骨髓來(lái)源的抑制性細(xì)胞與器官移植研究進(jìn)展

李世朋，朱志軍

（首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院肝臟移植中心，北京 100050）

器官移植是治療各臟器終末期疾病的有效手段，但免疫排斥反應(yīng)仍是移植物和受體長(zhǎng)期存活的主要障礙［1-3］。移植患者長(zhǎng)期接受免疫抑制劑治療會(huì)降低系統(tǒng)免疫功能，使患者易發(fā)生嚴(yán)重的感染和惡性腫瘤［4］。骨髓來(lái)源的抑制性細(xì)胞（myeloidderived suppressor cell，MDSC）是一組來(lái)源于骨髓的異質(zhì)性細(xì)胞，由未成熟的髓樣細(xì)胞發(fā)育而來(lái)。作為免疫抑制細(xì)胞，MDSC 發(fā)揮重要的免疫調(diào)節(jié)作用［5］。MDSC 可通過(guò)多種途徑介導(dǎo)免疫抑制功能，如精氨酸酶-1（arginase-1，Arg-1）、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）、活性氧（reactive oxygen species，ROS）、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）和白細(xì)胞介素-10（interleukin-10，IL-10）等［6］。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，MDSC 可通過(guò)調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)參與移植器官的排斥反應(yīng)或誘導(dǎo)免疫耐受形成。本文總結(jié)了MDSC在常見(jiàn)器官移植研究中的作用，為防治移植排斥反應(yīng)提供新策略。

1 MDSC 的起源和分化

髓系祖細(xì)胞是一群多樣化的細(xì)胞群體，其中單核髓樣細(xì)胞可分化為巨噬細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞（dendritic cell，DC）和單核細(xì)胞，而粒細(xì)胞性髓樣細(xì)胞可分化為中性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞等［7］。但在腫瘤、慢性炎癥、創(chuàng)傷等病理因素下，未成熟髓系細(xì)胞成熟化進(jìn)程受阻，停留在分化的各個(gè)階段而成為MDSC［8］。20 世紀(jì)90 年代末，小鼠脾臟中的Gr1+CD11b+細(xì)胞表型被定義為免疫抑制性髓樣細(xì)胞，這些細(xì)胞表型相似但功能不同于單核細(xì)胞與中性粒細(xì)胞［9］，直到2007 年，科學(xué)家統(tǒng)一將這些細(xì)胞命名為MDSC［10］。

MDSC 主要分為單核細(xì)胞MDSC（M-MDSC）和多形核細(xì)胞MDSC（PMN-MDSC，又稱為G-MDSC）［11］。在MDSC 表型定義方面，人和小鼠存在一定差異性， 人MDSC 通 常 被 定 義 為CD11b+CD33+HLADR-，其中PMN-MDSC 和M-MDSC 的表型為分別為CD11b+CD33+CD14-CD15+、CD11b+CD33+CD14+CD15-，LOX-1 可 作 為 人PMN-MDSC 的 標(biāo) 志 物［12］；小 鼠MDSC 被定義為CD11b+Gr1+細(xì)胞，其中PMN-MDSC的表型被定義為CD11b+Ly6G+Ly6C-，而M-MDSC 是CD11b+Ly6G-Ly6C-［13］。

在腫瘤組織中，MDSC 累積需要2 種信號(hào)發(fā)揮作用，如腫瘤來(lái)源的信號(hào)驅(qū)動(dòng)生長(zhǎng)因子，包括STAT3、IRF8、Notch 和NLRP3 等［14］；另 一 種 信 號(hào) 由 活化的信號(hào)分子介導(dǎo)，主要包括HMGB1、NF-κB、STAT1、STAT6 和COX2 等［14］。STAT3 基 因 缺 失或STAT3 抑制劑顯著減少腫瘤細(xì)胞中MDSC 的募集，并 阻 止MDSC 的 擴(kuò) 增［15］。改 變STAT3 活 性可使M-MDSC 分化為腫瘤相關(guān)的巨噬細(xì)胞（tumorassociated macrophages，TAM），因此，維持STAT3高活性狀態(tài)可防止M-MDSC 分化為DC 或巨噬細(xì)胞［16］。

2 MDSC 發(fā)揮功能的機(jī)制

免疫抑制是MDSC 的主要生物學(xué)特征，其主要靶點(diǎn)是T 細(xì)胞［17］。MDSC 介導(dǎo)免疫抑制作用主要通過(guò)Arg-1、iNOS、TGF-β、IL-10 等因子介導(dǎo)實(shí)現(xiàn)的［18］。Arg-1 的激活是MDSC 介導(dǎo)的免疫抑制的主要機(jī)制之一，Arg-1 將L-精氨酸轉(zhuǎn)化為尿素和L-鳥(niǎo)氨酸，而L-精氨酸是淋巴細(xì)胞增殖所必需的微量物質(zhì)［19］。T 細(xì)胞需要半胱氨酸來(lái)激活但不能在體內(nèi)合成這種物質(zhì)，而MDSC 可消耗半胱氨酸，抑制T 細(xì)胞活化［20］。PMN-MDSC 中的低水平的ROS及ARG-1 表達(dá)的上調(diào)是抑制T 細(xì)胞功能的主要因素［21］。

調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞（regulatory T cells，Treg）可參與調(diào)節(jié)免疫排斥反應(yīng)，延長(zhǎng)移植物的存活［22］。MDSC不僅抑制效應(yīng)器T 細(xì)胞的功能，同時(shí)也能促進(jìn)Treg的擴(kuò)增而抑制排斥反應(yīng)［23］。研究表明，MDSC 可分泌IL-10 以促進(jìn)Treg 擴(kuò)增［24］，NF-κB 與MDSC擴(kuò)增亦有關(guān)，其主要功能是激活下游信號(hào)并誘導(dǎo)MDSC 的免疫抑制功能［25］。同時(shí)，Notch 信號(hào)通路也可以促進(jìn)MDSC 的擴(kuò)增［26］。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)途徑與MDSC 的抑制活性有關(guān)，如經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)劑處理后的荷瘤小鼠體內(nèi)MDSC 的積累增加，并增強(qiáng)了它們的免疫抑制性功能［27］。

3 MDSC 在器官移植中的作用

3.1 MDSC 與心臟移植：心臟移植是治療終末期心臟病的有效方法，研究表明，MDSC 移植免疫應(yīng)答在心臟移植免疫耐受形成中發(fā)揮重要作用［28］。乙基碳化二亞胺可誘導(dǎo)供體特異性CD11b+IDO+MDSC在心臟移植物中積聚，并誘導(dǎo)T 細(xì)胞功能耗竭［29］。MDSC 通過(guò)多種免疫抑制因子抑制不同類型器官移植中效應(yīng)T 細(xì)胞的增殖，促進(jìn)Treg 的擴(kuò)增參與誘導(dǎo)免疫耐受形成，這是MDSC 發(fā)揮功能的核心免疫機(jī)制。體外誘導(dǎo)的MDSC 過(guò)繼治療可以促進(jìn)移植小鼠中Tregs 的增殖，顯著延長(zhǎng)受體小鼠心臟移植的存活時(shí)間［30］。研究發(fā)現(xiàn)，IL-6 缺失供體心臟的存活時(shí)間延長(zhǎng)，此現(xiàn)象與MDSC 密切相關(guān)［31］。小鼠心臟移植術(shù)后，經(jīng)IL-33 給藥后移植物內(nèi)Treg 與MDSC 數(shù)量顯著增加，移植物存活時(shí)間顯著延長(zhǎng)［28］。

3.2 MDSC 與腎移植：腎移植是實(shí)體器官移植中臨床效果最好的［32］，然而，排斥反應(yīng)仍是移植患者面臨的一個(gè)難題。在大鼠腎移植模型中，經(jīng)抗CD28 抗體處理后，移植腎中的MDSC 聚集增多，MDSC 可通過(guò)表達(dá)iNOS 抑制T 細(xì)胞反應(yīng)，減輕免疫排斥反應(yīng)而延長(zhǎng)移植物存活時(shí)間［33］。腎移植術(shù)后受者體內(nèi)MDSC 早期增殖主要是體內(nèi)高炎性水平引起的，而后期免疫穩(wěn)態(tài)形成與免疫抑制作用密切相關(guān)，M-MDSC 主要作用是減輕受者體內(nèi)炎性反應(yīng)，而G-MDSC 與排斥反應(yīng)的抑制作用更為相關(guān)［34］。另一項(xiàng)研究顯示，腎移植受者術(shù)后M-MDSC增加，而PMN-MDSC 和e-MDSC 的比例增加不顯著，體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)M-MDSC 可增加Treg 的免疫調(diào)節(jié)能力［35］。腎 移 植 后M-MDSC 立 即 增 加，并 抑 制CD4+T 和CD8+T 細(xì)胞增殖，且移植后1 年，M-MDSC保持較高水平，但這增加了患者發(fā)生癌癥的風(fēng)險(xiǎn)，考慮M-MDSC 可能有利于促進(jìn)腫瘤發(fā)展的免疫抑制環(huán)境［36］。同時(shí)有研究分析了介導(dǎo)移植耐受的MDSC的 關(guān) 鍵 基 因，包 括Zap70、Cdc42、Stat1、Stat4、Ccl5 和Cxcr3，可能成為研究腎移植免疫耐受的新靶點(diǎn)［37］。

3.3 MDSC 與肝移植：肝移植術(shù)后受者外周血免疫細(xì)胞組成會(huì)發(fā)生變化，研究提示外周血MDSC細(xì)胞水平在長(zhǎng)期生存受者中明顯升高，可能和臨床免疫耐受形成存在一定關(guān)系［38］。在小鼠肝移植模型中，MDSC 與Treg 協(xié)同抑制T 細(xì)胞功能，促進(jìn)小鼠肝移植耐受誘導(dǎo)形成［39］。采用恒河猴建立肝移植模型，對(duì)肝臟CD4/8+T、MDSC 等細(xì)胞變化進(jìn)行觀察，與正常組相比較，排斥組猴肝臟CD4調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞、CD8+CD28-和MDSC 減少，而記憶T 細(xì)胞顯著增加［40］。Li 等［41］通過(guò)采用單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)對(duì)肝移植肝穿標(biāo)本進(jìn)行分析，發(fā)移植術(shù)后肝臟內(nèi)有一群LDLR+MDSC 細(xì)胞數(shù)量增加，通過(guò)TIGIT-NECTIN2 通路介導(dǎo)CTLA4+CD8+T 細(xì)胞功能耗竭。同時(shí)本團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，肝小葉不同區(qū)域的CD8+T 細(xì)胞水平與肝移植后的排斥反應(yīng)水平密切相關(guān)［42］。腫瘤復(fù)發(fā)是肝癌肝移植術(shù)后生存的主要障礙，研究表明肝移植損傷誘導(dǎo)M-MDSC 被動(dòng)員和招募到移植肝中，并促進(jìn)肝癌移植術(shù)后腫瘤復(fù)發(fā)［43］。

3.4 MDSC 與胰島移植：胰島移植是治療糖尿病的一種有效方法，尤其是針對(duì)1 型糖尿?。?4］。小鼠胰島移植模型過(guò)繼體外誘導(dǎo)的MDSC，可提高胰島移植存活率［45］。另一項(xiàng)研究表明，將肝星狀細(xì)胞（hepatic stellate cell，HSC）和胰島細(xì)胞聯(lián)合移植給糖尿病小鼠，HSC 可通過(guò)MDSC 介導(dǎo)免疫耐受促進(jìn)移植物的存活［46］，MDSC 有效地抑制了T 細(xì)胞的增殖和γ-干擾素（interferon-γ，IFN-γ）的產(chǎn)生，聯(lián)合移植誘導(dǎo)MDSC 可保護(hù)胰島移植［47］。有研究報(bào)道，高表達(dá)CCR2 的MDSC 可顯著抑制T 細(xì)胞的免疫反應(yīng)，促進(jìn)Treg 的聚集在移植物中，延長(zhǎng)移植物存活時(shí)間［45］。而B(niǎo)7-H1 是MDSC 發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)活性和誘導(dǎo)Treg 細(xì)胞所必需的，B7-H1 對(duì)MDSC 在調(diào)節(jié)T 細(xì)胞抑制胰島移植排斥反應(yīng)和促進(jìn)胰島存活中發(fā)揮關(guān)鍵作用［48］。

3.5 MDSC 與肺移植：盡管免疫抑制劑使用已經(jīng)取得了顯著的臨床效果，但肺移植受者的長(zhǎng)期存活率仍然有限［49］。MDSC 由于其免疫調(diào)節(jié)功能，在促進(jìn)移植物耐受中發(fā)揮重要作用。肺移植急性細(xì)胞排斥反應(yīng)后，M-MDSC 的含量增加，這表明M-MDSC 可能在慢性同種異體肺移植功能障礙的發(fā)展中發(fā)揮作用［50］。有研究評(píng)估了肺移植受者外周血中MDSC的比例及其與移植后并發(fā)癥和免疫抑制的關(guān)系，與非移植對(duì)照組相比，穩(wěn)定的肺移植受者G-MDSC增加，且G-MDSC 與環(huán)孢素、他克莫司水平相關(guān)［51］。

3.6 MDSC 與皮膚移植：皮膚移植模型是研究器官移植免疫常用的模型，MDSC 可以通過(guò)iNOS 途徑延遲異體皮膚移植的排斥反應(yīng)［52］。G-CSF 聯(lián)合IL-2C 可誘導(dǎo)MDSC 介導(dǎo)免疫抑制效應(yīng)［53］。在每天接受IL-33 治療的同種異體皮膚移植小鼠模型中，在小鼠體內(nèi)可檢測(cè)到高表達(dá)iNOS 和Arg-1 的MDSC。 此 外， 經(jīng)IL-33 處 理 的MDSC可抑制Th1/Th17 分化［54］。免疫球蛋白樣轉(zhuǎn)錄2（immunoglobulin-like transcript 2，ILT2）轉(zhuǎn)基因小鼠的MDSC 表達(dá)更高Arg-1，顯著延長(zhǎng)移植物存活時(shí)間。此外，HLA-ILT2 相互作用促進(jìn)了MDSC 的擴(kuò)增，有利于移植物建立免疫耐受［55］。與年輕小鼠相比，老年小鼠皮膚移植術(shù)后血MDSC 和TGF-β的含量不同，阻斷MDSC 后可逆轉(zhuǎn)老年小鼠的免疫狀態(tài)，并導(dǎo)致與年輕受體類似的皮膚移植排斥反應(yīng)［56］。

4 免疫抑制劑對(duì)MDSC 的影響

器官移植領(lǐng)域常用的免疫抑制劑包括皮質(zhì)類固醇，鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶抑制劑，雷帕霉素靶蛋白抑制劑和生物制劑等［57］。糖皮質(zhì)激素（glucocorticoids，GCs）可阻斷多種炎癥信號(hào)通路抑制細(xì)胞因子的釋放和炎癥反應(yīng)［58］。研究表明，GCs 促進(jìn)MDSC 細(xì)胞的擴(kuò)增，如在小鼠皮膚移植模型中，腹腔注射地塞米松（dexamethasone，Dex）可招募MDSC 進(jìn)入炎癥部位，使產(chǎn)生IFN-γ 的Th1 細(xì)胞減少，產(chǎn)生IL-4 的Th2 細(xì)胞增多，產(chǎn)生免疫抑制作用［59］；在體外，GM-CSF 和Dex 誘導(dǎo)的MDSC 具有很強(qiáng)的免疫抑制能力。多發(fā)性硬化癥（multiple sclerosis，MS）患者PBMC 中G-MDSC 的比例顯著增加，復(fù)發(fā)MS 患者在甲潑尼龍沖擊療法后M-MDSC 和G-MDSC 均顯著增加，病情緩解與MDSC 的擴(kuò)增和Arg-1 的表達(dá)呈正相關(guān)［60］。環(huán)孢素 （cyclosporine A，CsA）通過(guò)鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶NFAT IDO 信號(hào)通路誘導(dǎo)MDSC 產(chǎn)生，對(duì)T 細(xì)胞產(chǎn)生免疫抑制作用［61］，而他克莫司則可削弱了小鼠MDSC 的免疫抑制功能［62］，雷帕霉素可降低皮膚移植模型小鼠中M-MDSC 的數(shù)量，表明mTOR 對(duì)MDSC 的功能有負(fù)面影響［63］。

5 總 結(jié)

MDSC 可以通過(guò)多種途徑有效抑制移植后排斥反應(yīng)，在誘導(dǎo)免疫耐受形成中扮演重要角色。MDSC作為一種潛在新型免疫耐受誘導(dǎo)的新靶點(diǎn)，將其如何臨床轉(zhuǎn)化是研究的難點(diǎn)，如MDSC 劑型研發(fā)、用藥方式及副作用研究等都有待進(jìn)一步開(kāi)展臨床試驗(yàn)。雖然MDSC 現(xiàn)處于基礎(chǔ)研究階段，存在較多未知數(shù)，但其潛在的臨床應(yīng)用價(jià)值仍然值得高度重視，MDSC 很有希望成為防治器官移植排斥反應(yīng)的新靶點(diǎn)。