MDSCs在胰腺癌腫瘤微環(huán)境中作用的研究進展

戴鑫杰 胡 軍 劉 麗

(三峽大學 第一臨床醫(yī)學院[宜昌市中心人民醫(yī)院] 肝膽外科， 湖北 宜昌 443003)

胰腺癌是我國最常見的消化系統(tǒng)腫瘤之一，其早期特異性診斷指標難尋，預后極差，大多患者發(fā)現(xiàn)時已是中晚期。研究表明，胰腺癌腫瘤微環(huán)境對胰腺癌發(fā)生發(fā)展具有重要作用[1]。在胰腺癌腫瘤微環(huán)境中，骨髓來源抑制性細胞在促進腫瘤發(fā)展、轉移、免疫抑制等方面發(fā)揮重要作用。骨髓源性抑制細胞(myeloid-derived suppressor cells, MDSCs)包括單核細胞骨髓源性抑制細胞(mononuclear myeloid-derived suppressor cells, M-MDSCs)、粒細胞骨髓源性抑制細胞(granulocyte myeloid-derived suppressor cells, G-MDSCs)或多形核骨髓源性抑制細胞(polymorphonuclear myeloid-derived suppressor cells, PMN-MDSCs)及纖維細胞骨髓源性抑制細胞(fibrocytic myeloid-derived suppressor cells, F-MDSCs)等亞群，其中M-MDSCs和G-MDSCs亞群較為常見。這兩個亞群的MDSCs免疫抑制機制不同。G-MDSCs主要通過抗原特異性方法產(chǎn)生活性氧(reactive oxygen species，ROS)來抑制T細胞反應；M-MDSCs通過產(chǎn)生大量的NO、精氨酸酶-1(arginase-1，Arg-1)和免疫抑制細胞因子如白介素-10(interleukin，IL-10)來抑制抗原特異性和非特異性T細胞反應[2]。其中，M-MDSCs比G-MDSCs具有更高的抑制活性。另外，F(xiàn)-MDSCs通過產(chǎn)生哚胺氧化酶(indoleamine oxidase，IDO)抑制T細胞增殖，促進Treg細胞擴張從而抑制免疫[3]。

1 MDSCs在腫瘤微環(huán)境中的轉移機制

在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中，腫瘤轉移是導致患者最終死亡的重要原因。seed-and-soil學說認為，腫瘤微環(huán)境是惡性腫瘤生長繁育的土壤，腫瘤可以汲取腫瘤微環(huán)境中的營養(yǎng)，從而促進腫瘤的生長和轉移[4]。腫瘤轉移的器官偏好模式是轉移腫瘤細胞“種子”和腫瘤微環(huán)境“土壤”之間的相互作用。事實上，目前用于治療人類腫瘤的許多一線治療方案都是針對腫瘤細胞設計的。

研究發(fā)現(xiàn)，在腫瘤向遠處轉移擴散之前，就可在小鼠的肺中檢測到MDSCs[5]。MDSCs已被證明在腫瘤進展中發(fā)揮多效性作用，MDSCs可以在腫瘤中擴增，通過胰腺癌腫瘤微環(huán)境中的免疫抑制機制形成腫瘤免疫逃逸，促進腫瘤生長和轉移[6]。研究表明，MDSCs是多形核細胞(polymorphonucler，PMN)形成的關鍵因素[6]。在乳腺癌模型小鼠中，MDSCs聚集在PMN中，并通過產(chǎn)生ROS和Arg-1抑制細胞毒性CD8+T細胞和NK細胞[7]。在胰腺癌腫瘤微環(huán)境中，MDSCs對嗜中性粒細胞形成和進化具有多重作用，從誘導血管滲漏和細胞外基質(extracellular matrix, ECM)重塑，到腫瘤微環(huán)境產(chǎn)生免疫抑制效應進而抑制淋巴系統(tǒng)對腫瘤殺傷和防護，促進了胰腺癌在微環(huán)境中的發(fā)展和轉移[7]。

1.1 PMN形成轉移前微環(huán)境

在腫瘤微環(huán)境的轉移學說中，轉移性腫瘤細胞到達靶器官之前會在遠處形成支持性PMN從而促進腫瘤細胞向靶器官的擴散，因此PMN促進腫瘤轉移的形成已被認為是腫瘤微環(huán)境轉移開始的新模式[8]。許多因素參與PMN形成腫瘤轉移前微環(huán)境，包括來自不同譜系的細胞、血流、可溶性因子、細胞外基質和信號分子，可為腫瘤的沉降和生長提供生態(tài)位。

Rosandra等[9]在2005年首次證明PMN可通過調節(jié)腫瘤微環(huán)境促進腫瘤轉移。首先，腫瘤分泌因子、手術、感染和衰老改變血流和血管滲漏，而且促進骨髓來源干細胞(bone marrow-derived cells，BMDCs)的激活和招募[10]。第二，常駐細胞的生物學行為發(fā)生改變，PMN中的ECM被重塑[11]。第三，建立了一個具有炎癥、免疫抑制和凝血功能紊亂的微環(huán)境，有利于腫瘤細胞的安定和生存。通過PMN形成腫瘤轉移前微環(huán)境，MDSCs將會通過PMN形成的腫瘤轉移前微環(huán)境促進腫瘤的轉移，并且通過MDSCs的免疫抑制能力促進腫瘤的發(fā)展。

1.2 MDSCs的積累和擴增

腫瘤微環(huán)境中存在多種因子可調節(jié)MDSCs的聚集和擴增，包括粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)、IL、血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、腫瘤趨化分子、前列腺素E2/環(huán)氧酶2和干擾素-γ等[12]。研究表明，MDSCs可通過GM-CSF、VEGF、IL-6、IL-1β和趨化因子配體2(chemokine C-C motif ligand 2，CCL2)等因子和腫瘤外泌體的作用使MDSCs浸潤到PMN形成的腫瘤向靶器官轉移前的微環(huán)境，另外CCL9、S100A8/9蛋白、骨膜蛋白和miRNA-9影響MDSCs積累和激活[12]。正是這些可溶性因子的共同作用，促使MDSCs成功聚集并浸潤PMN，在靶器官中形成腫瘤轉移前微環(huán)境，并促進了胰腺癌的轉移。

1.3 趨化因子促進腫瘤的發(fā)展和轉移

腫瘤和間質細胞分泌的趨化因子是影響MDSCs在PMN形成的腫瘤轉移前微環(huán)境中遷移和激活的主要成分。研究顯示，消化系統(tǒng)腫瘤細胞分泌VEGF刺激腫瘤相關巨噬細胞(tumor-associated macrophages，TAMs)產(chǎn)生趨化因子配體1(chemokine ligand 1，CXCL1)，將趨化因子受體2(chemokine receptor 2，CXCR2)和MDSCs招募到肝臟組織，累積的MDSCs促進PMN的形成并最終促進腫瘤轉移[13]。

CCL2也被稱為單核細胞趨化蛋白1(monocyte chemotactic protein 1，MCP1)。在小鼠肝臟腫瘤模型中，腫瘤相關成纖維細胞(cancer-associated fibroblasts，CAFs)分泌的CCL2通過CXCR2誘導MDSCs動員和遷移到PMN形成的腫瘤轉移前微環(huán)境中[14]。在黑色素瘤小鼠中CCL12促進M-MDSCs遷移至前肺，并在腫瘤細胞到達之前增加IL-1β和E-選擇素的表達，促進腫瘤細胞的轉移和生長[15]。此外，CCL9也是支持MDSC招募到PMN的重要因素。在結直腸癌中，來自腫瘤上皮的CCL9通過趨化因子受體1(chemokine C-C motif receptor，CCR1)招募未成熟的髓細胞，從而促進腫瘤侵襲[16]。在黑素瘤和肺癌小鼠中，轉化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)通過p38調控MDSCs中CCL9的表達，CCL9/CCR1通過自分泌作用減少細胞凋亡進而影響MDSC的存活[17]。此外，CCL9增加了腫瘤細胞中磷酸化蛋白激酶B和B細胞淋巴瘤-2(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)的水平，從而促進PMN在靶器官中形成腫瘤轉移前微環(huán)境，并幫助新到達轉移前微環(huán)境中腫瘤細胞的存活[18]。研究表明，胰腺癌細胞能分泌CCL25，在基質凝膠侵襲實驗中，CCL25誘導侵襲的胰腺癌細胞數(shù)量增加，而CCR9中和抗體則可抑制CCL25誘導的腫瘤細胞侵襲[19]。這表明，胰腺癌細胞釋放的CCL25/CCR9增加了胰腺癌細胞的侵襲能力。

值得注意的是，原發(fā)腫瘤也通過細胞因子或外泌體的分泌增強祖B細胞(pro-B cell)對PMN的動員，這些祖細胞可以進一步分化為MDSCs[20]。因此，這些由腫瘤細胞和間質細胞分泌的趨化因子通過多種途徑影響PMN和MDSCs，最終促進腫瘤的轉移和發(fā)展。

2 MDSCs通過胰腺癌在腫瘤微環(huán)境中的免疫抑制機制促進胰腺癌的轉移和發(fā)展

2.1 MDSCs與胰腺癌的聯(lián)系與進展

研究表明膠質細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(glial cell line-derived neurotrophic factor，GDNF)可以誘導胰腺導管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC)中嗜神經(jīng)侵襲(perineural invasion，PNI)的發(fā)生[21]。腫瘤微環(huán)境中TAMs與PNI的形成有關。在腫瘤微環(huán)境中，TAM增多通常導致PDAC預后不良；而在已確診的PDAC腫瘤細胞中可發(fā)現(xiàn)MDSCs的數(shù)量明顯增多，暗示著MDSCs參與了PDAC的發(fā)展；同時由于PNI的作用，PDAC腫瘤組織的附近神經(jīng)中均發(fā)現(xiàn)較多的MDSCs，但在正常胰腺組織中未發(fā)現(xiàn)該群細胞[22]。說明MDSCs確實參與了胰腺導管腺癌的進展。

2.2 MDSCs在胰腺癌腫瘤微環(huán)境中的免疫抑制機制

目前胰腺癌靶向治療的難點在于其腫瘤微環(huán)境中的免疫逃逸功能，這是由MDSCs在腫瘤微環(huán)境中的免疫抑制功能形成的，其中重要的免疫抑制機制包括以下6個方面。

2.2.1 誘導免疫抑制細胞

MDSCs可以通過干擾素-γ(interferon-γ，IFN-γ)和IL-10，在體內誘導FoxP3+Treg細胞的生成，從而抑制腫瘤微環(huán)境中的免疫應答[23]。自肝細胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)患者中分離的CD14+HLA-DRlow-髓源性抑制細胞，與自身T細胞共培養(yǎng)后，可誘導生成CD4+CD25+Foxp3+Treg細胞[24]。同時，在可移植的黑色素瘤小鼠模型中，Treg細胞通過誘導B7家族成員產(chǎn)生IL-10，促進免疫調節(jié)配體表達，從而激活MDSCs[25]。M-MDSCs在髓內產(chǎn)生的CCL3、CCL4和CCL5可幫助招募CCR5和Treg細胞，促進腫瘤微環(huán)境的免疫抑制作用[26]。

2.2.2 阻礙淋巴細胞歸巢

在脾臟中MDSCs通過接觸依賴的轉錄后機制誘導L-選擇素的丟失，L-選擇素的下調使CD4+T和CD8+T細胞以及B細胞的作用下降，淋巴結中CD8+T細胞的歸巢和抗原依賴性激活減少，降低淋巴細胞活性[27]。MDSCs阻止了T細胞浸潤，妨礙了淋巴細胞的歸巢，從而發(fā)揮免疫抑制作用[28]。

2.2.3 活性氧殺死免疫細胞，降低對腫瘤的免疫能力

MDSCs分泌ROS的主要途徑是通過還原型輔酶Ⅱ(reduced form of nicotinamide-adenine dinucleotide phosphate，NADPH)的氧化酶亞型(NOX1、NOX2、NOX3和NOX4)將電子從NADPH轉移到氧，產(chǎn)生超氧自由基[29]。其中，超氧陰離子、羥基自由基、過氧化氫和單態(tài)氧是ROS的幾種主要表現(xiàn)形態(tài)。MDSCs分泌的活性氧(ROS)，對大多數(shù)細胞都有毒性，在腫瘤微環(huán)境中可以殺滅CD4+T和CD8+T細胞，使機體對腫瘤的免疫能力下降。研究表明，過氧化氫酶可以抑制ROS的產(chǎn)生，削弱體外MDSCs的免疫抑制作用[30]。在缺乏NOX2的小鼠中，MDSCs分泌的ROS較少，因此它的免疫抑制能力也較低[31]。ROS除了對腫瘤靶向免疫細胞有直接毒性作用外，其在腫瘤微環(huán)境中還可以促進MDSCs的擴張[30]。

2.2.4 消耗精氨酸降低免疫能力

MDSCs可以消耗T細胞的代謝產(chǎn)物來降低免疫系統(tǒng)中代謝產(chǎn)物和相關因子的功能，比如對哺乳動物免疫系統(tǒng)功能至關重要的精氨酸。在腫瘤微環(huán)境中，MDSCs表達生成四種酶，分別為一氧化氮合成酶(NOS1, NOS2和NOS3)、精氨酸酶(ARG-1和ARG-2)、精氨酸甘氨酸氨基轉移酶和精氨酸脫羧酶。其中，精氨酸是MDSCs表達的四種不同酶的底物，MDSCs可以通過生成這四種酶來消耗精氨酸。NOS催化精氨酸轉化為NO和瓜氨酸，而精氨酸酶又可以促進精氨酸在鳥氨酸循環(huán)中生成尿素來消耗精氨酸。MDSCs中精氨酸酶的上調不僅抑制T細胞的功能，而且可以誘導細胞外基質的組分生成，從而促進組織再生和腫瘤生長[32]。

2.2.5 調節(jié)腺苷代謝酶的表達

MDSCs可以通過三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)生成腺苷的機制抑制T細胞功能[33]。E-NTPDase1(CD39)能將釋放到細胞外基質中的ATP轉化成AMP，后者在體外被5’-核苷酸酶去磷酸化形成腺苷。細胞外腺苷可通過阻斷Zap70、ERK和Akt的磷酸化，降低活化T細胞上的效應分子如CD95L、穿孔素、IFN-γ、TNF-α和CD25的表達，進而抑制幼稚T細胞成熟[33]。

2.2.6 PD-L1抑制免疫功能

PD-L1可以抑制T細胞的激活，介導腫瘤微環(huán)境中腫瘤細胞的免疫逃逸。在MDSCs中，PD-L1是一種有效的免疫抑制介質。在腫瘤患者和荷瘤小鼠中PD-L1表達增加，并且腫瘤相關的PMN-MDSCs比正常無腫瘤患者體內MDSCs表達更高水平的PD-L1[34]。研究顯示，在接受易普利姆瑪治療的黑色素瘤患者中，PMN-MDSCs中PD-L1的表達明顯下降，而在接受易普利姆瑪治療的患者阻斷CTLA-4之前，患者體內的粒細胞性骨髓源性抑制細胞(granulocytic myeloid-derived suppressor cells，G-MDSCs)與效應T細胞上表達的PD-1結合，參與了MDSC介導的T細胞反應性抑制，形成了腫瘤的免疫抑制效應。因此，低水平MDSCs的晚期黑色素瘤患者預后更好[35]。也表明MDSCs可以作為腫瘤免疫抑制劑治療效果預測的生物標志物。

3 針對MDSCs的治療

對于胰腺癌分期較早的患者實行手術治療，已經(jīng)進入晚期的手術預后較差，較多患者不得不選擇保守治療。如今，對于胰腺癌的免疫治療越來越受到重視。針對MDSCs的靶向治療旨在耗盡胰腺癌微環(huán)境中的MDSCs、抑制MDSCs在胰腺癌微環(huán)境中的免疫抑制能力和阻止MDSCs在PMN的作用下提前形成腫瘤轉移前微環(huán)境[36]。通過針對MDSCs的靶向治療，減弱胰腺癌在腫瘤微環(huán)境中的免疫抑制能力，從而破壞腫瘤微環(huán)境中腫瘤的免疫逃逸，提高免疫治療對胰腺癌的治愈率并改善患者預后[37]。

4 小結

胰腺癌在腫瘤微環(huán)境中MDSCs可以抑制治療藥物和人體自身的免疫功能而實現(xiàn)胰腺癌的免疫逃逸。雖然胰腺癌中復雜的腫瘤微環(huán)境和其特殊的免疫逃逸功能還未被完全知曉，但基于MDSCs在胰腺癌腫瘤微環(huán)境中重要的免疫抑制作用，進一步探索胰腺癌免疫逃逸的發(fā)生機制，可能為胰腺癌的治療帶來新希望。