髓源性抑制細胞與肺癌轉(zhuǎn)移前微環(huán)境的形成①

羅 斌 姚嘉良 田建輝 劉嘉湘 (上海中醫(yī)藥大學附屬龍華醫(yī)院腫瘤科,上海 200032)

惡性腫瘤已經(jīng)成為嚴重影響我國公共健康的疾病，其中肺癌的發(fā)病人數(shù)及死亡人數(shù)居所有癌種首位，其5年生存率在20%以下，而轉(zhuǎn)移是導致肺癌死亡的主要原因[1-3]。轉(zhuǎn)移涉及多種細胞及組織的參與其中靶器官的微環(huán)境是否適合癌細胞生存在轉(zhuǎn)移中起關(guān)鍵作用[4-6]；而免疫細胞作為機體的防御“衛(wèi)士”，是決定腫瘤細胞生存與否的重要因素[7]，骨髓是中樞免疫器官，是免疫細胞分化的重要場所，部分負性調(diào)控免疫細胞在轉(zhuǎn)移過程中過度表達，進而導致靶器官免疫抑制環(huán)境的形成[8,9]。2005年，Kaplan等[10]將靶器官這種適應于腫瘤細胞生存的環(huán)境定義為轉(zhuǎn)移前微環(huán)境(pre-metastatic niche,PMN)，其中免疫抑制是其最主要的特征之一[11]。髓源性抑制細胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSC)是PMN中發(fā)揮免疫抑制作用的關(guān)鍵免疫細胞[12]，因此明確MDSC的分化機制，揭示其在腫瘤PMN形成中發(fā)揮作用的過程，將有助于防治轉(zhuǎn)移的發(fā)生。本文通過綜述MDSC的產(chǎn)生及其在肺癌PMN中的作用機制，為防治肺癌轉(zhuǎn)移提供新的策略，以期提高臨床療效。

1 MDSC的分化形成機制

1.1MDSC的命名及分類 MDSC是上世紀70年代在癌癥患者中發(fā)現(xiàn)的一類異常的髓系免疫抑制細胞[13]；后來研究者發(fā)現(xiàn)MDSC與多種疾病(包括癌癥)的發(fā)生發(fā)展相關(guān)，2007年Gabrilovich[14]首次命名MDSC，并指出其可抑制T細胞激活。研究發(fā)現(xiàn)MDSC與人類的慢性感染、炎癥、自身免疫疾病、癌癥等疾病具有密切關(guān)系，而且隨著年齡的增長具有累積效應[15-17]，由于MDSC是一群尚未完全分化成熟的髓系細胞[18]，當未成熟的髓系細胞正常分化成巨噬細胞、樹突狀細胞及粒細胞等時，才可以發(fā)揮正常的免疫功能。MDSC目前主要分成2個亞群：粒系MDSC(polymorphonuclear MDSC,PMN-MDSC)與單核系MDSC(mononuclear MDSC,M-MDSC)，在大部分惡性腫瘤中，M-MDSC與PMN-MDSC兩者占比約為1∶4[19,20]；但是MDSC在不同物種之間的標志物存在差異，其中人源的表面標志物主要是HLA-DR/Lin/CD11b/CD14/CD15/CD33等，而在鼠源則是CD11b/Ly6G/Ly6C,且發(fā)揮免疫抑制的途徑具有一定差異[21-23]。

1.2MDSC的分化 免疫細胞在機體的分化均受到精密調(diào)節(jié)，未成熟髓系細胞的分化同樣受到相關(guān)因子的調(diào)節(jié)，而MDSC的形成是未成熟髓系細胞在其分化過程中受到外來物質(zhì)的“誘導”，這些物質(zhì)干預了MDSC的產(chǎn)生、增殖、遷移、激活等過程，主要包括：腫瘤來源因子、生長因子類、趨化因子類、免疫細胞因子類、環(huán)氧合酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)和前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)等[24-27](表1)。其中粒-巨集落刺激因子(Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor,GM-CSF)和IL-6是最為常見的誘導MDSC產(chǎn)生的因子，其能將外周血單個核細胞誘導成MDSC以發(fā)揮免疫抑制作用[28]。另外，研究發(fā)現(xiàn)信號轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)導激活因子家族信號傳導及轉(zhuǎn)錄激活因子(signal transducer and activator of transcription,STAT)、核因子-κB因子(nuclear factor kappa-B,NF-κB)、高遷移率調(diào)控因子(high mobility group box 1,HMGB1)、維甲酸單一受體-1(retinoic-acid-related orphan receptor 1，ROCR1)等是MDSC分化過程中重要的信號通路[26,29-32]。因此，MDSC的產(chǎn)生與功能發(fā)揮是許多因素在機體內(nèi)環(huán)境中相互作用的結(jié)果，干預其中的關(guān)鍵途徑，有可能阻斷MDSC的產(chǎn)生，進而抑制腫瘤轉(zhuǎn)移的免疫微環(huán)境形成。

2 MDSC與肺癌轉(zhuǎn)移

惡性腫瘤的治療趨勢正在從以腫瘤細胞為中心干預向腫瘤生存的環(huán)境干預轉(zhuǎn)變，手術(shù)、化療、放療、靶向治療均是以腫瘤細胞為核心進行干預，而腫瘤血管生成抑制劑和免疫治療均為干預腫瘤微環(huán)境。肺癌的臨床療效開始突破瓶頸，但轉(zhuǎn)移仍然是導致肺癌死亡的主要原因，且缺乏針對性藥物。縱觀腫瘤發(fā)生、轉(zhuǎn)移過程中出現(xiàn)的腫瘤微環(huán)境(tumor Microenvironment,TME)、腫瘤免疫微環(huán)境(tumor immune microenvironment,TIME)、PMN等均是以免疫抑制為特征(圖1)，其中免疫負性調(diào)控細胞MDSC、調(diào)節(jié)性T細胞發(fā)揮重要作用[11,33-36]。MDSC在腫瘤血管生成、腫瘤細胞生存、腫瘤轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)移前微環(huán)境形成等過程發(fā)揮重要作用[16]，但是MDSC主要是在抑制機體免疫應答方面發(fā)揮主要作用，促進有利于腫瘤發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移的環(huán)境形成，因此以MDSC為研究靶點，揭示其調(diào)控免疫的機制，將有助于進一步提高惡性腫瘤的防治效率。

PMN是指靶器官形成的適應腫瘤細胞定植、生存、增殖，最終形成轉(zhuǎn)移的環(huán)境[10,37]。肝、腦、骨、肺、腎上腺等靶器官的PMN形成是外周血或淋巴結(jié)中循環(huán)腫瘤細胞能夠在靶器官生存并形成轉(zhuǎn)移灶的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而MDSC可以誘導PMN形成并促進循環(huán)腫瘤細胞向PMN遷移[11,38]，最終導致轉(zhuǎn)移形成。MDSC參與轉(zhuǎn)移發(fā)生主要體現(xiàn)在兩方面：一是抑制機體的免疫應答，有利于腫瘤細胞的生存；二是促進腫瘤血管生成、腫瘤細胞遷移及轉(zhuǎn)移前微環(huán)境形成[39]。由此可見，MDSC參與了腫瘤的發(fā)生、侵襲、轉(zhuǎn)移整個過程，尤其是PMN形成，因此揭示MDSC在腫瘤發(fā)生、侵襲、轉(zhuǎn)移過程中的作用途徑，明確其干預靶點，將有助于腫瘤的防治。

表1 MDSC分化、遷移、激活過程中涉及的因素

Tab.1 Factors involved in MDSC differentiation,migration,and activation

ItemFactorsRef.Growth factorsGM-CSF,G-CSF,M-CSF,VEGF,TGF-β10,13,22,24,26ChemokineCCL2,CCL4,CCL5,CXCL1,CXCL8,CXCL1216,20CytokinesIL-1β,IL-4,IL-5,IL-6,IL-10,IL-13,TNF-α,IFN-γ12,20,24Signaling pathway that regulating differentationCOX-2,PGE-2,HMGB1,RORC123,24,25,27,28,30STAT(Stat3,Stat1,Stat5,Stat6),NF-κB,mTOR

Note:Vascular endothelial growth factor,VEGF;transforming growth factor-β,TGF-β;granulocyte-macrophage colony-stimulating factor,GM-CSF;Chemokine (C-C motif) ligand,CCL;C-X-C chemokine ligand,CXCL;interleukin,IL;tumor necrosis factor,TNF;interferon,IFN.

3 MDSC在PMN形成中的免疫抑制途徑及藥物研發(fā)

3.1MDSC抑制免疫功能的關(guān)鍵途徑 MDSC主要發(fā)揮免疫抑制作用，包括特異性免疫和非特異性免疫，但是其主要作用于T細胞。MDSC發(fā)揮免疫抑制作用的主要因子包括：吲哚胺2,3-雙加氧酶(indoleamine 2,3-dioxygenase,IDO)、精氨酸酶(Arginase-1，ARG-1)、活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)、IL-10、腫瘤生長因子-β、誘導性一氧化氮合成酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)、COX-2、NO等[40]；同時MDSC也可以募集調(diào)節(jié)性T細胞至TME共同發(fā)揮免疫抑制功能。近年研究顯示，M-MDSC和PMN-MDSC的免疫抑制機制存在差異；M-MDSC主要以抗原特異性和非特異性兩種方式，通過分泌NO和細胞因子發(fā)揮免疫抑制作用；而PMN-MDSC主要是以抗原特異性方式，通過分泌ROS抑制免疫應答；但是二者均需要精氨酸的代謝提供能量，即ARG-1參與[32,39,41]。此外，MDSC和腫瘤相關(guān)巨噬細胞、腫瘤相關(guān)成纖維細胞等TME存在的細胞相互作用，促使TME形成復雜的免疫抑制網(wǎng)絡。綜上所述，MDSC是機體中有利于腫瘤生長環(huán)境(如TME、TIME、PMN)形成的關(guān)鍵因素，但是MDSC的免疫抑制作用不僅僅體現(xiàn)在腫瘤，在其他疾病如風濕性疾病等亦有作用，因此揭示MDSC發(fā)揮免疫抑制功能的途徑，是截斷其發(fā)揮作用的關(guān)鍵。

3.2以MDSC為干預靶點的治療研究 基于前期的基礎(chǔ)研究成果，以MDSC的作用途徑為干預靶點的藥物正在研發(fā)且部分已經(jīng)開始了臨床試驗。研究發(fā)現(xiàn)地塞米松、雷帕霉素、環(huán)孢霉素A在人體器官移植過程中可以通過iNOS/ARG-1、NO、IDO等途徑調(diào)節(jié)MDSC的功能，進而抑制機體的免疫排斥，提高組織移植的成功率[42]。但是，在實體瘤中以減少MDSC的免疫抑制增強腫瘤治療效果的研究較少，美國?？怂拱┌Y研究中心注冊了一項(注冊號：NCT03302247)以評估吉西他濱促進MDSC耗竭，增強納武單抗在IIIB期非小細胞肺癌中的療效為目的的臨床研究，結(jié)果尚未公布；Chakraborty等[43]研究發(fā)現(xiàn)銅絡合物N-[2-羥基苯乙酮]甘氨酸銅通過Fas-FasL途徑誘導MDSC凋亡，進而減少小鼠腫瘤模型腹水和降低脾臟中MDSC水平，增強抗腫瘤免疫治療的效果；也有研究發(fā)現(xiàn)5-Fu可以誘導MDSC凋亡進而增加CD8+T細胞在TME中的浸潤，促進免疫殺傷作用[44]。Guha等[45]發(fā)現(xiàn)MDSC的上游基因蛋白STAT3抑制劑(BB1608)可以有效地促進肝癌小鼠模型的CAR-T(antigen receptor T cells，CAR-T)治療效果。從上述研究可知，干預MDSC的免疫抑制作用主要分為四種[46]：①促進MDSC的耗竭；②通過IDO、NO等抑制MDSC的功能；③抑制MDSC向TME的募集與浸潤；④促進MDSC向正常細胞分化。目前在實體瘤中針對MDSC的干預藥物尚處于初步研發(fā)階段，尚無療效確切的藥物進入腫瘤臨床，因此開發(fā)干預MDSC免疫抑制途徑的藥物將是未來調(diào)控TME的重要方向，尤其是腫瘤免疫治療。

4 干預MDSC調(diào)節(jié)“免疫抑制微環(huán)境”的展望

免疫治療成為肺癌治療的重要治療方面，體現(xiàn)了肺癌治療從以殺瘤為主向以調(diào)節(jié)TME為主的轉(zhuǎn)變[47]，而治療理念的轉(zhuǎn)變也是腫瘤精準治療取得臨床療效的關(guān)鍵。盡管目前腫瘤治療取得了階段性進步，但是惡性腫瘤的轉(zhuǎn)移仍然是國際難題。MDSC作為目前發(fā)現(xiàn)的免疫抑制關(guān)鍵細胞，是Tregs細胞之后的第二類潛在干預靶點；研究發(fā)現(xiàn)MDSC的不同亞群在肺癌患者外周血中均有上升，且與肺癌的臨床分期具有相關(guān)性[20]；因此，其在腫瘤PMN中的免疫抑制可能是導致循環(huán)腫瘤細胞在遠端靶器官定植、形成微轉(zhuǎn)移灶的重要環(huán)節(jié)，故明確MDSC在PMN的作用機制，將會成為阻斷轉(zhuǎn)移的重要方法。

上世紀，澳大利亞學者提出“種子與土壤”理論，認為外周血中循環(huán)的腫瘤細胞是遠端轉(zhuǎn)移的“種子”[48]，目前學者提出轉(zhuǎn)移前環(huán)境的概念，正契合轉(zhuǎn)移的“土壤”，因此以干預“土壤”的環(huán)境為途徑來阻斷“種子”的萌芽，符合目前的生物學發(fā)展，隨著研究的進展，目前正逐步闡明腫瘤轉(zhuǎn)移的發(fā)生步驟，而PMN作為轉(zhuǎn)移前的“預備”環(huán)境引起學者的關(guān)注，故認為MDSC形成的免疫抑制是腫瘤轉(zhuǎn)移的重要環(huán)節(jié)，將MDSC作為干預靶點，將是阻止轉(zhuǎn)移的有效方法。