髓源性抑制細(xì)胞對(duì)腫瘤的免疫抑制及靶向免疫治療研究進(jìn)展

徐鑫， 馬斌， 丁建霞， 成靜， 王勝軍， 田潔

(江蘇大學(xué)醫(yī)學(xué)院， 江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

髓源性抑制細(xì)胞(myeloid-derived suppressor cells, MDSCs) 是一組髓系來(lái)源的具有免疫抑制功能的異質(zhì)性細(xì)胞群體。小鼠的MDSCs表型為CD11b+Gr-1+，可分為單核細(xì)胞型MDSCs (monocy-tic MDSCs, M-MDSCs)和多核型MDSCs (polymorphonuclear MDSC, PMN-MDSCs)。M-MDSCs表型為CD11b+Ly6G-Ly6Chigh，PMN-MDSCs表型為CD11b+Ly6GhighLy6Clow[1]。研究表明MDSCs可以參與多種疾病的進(jìn)展，并且其對(duì)適應(yīng)性和固有抗腫瘤免疫應(yīng)答的抑制作用促進(jìn)了多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展[2]。本文綜述腫瘤微環(huán)境中MDSCs的免疫抑制功能的作用機(jī)制及其調(diào)控因素，并總結(jié)了靶向MDSCs治療腫瘤的策略，旨為靶向MDSCs的免疫治療提供理論基礎(chǔ)。

1 腫瘤微環(huán)境中MDSCs的免疫抑制功能

激活的MDSCs可通過(guò)多種機(jī)制誘導(dǎo)NK細(xì)胞、CD4+和CD8+T細(xì)胞失活，從而促進(jìn)腫瘤免疫抑制微環(huán)境的形成。這些機(jī)制包括：耗竭T細(xì)胞激活和增殖所必需的氨基酸；表達(dá)免疫抑制性的檢查點(diǎn)分子；募集調(diào)節(jié)性T細(xì)胞；分泌抑制性細(xì)胞因子和趨化因子；分泌外泌體。

1.1 耗竭T細(xì)胞激活和增殖的必需氨基酸

在腫瘤微環(huán)境中，MDSCs可與T細(xì)胞競(jìng)爭(zhēng)使用對(duì)T細(xì)胞激活和增殖至關(guān)重要的半胱氨酸，導(dǎo)致T細(xì)胞不能從頭合成，從而阻礙抗腫瘤T細(xì)胞的產(chǎn)生，促進(jìn)了腫瘤的進(jìn)展[3]。此外，MDSCs還可以分解L-精氨酸和L-色氨酸，進(jìn)一步消耗必需氨基酸，阻礙抗腫瘤免疫細(xì)胞生物活性的獲取，從而抑制抗腫瘤免疫應(yīng)答[4]。研究表明，精氨酸酶1(arginase 1, ARG1)和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitri-coxide synthase, iNOS)的表達(dá)可以促進(jìn)精氨酸的代謝。MDSCs中ARG1和iNOS的高表達(dá)通過(guò)將L-精氨酸分解為L(zhǎng)-鳥(niǎo)氨酸和尿素來(lái)消耗L-精氨酸。L-精氨酸的減少和腫瘤微環(huán)境內(nèi)一氧化氮的產(chǎn)生會(huì)下調(diào)TCRζ鏈和MHC Ⅱ的表達(dá)，抑制細(xì)胞周期蛋白D3和細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶，從而導(dǎo)致G0-G1細(xì)胞周期阻滯，嚴(yán)重抑制了T細(xì)胞功能[5]。另外，MDSCs還可以直接通過(guò)ARG1和活性氧來(lái)抑制T細(xì)胞活化和功能。在正常生理情況下，L-色氨酸可以以一種STAT3依賴的機(jī)制，通過(guò)上調(diào)吲哚胺-2,3雙加氧酶分解生成犬尿氨酸，而L-色氨酸的減少和犬尿氨酸的產(chǎn)生可以誘導(dǎo)T細(xì)胞和NK細(xì)胞失能和凋亡，并促進(jìn)CD4+T細(xì)胞向調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cells, Tregs)分化。MDSCs恰恰站在了這條調(diào)控鏈的頂端，消耗了L-色氨酸，從而促進(jìn)了犬尿氨酸的積累，最終導(dǎo)致抗腫瘤免疫應(yīng)答的抑制和腫瘤微環(huán)境免疫抑制性的加劇[6]。

1.2 免疫抑制性檢查點(diǎn)分子的表達(dá)

MDSCs表達(dá)高水平的程序死亡分子配體(PD-1 ligand, PD-L1)，其與表達(dá)在T細(xì)胞上的PD-1結(jié)合，誘導(dǎo)構(gòu)象改變，進(jìn)而使T細(xì)胞進(jìn)入無(wú)活性和功能障礙狀態(tài)[7]。研究表明，在腫瘤微環(huán)境中MDSCs的PD-L1表達(dá)上調(diào)與S100A9炎癥蛋白和缺氧誘導(dǎo)因子1(hypoxia-inducible factor 1, HIF1)相關(guān)[8]。腫瘤微環(huán)境中的缺氧誘導(dǎo)因子1-α(HIF1α)可以促進(jìn)PD-L1在腫瘤浸潤(rùn)性MDSCs表面的表達(dá)，從而使MDSCs具有更高的抑制活性[9]。小鼠神經(jīng)膠質(zhì)瘤腫瘤模型的研究結(jié)果表明，腫瘤來(lái)源的外泌體可以刺激MDSCs的PD-L1的表達(dá)[10]。另外，MDSCs的ARG1表達(dá)可以促進(jìn)MDSCs表達(dá)的抑制性檢查點(diǎn)配體與T細(xì)胞表面表達(dá)的受體相結(jié)合，加速T細(xì)胞的耗竭，從而促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)[11]。MDSCs是免疫檢查點(diǎn)抑制劑治療的重要預(yù)后標(biāo)志物，MDSCs和MDSCs表達(dá)免疫檢查點(diǎn)PD-L1的水平與腫瘤的預(yù)后息息相關(guān)。靶向免疫檢查點(diǎn)的治療是基于MDSCs的免疫治療的重要環(huán)節(jié)。

1.3 調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的募集

MDSCs產(chǎn)生的免疫抑制性細(xì)胞因子白介素10 (interleukin 10, IL-10)和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(transforming growth factor-β,TGF-β) 可以誘導(dǎo)Tregs進(jìn)入腫瘤微環(huán)境，從而抑制NK細(xì)胞、抗腫瘤T細(xì)胞的功能，抑制抗腫瘤免疫[12]。另外，研究表明趨化因子4(chemokine ligand 4, CCL4) 和CCL5能夠以趨化因子受體5 (chemokine receptor 5,CCR5) 依賴性方式招募Tregs，而多個(gè)腫瘤微環(huán)境中的M-MDSCs會(huì)上調(diào)CCL4和CCL5的表達(dá)[13]。這些研究表明MDSCs可以通過(guò)分泌趨化因子來(lái)招募免疫抑制性Tregs細(xì)胞，從而抑制抗腫瘤免疫。

1.4 MDSCs來(lái)源的因子促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展

在腫瘤微環(huán)境中，MDSCs分泌的免疫抑制性細(xì)胞因子，是抑制抗腫瘤免疫應(yīng)答，促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的重要因素。研究表明，MDSCs來(lái)源的TGF-β在抑制抗腫瘤免疫應(yīng)答和促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展中起關(guān)鍵性的作用。一方面，TGF-β可以通過(guò)減少干擾素-γ(interferon-γ, IFN-γ) 的產(chǎn)生來(lái)抑制細(xì)胞毒T細(xì)胞和NK細(xì)胞的細(xì)胞毒活性。另一方面，TGF-β還可以抑制抗腫瘤免疫活性細(xì)胞的增殖，從根源上抑制抗腫瘤免疫。MDSCs來(lái)源的IL-10也在抗腫瘤免疫應(yīng)答中起重要作用[14]。作為一個(gè)免疫抑制性細(xì)胞因子，IL-10對(duì)抗腫瘤的Th1細(xì)胞的產(chǎn)生和IFN-γ的分泌起著抑制作用。此外，MDSCs還通過(guò)分泌一些因子直接作用于腫瘤細(xì)胞參與腫瘤的進(jìn)展。MDSCs來(lái)源的IL-6可以賦予乳腺癌細(xì)胞干細(xì)胞樣特征，增加乳腺癌細(xì)胞的增殖和分化能力，從而促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。

除了免疫抑制因子，MDSCs還可以分泌趨化因子參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展。 在表皮癌中聚集的MDSCs通過(guò)分泌CCL4，可以促進(jìn)Th17細(xì)胞的產(chǎn)生，促進(jìn)腫瘤的形成。而在CCL4或CD4+T細(xì)胞缺失的小鼠中該現(xiàn)象消失，充分表明MDSCs可以通過(guò)分泌CCL4促進(jìn)表皮癌的發(fā)展[15]。在腫瘤微環(huán)境中，腫瘤干細(xì)胞也對(duì)MDSCs具有調(diào)控作用。在小鼠膠質(zhì)母細(xì)胞瘤模型中，腫瘤干細(xì)胞分泌的巨噬細(xì)胞遷移抑制因子(migration inhibiting factor, MIF)可以通過(guò)CXCR2依賴途徑增加ARG1水平，從而增強(qiáng)MDSCs的抑制功能。此外，MDSCs也可以通過(guò)產(chǎn)生血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)促進(jìn)腫瘤新生血管形成，加速腫瘤的生長(zhǎng)[16]。研究表明，MDSCs還可以通過(guò)產(chǎn)生基質(zhì)金屬蛋白酶，促進(jìn)腫瘤浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移[17]。

1.5 MDSCs來(lái)源外泌體的免疫抑制功能

最近的研究表明，腫瘤微環(huán)境中MDSCs來(lái)源的外泌體也具有免疫抑制功能。在腫瘤患者的體液和腫瘤微環(huán)境中存在著大量來(lái)自MDSCs的外體囊泡，其含有的蛋白質(zhì)、RNA和miRNAs 作為細(xì)胞間信使，行使促腫瘤作用。MDSCs來(lái)源的外泌體在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中行使著重要的作用。功能研究表明MDSCs來(lái)源的外泌體能夠有效地促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2表型極化，進(jìn)一步加重了腫瘤微環(huán)境的免疫抑制性。研究表明MDSCs來(lái)源的外泌體能夠通過(guò)S100A8/A9促進(jìn)M2的極化，并且S100A8/9也對(duì)MDSCs的趨化起重要作用。另外，MDSCs來(lái)源的外泌體對(duì)成熟的MDSCs也具有趨化作用，進(jìn)一步導(dǎo)致MDSCs在腫瘤微環(huán)境中的聚集[18]。正常MDSCs來(lái)源的外泌體和炎癥性MDSCs來(lái)源的外泌體具有生物學(xué)功能的差異，后者可增強(qiáng)中性粒細(xì)胞脫粒的信號(hào)通路[19]。除了向靶細(xì)胞遞送可溶性內(nèi)容物外，MDSCs來(lái)源的外泌體還可以通過(guò)質(zhì)膜糖蛋白影響靶細(xì)胞通訊和功能。腫瘤中的MDSCs表面的93個(gè)n-連接糖蛋白中有21個(gè)也存在于MDSCs來(lái)源的外泌體中，包括CD47、SIRP酶和血小板反應(yīng)蛋白-1 (TSP)。研究表明腫瘤微環(huán)境中存在大量的CD47分子的配體，其能夠促進(jìn)CD47+MDSCs細(xì)胞遷移至腫瘤區(qū)域，促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展[20]。因此，CD47有希望成為靶向MDSCs的免疫治療的靶點(diǎn)。

2 靶向MDSCs的免疫治療

MDSCs具有對(duì)抗腫瘤免疫反應(yīng)的抑制性，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起著重要的促動(dòng)角色。靶向MDSCs免疫治療基本可以分成以下4個(gè)方向： ① 減少循環(huán)和腫瘤浸潤(rùn)的MDSCs； ② 防止MDSCs的募集和轉(zhuǎn)運(yùn)； ③ 減弱MDSCs免疫抑制功能； ④ MDSCs向非免疫抑制狀態(tài)分化。

2.1 減少循環(huán)和腫瘤浸潤(rùn)的MDSCs

研究表明[21]，低劑量化療能夠有效減少荷瘤小鼠腫瘤中MDSCs；臨床試驗(yàn)也表明，化療藥物如5-氟尿嘧啶、紫杉醇、順鉑、吉西他濱可以減少M(fèi)DSCs的比例，從而增強(qiáng)抗腫瘤免疫活性。促進(jìn)MDSCs擴(kuò)增的信號(hào)級(jí)聯(lián)也一直是被作為減少M(fèi)DSCs細(xì)胞群的靶向目標(biāo)。VEGF作為一個(gè)血管生長(zhǎng)因子，在腫瘤微環(huán)境中大量分泌，不但可以促進(jìn)腫瘤新生血管的形成，促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)，而且可以促進(jìn)MDSCs的擴(kuò)增，加強(qiáng)了免疫抑制效應(yīng)，進(jìn)一步促進(jìn)了腫瘤的發(fā)展。針對(duì)這一點(diǎn)，酪氨酸激酶抑制劑舒尼替尼已經(jīng)被成功地用于阻斷VEGF和c-KIT信號(hào)，從而達(dá)到在腎癌患者中消耗MDSCs的目的，對(duì)腎癌的治療起到了積極的作用[22]。

2.2 抑制MDSCs的募集和轉(zhuǎn)運(yùn)

腫瘤微環(huán)境中存在的大量的趨化因子，是募集MDSCs至腫瘤部位最關(guān)鍵的因素。所以，靶向MDSCs上的趨化因子受體將會(huì)是非常有效的治療策略。研究表明，腫瘤微環(huán)境中的CCL3、CCL4和CCL5可以招募表達(dá)CCR5的MDSCs到腫瘤區(qū)域，并且CCR5的表達(dá)與MDSCs的抑制功能有關(guān)[23]。在黑色素瘤小鼠模型中發(fā)現(xiàn)[24]，表達(dá)CCR5的MDSCs比不表達(dá)CCR5的MDSCs具有更強(qiáng)的免疫抑制效能；并且CCR5的阻斷可以抑制MDSCs的招募和免疫抑制活性，提高黑色素瘤小鼠的生存率。另外，CCR5拮抗劑也可以抑制基底乳腺癌的轉(zhuǎn)移腫瘤的生長(zhǎng)[25]；腫瘤微環(huán)境中上調(diào)的CCL2和CCL5，可以通過(guò)趨化因子受體CXCR2招募MDSCs。研究表明[26]，乳腺癌中表達(dá)CXCR2的MDSCs具有抑制抗腫瘤免疫應(yīng)答和促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)轉(zhuǎn)移的能力；靶向CXCR2可以降低腫瘤區(qū)域MDSCs的水平，釋放抗腫瘤免疫細(xì)胞。有報(bào)道稱胰腺癌中靶向CXCR2的治療可以減少胰腺癌的轉(zhuǎn)移，促進(jìn)T細(xì)胞的浸潤(rùn)，提高抗PD1治療效果和延長(zhǎng)患者生存率[27]。CSF-1R是一種酪氨酸激酶受體，是促進(jìn)MDSCs募集到腫瘤部位以抑制抗腫瘤免疫的重要受體。當(dāng)其與配體CSF-1結(jié)合時(shí)，一方面可以促進(jìn)髓系細(xì)胞向腫瘤區(qū)域遷移，另一方面還促進(jìn)髓系細(xì)胞向MDSCs和腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的分化。臨床研究結(jié)果表明[28]，針對(duì)CSF-1R或其配體CSF-1的治療可以改善T細(xì)胞抗腫瘤免疫反應(yīng)。將CSF-1R抑制劑與免疫檢查點(diǎn)阻斷劑或過(guò)繼性T細(xì)胞轉(zhuǎn)移治療相結(jié)合可提高抗腫瘤T細(xì)胞活性和抗腫瘤反應(yīng)。

2.3 減弱MDSCs免疫抑制功能

消除MDSCs的免疫抑制功能是恢復(fù)T細(xì)胞活性和腫瘤免疫治療成功的關(guān)鍵。前列腺素E2 (prostaglandin E2,PGE2) 促進(jìn)了MDSCs的招募和ARG1的表達(dá)，故在MDSCs免疫抑制功能的發(fā)揮中起著重要的作用。環(huán)氧合酶-2 (COX-2)位于PGE2合成途徑的上游，以COX-2為靶點(diǎn)的治療，可以減少PGE2的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致MDSCs的免疫抑制功能減弱。臨床研究表明[29]，COX-2抑制劑塞來(lái)昔布可以明顯改善MDSCs的免疫抑制功能。其主要機(jī)制是COX-2/PGE2信號(hào)的阻斷降低了MDSCs的招募和分化，抑制了MDSCs相關(guān)的抑制因子，如ARG1的表達(dá)和活性氧的產(chǎn)生，并將炎性腫瘤轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂写罅炕钚钥鼓[瘤免疫細(xì)胞的腫瘤。磷酸二酯酶-5 (PDE-5)抑制劑也可以抑制MDSCs的ARG1和iNOS的表達(dá)，從而減弱MDSCs免疫抑制效應(yīng)。據(jù)報(bào)道，PDE-5抑制劑如西地那非和他達(dá)拉非，可以減少腫瘤微環(huán)境的炎癥反應(yīng)，通過(guò)減弱腫瘤微環(huán)境中MDSCs的免疫抑制功能，恢復(fù)T細(xì)胞和NK細(xì)胞的抗腫瘤免疫排斥反應(yīng)，并延長(zhǎng)患者的生存時(shí)間[30]。

2.4 誘導(dǎo)MDSCs分化

促進(jìn)未成熟骨髓細(xì)胞分化是減少M(fèi)DSCs數(shù)量和廢除其免疫抑制功能的另一個(gè)有效策略。全反式維甲酸 (all-trans retinoic acid, ATRA)是維甲酸受體的激動(dòng)劑，可以通過(guò)谷胱甘肽合成酶中和活性氧的生成來(lái)誘導(dǎo)MDSCs的分化。研究表明，抑制維甲酸信號(hào)，可以使MDSCs分化為成熟的骨髓細(xì)胞，從而降低了對(duì)T細(xì)胞的抑制作用。在抑制維甲酸治療的小鼠腫瘤模型和腫瘤患者(腎細(xì)胞癌和小細(xì)胞肺癌)中，MDSCs水平明顯降低，抗腫瘤T細(xì)胞活性得到改善[31]。此外，酪蛋白激酶抑制劑四溴肉桂酸也可以通過(guò)改善Notch信號(hào)促進(jìn)腫瘤小鼠的骨髓細(xì)胞向成熟狀態(tài)分化，抑制了MDSCs的產(chǎn)生[32]。臨床研究數(shù)據(jù)顯示，MDSCs也可通過(guò)化療方法被誘導(dǎo)分化為非免疫抑制細(xì)胞類型。例如，多西他賽通過(guò)抑制STAT3磷酸化促進(jìn)MDSCs向M1樣巨噬細(xì)胞分化。另外，紫杉醇可以促進(jìn)MDSCs分化為樹(shù)突狀細(xì)胞來(lái)減少M(fèi)DSCs的數(shù)量。近些年研究表明，表觀遺傳重編程也是靶向MDSCs的免疫治療的有效方法。Ⅰ類組蛋白去乙?；敢种苿?histone deacetylase inhibitor，HDACi)在小鼠胰腺癌、乳腺癌和肺癌以及腎細(xì)胞癌模型中通過(guò)表觀遺傳重編程，在中和MDSCs方面顯示了積極的結(jié)果[33]。HDACi與免疫檢查點(diǎn)抑制劑聯(lián)合使用可以下調(diào)ARG1、iNOS和COX-2的表達(dá)，抑制M-MDSCs和PMN-MDSCs的免疫抑制功能，并恢復(fù)CD8+T細(xì)胞的抗腫瘤活性。

3 總結(jié)

腫瘤微環(huán)境中的MDSCs對(duì)腫瘤區(qū)域的免疫抑制環(huán)境，腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)和免疫細(xì)胞的抑制產(chǎn)生著重要的影響。MDSCs主要通過(guò)耗竭T細(xì)胞激活和增殖所必需的氨基酸，表達(dá)免疫抑制性的檢查點(diǎn)分子，募集調(diào)節(jié)性T細(xì)胞和分泌免疫抑制性因子來(lái)發(fā)揮免疫抑制效能。靶向MDSCs的免疫治療是目前腫瘤免疫治療領(lǐng)域最熱的研究方向之一，主要策略是通過(guò)減少M(fèi)DSCs的數(shù)量，削弱其免疫抑制功能，促進(jìn) MDSCs向非免疫抑制狀態(tài)分化以及抑制其募集和轉(zhuǎn)運(yùn)。