從免疫代謝途徑探討骨髓來源抑制細(xì)胞影響慢性腸炎癌變的效應(yīng)機(jī)制

何善泉 陳 雪 李衛(wèi)東

1.中國中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院腫瘤科，北京 100053；2.中國中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院科研處，北京 100053

結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC）是常見癌癥，主要包括遺傳性、散發(fā)性和結(jié)腸炎相關(guān)癌變（colitis associated carcinogenesis，CAC）[1]。潰瘍性結(jié)腸炎患者發(fā)生腸癌的風(fēng)險(xiǎn)較正常人高10 倍[2-3]。發(fā)生癌變的風(fēng)險(xiǎn)與有關(guān)炎性疾病的持續(xù)時(shí)間、嚴(yán)重程度高度相關(guān)[4]。雖然從腸炎到腸癌轉(zhuǎn)變的潛在機(jī)制難以捉摸，但是一系列由免疫和非免疫細(xì)胞分泌的促炎因子在腸道腫瘤的形成過程中發(fā)揮了重要作用[5-7]。

長期無法解決的慢性炎癥會影響局部和全身免疫，從而促進(jìn)免疫抑制性腫瘤微環(huán)境的形成并支持腫瘤的進(jìn)展，炎癥在擴(kuò)展及招募骨髓源性抑制細(xì)胞（myeloid-derivedsuppressor cell，MDSC）進(jìn)入腫瘤和炎癥性組織中起關(guān)鍵作用[8]。

MDSC 是腫瘤免疫微環(huán)境中主要的抑制性免疫細(xì)胞，在腫瘤發(fā)生過程中激活、擴(kuò)增、動員并遷移至腫瘤區(qū)域與淋巴組織，從而促進(jìn)腫瘤血管形成并破壞主要免疫監(jiān)視機(jī)制，使腫瘤細(xì)胞得以從免疫監(jiān)視中逃脫，最終促進(jìn)腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移。基于MDSC 在慢性腸炎癌變中的重要地位，探明如何調(diào)控MDSC 抑制慢性腸炎癌變具有重要臨床價(jià)值。

1 免疫反應(yīng)參與慢性腸炎癌變的全過程

慢性結(jié)腸炎由最初的傷害或接觸腸道菌群誘發(fā)，持續(xù)的炎癥會引發(fā)突變啟動癌變進(jìn)程。CAC 常見的病理變化涉及各種類型的免疫細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞的募集與失調(diào)。持續(xù)的免疫細(xì)胞和細(xì)胞因子的存在可能會將環(huán)境由炎癥向高度耐受的微環(huán)境轉(zhuǎn)變，這會進(jìn)一步影響宿主的免疫監(jiān)視和保護(hù)性免疫，從而促進(jìn)腫瘤進(jìn)展[9-10]。

骨髓源性細(xì)胞和淋巴細(xì)胞在發(fā)炎腸道組織內(nèi)的大量浸潤是腸道炎性疾病的主要病理特征。樹突狀細(xì)胞（dendritic cells，DC）和巨噬細(xì)胞識別入侵微生物并調(diào)控促炎淋巴細(xì)胞的分化，例如T 輔助細(xì)胞1（T helper cell 1，Th1）、Th17、先天性淋巴樣細(xì)胞（innate lymphoid cells，ILC）和白細(xì)胞介素-17（interleukin-17，IL-17）+γδT 細(xì)胞。淋巴細(xì)胞進(jìn)一步募集骨髓細(xì)胞進(jìn)入局部腸道組織。這些骨髓細(xì)胞在促進(jìn)炎性腸?。╥nflammation bowl disease，IBD）轉(zhuǎn)化為CAC 中起著重要的作用[11]。

適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的各種細(xì)胞與CAC 的發(fā)病機(jī)制有關(guān)。CD4+效應(yīng)T 細(xì)胞產(chǎn)生促炎性腫瘤的發(fā)生微環(huán)境；IL-6 在腫瘤啟動和進(jìn)展中均起著核心作用。因此，針對性的治療策略抗CD4+效應(yīng)T 細(xì)胞或它們的細(xì)胞因子不僅可以減輕腸道炎癥，還可減輕患者CRC的風(fēng)險(xiǎn)[12-13]。

2 MDSC 引起的免疫抑制是影響慢性腸炎癌變的關(guān)鍵機(jī)制

MDSC 是免疫性抑制微環(huán)境核心成分。MDSC 的聚集被認(rèn)為是關(guān)聯(lián)炎癥與癌癥的重要因素[14-16]。MDSC可以有效抑制抗腫瘤免疫，主要是通過抑制T 細(xì)胞介導(dǎo)的反應(yīng)[17]、阻止自然殺傷細(xì)胞（natural killer cell，NK）激活[18]、限制DC 成熟、誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞（regulatory-T-cells，Treg）生成[19]等來實(shí)現(xiàn)。

腸道表皮細(xì)胞衍生和激活的免疫細(xì)胞因子和腸道菌群來源因子導(dǎo)致腸道中MDSC 的募集和激活[20-21]。激活的MDSC 會抑制DC 的抗原吸收和遞呈及隨后的CD4+T 細(xì)胞的增殖和活化，導(dǎo)致細(xì)菌滲透的部位病菌清除不充分，引起持續(xù)的炎癥刺激[22-23]。

同時(shí)，MDSC 衍生活性氧（reactive oxygen species，ROS）是IEC 損壞的主要誘因。MDSC 表達(dá)高水平的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶，進(jìn)而導(dǎo)致ROS表達(dá)增加[24]。ROS 的長期暴露促進(jìn)DNA 損傷和IEC中的染色體不穩(wěn)定性進(jìn)而促進(jìn)癌變。氧化應(yīng)激增加導(dǎo)致p53 突變，該突變可引發(fā)腸道表皮細(xì)胞中的不典型增生[25]。DNA 的遺傳和表觀遺傳變化在非典型晚期進(jìn)一步導(dǎo)致癌癥增生。

MDSC 聚集與癌前期狀態(tài)、癌癥分期、腫瘤負(fù)擔(dān)和CRC 患者的生存密切相關(guān)[26-27]。其抑制特性歸因于誘導(dǎo)型一氧化氮合酶和精氨酸酶-1，它們都參與了精氨酸的代謝。Chun 等[28]研究表明：趨化因子CCL2通過誘導(dǎo)型一氧化氮合酶和轉(zhuǎn)錄激活因子3 依賴性的ROS 產(chǎn)生來募集單核MDSC 和多態(tài)核-MDSC，進(jìn)而抑制效應(yīng)T 細(xì)胞功能，從而促進(jìn)結(jié)腸炎相關(guān)癌變的發(fā)生；敲除CCL2 則阻止了結(jié)腸炎相關(guān)癌變的發(fā)展和腫瘤周圍MDSC 的聚集。招募MDSC 進(jìn)入炎性狀態(tài)下的結(jié)腸黏膜和腫瘤需要CXC 趨化因子受體2 參與；而且由慢性炎癥募集的MDSC 通過抑制CD8+T 細(xì)胞毒性，有助于結(jié)腸炎相關(guān)腫瘤的形成和進(jìn)展。對于接受結(jié)腸炎相關(guān)癌變的CSF2-/-小鼠模型而言，MDSC聚集嚴(yán)重受損；而當(dāng)補(bǔ)充來自帶有結(jié)腸炎相關(guān)癌變的野生型小鼠MDSC 入CSF2-/-小鼠則導(dǎo)致結(jié)腸炎癌變的復(fù)發(fā)，這一結(jié)果提示，粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子在結(jié)腸炎相關(guān)癌變發(fā)病機(jī)制中起關(guān)鍵作用，并且與其對MDSC 的調(diào)控相關(guān)[29]。

3 線粒體能量代謝參與調(diào)控慢性腸炎癌變并影響MDSC 的功能

線粒體是動態(tài)細(xì)胞器，易響應(yīng)環(huán)境刺激和細(xì)胞能源需求。線粒體改變與癌變的多個(gè)階段相關(guān)，包括致癌的轉(zhuǎn)化，腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移。研究表明，在結(jié)腸炎小鼠模型和IBD 患者體內(nèi)，IL-10 缺乏導(dǎo)致受損線粒體的積累和失調(diào)，NOD 樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3（NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3，NLRP3）的失控激活[30-31]。在細(xì)菌感染期間，免疫細(xì)胞激活，細(xì)胞分化和極化依賴于代謝重編程。中性粒細(xì)胞、DC 和CD4+T 細(xì)胞發(fā)生代謝轉(zhuǎn)移，從氧化磷酸化到糖酵解[32]。線粒體代謝的轉(zhuǎn)變在記憶T 細(xì)胞靜止中和細(xì)菌感染過程中的激活反應(yīng)起核心作用。刺激B 淋巴細(xì)胞誘導(dǎo)糖酵解和氧化磷酸化促進(jìn)IgG 或IgA 抗體生產(chǎn)[33]。細(xì)胞代謝的改變是其惡性轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，mtDNA 突變在潰瘍性結(jié)腸炎癌前狀態(tài)下很常見，但在癌癥中為陰性，提示功能性線粒體是潰瘍性結(jié)腸炎惡性轉(zhuǎn)化中所必需的[34]。研究表明，在結(jié)腸炎發(fā)展為癌癥的過程中低氧在介導(dǎo)早期線粒體中起重要作用。缺氧在炎癥和癌癥中同時(shí)存在，并且有類似的代謝重編程途徑影響這兩種機(jī)制。缺氧誘導(dǎo)因子-1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）是低氧狀態(tài)下的關(guān)鍵調(diào)控因子，參與減少腸道炎癥，研究提示HIF-1α 能消除結(jié)腸上皮中線粒體代謝物D-2-羥基戊二酸的合成，從而預(yù)防結(jié)腸炎相關(guān)癌癥[35]。

4 AMPK/核轉(zhuǎn)錄因子-κB（nuclear transcription factor-κB，NF-κB）/HIF-1α 代謝途徑是影響MDSC 功能的核心通路

炎癥時(shí)活化的免疫細(xì)胞及腫瘤細(xì)胞在快速增殖時(shí)傾向于用需氧糖酵解取代氧化代謝來滿足其高能耗對ATP 的高需求，快速利用葡萄糖并產(chǎn)生乳酸，即Warburg 效應(yīng)，這一代謝應(yīng)激過程抑制了ATP 分解代謝生成并激活A(yù)MPK。這種不同于正常細(xì)胞的代謝特征也許是慢性結(jié)腸炎相關(guān)癌變的新型早期診斷生物標(biāo)志。此外，需氧糖酵解和乳酸產(chǎn)生HIF-1α 參與MDSC 調(diào)控。AMPK 不僅在調(diào)節(jié)組織能量代謝中起著至關(guān)重要的作用，還可以通過與免疫信號通路合作來控制免疫反應(yīng)，影響免疫代謝和免疫細(xì)胞功能。

AMPK 激活可以通過抑制兩種主要免疫功能信號傳導(dǎo)途徑抑制炎癥反應(yīng)，即NF-κB 和STAT 途徑。而相同的信號通路同樣控制著MDSC 的擴(kuò)增和激活。在巨噬細(xì)胞中AMPK 激活促進(jìn)了極化M1 促炎巨噬細(xì)胞對M2 抗炎的影響表型。此外，AMPK 激活可調(diào)節(jié)抗炎細(xì)胞因子的信號傳導(dǎo)，例如參與IL-10 抑制脂多糖誘導(dǎo)的促炎性細(xì)胞因子生成[36]。AMPKα1 缺陷的巨噬細(xì)胞和樹突狀表現(xiàn)出高度炎癥的功能和抗原提呈有利于促進(jìn)Th1 和Th17 細(xì)胞反應(yīng)能力的增強(qiáng)。巨噬細(xì)胞和從AMPKα1 缺陷小鼠產(chǎn)生的DC 會有更高水平促炎性細(xì)胞因子的生產(chǎn)，而抗炎細(xì)胞因子IL-10減少[37]。由于AMPK 在這些代謝過程中的重要調(diào)節(jié)作用，AMPK 激活藥物可能作為抗炎劑[38]。腸癌發(fā)生發(fā)展與炎癥和代謝密切關(guān)聯(lián)，這提示AMPK 的活化可能對于腸癌的防治非常有用。AMPK 激活劑可抑制MDSC功能并在許多癌癥中顯示抗腫瘤活性?；罨腁MPK通過5-氨基咪唑-4-甲酰胺-核糖核苷或苯乙雙胍導(dǎo)致腸癌細(xì)胞凋亡[39]。

AMPK 信號還可與其他幾種信號通路合作控制能量代謝和免疫過程。AMPK 信號傳導(dǎo)能夠通過抑制主要免疫信號通路如NF-κB、C/EBPβ、CHOP 和HIF-1α 途徑刺激免疫抑制MDSC 功能。Noman 等[40]研究發(fā)現(xiàn)HIF-1α 可以使PD-L1 表達(dá)增加，阻斷缺氧下的PD-L1 途徑可增強(qiáng)MDSC 介導(dǎo)的T 細(xì)胞活化，并伴有MDSC 中IL-6 和IL-10 的降低。低氧/HIF-1α 信號可通過增強(qiáng)MDXC 中免疫抑制因子的表達(dá)來誘導(dǎo)免疫抑制。

基于以上分析我們不難看出，以AMPK 為核心的代謝途徑不僅參與NF-κB、HIF-1α 調(diào)控，還影響其對MDSC 相關(guān)免疫抑制細(xì)胞的調(diào)控。因此，系統(tǒng)探明以AMPK/NF-κB/HIF-1α 代謝相關(guān)信號途徑如何調(diào)控影響MDSC 免疫抑制微環(huán)境進(jìn)而影響腸炎癌變具有重要意義。

5 小結(jié)

從IBD 最初的接觸免疫到CAC 涉及的免疫與基質(zhì)細(xì)胞的募集形成免疫抑制性腫瘤微環(huán)境，免疫反應(yīng)參與了慢性腸炎癌變的全過程。而MDSC 在IBD 浸潤后通過抑制T 細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)、阻止自然殺傷細(xì)胞激活、限制DC 成熟、調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞生成等方式形成免疫抑制，使得腫瘤細(xì)胞逃避免疫監(jiān)視，促進(jìn)CAC 形成。炎性環(huán)境下，缺氧狀態(tài)及異常的線粒體代謝激活A(yù)MPK 能量代謝相關(guān)通路，并通過NF-κB等途徑參與免疫調(diào)控，同時(shí)炎性代謝產(chǎn)生的低氧微環(huán)境刺激HIF 表達(dá)，共同影響調(diào)控CAC 中MDSC 形成免疫抑制微環(huán)境。

通過以上分析，不難看出MDSC 的調(diào)控主要與炎性微環(huán)境募集有關(guān)，同時(shí)，炎性微環(huán)境中存在能量代謝異常，而激活A(yù)MPK 能量代謝相關(guān)通路，可以顯著抑制MDSC 的功能[41]，這也提示MDSC 與能量代謝關(guān)聯(lián)，這些對于慢性腸炎癌變來說都是關(guān)鍵效應(yīng)機(jī)制，而靶向MDSC 調(diào)控可以顯著減緩慢性腸炎癌變進(jìn)程。

考慮到MDSC 對癌細(xì)胞的作用，靶向粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子或使用合適的抑制劑阻斷MDSC生成和/或招募可能是新的臨床CAC 治療方案。