MDSCs在膿毒癥免疫抑制中的機(jī)制研究進(jìn)展

郝珊珊 侯彥強(qiáng)

上海市松江區(qū)中心醫(yī)院檢驗(yàn)科，上海 201600

髓源性抑制細(xì)胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）是來(lái)源于骨髓的具有強(qiáng)大免疫抑制功能的異質(zhì)性細(xì)胞群，是樹(shù)突狀細(xì)胞（dendritic cells，DCs）、巨噬細(xì)胞和粒細(xì)胞的前體細(xì)胞［1-2］。MDSCs主要有2種亞型：多形核髓源性抑制細(xì)胞（PMN-MDSCs）和單核細(xì)胞髓源性抑制細(xì)胞（M-MDSCs）［3-4］。正常情況下，人體內(nèi)MDSCs數(shù)量極少，但是在腫瘤、感染、炎癥和創(chuàng)傷等病理狀態(tài)下，因受到炎癥因子影響，MDSCs生成增多且分化受到抑制，使其停留在各個(gè)分化階段，成為具有免疫抑制功能的MDSCs［5］。MDSCs在體內(nèi)積累是由兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的信號(hào)驅(qū)動(dòng)：MDSCs擴(kuò)增信號(hào)和病理激活信號(hào)［6］。MDSCs可通過(guò)分泌誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）、活性氧（ROS）抑制淋巴細(xì)胞功能、阻斷淋巴細(xì)胞歸巢、對(duì)T細(xì)胞功能至關(guān)重要代謝物的耗竭以及調(diào)節(jié)腺苷代謝的胞外酶的表達(dá)發(fā)揮免疫抑制的功能［7-8］。最近研究發(fā)現(xiàn)，MDSCs在膿毒癥發(fā)病機(jī)制中也發(fā)揮著重要作用，如MDSCs數(shù)量增加的膿毒癥患者發(fā)生醫(yī)院感染、愈后不良和早期病死的概率更高［2，9］。

膿毒癥是由于宿主對(duì)感染的免疫反應(yīng)失調(diào)而導(dǎo)致的一種危及性命的器官功能障礙［10］。膿毒癥每年影響全世界3 000 多萬(wàn)人，是全世界危重患者病死的主要原因之一。任何感染的發(fā)生都可能發(fā)展為膿毒癥，據(jù)統(tǒng)計(jì)，膿毒癥的發(fā)病率占所有住院患者的1%～2%。因此，膿毒癥患者的治療費(fèi)用也是所有疾病治療中最高的［11］。2013 年，美國(guó)大約130 萬(wàn)受膿毒癥影響的患者總花費(fèi)約為236 億美元，并且以每年11.5%的速度增長(zhǎng)［12］。雖然近幾年在抗感染治療方面取得了很大的進(jìn)步，但膿毒癥的發(fā)病率仍在繼續(xù)增加。甚至在治療后，膿毒癥患者會(huì)長(zhǎng)期面臨身體、心理和認(rèn)知障礙方面等嚴(yán)重的問(wèn)題［13-14］。因此，亟需尋找一種醫(yī)治膿毒癥新的、有效的治療靶點(diǎn)，走出膿毒癥治療的瓶頸期。而MDSCs為膿毒癥的治療提供了新思路。膿毒癥期間未成熟細(xì)胞的分化和成熟受損，使這些細(xì)胞停留在MDSCs階段，導(dǎo)致獲得性免疫反應(yīng)的全面抑制，這是由導(dǎo)致T 細(xì)胞凋亡的iNOS、L-精氨酸的耗竭和MDSCs 表面程序性細(xì)胞死亡蛋白配體1（PD-L1）表達(dá)增強(qiáng)等造成。繼B細(xì)胞和T細(xì)胞凋亡導(dǎo)致的免疫功能喪失后淋巴細(xì)胞減少是膿毒癥誘導(dǎo)免疫抑制的典型特征［15］。因此，本文主要綜述了MDSCs 的生物學(xué)特征及其在膿毒癥免疫抑制中的作用機(jī)制，以期為膿毒癥的基礎(chǔ)研究和臨床治療提供新的靶點(diǎn)和思路。

MDSCs的主要分類(lèi)及表型

髓系細(xì)胞來(lái)源于造血干細(xì)胞的普通髓系祖細(xì)胞［2］。在正常情況下，未成熟的髓系細(xì)胞將迅速分化為DCs、巨噬細(xì)胞和粒細(xì)胞，進(jìn)入相應(yīng)的組織器官發(fā)揮正常的免疫功能。但在病理狀態(tài)下，未成熟的髓系細(xì)胞無(wú)法正常分化，停留在各個(gè)分化階段，成為具有免疫抑制功能的MDSCs［9］。MDSCs 主要分為兩種亞型：一是PMN-MDSCs［其又稱(chēng)粒細(xì)胞髓源性抑制細(xì)胞（G-MDSCs）］，二是M-MDSCs。這兩種MDSCs命名是因?yàn)槠湫螒B(tài)和表型分別與粒細(xì)胞和單核細(xì)胞相似［3-4］。經(jīng)鑒定，人類(lèi) G-MDSCs 具有 CD33+CD11b+CD 15+HLA-DRlow的表型，被定義為 CD33 陽(yáng)性，CD11b 陽(yáng)性，CD15 陽(yáng) 性 ，HLA-DR 低 表 達(dá) ；M-MDSCs 被 鑒 定 為CD33+CD11b+CD14+HLA-DRlow細(xì)胞，被定義為 CD33 陽(yáng)性，CD11b 陽(yáng)性，CD14 陽(yáng)性，HLA-DR 低表達(dá)［17］（表 1）。據(jù)報(bào)道，最近又發(fā)現(xiàn)一群高度不成熟的MDSCs，它們出現(xiàn)在早期階段，因此被稱(chēng)為早期髓源性抑制細(xì)胞（e-MDSCs），這些細(xì)胞不表達(dá)中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞表面標(biāo)記物，被鑒定為CD33+CD11b+HLA-DR-/lowCD14-CD15-［18-19］。除此之外，還發(fā)現(xiàn)了嗜酸性髓源性抑制細(xì)胞（eo-MDSCs），其表型類(lèi)似于嗜酸性粒細(xì)胞（CD34+和 IL-5Ra），并表達(dá) CD11b，其表型為CD34+CD11b+IL-5Ra，并在感染部位聚集抑制T 細(xì)胞反應(yīng)［2］。在小鼠中，MDSCs 可以共同表達(dá) CD11b，根據(jù)其與Gr-1分子（Gr-1是髓系分化抗原）中不同表位（Ly6G、Ly6C）抗體結(jié)合特異性，分為G-MDSCs（也叫中性粒樣髓源抑制細(xì)胞 N-MDSCs）和 M-MDSC 2 種亞型，表型分別為CD11b+Ly6G+Ly6Clow和 CD11b+Ly6G-Ly6Chigh（表 1），其 中M-MDSCs 亞群在腫瘤免疫方面對(duì)抗原特異性T 細(xì)胞表現(xiàn)出更強(qiáng)的抑制活性［20］。

表1 髓源性抑制細(xì)胞的分類(lèi)及表型

MDSCs在膿毒癥中的免疫抑制機(jī)制

膿毒癥為感染后宿主免疫反應(yīng)失調(diào)而導(dǎo)致危及生命的器官功能衰竭，其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，主要的病理生理學(xué)特點(diǎn)是早期大量炎癥細(xì)胞激活和促炎介質(zhì)釋放，隨后機(jī)體由于炎癥介質(zhì)的耗竭及免疫細(xì)胞凋亡進(jìn)入免疫抑制狀態(tài)［10］。有研究表明，MDSCs 在膿毒癥中具有雙重作用，膿毒癥早期階段，MDSCs 產(chǎn)生一氧化氮（NO）和促炎細(xì)胞因子白細(xì)胞介素（IL）-6 和腫瘤壞死因子（TNF）-α 導(dǎo)致促炎免疫反應(yīng)的發(fā)生，對(duì)膿毒癥病情的控制是有幫助的；而膿毒癥晚期階段，MDSCs產(chǎn)生精氨酸酶1（Arg-1）和抗炎細(xì)胞因子轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（TGF-β）和IL-10 導(dǎo)致抗炎免疫反應(yīng)的發(fā)生，加劇了膿毒癥中免疫反應(yīng)抑制的作用［9］。在人類(lèi)和動(dòng)物膿毒癥期間，外周血和脾臟內(nèi)淋巴細(xì)胞的數(shù)量都會(huì)減少，這一結(jié)論在臨床也得到證明［22］。此外還發(fā)現(xiàn)從膿毒癥幸存者中分離出的MDSCs 不僅能阻止T 細(xì)胞增殖，還能抑制T 淋巴細(xì)胞分泌細(xì)胞因子［23］。

MDSCs 的 免 疫 抑 制 機(jī) 制 包 括 ：（1）MDSCs 產(chǎn) 生 的Arg-1 過(guò)多影響T 細(xì)胞的產(chǎn)生。L-精氨酸是Arg-1 的底物，其對(duì)TCR zeta 鏈產(chǎn)生和輔助T 細(xì)胞受體識(shí)別抗原很重要。因此，L-精氨酸的消耗也會(huì)影響 T 細(xì)胞的功能［24］；（2）在MDSCs 中，iNOS 催化生成的NO，會(huì)導(dǎo)致某些趨化因子和T細(xì)胞受體硝化，這對(duì)T 細(xì)胞移出該部位或引發(fā)凋亡至關(guān)重要［24］；（3）MDSCs 內(nèi)產(chǎn)生ROS 及隨后產(chǎn)生的過(guò)氧硝酸鹽，通過(guò)T細(xì)胞受體硝化和CD8分子抑制下游信號(hào)，破壞T細(xì)胞結(jié)合 和 功能［9，24］；（4）通 過(guò)炎 癥 因 子 和 IL-10 的 合 成 抑 制TGF-β，促進(jìn)調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞的擴(kuò)增；（5）MDSCs 過(guò)度產(chǎn)生的PD-L1通過(guò)連接T細(xì)胞上的PD-1受體導(dǎo)致T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)受阻［26］；（6）MDSCs 的CD39、CD73、外核苷酸酶過(guò)度表達(dá)和腺苷產(chǎn)生增強(qiáng)，有助于T 細(xì)胞抑制；（7）MDSCs 的Fas配體產(chǎn)生增加，有助于T 細(xì)胞的凋亡［26］；（8）MDSCs 的吲哚胺2，3-雙加氧酶（IDO）含量增加會(huì)使L-色氨酸惡化，從而阻斷細(xì)胞周期，導(dǎo)致 T 細(xì)胞無(wú)能或 T 細(xì)胞向 Treg 分化［24，26］；（9）轉(zhuǎn)錄因子［如STAT1、STAT3、核因子1A 和核因子-κB］會(huì)影響 MDSCs 的免疫抑制功能［27］；（10）表觀(guān)遺傳學(xué)與MDSCs 的免疫抑制功能也有關(guān)，如抑制DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶3a和 3b 可促進(jìn) MDSCs 的抑制功能［32-33］。由此可見(jiàn)，T 細(xì)胞介導(dǎo)的免疫抑制是MDSCs 的獨(dú)特特征，所以聚焦于T 細(xì)胞、Treg、巨噬細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)錄因子和表觀(guān)遺傳學(xué)將為治療膿毒癥提供新的治療思路。

靶向MDSCs的膿毒癥治療策略

在膿毒癥期間，MDSCs 的抑制功能大多是通過(guò)免疫細(xì)胞數(shù)量減少、凋亡或無(wú)免疫功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。許多研究表明，促進(jìn)脾臟CD4+和CD8+T細(xì)胞活化、脾臟巨噬細(xì)胞增殖、抑制膿毒癥誘導(dǎo)的脾細(xì)胞凋亡和抗氧化劑介導(dǎo)的脾臟損傷可以改善小鼠膿毒癥癥狀［28-31］。臨床前小鼠模型顯示，磷酸二酯酶-5抑制劑下調(diào)iNOS 和Arg-1活性，抑制MDSCs 免疫抑制功能，并導(dǎo)致抗腫瘤宿主免疫激活和延長(zhǎng)小鼠生存期［34-36］。一項(xiàng)臨床試驗(yàn)表明，在接受酪氨酸激酶抑制劑［阻斷血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）和c-KIT 信號(hào)通路］的腎癌患者循環(huán)系統(tǒng)中 MDSCs 水平降低、STAT3 激活、Arg-1 表達(dá)降低、CD8+細(xì)胞的活性和增殖增加［37］。一項(xiàng)轉(zhuǎn)錄后分析揭示了與MDSCs 的持續(xù)增殖和功能激活有關(guān)的基因及其翻譯蛋白（如S100A8/9），這可能是MDSCs 在晚期膿毒癥中的一個(gè)重要免疫抑制機(jī)制。最近在小鼠模型中進(jìn)行的一項(xiàng)研究表明，鐵補(bǔ)充劑 Ferumoxytol（FMT）通過(guò)下調(diào) Arg-1 和 ROS 的產(chǎn)生，降低了MDSCs的免疫抑制功能。這一結(jié)果表明，在晚期膿毒癥患者中使用FMT可以減少長(zhǎng)期的免疫抑制［37］。此外，研究表明抑制組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶SETD1B 可限制MDSCs的抑制功能［32-33］。綜上所述，抑制PD-1/PD-L1相互作用，從而阻斷膿毒癥條件下MDSCs 的抑制效應(yīng)是另一個(gè)需要探索的領(lǐng)域。

小 結(jié)

目前，MDSCs對(duì)癌癥病情進(jìn)展影響的研究較多，但其在膿毒癥的發(fā)病機(jī)制中也發(fā)揮著重要作用。MDSCs反映了機(jī)體對(duì)于膿毒癥刺激的反應(yīng)，它的發(fā)現(xiàn)將膿毒癥、免疫與骨髓造血相聯(lián)系。對(duì)于MDSCs的深入研究能幫助我們進(jìn)一步解決膿毒癥這一臨床難題。由于MDSCs在健康受試者血液中幾乎檢測(cè)不到，所以其高比例出現(xiàn)將代表一定的臨床意義。迄今為止幾乎所有臨床研究都將血液中高比例的MDSCs與患者的病情惡化、醫(yī)院感染和膿毒癥病死率相關(guān)聯(lián)。抑制性MDSCs 介導(dǎo)的免疫抑制、MDSCs 轉(zhuǎn)運(yùn)或耗竭，可能會(huì)對(duì)患者愈后產(chǎn)生積極的影響。盡管目前還沒(méi)有針對(duì)膿毒癥中的MDSCs 的臨床試驗(yàn)，但分析不同的免疫調(diào)節(jié)機(jī)制和可能的MDSCs 靶向性可能會(huì)為膿毒癥治療提供一個(gè)新的開(kāi)端。綜上所述，MDSCs在膿毒癥中發(fā)揮了重要的免疫調(diào)節(jié)作用，為膿毒癥的研究提供了新的方向。MDSCs 的來(lái)源、在膿毒癥不同免疫階段中的作用及其應(yīng)用于膿毒癥的治療值得進(jìn)一步研究。