MDSCs在神經(jīng)炎性疾病中的作用機制研究進展①

葛永彤 張秋敏 龔思宇 熊化保 張俊鳳 （濟寧醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，濟寧 272067）

骨髓來源的抑制性細胞（myeloid-derived sup?pressor cells，MDSCs）由不成熟的骨髓來源的細胞組成，是一種能夠發(fā)揮強大免疫抑制功能的異質(zhì)性細胞群［1］。MDSCs可大致分為單核MDSCs（M-MDSCs）和多形核 MDSCs（PMN-MDSCs）兩種亞型，其中PMN-MDSCs 又被稱為粒細胞性髓樣抑制細胞（granulocytic MDSCs，G-MDSCs）［2］。MDSCs 介導(dǎo)的免疫抑制與精氨酸酶 1（Arginase-1，Arg-1）、iNOS、TGF-β、IL-10、COX2 和吲哚胺2，3-二加氧酶（IDO）螯合半胱氨酸等因素有關(guān)。另外，L-選擇素表達的降低也參與MDSCs 的免疫抑制反應(yīng)［3-6］。盡管MDSCs 參與的免疫抑制與多種細胞相關(guān)，但主要在T 細胞免疫耐受中起關(guān)鍵作用［7］。LEIBER 等［8］發(fā)現(xiàn)機體感染大腸桿菌（E.coli）后G-MDSCs 的吞噬能力與成熟PMNs 相似，G-MDSCs 對T 細胞的增殖具有強烈的抑制作用。越來越多的研究表明，MDSCs 在臨床疾病中的作用機制非常重要，而且非常復(fù)雜。本文將對MDSCs 的起源、活化及其在多種神經(jīng)炎性疾病中調(diào)控免疫反應(yīng)的機制作一概述。

1 MDSCs的起源與分群

MDSCs 主要由具有不同免疫應(yīng)答能力的髓系祖細胞和未成熟的髓系細胞（immature myeloid cells，IMCs）形成［9］。在 MDSCs 形成過程中，造血干細胞能夠根據(jù)機體的需要分化為髓系祖細胞和IMCs［10］。正常情況下，骨髓基質(zhì)大概占正常骨髓細胞的20%~30%，其可以遷移到不同的外周器官并迅速分化為相應(yīng)的成熟細胞。然而，在病理條件下，IMCs 則不能分化為成熟細胞。由于長期的病理條件（如慢性炎癥或癌癥），MDSCs 細胞開始活化、增殖和募集［11］。目前，MDSCs主要包含PMN-MDSCs和M-MDSCs 兩種亞群［2，12］。PMN-MDSCs 具有許多中性粒細胞的形態(tài)和表型特征，而M-MDSCs在表型和形態(tài)上與單核細胞相似［13］。它們利用不同的機制發(fā)揮相應(yīng)的免疫抑制功能，PMN-MDSC 主要通過誘導(dǎo)抗原特異性T 細胞耐受發(fā)揮免疫抑制功能；M-MDSC 則與NO、細胞因子產(chǎn)生相互作用，以抗原特異性和非特異性方式對T細胞的反應(yīng)進行近乎全方位的阻斷［14］。

2 MDSCs的活化機制

MDSCs 的活化過程是十分復(fù)雜的，其經(jīng)典激活過程發(fā)生在對強信號的響應(yīng)中，這些信號通常以損傷相關(guān)分子模式（damage associated molecular pat?terns，DAMPs）或病原體相關(guān)分子模式（pathogen-as?sociated molecular patterns，PAMPs）的形式出現(xiàn)，在這一過程中涉及多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子（sig?nal transducers and activators of transcription，STATs）。在MDSCs 活化過程中，激活過程相對是短暫的，刺激停止時激活模式終止，表現(xiàn)為強吞噬和促炎細胞因子的釋放［15-17］。目前，主要用雙信號模型描述該過程。其中一組信號通路主要由腫瘤衍生的生長因子驅(qū)動，涉及諸如 STAT3、IRF8、C/EBPβ、Notch、腺苷受體 A2b 信號傳導(dǎo)和 NLRP3 等因子［18］。而另一組主要是由腫瘤基質(zhì)產(chǎn)生的相關(guān)因子來介導(dǎo)，包括STAT1、STAT6、前列腺素E2（PGE2）和環(huán)氧合酶2（COX2）等因子以及NF-κB 介導(dǎo)的信號通路［19］。其中，抑制STAT3 信號能顯著抑制MDSCs 的增殖；其次，STAT3 參與調(diào)節(jié)MDCSs 的免疫抑制功能。除此之外，MDSCs本身產(chǎn)生的IL-6，能夠促使STAT3磷酸化，從而調(diào)節(jié)MDSCs的免疫抑制功能［20］。

3 神經(jīng)炎性疾病中的MDSCs

近年來，免疫調(diào)節(jié)的概念在神經(jīng)免疫學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的重視［21］。中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）中的免疫調(diào)節(jié)過程非常復(fù)雜。小膠質(zhì)細胞在CNS 的免疫過程中起到一定的主導(dǎo)作用，而當(dāng)其吞噬活性下降時MDSCs 則可以發(fā)揮相應(yīng)的作用［22］。局灶性腦損傷的條件下，一方面，MDSCs 的浸潤可以抑制神經(jīng)元炎癥，并與小膠質(zhì)細胞和其他免疫細胞進行互相作用［23］。另一方面，MDSCs 可促進具有免疫抑制功能的調(diào)節(jié)性T 細胞（regulatory cell，Tregs）增殖，抑制 M1 巨噬細胞發(fā)揮促炎作用［24］。Tregs 能夠抑制 CD4+T 細胞的活化以及相關(guān)效應(yīng)亞群的分化。Th1 與IFN-γ 的產(chǎn)生有關(guān)，同時Th1 型T 細胞在組織損傷中也起一定作用［25］。初始CD4+T 細 胞 最 初 的 激 活 需 要 ICAM-1，ICAM-1 和ICAM-2 介導(dǎo)了 Th1、Th17 細胞在血腦屏障（blood brain barrier，BBB）中的遷移，它們會穿過 BBB 到達CNS 從而誘導(dǎo)相關(guān)神經(jīng)性炎癥［26］。有研究表明，Ly6G+細胞在實驗性自身免疫性腦脊髓炎（experi?mental autoimmune encephalomyelitis，EAE）發(fā)病過程中被募集到CNS，和B細胞相互作用產(chǎn)生GM-CSF和IL-6，并依賴STAT3信號通路分化成PMN-MDSCs。相反，抑制STAT3 信號通路會導(dǎo)致Ly6G+細胞耗竭或Ly6G+細胞功能障礙以及產(chǎn)生GM-CSF 的B 細胞在CNS 中選擇性積累，進而促進小膠質(zhì)細胞功能激活，EAE 難以恢復(fù)［27］。最近的研究表明，在神經(jīng)免疫學(xué)的背景下，MDSCs 不僅是T 細胞強有力的控制者，而且還是免疫損傷后恢復(fù)的重要調(diào)節(jié)因子［28］。通過上述研究發(fā)現(xiàn)，MDSCs 在神經(jīng)炎性相關(guān)疾病中扮演著重要的角色，下面詳細介紹MDSCs 在各種神經(jīng)炎性疾病中的作用機制。

3.1 多發(fā)性硬化與MDSCs 多發(fā)性硬化（multiple sclerosis，MS）是CNS 中一種主要發(fā)生于年輕人中的自身免疫性脫髓鞘疾病，同時還是一種無法治愈的慢性自身免疫性疾病。腦源性T細胞的失衡是該疾病發(fā)病的重要原因，MDSCs 在該疾病中也發(fā)揮重要的免疫調(diào)節(jié)功能［29-31］。研究表明，MDSCs 可能成為多種神經(jīng)免疫性相關(guān)疾病的臨床診治靶點，包括MS［28］。神經(jīng)學(xué)家提出的“由內(nèi)而外”的模型指出：MS是一種原發(fā)性退行性疾病，具有繼發(fā)性宿主異常的炎癥反應(yīng)［32］。EAE 是研究 MS 最常用的動物模型，該模型中有多種細胞因子參與。MDSCs 具有誘導(dǎo)T 細胞凋亡的作用，對EAE 模型中多種細胞因子具有調(diào)節(jié)作用［33］。此外，CANTONI 等［34］也證明了骨髓衍生細胞在MS 及EAE 模型的重要作用，MDSCs可以抑制EAE 中的T 細胞活性，從而起免疫抑制的作用。有研究證明，在MS 患者腦脊液中CD138+B細胞數(shù)量與PMN-MDSCs 數(shù)量呈負相關(guān)，EAE 模型中細胞因子和趨化因子能夠促進Th1 和Th17 產(chǎn)生多種細胞因子，同時促使免疫相關(guān)細胞向CNS 募集［27］。促炎T淋巴細胞亞群，如Th1和Th17細胞，在MS發(fā)生、發(fā)展和組織損傷的免疫級聯(lián)反應(yīng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。此外，DCs、MDSCs、γδT 和 NK 等免疫相關(guān)細胞在一定條件下調(diào)節(jié)了CNS 的自身免疫反應(yīng)。在整個免疫調(diào)節(jié)過程中，MDSCs 通過NO誘導(dǎo)T細胞凋亡從而發(fā)揮免疫抑制功能［35］。綜上所述，在MS 條件下，MDSCs 可以迅速被激活并增殖，通過產(chǎn)生IL-6、NO 等輔助因子表現(xiàn)出強烈的免疫抑制功能。MDSCs 不僅會以細胞接觸的方式抑制CD4+T 細胞增殖而且分泌相關(guān)炎性細胞因子，這些過程主要由Arg-1 介導(dǎo)，從而最終對MS 起到保護的作用［34-38］。

3.2 膠質(zhì)母細胞瘤與MDSCs 膠質(zhì)母細胞瘤（glio?blastoma，GBM）占所有神經(jīng)膠質(zhì)瘤比例約為56%，在人群中它的發(fā)病率比較高，而且侵襲性也很強［39］。在GBM 患者體內(nèi)，特別是腫瘤中有大量的免疫細胞，其中MDSCs 占的比例極大，它們在促進腫瘤的生長、腫瘤細胞的存活、遷移和機體的免疫抑制中扮演著極其重要的角色［40］。有研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)神經(jīng)膠質(zhì)瘤患者（包括多形性膠質(zhì)母細胞瘤）血液和腫瘤組織中同時存在MDSCs 的兩個亞群。這充分說明神經(jīng)膠質(zhì)瘤微環(huán)境可能有助于MDSCs 免疫抑制功能的發(fā)揮［41-42］。MDSCs 與神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞相互作用能夠?qū)е掠行У目鼓[瘤免疫反應(yīng)受到抑制。研究還發(fā)現(xiàn)，MDSCs 促進神經(jīng)膠質(zhì)瘤的生長、侵襲和血管生成以及 Tregs 細胞的增殖［43］。ALBAN 等［44］利用流式細胞術(shù)分析了259例從良性到惡性的原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性腦瘤患者，結(jié)果顯示GBM 患者外周血中MDSCs 顯著升高，而具有免疫抑制功能的Tregs 無明顯升高，復(fù)發(fā)GBM 患者體內(nèi)MDSCs 水平的也明顯升高。這一結(jié)果表明，MDSCs的數(shù)量可能與GBM病的不良預(yù)后關(guān)系密切。還有研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞表達許多與MDSCs 增殖相關(guān)的因子（IL-6、IL-10、VEGF、PGE-2、GM-CSF 和 TGF-β2），相反地，將膠質(zhì)瘤細胞中趨化因子CCL2 信號傳導(dǎo)通路阻斷則會減少MDSCs 的募集［45］。GIELEN 等［46］通過對實驗數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：GBM 患者體內(nèi)的M-MDSCs 胞內(nèi)S100A8/9水平較健康對照組（HCs）有一定水平的升高，這與血液和腫瘤組織中精氨酸酶活性升高有關(guān)。血液和腫瘤組織中的PMN-MDSCs 胞內(nèi)精氨酸酶含量也有顯著升高，血液中的PMN-MDSCs 在體外具有強烈的抑制T 細胞的功能。這說明在GBM中PMN-MDSCs 是通過抑制T 細胞來發(fā)揮免疫抑制功能。有關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，在惡性GBM 中小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞（glioma-associated microglia/macrophages，GAMs）和MDSCs 的比例較高，這與患者生存期呈負相關(guān)。GAMs 和MDSCs 都有將Tregs 募集到腫瘤的能力，Tregs 的存在可能進一步導(dǎo)致GBM 更加惡化［47］。以上研究結(jié)果顯示 MDSCs 對 GBM 的發(fā)展起促進作用，整個過程中多種抑制CD4+T 細胞、CD8+T細胞活化的細胞因子和趨化因子參與反應(yīng)，而且MDSCs與GBM患者的不良預(yù)后息息相關(guān)。

3.3 葡萄膜炎與MDSCs 葡萄膜炎是一種自身免疫性疾病，以眼內(nèi)炎癥為特征，包括侵犯鄰近眼內(nèi)結(jié)構(gòu)，如視網(wǎng)膜、玻璃體和視神經(jīng)，是造成失明的一個重要原因［48-49］。實驗性自身免疫性葡萄膜視網(wǎng)膜炎（experimental autoimmune uveoretinitis，EAU）是一種比較常見的用來研究人類眼內(nèi)炎癥性疾病的實驗室動物模型［50］。JEONG 等［51］證明人的 HLADR?CD11b+CD33+CD14+MDSCs 和小鼠的 CD11b+Ly6 G?Ly6C+MDSCs在EAU 消退期和消退期前后顯著增加。從EAU 模型中分離得到的CD11b+Ly6C+單核細胞，在培養(yǎng)的過程中可以抑制T細胞的增殖，將該種單核細胞過繼轉(zhuǎn)移治療EAU 可緩解其癥狀。單核MDSCs 是介導(dǎo) EAU 消退的關(guān)鍵調(diào)節(jié)細胞。TU 等［52］研究發(fā)現(xiàn)可能還存在另外一種控制視網(wǎng)膜免疫反應(yīng)的機制，即視網(wǎng)膜色素上皮（retinal pigment epi?thelial，RPE）誘導(dǎo)MDSCs 分化機制。在這一誘導(dǎo)過程中，IL-6起關(guān)鍵作用。從上述研究來看，MDSCs被募集到炎癥部位來抑制自身免疫反應(yīng)，從而對EAU的發(fā)展起到一定的保護作用［53］?？傮w來說，目前雖然有研究證明MDSCs 對葡萄膜炎具有重要的保護作用，但對于葡萄膜炎中涉及的MDSCs 具體作用機制并未十分明確，還需要學(xué)者們進一步去探索。

4 小結(jié)與展望

MDSCs 具有多種免疫抑制功能，這對于臨床疾病尤其是一些神經(jīng)炎性疾病來說是一個可以值得深入研究的方向。MDSCs 參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病的機制主要包含兩個部分，其一，MDSCs 能夠誘導(dǎo)T 細胞凋亡，抑制炎癥的發(fā)展；其二，其能夠和B 細胞相互作用從而發(fā)揮免疫抑制功能。當(dāng)然，這兩個過程都離不開多種細胞因子的參與和調(diào)控。本綜述提供了較為詳細的概述，總結(jié)了MDSCs 的起源分化與活化增殖的機制，就MS、膠質(zhì)母細胞瘤、葡萄膜炎等多種神經(jīng)炎性疾病與MDSCs 之間的相互作用進行了總結(jié)，期望能給以上多種疾病提供預(yù)防和治療的理論基礎(chǔ)。或許在不久的將來，隨著研究的深入，抑制髓系細胞的分化、控制MDSCs 的增殖與擴張將成為包括腫瘤在內(nèi)的多種相關(guān)臨床疾病的治療方向。