髓样抑制细胞在肿瘤微环境中的角色*

李 沈 王 徐 王小明

皖南医学院第一附属医院 弋矶山医院，安徽省芜湖市 241001

髓样细胞异常的分化和功能是癌症的特点之一。拥有强大的免疫抑制功能的未成熟和病理性的髓样抑制细胞(MDSC)的积聚在肿瘤中很是常见。在癌症的情况下，MDSC异常产生并可以募集到肿瘤微环境(TME)中，以帮助建立促进肿瘤逃逸的免疫抑制性TME。另外，MDSC有助于肿瘤生物学的非免疫学方面，包括肿瘤血管生成和转移。许多研究表明，MDSC与肿瘤分期、进展和治疗耐药性之间存在相关性。MDSC可以通过促进肿瘤细胞的生存/浸润正常的组织/肿瘤血管生成以及转移来协助肿瘤的进展[1]。

通过对小鼠和人类的研究，目前MDSC有两种不同的类型：多形核(PMN-MDSC)和单型核(M-MDSC)[2-3]。其中前者在形态和表型上类似于中性粒细胞，而后者是类似于单核细胞。在荷瘤宿主中，MDSC积聚在外周淋巴器官和肿瘤组织中，这一点表明MDSC的功能和演变和它所处的位置有关。

现有的数据可以强有力地证明MDSC在外周淋巴器官和肿瘤组织中有着不同的功能特性。在外周淋巴器官中，MDSC主要表现为PMN-MDSC，它有着较为温和的免疫抑制作用，其主要的作用是在肿瘤特异性T细胞耐受的发展过程中调节其肿瘤特异性免疫反应。在肿瘤组织中，MDSC主要变现为M-MDSC,其具有更强的免疫抑制功能，它可以迅速地分化成肿瘤相关的巨噬细胞(TAM)。上述表明针对MDSC的某一个靶点进行治疗也许并不能取得满意的疗效；同时也提示关于MDSC在肿瘤组织和外周淋巴器官中的调节机制的不同也许同样会影响靶向治疗的效果。

1 MDSC的发展和分化

MDSC是由骨髓中的髓系祖细胞产生的。它的发展由一个复杂的信号网络控制的。这个信号网络可分为两大类，一类是促进未成熟型的髓样细胞积聚的信号，另一类是促进病理性的髓样细胞积聚的信号[4]。由于许多研究报道了肿瘤宿主骨髓中MDSC的积累，因此骨髓中骨髓间室的改变在BM中是明显的。MDSC的病理活化是肿瘤发出的相对低强度信号持续刺激髓样室的结果，其特征是相对较差的吞噬活性以及持续性产生活性氧(ROS)，一氧化氮(NO)和大量的抗炎细胞因子。这与在细菌和病毒反应中观察到的快速激活吞噬作用以及爆发性地释放促炎细胞因子形成鲜明对比。而后者，当炎症得到解决时，骨髓生成就会正常化。

MDSC具有许多生物化学和基因组特征，这些特征将这些细胞与中性粒细胞和单核细胞区分开来。它们包括表达大量的NADPH氧化酶(Nox2)；精氨酸酶1 (arg1)和一氧化氮合酶2 (nos2)基因表达增加；增加转录调节因子c/EBPβ和STAT3的表达；IRF8表达降低以及S100A8/9蛋白的产量增加等。种种变化最终导致了MDSC分化成为成熟的髓样细胞(巨噬细胞，树突状细胞；成熟的中性粒细胞)的能力减弱。高产的ROS、NO、arg1等均存进了MDSC的免疫抑制效应。

2 MDSC在肿瘤中募集的调节

MDSC在肿瘤组织中含量丰富。许多报道描述了MDSC在小鼠肿瘤中的存在，最近的研究表明，肿瘤相关的MDSC在肿瘤进展中发挥重要作用[5-6]。在人类中，最近的研究描述了MDSC在胶质母细胞瘤、尿路上皮癌、胰腺腺癌和乳腺癌中的存在。单核细胞和M-MDSC被积极募集到原发和转移的肿瘤部位。这一过程受肿瘤产生的趋化因子调控。CCL2和CCL5是单核细胞/M-MDSC向肿瘤迁移的主要趋化因子。体外培养的乳腺、卵巢和胃肿瘤分泌CCL2，这些患者的MDSC表达同源的CCR2受体，并向这些趋化因子迁移。CCL2的表达随着人类结直肠癌的进展而增加，CCL2在自发性结直肠癌小鼠模型中的缺失降低了结肠MDSC的数量。

然而，在卵巢癌中发现了一些不同的结果，那就是CCR2在TAM上的表达降低。这可能是一种在肿瘤微环境中保留TAM的机制。具体的调节机制目前还不清楚。显然，在实验条件下，细胞的募集和保留常受到较多的机制调控，这些机制在不同的肿瘤类型和肿瘤发展阶段中普遍存在。中性粒细胞和PMN-MDSC主要由CXC趋化因子募集，包括CXCL1、CXCL5、CXCL6、CXCL8和CXCL12。此外，有证据表明，在CCL2趋化因子的作用下，PMN-MDSC可以被募集到肿瘤部位。除了趋化因子外，1-磷酸鞘氨醇(S1P)，一种在肿瘤组织中过表达的生物活性磷脂，也被证明是PMN的趋化剂。

缺氧可能参与了PMN-MDSC的募集。Sceneay等人在原位乳腺肿瘤模型中证明，原发肿瘤中的缺氧促进了肿瘤转移前微环境的形成。转移前微环境的主要细胞类型为PMN-MDSC和NK细胞。在肝细胞癌小鼠模型中，大量金属蛋白酶抑制剂导致CXCL12的产生，促进CXCR4介导的PMN募集到转移前微环境中[7-8]。

因此，肿瘤的MDSC的募集受很多不同因素的控制。这些因素对特定类型的癌症并不具有特异性，并且具有高度的可重复性，以支持在不断变化的微环境中持续向肿瘤提供MDSC。这表明，通过抑制一种特定趋化因子对肿瘤进行MDSC募集的治疗阻断可能只有有限的效果。趋化因子受体的靶向性可能更有希望，因为一个受体可能与多个趋化因子相互作用。然而，只有临床试验才能阐明这种可能性。

3 MDSC介导的免疫抑制机制的局部依赖性

之前大多数关于MDSC抑制作用的研究都集中在外周淋巴器官(脾脏、淋巴结)和外周血中的细胞，主要原因是在肿瘤组织中分离MDSC的技术不成熟。然而,随着技术的进步,MDSC从肿瘤中分离愈加成熟，关于MDSC在肿瘤组织和外周淋巴器官不同作用机制的研究也越来越清晰。

MDSC对周围淋巴器官的免疫抑制作用涉及多种机制。这些机制包括NO和ROS的产生(包括PNT)以及消除T细胞增殖所需的关键营养因子。MDSC所产生的PNT能硝酸化趋化因子，从而阻断CD8+T细胞进入肿瘤。MDSC也可以产生免疫抑制性细胞因子IL-10和TGF-β,诱导调节性T细胞，影响NK细胞功能等[9]，除此之外还有其他的一些免疫抑制机制。大多数研究表明，外周淋巴器官中的MDSC对T细胞的抑制作用需要密切的细胞间接触。

显然，并非所有这些机制都同时起作用。具体的机制取决于不同癌症中产生的MDSC的类型。在大多数类型的癌症的小鼠模型中，包括肺癌、乳腺癌、结肠癌、肾癌、头颈部癌、胰腺癌等，PMN-MDSC是小鼠脾脏或淋巴结及肿瘤患者外周血中MDSC的主要类型[10]。然而，PMN-MDSC/M-MDSC比值在不同类型的癌症中存在显著的变异性，在人类癌症中尤其明显。例如，黑色素瘤和前列腺癌患者外周血中M-MDSC的比例明显高于PMN-MDSC[11]。PMN-MDSC和M-MDSC的比值很重要，因为这些细胞发挥免疫抑制作用的机制不同。

通过对脾脏和肿瘤组织中MDSC的直接比较发现，肿瘤MDSC具有更强的抑制活性[12-13]。这些差异可以通过肿瘤与脾脏中PMN-MDSC和M-MDSC比例的变化或MDSC功能活性的变化来解释。事实上，虽然PMN-MDSC在外周淋巴器官中占MDSC总数的70%以上，但在肿瘤细胞中，M-MDSC所占比例要更高。目前关于肿瘤中与脾脏中PMN-MDSC/M-MDSC比值的差异是否能反映M-MDSC向肿瘤优先迁移的机制尚不清楚。近年来对MDSC各个亚型的研究表明，肿瘤微环境(TME)通过改变MDSC细胞的性质，直接增强了MDSC的功能。MDSC在RM-1前列腺肿瘤和3LL肺肿瘤中表达的arg1和nos2均高于在同一小鼠脾脏中表达的MDSC，这与肿瘤MDSC的强烈抑制活性有关。肿瘤MDSC与脾脏MDSC相比，能够抑制抗原非特异性CD3/CD28介导的T细胞增殖。

肿瘤MDSC抑制活性的升高与脂肪酸氧化(FAO)相关基因表达的显著增加有关。脾脏和肿瘤MDSC在多种肿瘤模型中表下出不同的免疫抑制机制。脾脏MDSC对T细胞抗原特异性免疫反应呈ROS依赖性，而同一小鼠肿瘤MDSC通过NO的产生和arg1的分泌抑制表现出更强的抗原特异性抑制活性。这些结果在头颈部癌症患者的MDSC中得到了证实。与这些研究一致，Schlecker等人证实肿瘤M-MDSC中的arg1和nos2被上调了，以及肿瘤ROS水平在PMN-MDSC中是降低的。利用RMA-S淋巴瘤模型，有学者对荷瘤小鼠血液和肿瘤中PMN-MDSC和M-MDSC进行全基因组表达谱分析，发现CCL3和CCL4在肿瘤M-MDSC中表达增加。在B16黑色素瘤模型也得到了类似的结果，其中CCL3、CCL4和CCL5的上调最强。CCL4和CCL5能够以CCR5依赖的方式吸引Tregs。

因此，文献中认为TME中PMN-MDSC和M-MDSC较外周淋巴器官和外周血中具有更强的抑制作用这一观点逐渐统一。在肿瘤中，MDSC具有抑制抗原非特异性T细胞反应的能力。这在肿瘤中创造了一个高度抑制的环境，并通过免疫介导机制防止肿瘤排斥。这种非特异性抑制的系统存在对宿主极为有害，因为它会在肿瘤发展的早期损害宿主的免疫系统，威胁宿主的生存。

4 肿瘤中调节髓源细胞功能和分化的机制

什么可能影响肿瘤中髓源细胞的功能和分化? 近年来的研究表明缺氧和HIFα有着重要的作用。将脾脏里的MDSC暴露在低氧或者HIFα稳定的化学环境中，可以抑制其降解，从而重塑了TME的效应。HIF1α也可以使得MDSC向肿瘤相关的巨噬细胞(TAM)分化。缺乏HIF1α，MDSC在TME中不会分化成TAM。HIF1α调节MDSC分化成MΦ在liu等的研究中也得到了证明[14]。在肿瘤内，缺氧上调了肿瘤浸润MDSC上PD-L1的表达，使得其具有较脾脏MDSC更强的抑制活性。而HIF1α被发现与PD-L1上的一个转录性活性缺氧反应因子有直接关系。PD-L1表达的升高不仅在MDSC中，在TAM，DC和肿瘤细胞中均有被发现。

肿瘤中氧化磷酸化和糖酵解的变化也影响着MDSC的功能。为了支持癌细胞的快速增殖，癌细胞经历了代谢转变，主要依靠有氧糖酵解来产生能量(Warburg effect)，这一点现在已经很明确。类似的，髓细胞的激活也可导致其代谢向Warburg effect的转变。然而这种调剂的特异性的机制仍然不明确，需要进一步的深层次的研究。

5 结论

MDSC在肿瘤的进展中发挥着重要的作用，其通过调节多方面的免疫反应在癌症中发挥作用。MDSC的效应依赖于它所处的部位。MDSC在骨髓中产生，而后迁移至外周淋巴器官和肿瘤组织。M-MDSC和PMN-MDSC向肿瘤的迁移机制与中性粒细胞和单核细胞的迁移机制相似。目前，还没有明确的证据表明MDSC具有独特的迁移模式，尚需要进一步的研究。

TME对MDSC的功能和分化有着深刻的影响。大量的证据表明，M-MDSC和PMN-MDSC的抑制活性均显著增强，以及M-MDSC向TAM快速的分化。然而这一现象的精确分子机制仍不清楚。TME引起了髓源性细胞的代谢变化，影响了TAM和DC的功能，初步研究也证实了该机制在MDSC调控中的重要作用。需要进一步的研究来分析PMN-MDSC与M- MDSC的代谢特性，以及糖酵解和氧化磷酸化对MDSC功能和分化的作用。