髓源性抑制细胞对肿瘤的免疫抑制及靶向免疫治疗研究进展

徐鑫， 马斌， 丁建霞， 成静， 王胜军， 田洁

(江苏大学医学院， 江苏 镇江 212013)

髓源性抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells, MDSCs) 是一组髓系来源的具有免疫抑制功能的异质性细胞群体。小鼠的MDSCs表型为CD11b+Gr-1+，可分为单核细胞型MDSCs (monocy-tic MDSCs, M-MDSCs)和多核型MDSCs (polymorphonuclear MDSC, PMN-MDSCs)。M-MDSCs表型为CD11b+Ly6G-Ly6Chigh，PMN-MDSCs表型为CD11b+Ly6GhighLy6Clow[1]。研究表明MDSCs可以参与多种疾病的进展，并且其对适应性和固有抗肿瘤免疫应答的抑制作用促进了多种肿瘤的发生发展[2]。本文综述肿瘤微环境中MDSCs的免疫抑制功能的作用机制及其调控因素，并总结了靶向MDSCs治疗肿瘤的策略，旨为靶向MDSCs的免疫治疗提供理论基础。

1 肿瘤微环境中MDSCs的免疫抑制功能

激活的MDSCs可通过多种机制诱导NK细胞、CD4+和CD8+T细胞失活，从而促进肿瘤免疫抑制微环境的形成。这些机制包括：耗竭T细胞激活和增殖所必需的氨基酸；表达免疫抑制性的检查点分子；募集调节性T细胞；分泌抑制性细胞因子和趋化因子；分泌外泌体。

1.1 耗竭T细胞激活和增殖的必需氨基酸

在肿瘤微环境中，MDSCs可与T细胞竞争使用对T细胞激活和增殖至关重要的半胱氨酸，导致T细胞不能从头合成，从而阻碍抗肿瘤T细胞的产生，促进了肿瘤的进展[3]。此外，MDSCs还可以分解L-精氨酸和L-色氨酸，进一步消耗必需氨基酸，阻碍抗肿瘤免疫细胞生物活性的获取，从而抑制抗肿瘤免疫应答[4]。研究表明，精氨酸酶1(arginase 1, ARG1)和诱导型一氧化氮合酶(inducible nitri-coxide synthase, iNOS)的表达可以促进精氨酸的代谢。MDSCs中ARG1和iNOS的高表达通过将L-精氨酸分解为L-鸟氨酸和尿素来消耗L-精氨酸。L-精氨酸的减少和肿瘤微环境内一氧化氮的产生会下调TCRζ链和MHC Ⅱ的表达，抑制细胞周期蛋白D3和细胞周期蛋白依赖性激酶，从而导致G0-G1细胞周期阻滞，严重抑制了T细胞功能[5]。另外，MDSCs还可以直接通过ARG1和活性氧来抑制T细胞活化和功能。在正常生理情况下，L-色氨酸可以以一种STAT3依赖的机制，通过上调吲哚胺-2,3双加氧酶分解生成犬尿氨酸，而L-色氨酸的减少和犬尿氨酸的产生可以诱导T细胞和NK细胞失能和凋亡，并促进CD4+T细胞向调节性T细胞(regulatory T cells, Tregs)分化。MDSCs恰恰站在了这条调控链的顶端，消耗了L-色氨酸，从而促进了犬尿氨酸的积累，最终导致抗肿瘤免疫应答的抑制和肿瘤微环境免疫抑制性的加剧[6]。

1.2 免疫抑制性检查点分子的表达

MDSCs表达高水平的程序死亡分子配体(PD-1 ligand, PD-L1)，其与表达在T细胞上的PD-1结合，诱导构象改变，进而使T细胞进入无活性和功能障碍状态[7]。研究表明，在肿瘤微环境中MDSCs的PD-L1表达上调与S100A9炎症蛋白和缺氧诱导因子1(hypoxia-inducible factor 1, HIF1)相关[8]。肿瘤微环境中的缺氧诱导因子1-α(HIF1α)可以促进PD-L1在肿瘤浸润性MDSCs表面的表达，从而使MDSCs具有更高的抑制活性[9]。小鼠神经胶质瘤肿瘤模型的研究结果表明，肿瘤来源的外泌体可以刺激MDSCs的PD-L1的表达[10]。另外，MDSCs的ARG1表达可以促进MDSCs表达的抑制性检查点配体与T细胞表面表达的受体相结合，加速T细胞的耗竭，从而促进肿瘤的生长[11]。MDSCs是免疫检查点抑制剂治疗的重要预后标志物，MDSCs和MDSCs表达免疫检查点PD-L1的水平与肿瘤的预后息息相关。靶向免疫检查点的治疗是基于MDSCs的免疫治疗的重要环节。

1.3 调节性T细胞的募集

MDSCs产生的免疫抑制性细胞因子白介素10 (interleukin 10, IL-10)和转化生长因子β(transforming growth factor-β,TGF-β) 可以诱导Tregs进入肿瘤微环境，从而抑制NK细胞、抗肿瘤T细胞的功能，抑制抗肿瘤免疫[12]。另外，研究表明趋化因子4(chemokine ligand 4, CCL4) 和CCL5能够以趋化因子受体5 (chemokine receptor 5,CCR5) 依赖性方式招募Tregs，而多个肿瘤微环境中的M-MDSCs会上调CCL4和CCL5的表达[13]。这些研究表明MDSCs可以通过分泌趋化因子来招募免疫抑制性Tregs细胞，从而抑制抗肿瘤免疫。

1.4 MDSCs来源的因子促进肿瘤的进展

在肿瘤微环境中，MDSCs分泌的免疫抑制性细胞因子，是抑制抗肿瘤免疫应答，促进肿瘤进展的重要因素。研究表明，MDSCs来源的TGF-β在抑制抗肿瘤免疫应答和促进肿瘤发生发展中起关键性的作用。一方面，TGF-β可以通过减少干扰素-γ(interferon-γ, IFN-γ) 的产生来抑制细胞毒T细胞和NK细胞的细胞毒活性。另一方面，TGF-β还可以抑制抗肿瘤免疫活性细胞的增殖，从根源上抑制抗肿瘤免疫。MDSCs来源的IL-10也在抗肿瘤免疫应答中起重要作用[14]。作为一个免疫抑制性细胞因子，IL-10对抗肿瘤的Th1细胞的产生和IFN-γ的分泌起着抑制作用。此外，MDSCs还通过分泌一些因子直接作用于肿瘤细胞参与肿瘤的进展。MDSCs来源的IL-6可以赋予乳腺癌细胞干细胞样特征，增加乳腺癌细胞的增殖和分化能力，从而促进肿瘤进展。

除了免疫抑制因子，MDSCs还可以分泌趋化因子参与肿瘤的发生发展。 在表皮癌中聚集的MDSCs通过分泌CCL4，可以促进Th17细胞的产生，促进肿瘤的形成。而在CCL4或CD4+T细胞缺失的小鼠中该现象消失，充分表明MDSCs可以通过分泌CCL4促进表皮癌的发展[15]。在肿瘤微环境中，肿瘤干细胞也对MDSCs具有调控作用。在小鼠胶质母细胞瘤模型中，肿瘤干细胞分泌的巨噬细胞迁移抑制因子(migration inhibiting factor, MIF)可以通过CXCR2依赖途径增加ARG1水平，从而增强MDSCs的抑制功能。此外，MDSCs也可以通过产生血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)促进肿瘤新生血管形成，加速肿瘤的生长[16]。研究表明，MDSCs还可以通过产生基质金属蛋白酶，促进肿瘤浸润和转移[17]。

1.5 MDSCs来源外泌体的免疫抑制功能

最近的研究表明，肿瘤微环境中MDSCs来源的外泌体也具有免疫抑制功能。在肿瘤患者的体液和肿瘤微环境中存在着大量来自MDSCs的外体囊泡，其含有的蛋白质、RNA和miRNAs 作为细胞间信使，行使促肿瘤作用。MDSCs来源的外泌体在肿瘤的发生发展中行使着重要的作用。功能研究表明MDSCs来源的外泌体能够有效地促进巨噬细胞向M2表型极化，进一步加重了肿瘤微环境的免疫抑制性。研究表明MDSCs来源的外泌体能够通过S100A8/A9促进M2的极化，并且S100A8/9也对MDSCs的趋化起重要作用。另外，MDSCs来源的外泌体对成熟的MDSCs也具有趋化作用，进一步导致MDSCs在肿瘤微环境中的聚集[18]。正常MDSCs来源的外泌体和炎症性MDSCs来源的外泌体具有生物学功能的差异，后者可增强中性粒细胞脱粒的信号通路[19]。除了向靶细胞递送可溶性内容物外，MDSCs来源的外泌体还可以通过质膜糖蛋白影响靶细胞通讯和功能。肿瘤中的MDSCs表面的93个n-连接糖蛋白中有21个也存在于MDSCs来源的外泌体中，包括CD47、SIRP酶和血小板反应蛋白-1 (TSP)。研究表明肿瘤微环境中存在大量的CD47分子的配体，其能够促进CD47+MDSCs细胞迁移至肿瘤区域，促进肿瘤的进展[20]。因此，CD47有希望成为靶向MDSCs的免疫治疗的靶点。

2 靶向MDSCs的免疫治疗

MDSCs具有对抗肿瘤免疫反应的抑制性，在肿瘤的发生发展中起着重要的促动角色。靶向MDSCs免疫治疗基本可以分成以下4个方向： ① 减少循环和肿瘤浸润的MDSCs； ② 防止MDSCs的募集和转运； ③ 减弱MDSCs免疫抑制功能； ④ MDSCs向非免疫抑制状态分化。

2.1 减少循环和肿瘤浸润的MDSCs

研究表明[21]，低剂量化疗能够有效减少荷瘤小鼠肿瘤中MDSCs；临床试验也表明，化疗药物如5-氟尿嘧啶、紫杉醇、顺铂、吉西他滨可以减少MDSCs的比例，从而增强抗肿瘤免疫活性。促进MDSCs扩增的信号级联也一直是被作为减少MDSCs细胞群的靶向目标。VEGF作为一个血管生长因子，在肿瘤微环境中大量分泌，不但可以促进肿瘤新生血管的形成，促进肿瘤的生长，而且可以促进MDSCs的扩增，加强了免疫抑制效应，进一步促进了肿瘤的发展。针对这一点，酪氨酸激酶抑制剂舒尼替尼已经被成功地用于阻断VEGF和c-KIT信号，从而达到在肾癌患者中消耗MDSCs的目的，对肾癌的治疗起到了积极的作用[22]。

2.2 抑制MDSCs的募集和转运

肿瘤微环境中存在的大量的趋化因子，是募集MDSCs至肿瘤部位最关键的因素。所以，靶向MDSCs上的趋化因子受体将会是非常有效的治疗策略。研究表明，肿瘤微环境中的CCL3、CCL4和CCL5可以招募表达CCR5的MDSCs到肿瘤区域，并且CCR5的表达与MDSCs的抑制功能有关[23]。在黑色素瘤小鼠模型中发现[24]，表达CCR5的MDSCs比不表达CCR5的MDSCs具有更强的免疫抑制效能；并且CCR5的阻断可以抑制MDSCs的招募和免疫抑制活性，提高黑色素瘤小鼠的生存率。另外，CCR5拮抗剂也可以抑制基底乳腺癌的转移肿瘤的生长[25]；肿瘤微环境中上调的CCL2和CCL5，可以通过趋化因子受体CXCR2招募MDSCs。研究表明[26]，乳腺癌中表达CXCR2的MDSCs具有抑制抗肿瘤免疫应答和促进肿瘤生长转移的能力；靶向CXCR2可以降低肿瘤区域MDSCs的水平，释放抗肿瘤免疫细胞。有报道称胰腺癌中靶向CXCR2的治疗可以减少胰腺癌的转移，促进T细胞的浸润，提高抗PD1治疗效果和延长患者生存率[27]。CSF-1R是一种酪氨酸激酶受体，是促进MDSCs募集到肿瘤部位以抑制抗肿瘤免疫的重要受体。当其与配体CSF-1结合时，一方面可以促进髓系细胞向肿瘤区域迁移，另一方面还促进髓系细胞向MDSCs和肿瘤相关巨噬细胞的分化。临床研究结果表明[28]，针对CSF-1R或其配体CSF-1的治疗可以改善T细胞抗肿瘤免疫反应。将CSF-1R抑制剂与免疫检查点阻断剂或过继性T细胞转移治疗相结合可提高抗肿瘤T细胞活性和抗肿瘤反应。

2.3 减弱MDSCs免疫抑制功能

消除MDSCs的免疫抑制功能是恢复T细胞活性和肿瘤免疫治疗成功的关键。前列腺素E2 (prostaglandin E2,PGE2) 促进了MDSCs的招募和ARG1的表达，故在MDSCs免疫抑制功能的发挥中起着重要的作用。环氧合酶-2 (COX-2)位于PGE2合成途径的上游，以COX-2为靶点的治疗，可以减少PGE2的产生，从而导致MDSCs的免疫抑制功能减弱。临床研究表明[29]，COX-2抑制剂塞来昔布可以明显改善MDSCs的免疫抑制功能。其主要机制是COX-2/PGE2信号的阻断降低了MDSCs的招募和分化，抑制了MDSCs相关的抑制因子，如ARG1的表达和活性氧的产生，并将炎性肿瘤转变为具有大量活性抗肿瘤免疫细胞的肿瘤。磷酸二酯酶-5 (PDE-5)抑制剂也可以抑制MDSCs的ARG1和iNOS的表达，从而减弱MDSCs免疫抑制效应。据报道，PDE-5抑制剂如西地那非和他达拉非，可以减少肿瘤微环境的炎症反应，通过减弱肿瘤微环境中MDSCs的免疫抑制功能，恢复T细胞和NK细胞的抗肿瘤免疫排斥反应，并延长患者的生存时间[30]。

2.4 诱导MDSCs分化

促进未成熟骨髓细胞分化是减少MDSCs数量和废除其免疫抑制功能的另一个有效策略。全反式维甲酸 (all-trans retinoic acid, ATRA)是维甲酸受体的激动剂，可以通过谷胱甘肽合成酶中和活性氧的生成来诱导MDSCs的分化。研究表明，抑制维甲酸信号，可以使MDSCs分化为成熟的骨髓细胞，从而降低了对T细胞的抑制作用。在抑制维甲酸治疗的小鼠肿瘤模型和肿瘤患者(肾细胞癌和小细胞肺癌)中，MDSCs水平明显降低，抗肿瘤T细胞活性得到改善[31]。此外，酪蛋白激酶抑制剂四溴肉桂酸也可以通过改善Notch信号促进肿瘤小鼠的骨髓细胞向成熟状态分化，抑制了MDSCs的产生[32]。临床研究数据显示，MDSCs也可通过化疗方法被诱导分化为非免疫抑制细胞类型。例如，多西他赛通过抑制STAT3磷酸化促进MDSCs向M1样巨噬细胞分化。另外，紫杉醇可以促进MDSCs分化为树突状细胞来减少MDSCs的数量。近些年研究表明，表观遗传重编程也是靶向MDSCs的免疫治疗的有效方法。Ⅰ类组蛋白去乙酰化酶抑制剂(histone deacetylase inhibitor，HDACi)在小鼠胰腺癌、乳腺癌和肺癌以及肾细胞癌模型中通过表观遗传重编程，在中和MDSCs方面显示了积极的结果[33]。HDACi与免疫检查点抑制剂联合使用可以下调ARG1、iNOS和COX-2的表达，抑制M-MDSCs和PMN-MDSCs的免疫抑制功能，并恢复CD8+T细胞的抗肿瘤活性。

3 总结

肿瘤微环境中的MDSCs对肿瘤区域的免疫抑制环境，肿瘤细胞的生长和免疫细胞的抑制产生着重要的影响。MDSCs主要通过耗竭T细胞激活和增殖所必需的氨基酸，表达免疫抑制性的检查点分子，募集调节性T细胞和分泌免疫抑制性因子来发挥免疫抑制效能。靶向MDSCs的免疫治疗是目前肿瘤免疫治疗领域最热的研究方向之一，主要策略是通过减少MDSCs的数量，削弱其免疫抑制功能，促进 MDSCs向非免疫抑制状态分化以及抑制其募集和转运。