微RNA调控MDSCs在疾病发展中作用的研究进展*

李陈诚，杨礼丹，余浪波，冯建波 综述，彭笳宸 审校

(遵义医科大学附属医院关节外科/遵义医科大学-罗切斯特大学联合骨科研究中心，贵州遵义 563000)

髓源性抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells，MDSCs)是具有免疫抑制功能的一类未成熟、异质性的细胞群体，其来源于骨髓祖细胞和未成熟髓系细胞，包括髓系前体细胞、不成熟的粒细胞、单核巨噬细胞、树突状细胞(DC)等，该群细胞占髓系细胞的1%～5%，其中约1/3分化为成熟细胞。在正常体内，造血干细胞分化为未成熟髓系细胞(IMCs)，IMCs进一步分化为成熟的中性粒细胞、巨噬细胞和DC。当机体发生肿瘤、炎症、感染等病理情况时，IMCs的正常分化可被炎性因子或肿瘤来源的细胞因子[如白细胞介素(IL)-6、肿瘤坏死因子(TNF)、血管内皮生长因子(VEGF)、前列腺素(PG)-E2和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)等]所阻滞，诱导其成为MDSCs，并在外周血、骨髓或病变部位募集、扩增、活化，参与免疫逃逸、免疫耐受、炎性反应等病理过程。因此，作为重要的免疫负调控细胞群体，MDSCs在肿瘤、感染性疾病等多种疾病中的作用正日益受到重视。目前研究表明，MDSCs只存在于癌症、肥胖、自身免疫性疾病或慢性感染等病理条件下。与大多数其他髓系细胞相比，MDSCs具有很强的免疫抑制作用。在癌症中，MDSCs来源于髓系祖细胞，根据肿瘤释放的信号在骨髓中积累，MDSCs的激活是由于持续刺激髓系细胞的低强度信号，导致吞噬细胞能力变差，以及活性氧(Ros)、一氧化氮(NO)和抗炎细胞因子的产生增加致使MDSCs的激活。目前在小鼠和人类身上都发现了两种MDSCs：形态与中性粒细胞相似的多形核MDSCs(PMN-MDSC)和与单核细胞相似的单核MDSC(M-MDSC)。MDSCs在人类外周血单个核细胞(PBMC)中被称为早期MDSC(EMDSC)。MDSCs通过分泌或表达包括精氨酸酶(Arg)-1、NO、转化生长因子β(TGF-β)和环氧合酶(COX)-2在内的免疫调节因子来抑制抗肿瘤T淋巴细胞活性。如Arg-1耗尽了作为T淋巴细胞增殖和激活的必需氨基酸精氨酸，MDSCs产生的Ros通过诱导氧化应激杀死靶细胞[1]。临床上，MDSCs被认为是预测疾病结局的生物标志物，因为癌症治疗前大量循环的MDSCs对癌症患者的生存有负面影响，提示应该考虑从循环MDSCs来进行预后评估[2]。其也具有很强的免疫抑制特性，可调节抑制免疫反应从而阻碍炎性反应，在癌症中会导致肿瘤免疫逃避和疾病进展，在感染中会加重感染性疾病的恶化[3]。在小鼠中MDSCs的特征标记细胞为Gr1+、CD11b+，表型为典型的中性粒细胞，但在一些实验模型中，PMN-MDSC也可表达不存在于中性粒细胞上的标记。例如，来自小鼠的PMN-MDSC表达CD224和CD115，而中性粒细胞不表达这些分子。在人类，M-MDSC以CD14的表达为特征，PMN-MDSC以CD15和CD66b的表达为特征，这两种细胞均不表达淋巴细胞和自然杀伤细胞(NK细胞)的谱系标志，而表达一般的髓系抗原，即CD33。经典单核细胞，炎性单核细胞CD16-、CD14主要组织相容性复合体(MHC)Ⅱ类分子的表达可以分离出M-MDSC。MDSCs有CD33+、CD11b+、CD14+、CD15-及人白细胞抗原(HLA)-DR-表型，而经典单核细胞和炎症单核细胞为HLA-DR[4]。这些细胞在肿瘤、炎症、感染和自身免疫性疾病方面均表现出大量聚集和增多的现象。

目前，MDSCs扩展的基础机制尚不清楚，但现有观点认为包括炎性细胞因子和生长因子在内的不同介质可在各种炎症条件下驱动MDSCs扩增。有学者发现，在小鼠脓毒血症模型中，脓毒血症发病后诱导了微RNA(microRNA，miRNA)的表达从而调节MDSCs的数量，且在肿瘤、自身免疫性疾病等有类似发现，均证实miRNA在调控MDSCs方面起着举足轻重的作用[5]。miRNA是一种大小为19～25个核苷酸的短链RNA分子，主要调控靶基因的转录后沉默。单个miRNA可针对数百个基因，并影响许多基因的表达，这些基因通常涉及多个功能相互作用的途径。miRNA可从细胞、组织和体液中分离，如血清、血浆、眼泪或尿液。早期采用传统的酚氯仿萃取，再进行RNA沉淀，然而使用这种方法时常存在大量的污染物。此外，学者发现在从少量细胞中提取酚氯仿时，会选择性地丢失GC含量的miRNA，这是由于与长核酸相比，沉淀小核酸的效率低下。在miRNA提取过程中，采用柱基RNA吸附法可避免这些问题。miRNA参与正常和失调的骨髓造血调控，骨髓发生改变是骨髓源性抑制细胞扩张的基础。越来越多的间接和直接证据表明miRNA在骨髓源性抑制细胞生物学中的作用，在骨髓增生性疾病中伴随着祖细胞和未成熟细胞的分化和积累阻滞，miRNA参与调控MDSCs的增殖、分化和成熟[6]。本文就miRNA调控MDSCs在肿瘤、感染、免疫等方面的作用进行综述。

1 miRNA介导MDSCs在肿瘤中的作用

MDSCs是有效免疫治疗的主要障碍，在癌症患者中miRNA负责将单核细胞转化为MDSCs，与MDSCs相关的miRNA的表达是癌症患者MDSCs活性的指标，并且是免疫治疗结果不佳的潜在血液标志物[7]。目前有相关研究通过对miRNA的分析发现至少有6对miRNA与MDSCs相关，因此可以推测miRNA可能通过调控靶基因来调控MDSCs的分化和成熟。研究显示，在肿瘤疾病中，miRNA-494诱导MDSCs的表达是由肿瘤衍生因子如TGF-β1调控的，通过靶向磷酸酶和张力素同源物，激活丝氨酸苏氨酸蛋白激酶(Akt)途径来调节MDSCs的蓄积和活性[8]。在乳腺癌中，miRNA-10a激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)信号通路促进MDSCs的扩增和活化。而miRNA-6991-3p可直接靶向免疫检查点基因LGALS9，miRNA-6991-3p模拟转染可通过抑制LGALS9介导的Janus激酶(JAK2)信号转导及转录活化因子3(STAT3)的激活而抑制MDSCs的增殖和促进凋亡[9]。同样，miRNA也可介导肿瘤疾病中MDSCs的分化和活性降低。miRNA-17家族成员miRNA-17-5p和miRNA-20a也通过STAT3通路对MDSCs进行抑制，其通过抑制抗原特性的CD4和CD8细胞的功能从而抑制其免疫反应。因此，抑制miRNA-17-5p和miRNA-20a等重要免疫调节因子的表达可能是改善现有免疫治疗策略的一种选择[10]。除此之外，miRNA-21和miRNA-155在单核细胞和粒细胞亚群中均与MDSCs的扩增密切相关。用高水平的miRNA-155和miRNA-21可从荷瘤小鼠中分离出骨髓和脾脏MDSCs。通过减少MDSCs中miRNA-155和miRNA-21的表达从而抑制肿瘤生长[11]。miRNA-494是细胞周期从G2期到有丝分裂M期的主要调控因子，miRNA-494可诱导胆管癌细胞G2/M期阻滞，而miRNA-494的上调与炎症有关，然而荷瘤小鼠的MDSCs中miRNA-494的表达增加，其中肿瘤源性MDSCs中miRNA-494的上调起着重要作用，对miRNA-494的操纵影响了MDSCs的凋亡和迁移[12]。此外，miRNA-494诱导的MDSCs激活是通过张力蛋白同源等位基因(PTEN)介导，PTEN是磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)/Akt信号通路的主要负调控因子。因此，对miRNA-494的上调导致PTEN表达减少，从而导致Akt活性增加和随后功能性MDSCs积累[12]。进一步支持这一研究的是miRNA-494基因敲除抑制了原发肿瘤的生长和转移，减少了MDSCs的积累。除此之外还有众多miRNA通过对MDSCs的诱导进而调控肿瘤疾病的免疫反应，为癌症治疗提供了一个新的靶点。

2 miRNA介导MDSCs在炎症中的作用

支气管哮喘是由多种细胞和炎性因子引起的气道慢性炎症。气道高反应性、慢性炎症和气道重塑是哮喘的特征。流行病学研究发现，哮喘的发病率和死亡率逐年上升，但其发病机制目前尚不清楚[13]。越来越多的研究发现，许多miRNA可能参与了哮喘的发病。在哮喘小鼠模型中，miRNA-221和miRNA-485-3p的上调可能通过下调结构域(Spre)-2的表达在哮喘发病机制中发挥重要作用[14]。研究表明，转录因子环磷酸腺苷反应元件结合蛋白(CREB)能在上游水平调控miRNA-20b的表达[15]。miRNA-20b在哮喘发病机制中可诱导CD11b+Ly6G+Ly6C的积累，这可能是miRNA-20b抑制哮喘小鼠气道炎症的机制之一[16]。由于哮喘的发病机制与miRNA密切相关，因此有关miRNA调控的研究可为哮喘新的治疗方法提供理论依据。但目前miRNA调控MDSCs在炎症中的研究较少，值得进一步探索。

3 miRNA介导MDSCs在感染中的作用

在脓毒血症的小鼠模型中，miRNA-375和miRNA-21呈负相关，miRNA-375水平的上调或下调可以降低或增加miRNA-21水平。实验证明，miRNA-375可通过阻碍JAK2通道从而调整MDSCs的扩增和聚集，可在一定程度上控制炎症的发展[17]。MCCLURE等[18]研究发现，miRNA-21和miRNA-181b在脓毒症早期表达上调，晚期时呈现持续表达，且在脓毒血症发病后通过注射antagomiRNA(一种化学修饰的 miRNA 抑制剂)于脓毒血症小鼠模型中可同时阻断体内两种miRNA以减少MDSCs数量，改善细菌清除率，使晚期脓毒血症小鼠的死亡率降低了74%，并减少免疫抑制介质的产生。因此，临床上可能通过下调miRNA-21和miRNA-181b的表达来逆转这一过程，以改善晚期脓毒血症的生存率。某些miRNA的过度表达是由于STAT3和CAAT区/增强子结合蛋白β(C/EBPβ)在脓毒症发生后激活miRNA-21和miRNA-181b启动子的协同作用而引起的。最新研究表明，S100A9通过诱导miRNA-21和miRNA-181b表达，促进了MDSCs的扩增和免疫抑制[19]。在病毒感染中，相关研究表明，MDSCs和Tregs在慢性丙型肝炎病毒(HCV)感染过程中发展转化而来，miRNA-124下调MDSCs中过表达的STAT3和TGF-β，从而降低MDSCs和Tregs的表达频率，揭示HCV感染时MDSCs和Tregs扩增也同样受到miRNA的调控[20]。在包虫病感染的小鼠模型中，通过对失调的miRNA进行GO和KEGG富集分析，发现有6条与血管生成相关的信号通路。其中PI3K/AKT/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路和/或丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路可促进VEGF分泌[21]，而这些信号通路是miRNA通过MDSCs来调控的[22]。在部分学者关于金黄色葡萄球菌骨感染生物膜形成的相关研究中，MDSCs被认为是生物膜感染和形成的促进因子，也是致使金黄色葡萄球菌感染所致慢性骨髓炎迁延不愈的重要原因[23]，但其调控机制有待进一步发掘。

4 miRNA介导MDSCs在自身免疫性疾病中的作用

4.1 多发性硬化症(MS)

MS是一种复杂疾病，目前发病机制不明，现有研究发现可能涉及中枢神经系统炎症、脱髓鞘和轴突损伤。在实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)中，MDSCs可抑制T淋巴细胞活性，其中miRNA-223通过STAT3下调MDSCs的数量并抑制其功能。在miRNA-223基因敲除的小鼠模型中，MDSCs对T淋巴细胞增殖的抑制作用大于野生型MDSCs，揭示了miRNA-223在EAE和MS中具有调节MDSCs生物学功能的作用[24]。

4.2 炎症性肠病(IBD)

IBD为累及回肠、直肠、结肠的一种特发性肠道炎症性疾病，临床表现为腹泻、腹痛，甚至可有血便。IBD包括溃疡性结肠炎(UC)和克罗恩病(CD)，目前其病因和发病机制尚未完全明确，已知肠道黏膜免疫系统异常反应所导致的炎性反应在IBD发病中起重要作用。在IBD的小鼠模型中可检测到MDSCs，将CL4-TCR转基因CD8+T淋巴细胞转移至VILLIN-HA转基因小鼠体内，可在脾脏和肠道内检测到大量MDSCs的存在[25]。MDSCs可抑制CD8+T淋巴细胞增殖，通过一种需要NO的机制诱导T淋巴细胞凋亡。此外，在IBD患者的外周血中发现表面表型为CD14的细胞群体大量增加[26]。

4.3 自身免疫性肝炎(ALD)

ALD是一种肝特异性自身免疫性疾病，肝细胞特异性的gp130/STAT3信号在小鼠体内可防止过度炎症。由gp130介导的三磷酸腺苷(APP)产生血清淀粉样蛋白A(SAa)和CXCL趋化因子KC可促进MDSCs的动员和积累，反过来起到抑制病理性炎症的作用[27]。在生理条件下，miRNA-146家族(miRNA-146a、miRNA-146b)和miRNA-155对天然免疫有积极的控制作用，而在癌症中miRNA-146家族和miRNA-155二者均由核因子-κB(NF-κB)转录调控，但功能却截然相反，miRNA-146家族表现出抗炎作用，miRNA-155有促炎作用。miRNA-146a/b通过下调TNF-α受体相关因子6(TRAF6)和IL-1受体相关激酶(IRAK1)抑制促炎因子的产生[28]。另一方面，miRNA-146b也通过IL-10介导的STAT3及干扰素调节因子5(IRF5)抑制巨噬细胞活化，miRNA-146a是免疫细胞活化和恶性转化的重要调节因子[29]。在肝癌的临床模型中，miRNA-146a抑制改变了STAT3激活相关的细胞因子谱，改善了淋巴细胞的抗肿瘤作用。在MASTROIANNI等[30]研究中，miRNA-146a是STAT1/γ干扰素(IFN-γ)轴的中枢负调节因子，影响迁移、增殖并诱导程序性死亡因子配体-1(PD-L1)的表达，且抗PD-L1与抗miRNA-146a药物的联合应用可提高黑色素瘤小鼠的存活率。目前，免疫疗法(ICI)已显示出对各种癌症及自身免疫性疾病的治疗有着显著益处。然而，免疫相关不良事件(irAEs)经常发生，并可能导致ICI终止。MARSCHNER等[31]发现，miR-146a在免疫细胞中具有调节功能，且在两种不同的小鼠模型中，缺乏miR-146a小鼠的部分iraE靶器官受损更为严重。在上述疾病中MDSCs直接或间接参与了疾病的发展变化，通过miRNA调控MDSCs从而治疗自身免疫性疾病具有一定的发展前景。

5 小 结

大量研究表明，miRNA在各种疾病领域都存在关联，特别在人类癌症中研究较为深入，特定的miRNA与人类部分癌症有关。miRNA检测有助于癌症的早期诊断、患者分层和疗效评估。而MDSCs参与肿瘤、感染、自身免疫性疾病等众多疾病，且主要起免疫抑制作用，可能成为疾病免疫治疗新的突破靶点[32-33]。MDSCs的扩增和功能在肿瘤、感染方面已经得到广泛研究，但还未找到合适的MDSCs调控方案，通过作用于MDSCs来调整疾病发展方向将是疾病治疗的关键。目前miRNA在调控MDSCs方面起着重要作用，且MDSCs的分化和功能通常不由单一miRNA调控，而是由多个miRNA共同协调作用[34]。通过miRNA对MDSCs的调控可为免疫治疗提供新途径，且在某些疾病(如慢性骨髓炎)中MDSCs的调控机制还有待进一步研究。