乳腺癌中MDSCs的扩增和募集及相关临床应用

李嘉涛，陈佳能，刘 珣，刘 伟

在全球绝大多数国家中，乳腺癌的发病率和死亡率均居女性癌症发病率和死亡率的首位。2018年，全球新增女性乳腺癌患者208.9万例，死亡62.7万例，分别占女性全部癌症发病和死亡的24.2%和15.0%。近年来，我国乳腺癌的发病率逐年上升,且年轻化趋势显著。乳腺癌转移是一个复杂的、多步骤的生物过程,涉及大量的基因和生物分子。在乳腺癌组织中，常聚集有大量的髓源性抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells，MDSCs)。MDSCs被认为是肿瘤微环境中重要的免疫抑制因素之一，对乳腺癌的转移起到了重要作用，是许多肿瘤免疫治疗的障碍之一。作者对近年来发现的乳腺癌影响MDSCs扩增或募集的机制以及其相关临床应用作一综述。

1 MDSCs的来源和表型

在生理条件下，骨髓来源的未成熟髓细胞(immature myeloid cells,IMCs)分化为粒细胞、巨噬细胞和树突状细胞。在慢性炎症或肿瘤环境下，IMCs的分化过程受损，而外周血中成熟的髓细胞数量减少会诱导更强的骨髓增生，并在细胞完成分化过程之前增加细胞迁移。IMCs可以在骨髓中分化为MDSCs，也可以被分泌到血液循环中，在脾脏或外周炎症组织中被激活，导致具有强大免疫抑制功能的骨髓细胞的积累。由于它们的免疫抑制功能和骨髓来源，这种异质细胞群被称为MDSCs[1-2]。对人类MDSCs的定义较少,通常将表型为Lin-/LoCD33+CD11b+HLA-DR-的细胞定义为MDSCs。在小鼠肿瘤组织中，MDSCs可以被分成2类，一类是粒细胞性的MDSCs(G-MDSCs)，其表型为CD11b+Ly6G+Ly6CLo；一类是单核细胞性的MDSCs(M-MDSCs)，其表型为CD11b+Ly6G-Ly6Chi。同时，也有人将表型为CD11b+Gr1hi的细胞定义为G-MDSCs，将表型为CD11b+Gr1int的细胞定义为M-MDSCs[3]。

2 肿瘤微环境中MDSCs的产生和募集

2.1 MDSCs通过分解骨桥蛋白(osteopontin,OPN)促进自身生成 有研究[4]揭示了转录因子CCAAT增强子结合蛋白α(CCAAT/enhancer-binding protein α，C/EBPα)在MDSCs促进肿瘤血管生成和免疫抑制特性中的负面作用。肿瘤环境下的MDSCs表达C/EBPα减少,导致血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)和基质金属蛋白酶9(matrix metalloproteinase 9,MMP-9)表达升高，促进血管生成。因此,剔除骨髓细胞的C/EBPα会导致肿瘤表型恶化[4]。OPN作为一种细胞外基质蛋白，已被证明在调节对肿瘤的免疫反应中发挥重要作用。MMP-9可以将OPN分裂成片段，包括32 kDa片段。体外和体内功能实验证实，OPN 32 kDa片段在肺癌模型中促进MDSCs的生成，这可能有助于肿瘤逃避免疫反应[5]。

2.2 高迁移率族蛋白1(high mobility group box 1,HMGB1)促进MDSCs产生 有研究[6]证明，HMGB1普遍存在于体内的肿瘤微环境中,多种肿瘤微环境内细胞群(如肿瘤细胞、巨噬细胞、MDSCs等)能产生HMGB1。HMGB1从氨基端到羧基端的结构依次为A box，B box和受体结合模体，其中B box是发挥炎症的功能区域。HMGB1不仅能通过诱导白细胞分泌IL-1β，IL-6和TNF-α等因子促进MDSCs的积累，还能与IL-1β形成复合物，发挥更强的活性。另外，还有一种新发现的由肿瘤细胞分泌的HMGB1在Asn37位点被n-糖基化，而后它通过p38/NF-κB/Erk1/2途径促进骨髓祖细胞向M-MDSCs分化。用抗HMGB1 B box的单克隆抗体对HMGB1进行封锁，明显减少了MDSCs在肿瘤小鼠体内的积累，并延缓了肿瘤的生长和发育。HMGB1的作用机制已经在乳腺癌中得到证实[7]。

2.3 环氧化酶2(cyclooxygenase,COX-2)/前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)正反馈环的建立利于MDSCs的扩增 COX-2是环氧化酶同工酶之一，可在多种细胞中对细胞因子、丝裂原和内毒素作出反应而被激活。COX-2是调节PGE2产生的关键因子，然而，在COX-2与PGE2之间存在正反馈回路，PGE2的积累会在一定条件下诱导COX-2的表达增多[8]，从而使PGE2的水平进一步增高。COX-2/PGE2正反馈环的建立是CD1a+DCs重定向发育为CD14+、CD33+、CD34+M-MDSCs的充分必要因素，这种机制在肿瘤微环境中被用于促进MDSCs的局部扩增。PGE2直接靶向MDSCs表面的受体EP2/EP4，刺激MDSCs的扩增和募集，以上作用可以激活PKA信号，从而触发miR-10a的产生。Rong等[9]的研究发现miR-10a可以激活AMPK信号，促进MDSCs的扩增和活化。

2.4 集落刺激因子(colony stimulating factor，CSF)促进MDSCs的扩增 调节正常骨髓生成的因子也可以促进MDSCs的扩增，如GM-CSF、G-CSF和M-CSF。GM-CSF是Gr-1int/lowMDSCs的主要驱动因子，而G-CSF则优先诱导免疫抑制活性较差的Gr-1high细胞。G-CSF在乳腺癌内的生成可以依赖于3种途径；GM-CSF在乳腺癌内的生成可以依赖于糖酵解和SNAIL1蛋白等途径。

2.5 STAT3的激活对MDSCs扩增、分化的调控 STAT家族是一个DNA结合蛋白家族，调控大量的细胞过程。在人类乳腺癌细胞和包括MDSCs在内的许多肿瘤浸润的免疫细胞中均发生了STAT3的活化[10]。STAT3的激活可以调控MDSCs的增殖、分化及其免疫抑制作用，有利于肿瘤的免疫逃逸[3]。许多驱动MDSCs生成的肿瘤来源因子如IL-6、IL-1β、TNF-α、TGF-β和VEGF等能够激活STAT3信号通路，并且在肿瘤细胞条件培养基中培养的骨髓细胞能以STAT3依赖的方式触发MDSCs的扩增[10]，从而可以认为STAT3参与了骨髓祖细胞向MDSCs的分化过程。

2.6 趋化因子在募集MDSCs中的作用 肿瘤微环境中募集MDSCs的趋化因子主要分为2类，一类是CXC趋化因子，一类是CC趋化因子。CXCL5/CXCR2和CXCL12/CXCR4信号通路参与了乳腺肿瘤小鼠模型中M-MDSCs的募集,而G-MDSCs的募集主要依赖于CXCL8/CXCR1和CXCL8/CXCR2信号通路[11]。在肿瘤微环境中CXC趋化因子浓度梯度的影响下，表达相应受体的MDSCs可以被募集到肿瘤中。

2.7 其他细胞因子对MDSCs的作用 许多肿瘤来源的其他细胞因子也可以对MDSCs的扩增、分化、募集或活性产生影响，主要包括IL-1β、IL-6、TNF-α和TGF-β：①IL-1β对MDSCs的募集有双向影响，过低或过高浓度的IL-1β均会减少MDSCs的募集[12]。适宜浓度的IL-1β可以通过调节COX-2合成前列腺素，促进MDSCs的募集[13]。②来源于乳腺癌细胞的IL-6可以通过活化MDSCs中的STAT3上调吲哚胺2,3-双加氧酶(indoleamine 2,3-dioxygenase，IDO)的表达。同时，乳腺癌本身也存在IDO的高水平表达。因此，肿瘤和MDSCs表达的IDO共同促进了CD11b+Gr1intM-MDSCs的扩增，且这一作用依赖于调节性T细胞(regulatory cells,Tregs)[14]。③跨膜肿瘤坏死因子α(transmembrane tumor necrosis factor-α，tmTNF-α)在乳腺癌等肿瘤中高水平表达。最近的研究发现[15]，tmTNF-α与MDSCs表达的TNFR2受体结合后，通过NF-κB和p38 MAPK通路诱导CXCR4在MDSCs中表达，促进肿瘤组织中MDSCs的募集。同时，募集的MDSCs可在GM-CSF的诱导下自分泌TNF-α而促进其自身表达一氧化氮合酶2，增强它们抑制T细胞的能力。④研究发现[16],肿瘤细胞释放的外泌体富含TGF-β。在4T1BALB/c小鼠中TGF-β1可以通过诱导MDSCs中的miRNA-494的表达增加使PTEN的表达减小。

3 MDSCs有助于乳腺癌细胞的免疫逃逸

MDSCs具有强大的免疫抑制作用，能促进肿瘤细胞免疫逃逸。主要机制包括：①抑制T细胞功能。MDSCs消耗精氨酸、色氨酸[17]、半胱氨酸等氨基酸而阻碍T细胞的增殖。氨基酸耗竭产生的代谢产物会导致T细胞受体结构和功能受损[18]。②产生NO、活性氧(reactive oxygen species，ROS)。MDSCs分解精氨酸产生的NO能够损伤DNA并抑制蛋白质的合成。同时，MDSCs产生的ROS与NO相互作用，产生过氧亚硝酸盐而导致CD8+T细胞功能受损。③诱导其他免疫抑制细胞产生。MDSCs中色氨酸的消耗激活T细胞表面的蛋白激酶GCN2，从而诱导未成熟的CD4+T细胞分化成Tregs。另外，缺氧环境下MDSCs中STAT3的活性下调会促进M-MDSCs向肿瘤相关巨噬细胞分化[19]。④抑制淋巴细胞归巢。HMGB1能促进MDSCs表达解聚素金属蛋白酶17，使T细胞L-选择素的表达下调，从而抑制CD8+T细胞归巢。

4 临床应用

4.1 CSF通路临床应用 乳腺癌可以分泌G-CSF，使自身长期暴露于高水平的G-CSF，提高自身转移率。基于此，药物BMP4可以通过抑制肿瘤细胞中NF-κB的活性使G-CSF分泌减少，导致MDSCs的数量和活性下降。因而，临床上可以通过使用BMP4或激活BMP4信号通路来治疗有转移性风险的乳腺癌患者[20]。然而，临床癌症治疗中也广泛应用G-CSF，因为适宜浓度的G-CSF可以大大降低化疗导致的中性粒细胞减少症的发生率。因此，在治疗的不同情形下合理地应用G-CSF和G-CSF通路抑制剂，可以提高乳腺癌的治愈成功率。

接种自体肿瘤细胞疫苗(autologous tumor cell vaccines，ATCVs)是一种安全的潜在治疗策略，可以以个性化和患者特异性的方式预防乳腺癌在肿瘤切除后的复发。然而，乳腺癌分泌的G-CSF有可能会降低乳腺癌ATCVs的疗效。Ravindranathan等[21]的研究发现应用G-CSF通路抑制剂或G-CSF基因消融可以增强乳腺癌细胞疫苗的免疫原性，可能有利于发挥ATCVs的全部潜力。

CSF1R抑制剂(如Ki20227、PLX3397、GW2580、BLZ945等)已显示出削弱肿瘤相关巨噬细胞的强大能力，然而，它们并没有在小鼠身上产生抗肿瘤作用，而且在几项临床试验中均未获成功。Kumar等[22]的研究发现肿瘤细胞产生的CSF1能抑制癌相关成纤维细胞产生粒细胞趋化因子(在小鼠肿瘤模型中为CXCL1，在人类肿瘤中为CXCL8)，从而限制了粒细胞的募集。CSF1R抑制剂逆转了这一效应，并导致大量促肿瘤的M-MDSCs的积累。因此，CSF1R抑制剂(PLX3397等)与CXCR2抑制剂(SB225002等)联合使用可削弱肿瘤相关巨噬细胞，并抑制M-MDSCs募集，显著降低肿瘤生长。此外，如果加入PD-1抗体，可阻断肿瘤生长。

4.2 STAT3抑制剂相关药物 STAT3抑制剂对于乳腺癌治疗具有重大意义。除小分子药物和肽类、拟肽类之外，还有研究发现许多天然产物可以作为STAT3抑制剂并对乳腺癌的治疗有积极意义。姜黄素类[23]，黄酮类的水飞蓟素[24]，二萜类的丹参酮类[25]，五味子素B[26]等均可以通过抑制STAT3磷酸化或阻断STAT3信号传导达到抑制肿瘤生长的目的。虽然目前临床上还没有使用STAT3抑制剂来治疗肿瘤，但许多STAT3抑制剂在体外已经被证明可以提高治疗药物的疗效，所以STAT3抑制剂可能是一种有前途的肿瘤化疗增敏剂[24]。

4.3 趋化因子通路临床应用 使用CXCR1/2拮抗剂reparixin可以干扰CXCL8-CXCR1/2通路，这提示了一种潜在的癌症免疫治疗方法。在具有免疫能力的荷瘤小鼠中，reparixin可以减少G-MDSCs的数量[27]。Dachshund 1 (DACH1)可以通过与CXCL8启动子的AP-1和NF-κB结合位点结合，抑制CXCL8诱导的乳腺癌细胞转移[28]，显示出潜在的肿瘤抑制能力。缺乏CCL5刺激的骨髓细胞，细胞表型发生改变，MDSCs免疫抑制特性降低。因此，Ban等[29]提出以骨髓自分泌CCL5-CCR5轴为靶点，使用纳米颗粒使CCL5基因表达沉默，联合使用CCR5抑制剂Maraviroc，可减弱MDSCs免疫抑制功能，增强抗肿瘤免疫。芹黄素，作为一种抗炎物质，在最近的研究中[30]被证明能够抑制乳腺癌TNF-α介导的信号通路,控制释放CCL2,从而减少MDSCs在乳腺癌中的浸润，然而目前无相关的人类临床试验。至于芹黄素是否可以让癌症患者得到长期的缓解，有待进一步的研究。

5 展望

乳腺癌可以通过多种途径对MDSCs的扩增和募集产生促进作用。MDSCs具有强大的免疫抑制功能，因此，大量浸润的MDSCs常常与乳腺癌预后不良有关。除了CSF、趋化因子和COX-2/PGE2等经典途径外，OPN、HMGB1等新兴的通路最近接连被发现，但其机制尚未被完全揭示，未来可能成为研究的热点。目前，针对相关通路潜在的治疗方法已经被提出，但大多数并未应用于临床。随着各种机制被不断揭示和新药物的开发，未来采用多种通路靶向药物的联合应用来改善乳腺癌的预后，必定是一种有价值、有前景的治疗方法。