骨髓来源的抑制性细胞与器官移植研究进展

李世朋，朱志军

（首都医科大学附属北京友谊医院肝脏移植中心，北京 100050）

器官移植是治疗各脏器终末期疾病的有效手段，但免疫排斥反应仍是移植物和受体长期存活的主要障碍［1-3］。移植患者长期接受免疫抑制剂治疗会降低系统免疫功能，使患者易发生严重的感染和恶性肿瘤［4］。骨髓来源的抑制性细胞（myeloidderived suppressor cell，MDSC）是一组来源于骨髓的异质性细胞，由未成熟的髓样细胞发育而来。作为免疫抑制细胞，MDSC 发挥重要的免疫调节作用［5］。MDSC 可通过多种途径介导免疫抑制功能，如精氨酸酶-1（arginase-1，Arg-1）、诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）、活性氧（reactive oxygen species，ROS）、转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）和白细胞介素-10（interleukin-10，IL-10）等［6］。近年来研究发现，MDSC 可通过调节免疫反应参与移植器官的排斥反应或诱导免疫耐受形成。本文总结了MDSC在常见器官移植研究中的作用，为防治移植排斥反应提供新策略。

1 MDSC 的起源和分化

髓系祖细胞是一群多样化的细胞群体，其中单核髓样细胞可分化为巨噬细胞、树突状细胞（dendritic cell，DC）和单核细胞，而粒细胞性髓样细胞可分化为中性粒细胞、肥大细胞等［7］。但在肿瘤、慢性炎症、创伤等病理因素下，未成熟髓系细胞成熟化进程受阻，停留在分化的各个阶段而成为MDSC［8］。20 世纪90 年代末，小鼠脾脏中的Gr1+CD11b+细胞表型被定义为免疫抑制性髓样细胞，这些细胞表型相似但功能不同于单核细胞与中性粒细胞［9］，直到2007 年，科学家统一将这些细胞命名为MDSC［10］。

MDSC 主要分为单核细胞MDSC（M-MDSC）和多形核细胞MDSC（PMN-MDSC，又称为G-MDSC）［11］。在MDSC 表型定义方面，人和小鼠存在一定差异性， 人MDSC 通 常 被 定 义 为CD11b+CD33+HLADR-，其中PMN-MDSC 和M-MDSC 的表型为分别为CD11b+CD33+CD14-CD15+、CD11b+CD33+CD14+CD15-，LOX-1 可 作 为 人PMN-MDSC 的 标 志 物［12］；小 鼠MDSC 被定义为CD11b+Gr1+细胞，其中PMN-MDSC的表型被定义为CD11b+Ly6G+Ly6C-，而M-MDSC 是CD11b+Ly6G-Ly6C-［13］。

在肿瘤组织中，MDSC 累积需要2 种信号发挥作用，如肿瘤来源的信号驱动生长因子，包括STAT3、IRF8、Notch 和NLRP3 等［14］；另 一 种 信 号 由 活化的信号分子介导，主要包括HMGB1、NF-κB、STAT1、STAT6 和COX2 等［14］。STAT3 基 因 缺 失或STAT3 抑制剂显著减少肿瘤细胞中MDSC 的募集，并 阻 止MDSC 的 扩 增［15］。改 变STAT3 活 性可使M-MDSC 分化为肿瘤相关的巨噬细胞（tumorassociated macrophages，TAM），因此，维持STAT3高活性状态可防止M-MDSC 分化为DC 或巨噬细胞［16］。

2 MDSC 发挥功能的机制

免疫抑制是MDSC 的主要生物学特征，其主要靶点是T 细胞［17］。MDSC 介导免疫抑制作用主要通过Arg-1、iNOS、TGF-β、IL-10 等因子介导实现的［18］。Arg-1 的激活是MDSC 介导的免疫抑制的主要机制之一，Arg-1 将L-精氨酸转化为尿素和L-鸟氨酸，而L-精氨酸是淋巴细胞增殖所必需的微量物质［19］。T 细胞需要半胱氨酸来激活但不能在体内合成这种物质，而MDSC 可消耗半胱氨酸，抑制T 细胞活化［20］。PMN-MDSC 中的低水平的ROS及ARG-1 表达的上调是抑制T 细胞功能的主要因素［21］。

调节性T 细胞（regulatory T cells，Treg）可参与调节免疫排斥反应，延长移植物的存活［22］。MDSC不仅抑制效应器T 细胞的功能，同时也能促进Treg的扩增而抑制排斥反应［23］。研究表明，MDSC 可分泌IL-10 以促进Treg 扩增［24］，NF-κB 与MDSC扩增亦有关，其主要功能是激活下游信号并诱导MDSC 的免疫抑制功能［25］。同时，Notch 信号通路也可以促进MDSC 的扩增［26］。内质网应激反应途径与MDSC 的抑制活性有关，如经内质网应激诱导剂处理后的荷瘤小鼠体内MDSC 的积累增加，并增强了它们的免疫抑制性功能［27］。

3 MDSC 在器官移植中的作用

3.1 MDSC 与心脏移植：心脏移植是治疗终末期心脏病的有效方法，研究表明，MDSC 移植免疫应答在心脏移植免疫耐受形成中发挥重要作用［28］。乙基碳化二亚胺可诱导供体特异性CD11b+IDO+MDSC在心脏移植物中积聚，并诱导T 细胞功能耗竭［29］。MDSC 通过多种免疫抑制因子抑制不同类型器官移植中效应T 细胞的增殖，促进Treg 的扩增参与诱导免疫耐受形成，这是MDSC 发挥功能的核心免疫机制。体外诱导的MDSC 过继治疗可以促进移植小鼠中Tregs 的增殖，显著延长受体小鼠心脏移植的存活时间［30］。研究发现，IL-6 缺失供体心脏的存活时间延长，此现象与MDSC 密切相关［31］。小鼠心脏移植术后，经IL-33 给药后移植物内Treg 与MDSC 数量显著增加，移植物存活时间显著延长［28］。

3.2 MDSC 与肾移植：肾移植是实体器官移植中临床效果最好的［32］，然而，排斥反应仍是移植患者面临的一个难题。在大鼠肾移植模型中，经抗CD28 抗体处理后，移植肾中的MDSC 聚集增多，MDSC 可通过表达iNOS 抑制T 细胞反应，减轻免疫排斥反应而延长移植物存活时间［33］。肾移植术后受者体内MDSC 早期增殖主要是体内高炎性水平引起的，而后期免疫稳态形成与免疫抑制作用密切相关，M-MDSC 主要作用是减轻受者体内炎性反应，而G-MDSC 与排斥反应的抑制作用更为相关［34］。另一项研究显示，肾移植受者术后M-MDSC增加，而PMN-MDSC 和e-MDSC 的比例增加不显著，体外实验证实M-MDSC 可增加Treg 的免疫调节能力［35］。肾 移 植 后M-MDSC 立 即 增 加，并 抑 制CD4+T 和CD8+T 细胞增殖，且移植后1 年，M-MDSC保持较高水平，但这增加了患者发生癌症的风险，考虑M-MDSC 可能有利于促进肿瘤发展的免疫抑制环境［36］。同时有研究分析了介导移植耐受的MDSC的 关 键 基 因，包 括Zap70、Cdc42、Stat1、Stat4、Ccl5 和Cxcr3，可能成为研究肾移植免疫耐受的新靶点［37］。

3.3 MDSC 与肝移植：肝移植术后受者外周血免疫细胞组成会发生变化，研究提示外周血MDSC细胞水平在长期生存受者中明显升高，可能和临床免疫耐受形成存在一定关系［38］。在小鼠肝移植模型中，MDSC 与Treg 协同抑制T 细胞功能，促进小鼠肝移植耐受诱导形成［39］。采用恒河猴建立肝移植模型，对肝脏CD4/8+T、MDSC 等细胞变化进行观察，与正常组相比较，排斥组猴肝脏CD4调节性T 细胞、CD8+CD28-和MDSC 减少，而记忆T 细胞显著增加［40］。Li 等［41］通过采用单细胞测序技术对肝移植肝穿标本进行分析，发移植术后肝脏内有一群LDLR+MDSC 细胞数量增加，通过TIGIT-NECTIN2 通路介导CTLA4+CD8+T 细胞功能耗竭。同时本团队研究发现，肝小叶不同区域的CD8+T 细胞水平与肝移植后的排斥反应水平密切相关［42］。肿瘤复发是肝癌肝移植术后生存的主要障碍，研究表明肝移植损伤诱导M-MDSC 被动员和招募到移植肝中，并促进肝癌移植术后肿瘤复发［43］。

3.4 MDSC 与胰岛移植：胰岛移植是治疗糖尿病的一种有效方法，尤其是针对1 型糖尿病［44］。小鼠胰岛移植模型过继体外诱导的MDSC，可提高胰岛移植存活率［45］。另一项研究表明，将肝星状细胞（hepatic stellate cell，HSC）和胰岛细胞联合移植给糖尿病小鼠，HSC 可通过MDSC 介导免疫耐受促进移植物的存活［46］，MDSC 有效地抑制了T 细胞的增殖和γ-干扰素（interferon-γ，IFN-γ）的产生，联合移植诱导MDSC 可保护胰岛移植［47］。有研究报道，高表达CCR2 的MDSC 可显著抑制T 细胞的免疫反应，促进Treg 的聚集在移植物中，延长移植物存活时间［45］。而B7-H1 是MDSC 发挥免疫调节活性和诱导Treg 细胞所必需的，B7-H1 对MDSC 在调节T 细胞抑制胰岛移植排斥反应和促进胰岛存活中发挥关键作用［48］。

3.5 MDSC 与肺移植：尽管免疫抑制剂使用已经取得了显著的临床效果，但肺移植受者的长期存活率仍然有限［49］。MDSC 由于其免疫调节功能，在促进移植物耐受中发挥重要作用。肺移植急性细胞排斥反应后，M-MDSC 的含量增加，这表明M-MDSC 可能在慢性同种异体肺移植功能障碍的发展中发挥作用［50］。有研究评估了肺移植受者外周血中MDSC的比例及其与移植后并发症和免疫抑制的关系，与非移植对照组相比，稳定的肺移植受者G-MDSC增加，且G-MDSC 与环孢素、他克莫司水平相关［51］。

3.6 MDSC 与皮肤移植：皮肤移植模型是研究器官移植免疫常用的模型，MDSC 可以通过iNOS 途径延迟异体皮肤移植的排斥反应［52］。G-CSF 联合IL-2C 可诱导MDSC 介导免疫抑制效应［53］。在每天接受IL-33 治疗的同种异体皮肤移植小鼠模型中，在小鼠体内可检测到高表达iNOS 和Arg-1 的MDSC。 此 外， 经IL-33 处 理 的MDSC可抑制Th1/Th17 分化［54］。免疫球蛋白样转录2（immunoglobulin-like transcript 2，ILT2）转基因小鼠的MDSC 表达更高Arg-1，显著延长移植物存活时间。此外，HLA-ILT2 相互作用促进了MDSC 的扩增，有利于移植物建立免疫耐受［55］。与年轻小鼠相比，老年小鼠皮肤移植术后血MDSC 和TGF-β的含量不同，阻断MDSC 后可逆转老年小鼠的免疫状态，并导致与年轻受体类似的皮肤移植排斥反应［56］。

4 免疫抑制剂对MDSC 的影响

器官移植领域常用的免疫抑制剂包括皮质类固醇，钙调神经磷酸酶抑制剂，雷帕霉素靶蛋白抑制剂和生物制剂等［57］。糖皮质激素（glucocorticoids，GCs）可阻断多种炎症信号通路抑制细胞因子的释放和炎症反应［58］。研究表明，GCs 促进MDSC 细胞的扩增，如在小鼠皮肤移植模型中，腹腔注射地塞米松（dexamethasone，Dex）可招募MDSC 进入炎症部位，使产生IFN-γ 的Th1 细胞减少，产生IL-4 的Th2 细胞增多，产生免疫抑制作用［59］；在体外，GM-CSF 和Dex 诱导的MDSC 具有很强的免疫抑制能力。多发性硬化症（multiple sclerosis，MS）患者PBMC 中G-MDSC 的比例显著增加，复发MS 患者在甲泼尼龙冲击疗法后M-MDSC 和G-MDSC 均显著增加，病情缓解与MDSC 的扩增和Arg-1 的表达呈正相关［60］。环孢素 （cyclosporine A，CsA）通过钙调神经磷酸酶NFAT IDO 信号通路诱导MDSC 产生，对T 细胞产生免疫抑制作用［61］，而他克莫司则可削弱了小鼠MDSC 的免疫抑制功能［62］，雷帕霉素可降低皮肤移植模型小鼠中M-MDSC 的数量，表明mTOR 对MDSC 的功能有负面影响［63］。

5 总 结

MDSC 可以通过多种途径有效抑制移植后排斥反应，在诱导免疫耐受形成中扮演重要角色。MDSC作为一种潜在新型免疫耐受诱导的新靶点，将其如何临床转化是研究的难点，如MDSC 剂型研发、用药方式及副作用研究等都有待进一步开展临床试验。虽然MDSC 现处于基础研究阶段，存在较多未知数，但其潜在的临床应用价值仍然值得高度重视，MDSC 很有希望成为防治器官移植排斥反应的新靶点。