤组织及外周淋巴器官发挥免疫抑制作用，影响肿瘤发生发展，亦是肿瘤治疗失败的重要原因[3-5]。本文综述了各类HDACs和HATs对MDSCs的调控作用，并且探讨各类HDACs、HATs抑制剂对MDSCs的作用效果及其在肿瘤免疫治疗中的应用前景。

1 MDSCs

1.1 MDSCs的来源与分型

MDSCs是一群骨髓来源的、未成熟的异质性细胞，是树突状细胞、巨噬细胞和粒细胞的前体。在生理条件下，未成熟的骨髓细胞(immature myeloid cells,IMCs)由骨髓中产生并迅速分化为成熟的树突状细胞、巨噬细胞或粒细胞。在肿瘤、感染等病理条件下，IMCs正常分化成熟受阻，MDSCs大量扩增积聚且病理性激活，发挥免疫抑制作用[3-5]。在小鼠体内，MDSCs是一群CD11b+Gr1+表型的髓系前体细胞，主要分为两个主要群体：多核细胞样MDSCs(polymorphonuclear-MDSCs,PMN-MDSCs)与单核细胞样MDSCs(monocytic-MDSCs,M-MDSCs)[6]。PMN-MDSCs在小鼠中定义为CD11b+Ly6G+Ly6Clow表型，M-MDSCs则定义为CD11b+Ly6G-Ly6Chigh[6]。人类MDSCs表型更为复杂，人总MDSCs表型目前暂无公认定义，人PMN-MDSCs定义为CD11b+CD14-CD15+(或CD66b+)表型，M-MDSCs表型则定义为CD11b+CD14+HLA-DR-/lowCD15-[6]。此外，MDSCs的鉴别依赖于其分子表型，其功能特性及生化分子特性同样有助于识别MDSCs。

1.2 MDSCs的分化与扩增

在生理条件下，CD11b+Gr1+细胞主要分布于骨髓组织，但并不具有免疫抑制活性；在病理条件下，尤其是肿瘤环境，CD11b+Gr1+细胞大量分化扩增且活化为有免疫抑制活性的MDSCs[3-5]。肿瘤环境下，在外周血、淋巴组织、脾脏、肿瘤组织中MDSCs比例显著上升[3-5,7]。众多调节因子介导MDSCs的分化扩增，如白介素-6、粒细胞/巨噬细胞集落刺激因子、肿瘤坏死因子-ɑ、前列腺素E2、环氧合酶2、血管内皮生长因子等[7-9]；此外，肿瘤细胞产生的趋化因子诱导MDSCs迁移浸润到肿瘤原发部位[8-9]。

1.3 MDSCs的免疫抑制功能

MDSCs在肿瘤组织及外周淋巴组织发挥免疫抑制活性，影响肿瘤发生发展。MDSCs产生的高水平的免疫抑制效应分子抑制T细胞活化与增殖，这些效应分子主要包括精氨酸酶1、诱导型氧化亚氮合酶、氧化亚氮、活性氧、吲哚胺2,3-双加氧酶、转化生长因子-β、白介素-10等[6-10]。MDSCs除了产生抑制性因子直接抑制T细胞功能，还表达解聚素-金属蛋白酶17破坏T细胞归巢，诱导巨噬细胞向促肿瘤表型极化，促进调节性T细胞的增殖与活化，抑制自然杀伤细胞的细胞毒性[9-10]。此外，MDSCs可以直接作用于肿瘤细胞，诱导肿瘤干性、促进肿瘤血管生成以及参与肿瘤转移扩散[7-8]。

2 乙酰化修饰

乙酰化修饰是一种常见的蛋白质翻译后修饰方式，在组蛋白上研究广泛。组蛋白乙酰化有利于形成开放的染色质结构，使转录因子易于与染色质结合进而调节靶基因的转录[10-12]。然而，近年来文献显示，非组蛋白乙酰化修饰几乎参与所有主要生物学过程，如转录因子乙酰化、酶乙酰化、细胞因子受体乙酰化等[11-13]。

组蛋白及非组蛋白的乙酰化修饰是可逆的过程，其乙酰化和去乙酰化分别由HATs及HDACs调控。目前已鉴定13个HATs，主要归为P300、GCN5和MYST三大家族[13]。HDACs可分为4类：第一类HDACs包括HDAC1、2、3、8；第二类HDACs包括HDAC4、5、6、7、9、10；第三类HDACs为沉默信息调节因子(silent information regulator,SIRT)，又称Sirtuins蛋白，包括SIRT1～7；第四类HDACs包括HDAC11。第一、二、四类HDACs依赖于锌离子，而第三类的HDACs则依赖于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)[11]。

随着MDSCs调控机制的深入研究，人们发现MDSCs中存在多种乙酰化酶及去乙酰化酶的表达，乙酰化修饰对MDSCs的分化及功能起着至关重要的作用。

3 MDSCs中的乙酰化修饰

3.1 乙酰化酶P300与MDSCs

腺病毒E1A相关的300 kD蛋白(adenovirus E1A-associated 300 kD protein,P300)由EP300基因编码，是研究最广泛、作用最强大的乙酰化酶之一[13-14]。P300一方面作为转录辅因子，在细胞核内充当桥梁与支架，桥接转录因子与基础转录装置，作为支架整合转录因子；更为重要的是，P300调节组蛋白及非组蛋白乙酰化，调节酶活性、蛋白质稳定性、蛋白质相互作用、亚细胞定位等，参与基因转录、DNA损伤修复、细胞分裂、信号转导各种生物学过程[13-16]。因此，P300的异常表达以及乙酰化失调和疾病的发生发展密切相关，如癌症、炎症、神经退行性疾病等[17-21]。P300作为一种乙酰化酶，参与癌细胞的增殖，侵袭和迁移，且被认为是人类癌症的不良预后因素[17-18,21]。P300通过调节组蛋白及其他调节蛋白的乙酰化参与癌症发生发展，如TGF-β/Smad信号通路介导的上皮-间充质转化过程依赖于P300，P300作为乙酰化酶调节Smad蛋白乙酰化进而参与癌细胞的侵袭迁移[18]。

近期研究发现P300无论是在生理状态下的髓系造血，还是在病理状态下的MDSCs分化扩增中均起着重要作用[22-23]。P300和Sirtuin1调节CCAAT增强子结合蛋白ε(CCAAT/enhancer binding protein ε,C/EBPε)乙酰化修饰进而调控中性粒细胞的终末分化和特异性颗粒的形成过程[22]。该结果提示乙酰化对髓系细胞的重要调控作用。有学者研究发现[23]，CBP/EP300的溴结构域(bromodomain,BRD)是MDSCs中H3K27乙酰化的关键调节子，该研究同样提示P300在MDSCs中所起的重要作用。该研究使用MDA.MB.231-X1.1荷瘤的重症联合免疫缺陷鼠和CT26荷瘤的野生型及重症联合免疫缺陷鼠模型，评价CBP/EP300-BRD抑制剂体内给药对肿瘤生长的影响，CBP/EP300-BRD抑制剂体内给药可以延缓肿瘤生长，且CBP/EP300-BRD抑制剂通过调节肿瘤微环境中MDSCs发挥抗肿瘤作用。CBP/EP300-BRD抑制剂下调信号传导与转录激活因子(signal transducer and activator of transcription,STAT)通路相关基因并抑制精氨酸酶1、诱导型氧化亚氮合酶表达，将肿瘤相关MDSCs从免疫抑制表型重定向到炎症表型。该研究提示P300介导的表观基因组和共价组蛋白修饰对MDSCs调节的重要性。

P300作为HATs家族的重要成员，是理想的治疗靶点。P300抑制剂可直接抑制肿瘤细胞发挥抗肿瘤作用，亦可抑制MDSCs从而恢复机体抗瘤免疫，因此P300抑制剂作为抗肿瘤药物具有可观前景。

3.2 去乙酰化酶HDACs与MDSCs

3.2.1 Ⅰ类HDACs Ⅰ类HDACs包括HDAC1、2、3、8,与酵母还原性钾依赖蛋白3(reduced potassium dependency 3,Rpd3)具有同源性，主要定位于细胞核。Youn等[24]发现，HDAC2可通过控制MDSCs细胞中视网膜母细胞瘤基因1(retinoblastoma1,Rb1)的转录沉默，促进M-MDSCs与PMN-MDSCs之间表型转换。该结果显示荷瘤宿主来源的M-MDSCs具有分化为PMN-MDSCs的潜力，该表型转换可能是肿瘤PMN-MDSCs积累的重要途径。PMN-MDSCs中HDAC2直接结合在Rb1启动子区域，HDAC2通过调节组蛋白H3、H4乙酰化介导Rb1基因的转录沉默。此外，随着HDAC抑制剂(HDACi)逐步开发，多篇报道显示Ⅰ类HDACi调控MDSCs的分化与功能[25-27]。

Ⅰ和Ⅱ类非选择性HDACi，如伏立诺他和曲古抑菌素A，在体外培养系统和荷瘤小鼠模型中均被证明可以促进M-MDSCs扩增[25]。丙戊酸作为Ⅰ类HDACi，同样可以诱导骨髓来源的前体细胞向M-MDSCs分化[26]。此外，丙戊酸亦可促进肿瘤诱导的M-MDSCs体外分化为树突状细胞和巨噬细胞[24]。Adeshakin等[26]研究显示，丙戊酸抑制MDSCs的免疫抑制功能，可以增强抗程序性死亡受体1(programmed cell death 1,PD-1)抗体药物介导的肿瘤免疫治疗效果，该结果提示HDACi与免疫检查点治疗的联合应用具有广泛的前景。值得注意的是，研究提示丙戊酸激活MDSCs的干扰素调节因子(interferon regulatory factor,IRF)转录轴，IRF1/IRF8是MDSCs的负向调控转录因子，负向调节MDSCs免疫抑制功能。此外，在肿瘤微环境中，程序性死亡受体-配体1(programmed cell death-ligand 1,PD-L1)表达于肿瘤细胞介导免疫逃逸，而MDSCs可能是PD-L1的另一个主要来源[27]。研究提示丙戊酸可以直接影响MDSCs上PD-L1的表达，下调MDSCs免疫抑制功能，重新激活CD8+发挥抗肿瘤效应[26-27]。

3.2.2 Ⅱ类HDACs Ⅱ类HDACs包括HDAC4、5、6、7、9、10六个成员，可分为Ⅱa及Ⅱb两个亚类，前者包括4、5、7、9，后者包括6、10[12-13]。最近有报道显示[28]，M-MDSCs中有高水平的HDAC6表达，Ⅱ类HDACi利可司他可特异性抑制HDAC6进而下调M-MDSCs免疫抑制活性；且Ⅰ类HDACi恩提诺特抑制PMN-MDSCs免疫抑制活性；故利可司他与恩提诺特联用可以有效地下调两个群体MDSCs活性，延缓肿瘤生长。

3.2.3 Ⅲ类HDACs Ⅲ类HDACs即Sirtuins蛋白，包括SIRT1～7，它们共享一个高度保守的NAD+结合域，但具有不同的功能域与催化功能，在细胞中定位也不尽相同，如SIRT1、SIRT6、SIRT7通常定位于胞核，SIRT2通常位于细胞质中，SIRT3、4和5通常定位于线粒体[29]。NAD+依赖的SIRT 1在糖脂代谢的转录调控起着重要作用。SIRT1可以直接通过一些关键转录因子如核因子-κB(NF-κB)、缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)的脱乙酰作用来调节免疫应答，也可以通过代谢途径间接调节免疫应答[30]。

SIRT1是调节MDSCs的分化和功能的关键因子。在实体瘤中，极化的MDSCs呈现经典激活表型(M1)和替代激活表型(M2)[31]。SIRT1通过哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)-HIF-1ɑ-糖酵解途径决定MDSCs的分化命运；SIRT1引导M2型MDSCs的分化过程，M2-MDSCs表现为增强的免疫抑制功能；相反，SIRT1缺失有利于MDSCs特异性转变为M1表型，M1-MDSCs表现为降低的免疫抑制功能，发挥促炎和抗肿瘤效应[31]。

3.2.4 Ⅳ类HDACs 第Ⅳ类HDACs指的是HDAC11。HDAC11是HDAC家族最小的成员，在中性粒细胞、MDSCs、树突状细胞、巨噬细胞和T细胞等免疫细胞中发挥促炎或抗炎作用[32]。HDAC11参与IMCs向MDSCs的分化过程，提示HDAC11在髓系生成及MDSCs扩增的重要性[33]。HDAC11是MDSCs的负向调节剂，负向调节IL-10基因转录[33]。荷瘤HDAC11基因敲除小鼠与荷瘤野生型小鼠相比，肿瘤生长增强；且荷瘤HDAC11基因敲除鼠来源的MDSCs表现出更高的免疫抑制活性[33]。

4 靶向MDSCs的免疫治疗

MDSCs作为肿瘤微环境中的主要免疫抑制性细胞，有望成为关键的肿瘤免疫治疗靶点。靶向MDSCs的免疫治疗策略主要有如下几种：使用全反式视黄醇促进MDSCs成熟；使用吉西他滨清除MDSCs；抑制MDSCs的分化与功能，这时转录因子则是很好的靶点[34-36]。比如酪氨酸激酶抑制剂舒尼替尼可抑制STAT3活化从而降低MDSCs数量[35]，高浓度奥美洛酮抑制NF-κB激酶亚基进而抑制MDSCs功能[36]。

MDSCs中存在多种乙酰化酶及去乙酰化酶，其中乙酰化酶P300以及去乙酰化酶HDAC2、SIRT1、HDAC11对MDSCs的分化及功能起着至关重要的作用。鉴于乙酰化修饰在MDSCs中重要的调控作用，HATs抑制剂及HDACs抑制剂为靶向MDSCs治疗提供了新的方案。以MDSCs作为治疗靶点，HDACs及HATs抑制剂通过调节肿瘤微环境中MDSCs发挥抗肿瘤作用，影响肿瘤的发生发展。HDACs及HATs抑制剂与传统抗癌药或者免疫检查点治疗联用为癌症治疗提供新的思路。

5 总结与讨论

MDSCs是肿瘤环境中主要的免疫抑制细胞群之一，在肿瘤位点及外周淋巴器官发挥免疫抑制作用，影响肿瘤发生发展，亦是肿瘤治疗失败的重要原因。MDSCs中存在多种HATs及HDACs，其中乙酰化酶P300以及去乙酰化酶HDAC2、SIRT1、HDAC11对MDSCs的分化及功能起着至关重要的作用。

值得注意的是，虽然HDACs及HATs均可以调节MDSCs分化与功能，但其调控机制及发挥作用的时相可能并不相同。目前研究显示，HDACs及HATs在MDSCs中可以通过调节组蛋白乙酰化影响MDSCs的分化与功能。实际上，非组蛋白乙酰化修饰如转录因子乙酰化、酶乙酰化、细胞因子受体乙酰化参与各种生物学过程[13]。如通用控制非抑制蛋白5能够调节CCAAT增强子结合蛋白α(CCAAT/enhancer binding protein α,C/EBPα)的K298与K302位赖氨酸乙酰化，抑制C/EBPα的DNA结合活性与转录激活活性，从而阻止未成熟的髓系祖细胞向成熟粒细胞的分化[37]。P300和Sirtuin1调节C/EBPε乙酰化水平进而调控中性粒细胞终末分化和特异性颗粒的形成过程[22]。尽管通用控制非抑制蛋白5、P300、SIRT1在MDSCs中的调控作用尚不完全清楚，MDSCs中非组蛋白乙酰化修饰值得进一步研究。