MDSCs在結(jié)腸炎相關(guān)結(jié)腸癌中的作用機(jī)制研究進(jìn)展①

閆風(fēng)連 司傳平 熊化保 (濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)與分子醫(yī)學(xué)研究所，濟(jì)寧 272067)

結(jié)腸癌(colorectalcancer,CRC)是世界第三大高發(fā)的癌癥，且在年輕人群中發(fā)病率逐年增加，結(jié)腸炎相關(guān)結(jié)腸癌(colitis-associated cancer，CAC)是CRC的一種亞型[1-5]。長(zhǎng)期的慢性炎癥是CAC發(fā)生發(fā)展的重要推力，IBD患者發(fā)生CRC的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)顯著升高[6]。目前，一般認(rèn)為CAC是炎癥反應(yīng)、腸道菌群紊亂等腫瘤微環(huán)境改變以及致癌基因、腫瘤抑制基因突變共同作用的結(jié)果[5]。 髓樣抑制細(xì)胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)是一群異質(zhì)性細(xì)胞，由不成熟的巨噬細(xì)胞、粒細(xì)胞、樹(shù)突細(xì)胞以及其他處于分化早期階段的髓樣細(xì)胞組成，具有免疫抑制功能，影響腫瘤侵襲和遷移，并介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞免疫逃逸[7-9]。MDSCs在IBD患者以及CAC患者的損傷部位大量累積，在CAC發(fā)生發(fā)展中具有重要作用[6]，但具體機(jī)制目前研究較少，因此本文綜述了MDSCs在CAC中作用機(jī)制的最新研究進(jìn)展，包括CAC中MDSCs募集與活化，活化后免疫抑制功能的發(fā)揮等兩方面，以期為CAC的治療提供理論支撐。

1 腫瘤微環(huán)境中的MDSCs

MDSCs是腫瘤微環(huán)境中發(fā)揮免疫抑制作用的主要成分，參與多種癌癥的發(fā)生發(fā)展。腫瘤微環(huán)境中MDSCs的誘導(dǎo)、循環(huán)受多種因素的調(diào)控，包括細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子和促炎介質(zhì)。隨著研究的不斷進(jìn)行，參與的因子種類(lèi)不斷擴(kuò)增，主要可以分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是促進(jìn)MDSCs擴(kuò)增的因子，主要由腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生，包括干細(xì)胞因子(SCF)、粒細(xì)胞集落刺激因子(G-SCF)、巨噬細(xì)胞集落刺激因子(M-CSF)、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GM-CSF)、前列腺素E2 (PGE2)、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)、腫瘤壞死因子(TNF)、IL-1、IL-6、IL-13、和IL-10等，這些因子大部分可以激活STAT3和JAK信號(hào)通路[8-11]。另一類(lèi)是MDSCs活化因子，主要由激活的T細(xì)胞和腫瘤間質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生，包括Toll樣受體配體、IFN-γ、PGE2、IL-1β、 IL-4 和 IL-13，主要通過(guò)STAT1、STAT6和NF-κB信號(hào)通路調(diào)控MDSCs活化[9,11-13]。腫瘤微環(huán)境中MDSCs免疫抑制功能的發(fā)揮機(jī)制可以分為4種：①M(fèi)DSCs可以介導(dǎo)腫瘤微環(huán)境中T細(xì)胞激活和增殖所需要的必需氨基酸的消除，其中最重要的是L-精氨酸和L-半胱氨酸的消除，導(dǎo)致T細(xì)胞增殖被抑制[14]；②MDSCs通過(guò)表達(dá)精氨酸酶-1(Arg-1)、一氧化氮合酶(iNOS)、NADPH 氧化酶(NOX2)，產(chǎn)生NO、活性氧(ROS)、過(guò)氧化氫等調(diào)節(jié)腫瘤免疫反應(yīng)，高水平的NO可以通過(guò)抑制IL-2受體信號(hào)通路、阻礙MHC-II基因表達(dá)、表達(dá)E-選擇素、誘導(dǎo)T細(xì)胞凋亡抑制T細(xì)胞功能，ROS的調(diào)控作用，包括將MDSCs募集到腫瘤部位、誘導(dǎo)免疫細(xì)胞DNA損傷、抑制MDSCs向DCs分化[9]；③MDSCs可影響淋巴細(xì)胞的循環(huán)和凋亡，通過(guò)下調(diào)T細(xì)胞表面的L-選擇素(L-selectin，CD62L)使T細(xì)胞歸巢到淋巴結(jié)，也可通過(guò)CCL2的過(guò)氧亞硝基修飾阻斷CD8+T細(xì)胞遷移到腫瘤部位[9]；④促進(jìn)免疫反應(yīng)向免疫抑制方向發(fā)展，MDSCs通過(guò)調(diào)控細(xì)胞與細(xì)胞相互作用(包括CD40-CD40L相互作用)、產(chǎn)生細(xì)胞因子(IL-10、TGF-β和IFN-γ)參與CD4+T細(xì)胞向Treg細(xì)胞分化[9]。

2 MDSCs在CAC中的作用機(jī)制

2.1CAC中MDSCs募集和活化 GM-CSF作為促炎細(xì)胞因子家族中的一員，近期研究發(fā)現(xiàn)其可以調(diào)節(jié)MDSCs在結(jié)腸損傷部位的累積，在CAC中起到關(guān)鍵作用。在CAC模型中，GM-CSF缺陷小鼠的MDSCs數(shù)量顯著減少，將野生型CAC小鼠MDSCs回輸?shù)紾M-CSF缺陷小鼠會(huì)使該小鼠重新患CAC。而且CAC病變部位上清或者單獨(dú)的GM-CSF就足以影響造血前體細(xì)胞向MDSCs的分化。當(dāng)在CAC病變部位上清中加入GM-CSF中和抗體后，MDSCs的分化被破壞。說(shuō)明GM-CSF可以通過(guò)誘導(dǎo)或者募集MDSCs參與CAC的發(fā)生[6]。

G-CSF是中性粒細(xì)胞發(fā)揮功能時(shí)的重要調(diào)節(jié)分子，在多種腫瘤中高表達(dá)，參與CAC的發(fā)生發(fā)展，但其通過(guò)調(diào)節(jié)MDSCs參與CAC的具體機(jī)制近期才被闡明。在小鼠CAC模型中，過(guò)表達(dá)G-CSF會(huì)導(dǎo)致MDSCs在結(jié)腸部位累積。在體外實(shí)驗(yàn)中，G-CSF可通過(guò)STAT3信號(hào)通路促進(jìn)MDSCs生存和活化。加入G-CSF中和抗體會(huì)減少M(fèi)DSCs的累積，導(dǎo)致腫瘤體積顯著減小、細(xì)胞數(shù)量顯著減少。說(shuō)明在CAC中，G-CSF是MDSCs遷移、增殖和發(fā)揮功能的重要調(diào)節(jié)分子[5]。

IL-27是一種異二聚體的細(xì)胞因子，其受體由IL-27Rα和gp130兩部分組成，其中IL-27Rα是IL-27特有的，gp130是與IL-12共有的。IL-27在多種炎癥相關(guān)疾病中具有重要作用，參與CAC的發(fā)生發(fā)展，對(duì)抗體IL-27Rα缺陷小鼠CAC的發(fā)展。在小鼠CAC模型中，IL-27會(huì)下調(diào)結(jié)腸上皮細(xì)胞中TLR相關(guān)的細(xì)胞因子，進(jìn)而減少腫瘤細(xì)胞增殖，增強(qiáng)MDSCs在結(jié)腸固有層的累積，緩解CAC的發(fā)展[15]。

IL-17是自身免疫病的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子，調(diào)控炎癥反應(yīng)。體外實(shí)驗(yàn)中，IL-17可以提高G-MDSCs的生存率，增強(qiáng)其免疫抑制功能。在CAC模型中，腹腔巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的IL-17會(huì)促進(jìn)MDSCs及Th17細(xì)胞比例的持續(xù)增加，且MDSCs的增加要早于Th17細(xì)胞。在體內(nèi)中和MDSCs以后不僅能緩解CAC發(fā)展，還能顯著減少Th17細(xì)胞數(shù)量。說(shuō)明在CAC發(fā)展過(guò)程中，腹腔巨噬細(xì)胞分泌的IL-17可以促進(jìn)MDSCs的累積，進(jìn)而增加Th17細(xì)胞數(shù)量，最終促進(jìn)CAC的發(fā)展[16]。

VEGF是實(shí)體瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的重要調(diào)控因子，在CAC中也可以調(diào)控MDSCs的累積，Wang等[17]研究發(fā)現(xiàn)在CAC模型中，病灶部位高表達(dá)VEGF，且MDSCs在此部位積聚，當(dāng)用VEGF抗體治療后會(huì)顯著抑制病灶部位MDSCs的累積，說(shuō)明VEGF可通過(guò)影響MDSCs的累積參與CAC的形成。

CAC小鼠血液中MDSCs的水平與CAC的發(fā)展階段、轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)，因此MDSCs從循環(huán)系統(tǒng)募集到結(jié)腸黏膜的過(guò)程在CAC發(fā)展過(guò)程中扮演重要角色，有研究表明C-X-C家族受體2(C-X-C family receptor 2，CXCR2)和CXCR4可以介導(dǎo)MDSCs從循環(huán)系統(tǒng)募集到結(jié)腸黏膜[18,19]。CAC模型中，缺失CXCR2可以抑制MDSCs向結(jié)腸黏膜浸潤(rùn)。在發(fā)炎的結(jié)腸黏膜以及腫瘤中，CXCR2的配體表達(dá)明顯增加，誘導(dǎo)MDSCs向結(jié)腸黏膜趨化。將野生型小鼠MDSCs移植到CXCR2-/-小鼠體內(nèi)，會(huì)使該小鼠重新患CAC。研究還發(fā)現(xiàn)在體內(nèi)PGE2可以誘導(dǎo)CXCR2配體在結(jié)腸黏膜以及腫瘤中的表達(dá)，因此PGE2可以通過(guò)CXCR2-配體-CXCR2途徑將MDSCs募集到結(jié)腸部位，促進(jìn)CAC的發(fā)生和發(fā)展[18,20]。CXCR4也能促進(jìn)MDSCs從循環(huán)系統(tǒng)向結(jié)腸黏膜浸潤(rùn)。在CAC模型中，過(guò)表達(dá)CXCR4會(huì)使血液中MDSCs比例顯著增加，CXCR4+/-小鼠結(jié)腸上皮細(xì)胞以及固有層中MDSCs的累積也顯著高于野生型小鼠。CXCR4+/-Apcmin/+小鼠血液以及結(jié)腸黏膜中MDSCs的比例也顯著高于Apcmin/+小鼠，說(shuō)明過(guò)表達(dá)CXCR4可通過(guò)將MDSCs從循環(huán)系統(tǒng)募集到結(jié)腸黏膜促進(jìn)CAC發(fā)生、發(fā)展[19]。

在CAC患者中真菌的數(shù)量也是調(diào)節(jié)MDSCs累積的重要因素。銜接蛋白(caspase recruitment domain-containing protein 9，CARD9)在抗真菌免疫中具有重要作用，是連接真菌識(shí)別受體及NF-κB激活的橋梁，CARD9-/-小鼠對(duì)于真菌具有更高的承載力，更易患腸炎。在CAC模型中，CARD9-/-小鼠結(jié)腸腫瘤數(shù)量以及腫瘤組織中MDSCs的數(shù)量都顯著高于野生型小鼠。骨髓細(xì)胞和C.tropicalis共培養(yǎng)會(huì)表現(xiàn)出MDSCs的特征和抑制功能。使用抗真菌藥物處理會(huì)抑制CARD9-/-小鼠CAC的發(fā)展，MDSCs的累積也會(huì)降低。CRC患者腫瘤組織中MDSCs的數(shù)量和感染真菌的數(shù)量呈正相關(guān)[21]。說(shuō)明在CAC中真菌感染也是調(diào)節(jié)MDSCs的重要因素。

2.2CAC中MDSCs免疫抑制功能的發(fā)揮 在CAC中MDSCs發(fā)揮其功能主要通過(guò)抑制T細(xì)胞激活、增殖、轉(zhuǎn)移，抑制NK細(xì)胞，促進(jìn)Foxp3+Treg細(xì)胞激活等來(lái)實(shí)現(xiàn)。①M(fèi)DSCs可以介導(dǎo)結(jié)腸微環(huán)境中L-精氨酸的消除，抑制T細(xì)胞增殖。Ma等[6]發(fā)現(xiàn)在CAC模型中，結(jié)腸病灶部位分離的MDSCs表達(dá)更多的Arg-1和iNOS，導(dǎo)致精氨酸含量顯著減少。在體外實(shí)驗(yàn)中，CAC小鼠結(jié)腸病灶部位分離的MDSCs顯著抑制Con A誘導(dǎo)的T細(xì)胞增殖，在共培養(yǎng)體系中加入Arg-1、iNOS抑制劑會(huì)影響這種對(duì)T細(xì)胞增殖的抑制效應(yīng)。Arg-1和iNOS表達(dá)增加還可促進(jìn)Foxp3+Treg細(xì)胞激活和MDSCs一起抑制抗腫瘤免疫、促進(jìn)腫瘤發(fā)展[22]。 Wu等[23]的研究也發(fā)現(xiàn)在CAC模型中，從脾臟分離出來(lái)的MDSCs可以顯著抑制CD4+和CD8+T細(xì)胞增殖。Yu等[19]在研究CXCR4可以將循環(huán)系統(tǒng)中MDSCs募集到結(jié)腸黏膜炎癥部位時(shí)，利用流式細(xì)胞術(shù)以及免疫組化方法發(fā)現(xiàn)，CXCR4+/-小鼠結(jié)腸黏膜浸潤(rùn)大量MDSCs，同時(shí)在此部位CD8+T細(xì)胞比例顯著降低。②MDSCs可通過(guò)抑制結(jié)腸黏膜CD8+T細(xì)胞細(xì)胞毒活性加速腫瘤生長(zhǎng)[18]。GHiroshi等[48]在研究表達(dá)CXCR2的MDSCs在CAC中的作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，結(jié)腸CD8+T細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒作用會(huì)被從循環(huán)系統(tǒng)分離的G-MDSCs抑制，且這種抑制作用與加入G-MDSCs的比例相關(guān)。由于MDSCs抑制CD8+T細(xì)胞的細(xì)胞毒活性需要Arg-1，該研究也對(duì)Arg-1活性進(jìn)行了檢測(cè)，從AOM/DSS處理小鼠結(jié)腸分離的G-MDSCs會(huì)表達(dá)更多的Arg-1，Arg-1活性也更高，同時(shí)也會(huì)抑制結(jié)腸CD8+T細(xì)胞分泌IFN-γ和IL-2。③MDSCs可以改善CAC中的抗腫瘤免疫反應(yīng)，促進(jìn)免疫反應(yīng)向免疫抑制方向發(fā)展。Wu等[23]在研究CAC中信筒子素(Embelin)對(duì)MDSCs的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，Embelin使腫瘤中MDSCs減少的同時(shí)，使CD3+CD8+T細(xì)胞、NK細(xì)胞、成熟的DCs細(xì)胞數(shù)量增加，Treg 細(xì)胞減少。④近期有關(guān)IL-10在MDSCs免疫抑制功能發(fā)揮中的作用研究有了新的進(jìn)展。研究表明慢性炎癥會(huì)導(dǎo)致MDSCs在結(jié)腸組織中累積，促進(jìn)MDSCs分泌IL-10，IL-10進(jìn)而激活STAT3，使STAT3結(jié)合在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1(DNA methyltransferase 1，DNMT1)和DNMT3b的啟動(dòng)子上，促進(jìn)DNMT1和DNMT3b的表達(dá)，導(dǎo)致其下游干擾素調(diào)節(jié)因子8(interferon regulatory factor 8，IRF8)啟動(dòng)子區(qū)超甲基化，IRF8的表達(dá)被沉默，結(jié)腸上皮組織中IRF8敲除會(huì)導(dǎo)致CAC的發(fā)生率顯著增加[24]。

3 小結(jié)與展望

越來(lái)越多的研究表明慢性炎癥是癌癥發(fā)展的重要風(fēng)險(xiǎn)因子，長(zhǎng)期的炎癥會(huì)促進(jìn)癌癥的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移。臨床上，約20%IBD會(huì)發(fā)展成CAC。CAC一般具有發(fā)展迅速、治愈率低和死亡率高的特點(diǎn)[25,26]。CAC主要的病理變化是各種類(lèi)型的免疫細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞發(fā)生募集和失調(diào)，形成腫瘤微環(huán)境[27]。MDSCs是腫瘤微環(huán)境中發(fā)揮免疫抑制作用的主要成分，且在炎癥相關(guān)癌癥中具有重要作用。MDSCs的累積與癌癥的發(fā)展階段、腫瘤負(fù)荷及患者的生存率相關(guān)，CAC也不例外[28,29]。因此MDSCs被認(rèn)為是CAC治療非常有潛力的靶點(diǎn)。目前已經(jīng)有針對(duì)降低MDSCs擴(kuò)增、促進(jìn)MDSCs分化、抑制MDSCs功能的研究，但是僅僅部分有效。近期有研究表明，Embelin在CAC模型中，會(huì)影響MDSCs的累積和免疫抑制功能的發(fā)揮。在CAC小鼠體內(nèi)，Embelin大幅度減少M(fèi)DSCs在外周淋巴器官和腫瘤中的累積，通過(guò)減少ROS和Arg-1的產(chǎn)生，恢復(fù)T細(xì)胞反應(yīng)來(lái)影響MDSCs的抑制活性。在腫瘤周?chē)?，Embelin可以增加CD8+T細(xì)胞、NK細(xì)胞和DCs的浸潤(rùn)，同時(shí)減少Treg T細(xì)胞數(shù)量，在體外可直接影響MDSCs的產(chǎn)生和功能。Embelin對(duì)MDSCs的影響主要是由C/EBP β 和STAT3信號(hào)通路介導(dǎo)。因此在CRC中Embelin將是調(diào)節(jié)MDSCs介導(dǎo)的免疫耐受的非常有潛力的藥物[23]。尋找更有效抑制MDSCs的治療策略仍然是亟需解決的問(wèn)題。