髓源性抑制细胞在肿瘤免疫中的作用

梁春艳，邢海洲，姜中兴

(郑州大学第一附属医院 血液科，河南 郑州 450052)

髓源性抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells，MDSCs)是来源于骨髓的具有强大免疫抑制作用的细胞，正常情况下分化为巨噬细胞、树突状细胞(dendritic cells，DCs)和中性粒细胞[1]。正常情况下人体内MDSCs数量极少，但是在病理状态下，特别是体内肿瘤细胞存在时，肿瘤细胞分泌的细胞因子可以促进MDSCs的生成，抑制MDSCs的正常分化，导致MDSCs在体内累积[2]。MDSCs可以抑制T细胞、自然杀伤细胞(natural killer，NK)和B细胞介导的免疫应答，促进调节性T细胞(regulatory T cells，Tregs)、肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages，TAMs)的生成，导致肿瘤细胞发生免疫逃逸，促进肿瘤的发生发展[3]。免疫抑制功能是MDSCs的特点，本文主要从MDSCs与免疫细胞的相互作用以及MDSCs靶向治疗方面进行阐述。

1 MDSCs的分类

人MDSCs根据形态学和表型特征主要由单核型MDSCs(monocytic MDSCs，M-MDSCs)、多形核MDSCs(polymorphonuclear MDSCs，PMN-MDSCs)和早期MDSCs (early-MDSCs，e-MDSCs)组成。M-MDSCs表型为CD11b+CD33+CD14+CD15-HLA-DR-/low； PMN-MDSCs表型为CD11b+CD33+HLA-DR-/lowCD14-CD15+；e-MDSCs由未成熟的MDSC祖细胞组成，表型为HLA-DR-CD33+Lin-(CD3-CD14-CD15-CD19-CD56-)[4]。人MDSCs主要存在骨髓、外周血和肿瘤组织内。M-MDSCs的形态与单核细胞相似，主要通过人主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex，MHC)Ⅱ类分子HLA-DR的表达情况区分；PMN-MDSCs的形态与中性粒细胞相似，通过血凝素样氧化低密度脂蛋白受体-1(lectin-like oxidized low density lipoprotein receptor-1，LOX-1)的表达区分[5]。根据多色免疫荧光染色技术，可以进一步将MDSCs分成6种亚型：MDSCs1 (CD14+IL-4Rα+)、MDSCs2(CD15+IL-4Rα+)、MDSCs3(Lin-HLA-DR-CD33+)、MDSCs4(CD14+HLA-DRlow/-)、MDSCs5 (CD11b+CD14-CD15+)和 MDSCs6(CD15+FSClowSSChigh)[6]。MDSCs发挥抑制作用的机制存在一定差异。M-MDSCs高表达诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)，通过活化信号传导及转录激活因子1信号通路产生大量一氧化氮(nitric oxide，NO)[7]。PMN-MDSCs可以产生大量的活性氧(reactive oxygen species，ROS)，通过活化转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)信号通路发挥抑制免疫作用[8]。两种亚群均过表达精氨酸酶1(arginase 1，Arg1)，通过降低微环境中的精氨酸水平，抑制T细胞介导的免疫应答[9]。总的来说，M-MDSCs和PMN-MDSCs均具有免疫抑制作用。

2 MDSCs的功能

2.1 抑制T细胞活性MDSCs虽然可以作用于不同的免疫细胞，但主要的靶细胞是T细胞。MDSCs通过多种机制抑制T细胞的增殖和活性。氨基酸是T细胞增殖和活化必需的营养物质，MDSCs通过调控氨基酸的代谢来影响T细胞的活化。精氨酸是T细胞受体(T cell receptor，TCR)ξ链的重要组成部分。MDSCs通过分泌Arg1和iNOS将精氨酸分解为尿素和鸟氨酸或者分解为NO和瓜氨酸，MDSCs竞争性消耗微环境中精氨酸后，不仅导致T细胞表面TCR ξ链和CD3表达下调，T细胞无法识别抗原，而且抑制细胞周期蛋白D3和细胞周期依赖性激酶4的表达，导致T细胞停留在G0/G1期，最终影响T细胞介导免疫应答[10]。T细胞自身不能合成半胱氨酸，只能利用环境中的半胱氨酸[11]。MDSCs利用转运体溶质载体家族7成员11摄取微环境半胱氨酸，通过降低微环境中半胱氨酸的水平来抑制T细胞的活化，促进T细胞凋亡[12]。色氨酸也是T细胞增殖所需的重要营养物质。MDSCs过表达吲哚胺2，3-双加氧酶(indoleamine 2，3-dioxygenase，IDO)通过白细胞介素-6(interleukin-6，IL-6)依赖的方式活化STAT3信号通路将色氨酸转化为犬尿酸，导致T细胞停留在G0期，抑制T细胞的增殖[13]。MDSCs可以产生大量的ROS和活性氮(reactive nitrogen species，RNS)，通过抑制Janus激酶3(Janus kinase，JAK3)/转录激活因子5(signal transducer and activator of transcription 5，STAT5)信号通路的活化，导致MHC-Ⅱ类分子表达的下调，引起T细胞凋亡[14]。肿瘤细胞通过分泌转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、IL-6和白细胞介素-10(interleukin-10，IL-10)等细胞因子诱导MDSCs产生ROS，促进T细胞表达Fas配体(Fas ligand，FasL)，导致活化T细胞凋亡[15]。MDSCs通过与未成熟T细胞表面L-选择素相互作用可以抑制T细胞的激活，同时抑制T细胞向周围淋巴结迁移[16]。免疫检查点可以负向调控T细胞的激活。缺氧诱导因子1-α诱导MDSCs表面程序性死亡配体-1(programmed death ligand-1，PD-L1)的表达，通过与T细胞表面程序性死亡因子-1(programmed death-1，PD-1)结合诱导T细胞凋亡[17]。MDSCs通过表达T细胞活化的免疫球蛋白可变区抑制因子(V-domain Ig suppressor of T cell activation，VISTA)，参与CD8+T细胞的负调控[18]。MDSCs通过产生IL-6抑制肿瘤抗原特异性效应辅助性T细胞1(T-helper 1，Th1)的产生[19]。此外，MDSCs的代谢物丙酮酸可诱导T细胞失活[20]。

2.2 抑制NK细胞活性MDSCs可以抑制NK细胞介导的细胞毒作用。MDSCs通过分泌TGF-β下调NK细胞表面NK活化型受体NKG2D的表达，抑制NK细胞产生干扰素γ(interferon-gamma，IFN-γ)，抑制NK细胞介导的细胞毒作用[21]。MDSCs产生的白细胞介素-23(interleukin-23，IL-23)可有效抑制NK细胞活性，阻断NK细胞表面IL-23受体后IFN-γ的分泌量明显增加[22]。MDSCs分泌的IL-6、IL-10可以抑制NK细胞和NKT细胞的活化和增殖[21]。应用抑制剂SX-682处理MDSCs后，NK细胞的抗肿瘤活性明显增高[23]。MDSCs以iNOS依赖方式产生NO，NO以非接触方式抑制NK细胞Fc受体介导的免疫作用，包括细胞因子的产生、信号转导和抗体依赖的细胞毒作用[24]。

2.3 抑制DCs活性在肿瘤微环境中，活化的缺氧诱导因子1-α刺激MDSCs表达血管内皮生长因子，抑制DCs的分化[24]。MDSCs分泌的IL-10可以抑制DCs的活化，抑制DCs产生IL-12，抑制DCs介导的T细胞活化，从而导致减弱DCs介导的免疫应答[25]。MDSCs通过剂量依赖的方式抑制DCs的成熟和DCs的抗原提呈作用[26]。MDSCs通过STAT3信号通路激活钙结合蛋白S100A8/A9的表达，阻止MDSCs向DCs的分化，导致MDSCs数目的增加[8]。MDSCs通过活化STAT3信号通路诱导NADPH氧化酶2的表达，产生大量ROS，导致DCs的分化受阻[25]。

2.4 抑制B细胞活性MDSCs可以抑制B细胞介导的免疫应答。白细胞介素-7(interleukin-7，IL-7)以及下游的STAT5信号通路在B细胞的发育和分化中具有关键作用，但在肿瘤细胞生长过程中这些信号通路往往失活[27]。Gr-1抗体作用于MDSCs后，血清IgG和IL-7水平恢复正常，TGF-β1水平下降，提示MDSCs抑制B细胞介导的免疫应答[27]。MDSCs以TNF受体2 (TNF receptor 2，TNFR2)依赖的方式促进IgA+B细胞表达PD-L1和IL-10，促进B细胞的凋亡[28]。MDSCs通过接触依赖方式抑制B细胞表面L-选择素的表达，阻止B细胞向远处淋巴结迁移[29]。MDSCs以T细胞依赖或非依赖方式抑制IL-4和脂多糖介导的B细胞增殖[30]。MDSCs通过分泌IL-10、TGF-β可以诱导调节B细胞(regulatory B cells，Bregs)的分化[30]。与Tregs类似，Bregs也通过诱导T细胞凋亡的方式抑制T细胞介导的免疫应答[31]。MDSCs不仅诱导Bregs高表达PD-L1，而且促进Bregs产生IL-10和IgA，促进T细胞凋亡[30]。

2.5 诱导Tregs产生与MDSCs相似，Tregs同样促进肿瘤细胞发生免疫逃逸，促进肿瘤细胞的增殖和侵袭转移。MDSCs通过释放细胞因子或者通过细胞间接触的方式促进CD4+T细胞向Tregs分化，促进Tregs的增殖[32]。CD40/CD40L在诱导Tregs中起关键作用，MDSCs表面CD40与Tregs表面CD40L相互作用后，促进Tregs发挥免疫抑制功能，CD40缺陷小鼠的M-MDSCs不能促进Tregs细胞的增殖[33]。此外，MDSCs通过TGF-β1依赖方式促进Tregs的生成[34]。MDSCs过表达IDO促进Tregs向肿瘤部位和淋巴结迁移[35]。

2.6 活化TAMs和Th17细胞MDSCs参与TAMs和Th17细胞的活化。MDSCs促进M1巨噬细胞向M2/TAMs转化[36]。M1巨噬细胞与MDSCs相互作用后，IL-12的产生减少，IL-10的分泌增加[37]。缺氧环境导致MDSCs中STAT3信号通路失活，促进M-MDSCs向TAMs分化[38]。产生白细胞介素-17(interleukin-17，IL-17)的Th17细胞可以抑制T细胞的抗肿瘤作用[39]。MDSCs通过产生细胞因子，如白细胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)、IL-6、IL-23、TGF-β等诱导T细胞表达iNOS，促进Th17细胞的分化增殖[40]。

3 MDSCs的靶向治疗

3.1 抑制MDSCs的功能通过抑制MDSCs的功能抑制MDSCs介导的免疫抑制作用，抑制肿瘤细胞的生长。STAT3介导的信号通路在MDSCs增殖和活化中具有重要作用。应用特异性STAT3小分子抑制剂或STAT3靶向siRNA可以阻断STAT3的激活，降低MDSCs中Arg1的表达，抑制MDSCs的免疫活性[41]。前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)可以诱导MDSCs产生Arg1和iNOS。环氧合酶-2(cyclooxygenase-2，COX-2)是PGE2的上游分子信号，负向调控PGE2的生成[42]。乙酰水杨酸、塞来昔布以及shRNA通过抑制COX-2的表达，抑制MDSCs的功能，从而增加肿瘤部位细胞毒性T细胞的数量[43]。

3.2 减少MDSCs数量最直接的MDSCs靶向治疗策略是清除体内MDSCs。小剂量化疗药物吉西他滨、5-氟尿嘧啶、紫杉醇和顺铂均影响MDSCs的增殖[44]。吉西他滨是MDSCs的选择性抑制剂，可减少Tregs、PMN-MDSCs的数量，促进效应T细胞的增殖和活化[43]。5-氟尿嘧啶能够诱导MDSCs两种亚群的凋亡，但对T细胞、NK细胞、DCs、B细胞的功能无明显影响[45]。紫杉醇可以将MDSCs极化为M1型巨噬细胞，通过减少MDSCs数量来实现抗肿瘤作用[46]。CD33在人类MDSCs上高表达，特别是M-MDSCs，因此CD33可以作为MDSCs的治疗靶点。CD33单克隆抗体吉妥珠单抗，能够有效地消除循环中MDSCs[47]。

3.3 抑制MDSCs迁移阻断MDSCs对趋化因子的反应可以阻止MDSCs向肿瘤微环境的迁移，减少肿瘤微环境和外周血中MDSCs的数量[3]。趋化因子拮抗剂可以有效阻止MDSCs的迁移，特别是阻止PMN-MDSCs向肿瘤部位的迁移[48]。CXCR2是MDSCs表面趋化因子受体，CXCR2抑制剂SX-682、SB225002能够有效阻断CXCR2/CXCLs通路，减少肿瘤微环境中MDSCs的浸润，提高细胞毒性T细胞的杀伤功能[49]。靶向CCR5配体可以抑制MDSCs和Tregs向肿瘤微环境的迁移，但不影响效应T细胞迁移至肿瘤微环境中[50]。CXCR4拮抗剂AMD3100可以减少MDSCs和Tregs的数量，同时促进M2向M1巨噬细胞极化[51]。此外，集落刺激因子1受体(colony stimulating factor 1 receptor，CSF-1R)抑制剂RG7155和PLX647可阻断CSF-1R信号通路，导致MDSCs数量减少[52]。

3.4 诱导MDSCs分化诱导MDSCs分化为具有促炎表型的细胞，如单核细胞、巨噬细胞和DCs，可以减少循环中MDSCs的数量。全反式维甲酸(all-trans retinoic acid，ATRA)是维生素A的代谢中间体，主要用于急性早幼粒细胞白血病的治疗。ATRA可诱导MDSCs分化为DCs和巨噬细胞，减少MDSCs的数量。ATRA激活细胞外调节蛋白激酶1/2(extracellular regulated protein kinases 1/2，ERK1/2)，通过上调MDSCs中谷胱甘肽合成酶的表达，诱导谷胱甘肽的产生，中和MDSCs生成的ROS，抑制MDSCs免疫活性[53]。维生素D3可以促进MDSCs的分化。肿瘤微环境中MDSCs高表达维生素D受体，应用维生素D3活化形式1α，25-二羟基维生素D3后，MDSCs对T细胞的抑制能力减弱，此外，1α，25-二羟基维生素D3可消除IL-6诱导的MDSCs的增殖[54]。

4 结语

MDSCs在肿瘤发生过程中具有促进作用，MDSCs主要通过抑制T细胞、B细胞、NK等细胞介导的免疫应答，为肿瘤细胞的生长提供舒适的微环境，促进肿瘤细胞的增殖和转移。但是目前对于MDSCs的研究仍然不够充分，如何区分MDSCs与髓系细胞仍存在争议，也许高通量测序技术能够更好地识别MDSCs的表型。靶向MDSCs治疗方法能有效地减少肿瘤组织和周围器官中MDSCs的数量。未来，靶向MDSCs与免疫治疗相结合可能成为癌症治疗的主要策略。