髓源性抑制细胞与肺癌转移前微环境的形成①

罗 斌 姚嘉良 田建辉 刘嘉湘 (上海中医药大学附属龙华医院肿瘤科,上海 200032)

恶性肿瘤已经成为严重影响我国公共健康的疾病，其中肺癌的发病人数及死亡人数居所有癌种首位，其5年生存率在20%以下，而转移是导致肺癌死亡的主要原因[1-3]。转移涉及多种细胞及组织的参与其中靶器官的微环境是否适合癌细胞生存在转移中起关键作用[4-6]；而免疫细胞作为机体的防御“卫士”，是决定肿瘤细胞生存与否的重要因素[7]，骨髓是中枢免疫器官，是免疫细胞分化的重要场所，部分负性调控免疫细胞在转移过程中过度表达，进而导致靶器官免疫抑制环境的形成[8,9]。2005年，Kaplan等[10]将靶器官这种适应于肿瘤细胞生存的环境定义为转移前微环境(pre-metastatic niche,PMN)，其中免疫抑制是其最主要的特征之一[11]。髓源性抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSC)是PMN中发挥免疫抑制作用的关键免疫细胞[12]，因此明确MDSC的分化机制，揭示其在肿瘤PMN形成中发挥作用的过程，将有助于防治转移的发生。本文通过综述MDSC的产生及其在肺癌PMN中的作用机制，为防治肺癌转移提供新的策略，以期提高临床疗效。

1 MDSC的分化形成机制

1.1MDSC的命名及分类 MDSC是上世纪70年代在癌症患者中发现的一类异常的髓系免疫抑制细胞[13]；后来研究者发现MDSC与多种疾病(包括癌症)的发生发展相关，2007年Gabrilovich[14]首次命名MDSC，并指出其可抑制T细胞激活。研究发现MDSC与人类的慢性感染、炎症、自身免疫疾病、癌症等疾病具有密切关系，而且随着年龄的增长具有累积效应[15-17]，由于MDSC是一群尚未完全分化成熟的髓系细胞[18]，当未成熟的髓系细胞正常分化成巨噬细胞、树突状细胞及粒细胞等时，才可以发挥正常的免疫功能。MDSC目前主要分成2个亚群：粒系MDSC(polymorphonuclear MDSC,PMN-MDSC)与单核系MDSC(mononuclear MDSC,M-MDSC)，在大部分恶性肿瘤中，M-MDSC与PMN-MDSC两者占比约为1∶4[19,20]；但是MDSC在不同物种之间的标志物存在差异，其中人源的表面标志物主要是HLA-DR/Lin/CD11b/CD14/CD15/CD33等，而在鼠源则是CD11b/Ly6G/Ly6C,且发挥免疫抑制的途径具有一定差异[21-23]。

1.2MDSC的分化 免疫细胞在机体的分化均受到精密调节，未成熟髓系细胞的分化同样受到相关因子的调节，而MDSC的形成是未成熟髓系细胞在其分化过程中受到外来物质的“诱导”，这些物质干预了MDSC的产生、增殖、迁移、激活等过程，主要包括：肿瘤来源因子、生长因子类、趋化因子类、免疫细胞因子类、环氧合酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)和前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)等[24-27](表1)。其中粒-巨集落刺激因子(Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor,GM-CSF)和IL-6是最为常见的诱导MDSC产生的因子，其能将外周血单个核细胞诱导成MDSC以发挥免疫抑制作用[28]。另外，研究发现信号转录与转导激活因子家族信号传导及转录激活因子(signal transducer and activator of transcription,STAT)、核因子-κB因子(nuclear factor kappa-B,NF-κB)、高迁移率调控因子(high mobility group box 1,HMGB1)、维甲酸单一受体-1(retinoic-acid-related orphan receptor 1，ROCR1)等是MDSC分化过程中重要的信号通路[26,29-32]。因此，MDSC的产生与功能发挥是许多因素在机体内环境中相互作用的结果，干预其中的关键途径，有可能阻断MDSC的产生，进而抑制肿瘤转移的免疫微环境形成。

2 MDSC与肺癌转移

恶性肿瘤的治疗趋势正在从以肿瘤细胞为中心干预向肿瘤生存的环境干预转变，手术、化疗、放疗、靶向治疗均是以肿瘤细胞为核心进行干预，而肿瘤血管生成抑制剂和免疫治疗均为干预肿瘤微环境。肺癌的临床疗效开始突破瓶颈，但转移仍然是导致肺癌死亡的主要原因，且缺乏针对性药物。纵观肿瘤发生、转移过程中出现的肿瘤微环境(tumor Microenvironment,TME)、肿瘤免疫微环境(tumor immune microenvironment,TIME)、PMN等均是以免疫抑制为特征(图1)，其中免疫负性调控细胞MDSC、调节性T细胞发挥重要作用[11,33-36]。MDSC在肿瘤血管生成、肿瘤细胞生存、肿瘤转移、转移前微环境形成等过程发挥重要作用[16]，但是MDSC主要是在抑制机体免疫应答方面发挥主要作用，促进有利于肿瘤发生、发展及转移的环境形成，因此以MDSC为研究靶点，揭示其调控免疫的机制，将有助于进一步提高恶性肿瘤的防治效率。

PMN是指靶器官形成的适应肿瘤细胞定植、生存、增殖，最终形成转移的环境[10,37]。肝、脑、骨、肺、肾上腺等靶器官的PMN形成是外周血或淋巴结中循环肿瘤细胞能够在靶器官生存并形成转移灶的关键环节，而MDSC可以诱导PMN形成并促进循环肿瘤细胞向PMN迁移[11,38]，最终导致转移形成。MDSC参与转移发生主要体现在两方面：一是抑制机体的免疫应答，有利于肿瘤细胞的生存；二是促进肿瘤血管生成、肿瘤细胞迁移及转移前微环境形成[39]。由此可见，MDSC参与了肿瘤的发生、侵袭、转移整个过程，尤其是PMN形成，因此揭示MDSC在肿瘤发生、侵袭、转移过程中的作用途径，明确其干预靶点，将有助于肿瘤的防治。

表1 MDSC分化、迁移、激活过程中涉及的因素

Tab.1 Factors involved in MDSC differentiation,migration,and activation

ItemFactorsRef.Growth factorsGM-CSF,G-CSF,M-CSF,VEGF,TGF-β10,13,22,24,26ChemokineCCL2,CCL4,CCL5,CXCL1,CXCL8,CXCL1216,20CytokinesIL-1β,IL-4,IL-5,IL-6,IL-10,IL-13,TNF-α,IFN-γ12,20,24Signaling pathway that regulating differentationCOX-2,PGE-2,HMGB1,RORC123,24,25,27,28,30STAT(Stat3,Stat1,Stat5,Stat6),NF-κB,mTOR

Note:Vascular endothelial growth factor,VEGF;transforming growth factor-β,TGF-β;granulocyte-macrophage colony-stimulating factor,GM-CSF;Chemokine (C-C motif) ligand,CCL;C-X-C chemokine ligand,CXCL;interleukin,IL;tumor necrosis factor,TNF;interferon,IFN.

3 MDSC在PMN形成中的免疫抑制途径及药物研发

3.1MDSC抑制免疫功能的关键途径 MDSC主要发挥免疫抑制作用，包括特异性免疫和非特异性免疫，但是其主要作用于T细胞。MDSC发挥免疫抑制作用的主要因子包括：吲哚胺2,3-双加氧酶(indoleamine 2,3-dioxygenase,IDO)、精氨酸酶(Arginase-1，ARG-1)、活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)、IL-10、肿瘤生长因子-β、诱导性一氧化氮合成酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)、COX-2、NO等[40]；同时MDSC也可以募集调节性T细胞至TME共同发挥免疫抑制功能。近年研究显示，M-MDSC和PMN-MDSC的免疫抑制机制存在差异；M-MDSC主要以抗原特异性和非特异性两种方式，通过分泌NO和细胞因子发挥免疫抑制作用；而PMN-MDSC主要是以抗原特异性方式，通过分泌ROS抑制免疫应答；但是二者均需要精氨酸的代谢提供能量，即ARG-1参与[32,39,41]。此外，MDSC和肿瘤相关巨噬细胞、肿瘤相关成纤维细胞等TME存在的细胞相互作用，促使TME形成复杂的免疫抑制网络。综上所述，MDSC是机体中有利于肿瘤生长环境(如TME、TIME、PMN)形成的关键因素，但是MDSC的免疫抑制作用不仅仅体现在肿瘤，在其他疾病如风湿性疾病等亦有作用，因此揭示MDSC发挥免疫抑制功能的途径，是截断其发挥作用的关键。

3.2以MDSC为干预靶点的治疗研究 基于前期的基础研究成果，以MDSC的作用途径为干预靶点的药物正在研发且部分已经开始了临床试验。研究发现地塞米松、雷帕霉素、环孢霉素A在人体器官移植过程中可以通过iNOS/ARG-1、NO、IDO等途径调节MDSC的功能，进而抑制机体的免疫排斥，提高组织移植的成功率[42]。但是，在实体瘤中以减少MDSC的免疫抑制增强肿瘤治疗效果的研究较少，美国福克斯癌症研究中心注册了一项(注册号：NCT03302247)以评估吉西他滨促进MDSC耗竭，增强纳武单抗在IIIB期非小细胞肺癌中的疗效为目的的临床研究，结果尚未公布；Chakraborty等[43]研究发现铜络合物N-[2-羟基苯乙酮]甘氨酸铜通过Fas-FasL途径诱导MDSC凋亡，进而减少小鼠肿瘤模型腹水和降低脾脏中MDSC水平，增强抗肿瘤免疫治疗的效果；也有研究发现5-Fu可以诱导MDSC凋亡进而增加CD8+T细胞在TME中的浸润，促进免疫杀伤作用[44]。Guha等[45]发现MDSC的上游基因蛋白STAT3抑制剂(BB1608)可以有效地促进肝癌小鼠模型的CAR-T(antigen receptor T cells，CAR-T)治疗效果。从上述研究可知，干预MDSC的免疫抑制作用主要分为四种[46]：①促进MDSC的耗竭；②通过IDO、NO等抑制MDSC的功能；③抑制MDSC向TME的募集与浸润；④促进MDSC向正常细胞分化。目前在实体瘤中针对MDSC的干预药物尚处于初步研发阶段，尚无疗效确切的药物进入肿瘤临床，因此开发干预MDSC免疫抑制途径的药物将是未来调控TME的重要方向，尤其是肿瘤免疫治疗。

4 干预MDSC调节“免疫抑制微环境”的展望

免疫治疗成为肺癌治疗的重要治疗方面，体现了肺癌治疗从以杀瘤为主向以调节TME为主的转变[47]，而治疗理念的转变也是肿瘤精准治疗取得临床疗效的关键。尽管目前肿瘤治疗取得了阶段性进步，但是恶性肿瘤的转移仍然是国际难题。MDSC作为目前发现的免疫抑制关键细胞，是Tregs细胞之后的第二类潜在干预靶点；研究发现MDSC的不同亚群在肺癌患者外周血中均有上升，且与肺癌的临床分期具有相关性[20]；因此，其在肿瘤PMN中的免疫抑制可能是导致循环肿瘤细胞在远端靶器官定植、形成微转移灶的重要环节，故明确MDSC在PMN的作用机制，将会成为阻断转移的重要方法。

上世纪，澳大利亚学者提出“种子与土壤”理论，认为外周血中循环的肿瘤细胞是远端转移的“种子”[48]，目前学者提出转移前环境的概念，正契合转移的“土壤”，因此以干预“土壤”的环境为途径来阻断“种子”的萌芽，符合目前的生物学发展，随着研究的进展，目前正逐步阐明肿瘤转移的发生步骤，而PMN作为转移前的“预备”环境引起学者的关注，故认为MDSC形成的免疫抑制是肿瘤转移的重要环节，将MDSC作为干预靶点，将是阻止转移的有效方法。