髓源性抑制细胞在肿瘤发生发展中的作用*

王茜 李雁

1 MDSC概述

1.1 MDSC命名及来源

髓源性抑制细胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）是一群来自骨髓的异质性细胞，包括不成熟髓系祖细胞及巨噬细胞（macrophage，MФ）、树突状细胞（dendritic cells，DCs）和粒细胞的前体细胞，是一个高度多样化的群体。慢性感染、炎症或肿瘤等持续低强度刺激，诱导MDSCs生成，其主要功能是抑制各种类型的免疫反应［1］。为了统一对上述细胞的不同描述，基于细胞髓系起源和其免疫抑制活性，将其命名为MDSCs［2］。

MDSCs 包括髓系祖细胞和未成熟的髓细胞。正常情况下，未成熟的髓系细胞可以迅速分化为成熟的粒细胞、DCs 和MФ，再进入相应的组织器官，发挥正常的免疫功能［3］。但在慢性炎症、感染及肿瘤等病理条件的刺激下，髓系来源的前体细胞成熟受阻，停留在各个分化阶段，成为具有免疫抑制功能的MD⁃SCs［4］。

1.2 亚型及功能

MDSCs 是具有粒细胞和单核细胞表型的骨髓细胞的混合物，但缺乏单核细胞、MФ 或DCs 的特异性细胞表面标记的表达［5］。加上髓系细胞在分化轨迹上存在明显的异质性，目前MDSCs 尚无明确验证的统一表型标志物［6］，见表1。

MDSCs最早在小鼠中，基于髓系分化抗原Gr-1和CD11b的表达，将其表型定义为CD11b+和Gr-1+［7］。其中Gr-1有两种主要亚型，分别为Ly6G和Ly6C，基于二者的差异表达，将MDSCs分为单核细胞亚群和粒细胞亚群［5］。人类因缺乏Gr-1同源基因，MDSCs主要表达髓系标志物CD11b和CD33［7］。作为一种简化，人类功能性MDSCs通常被认为是单核细胞和（或）单核样细胞（monocytic，M）-MDSCs，表面表达CD14，或中性粒细胞和（或）粒细胞样细胞（granulocytic or polymorphonuclear，G/PMN）-MDSCs，表面表达CD15［6］。人类MDSCs还有一种表型，为早期MDSCs（early-MDSCs，e-MDSCs），e-MDSCs表面标记与嗜碱性粒细胞的标记重叠，两者常难以区分，通常以分化不成熟及免疫抑制作为对e-MDSCs的定义标准［8］。

表1 MDSCs的主要亚型及功能蛋白

MDSCs的功能主要表现为较为显著的T细胞应答抑制能力，并能通过调节巨噬细胞细胞因子的产生来调节固有免疫应答［4］。健康人体中MDSCs很少，在肿瘤患者外周血中数量明显增加，免疫抑制作用也更强。在外周淋巴器官中，MDSCs的免疫抑制机制主要通过抗原特异性、接触依赖性以及相关通路完成。外周淋巴器官中的MDSCs主要以PMN-MDSCs为代表，其免疫抑制活性相对温和，在肿瘤免疫应答的调节中最终形成肿瘤特异性T细胞耐受；M-MDSCs的存在使未成熟髓细胞向MФ和DCs的分化受到抑制［11］。一般PMNMDSCs不能继续分化，M-MDSCs可以进一步分化为成熟的DCs和MФ［4］。在肿瘤组织中，信号传导转录激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）活性的下调，可以促使M-MDSCs迅速分化为肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophage，TAM），从而促进肿瘤免疫逃逸［11-12］。

MDSCs 的免疫抑制活性可归因于多种途径，包括产生一氧化氮（nitric oxide，NO）和活性氧（reactive oxygen species，ROS）、过氧亚硝酸盐的释放、消耗T细胞增殖所需的关键营养因子、调节性T细胞（T reg⁃ulatory cell，Tregs）的诱导、影响自然杀伤（natural kill⁃er，NK）细胞功能以及产生免疫抑制细胞因子IL-10等［13-14］。RNA 测序发现，PMN-MDSCs 和M-MDSCs的转录组存在明显差异，但二者共同表达CD33 分子［15］。两种细胞通过不同机制发挥免疫抑制作用，并且外周血中PMN-MDSCs和M-MDSCs之间的比例很重要［11］，M-MDSCs 产生大量的NO、精氨酸酶1 和免疫抑制细胞因子，分子半衰期长，无需MDSCs 与T细胞之间的直接接触，就能有效地抑制非特异性T细胞反应；PMN-MDSCs 主要产生大量的ROS，ROS 不稳定，仅可在短时间内发挥作用。因此，PMN-MD⁃SCs 需要通过抗原特异性与T 细胞的相互作用，才能发挥其对T细胞的抑制作用［16］。

2 MDSCs促进肿瘤细胞生长

髓系细胞分化和功能异常是癌症的一个标志［11］。MDSCs 在人类癌症和小鼠肿瘤模型中已证实是有效的免疫调节细胞，尤其在肿瘤组织招募的MD⁃SCs 数量与患者预后不良和对治疗抵抗有密切关系［17］。临床前肺癌小鼠模型实验研究中发现，MDSCs在血液、脾脏中显著积累，并随血流至非肿瘤组织中，阻碍了固有免疫细胞（DCs 和NK 细胞）及适应性免疫细胞（CD8+T细胞）的肿瘤免疫监测功能，这使得肿瘤逃避免疫监控［18］。活化的MDSCs具有直接和间接的免疫抑制作用。

2.1 直接作用

MDSCs可以产生基质金属蛋白酶9（matrix metal⁃loproteinase-9，MMP9），Kumar 等［11］将成纤维细胞和肿瘤细胞共注射到免疫缺陷小鼠的肿瘤模型，发现MMP9 以及血管生成因子表达增加，通过CCL2 特异性趋化作用将MDSCs和TAMs吸引到肿瘤部位，使肿瘤逃避免疫监控。caspase 募集结构域蛋白9 是人体内一种非常重要的基因蛋白，在肿瘤微环境中与MD⁃SCs 通过调控下游产物吲哚胺2，3-双加氧酶来控制肿瘤的生长［19］。MDSCs 可分泌多种细胞因子，包括IL-6、IL-10和IL-23，上述细胞因子可以诱导细胞存活，有研究通过将MDSCs 和多发性骨髓瘤细胞共培养发现，MDSCs通过分泌细胞因子和细胞-细胞直接接触促进多发性骨髓瘤细胞存活，且MDSCs 的促肿瘤作用部分是通过激活AMPK介导的［20］。

2.2 间接作用

除了介导免疫抑制，MDSCs 还可以通过旁分泌途径增强血管生成来促进肿瘤进展，通过激活Tregs以及NO、ROS 和分泌免疫抑制细胞因子（IL-10、TGF-β等）等抑制固有免疫和适应性免疫［21］。

3 MDSCs参与肿瘤转移前微环境的形成

3.1 转移前微环境

Chaffer 等［22］将转移定义为两个阶段：第一个阶段涉及癌细胞向远处器官的物理移位；第二阶段涉及癌细胞在该远处发展成为转移性病变的能力。转移建立的关键在于微环境的形成，其中第一阶段的物理转移，依赖于原发肿瘤在远处靶器官建立支持性微环境，这是肿瘤细胞定向转移的基础［23］。

原发肿瘤发生转移，依赖于一系列复杂的事件。在次级器官或部位接收进入的癌细胞的预处理环境，称为转移前微环境（pre-matastatic niche，PMN），PMN是形成肿瘤转移的关键决定性因素［24］。原发肿瘤分泌的因子招募BMDCs 进入血循环，并动员到器官特异性的转移前部位，这种迁移早于肿瘤细胞的到来［25］。因此，BMDCs 是在肿瘤细胞之前定植于转移前部位，并为肿瘤细胞的到来提供有利的生长环境。但转移并不是一个高效的过程，来自原发肿瘤的癌细胞侵入周围组织并进入循环后，仅有0.01%细胞会成功地定植于远处器官［26］。

3.2 MDSCs介导PMN形成的相关因素

中性粒细胞、MФ和Tregs也参与PMN的形成，但研究发现PMN-MDSCs和NK细胞是浸润转移前微环境的主要细胞类型［27］。在诱导血管渗漏、细胞外基质重塑及免疫功能抑制等均有作用。MDSCs 可以通过免疫抑制和炎症来重塑肿瘤微环境和转移前微环境［24］。

MDSCs 不仅通过介导免疫抑制促进肿瘤生长，并通过炎症微环境形成、血管高渗状态、肿瘤细胞终止及促进转移灶形成而参与转移前微环境的构筑［14］。转移前微环境以髓系细胞簇为特征，并表达血管内皮生长受体1和MMP-9［28］。在肺癌小鼠模型中，肿瘤侵袭和转移能力的提高，与CD11b+Gr-1+MDSCs 中的miR-494 诱导上调MMPs 高表达有密切关联［29］。MDSCs 通过分泌MMP-9 和TGF-β，形成有利于肺癌血管生成和转移扩散的肿瘤微环境［30］。S100A8/A9蛋白可以推动中性粒细胞和PMN-MDSCs在结肠癌转移前部位的募集，中性粒细胞和PMNMDSCs 可以产生S100 蛋白，从而形成一个正反馈循环［31］。肿瘤细胞分泌CCL2，MDSCs表面高表达CCR2受体，MDSCs 在CCL2 的趋化作用下，向转移前微环境移动［11］。MDSCs 在转移前微环境中持续增殖与S1PR1-STAT3 信号通路激活相关［4］。上述研究提示MDSCs 介导的PMN 形成受到多种因素的调控，且不是特定类型的癌症所特有，因其复杂而多样，才能在不断变化的微环境中形成利于肿瘤转移的支持性微环境（表2）。

表2 髓源性抑制细胞促进转移前微环境形成的相关因子

另外，肿瘤细胞分泌的外泌体经内化后，可向靶细胞递送功能蛋白、mRNAs 和miRNAs 等，实现细胞间通讯［24］。肿瘤外泌体与PMN 中的驻留细胞融合，转移它们的“货物”，并招募MDSCs向转移部位迁移，促进PMN的启动、形成和演化［36］。

4 MDSCs在肿瘤微环境中的调控因素

MDSCs 在肿瘤微环境中的存活或死亡，取决于特定肿瘤炎症因子的产生和MDSCs上特定信号分子的表达［14］。肿瘤细胞分泌多种因子，包括粒细胞集落刺激因子（granulocyte colony-stimulating factor，GCSF）和粒-巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte-mac⁃rophage colony stimulating factor，GM-CSF），可以促进MDSCs 的发展［37］。肿瘤细胞分泌的趋化因子如CCL2、CXCL12 和CXCL5 等可招募MDSCs 到原发和转移的肿瘤部位，但MDSCs 需要额外的信号刺激才能获得免疫抑制特性，这些信号通常经信号转换器和转录激活因子（STAT1、STAT3、STAT6）和NF-κB转录因子介导［11，28］。

肿瘤微环境中的MDSCs的命运受到炎症环境的密切调控，TNFR2、IL-4Rα、c-FLIP、mcl1等信号通路的增加和IRF8 的低表达通过抑制细胞凋亡延长了MDSCs 的存活，而内质网应激（endoplasmic reticulum stress，ERS）持续和上调则通过死亡受体5 和细胞压力传感器C/EBP 同源蛋白促进MDSCs 的凋亡［38］。有研究显示，在无肿瘤的小鼠中，MDSCs的寿命比其对应的粒细胞和单核细胞短得多，进一步的研究证实，该作用是通过ERS反应引起的TNF相关凋亡诱导配体受体（TNF-related apoptosis-inducing ligand recep⁃tors，TRAIL-Rs）表达的改变来介导的［39］。

5 靶向MDSCs抗肿瘤治疗策略

MDSCs 具有调控肿瘤生长和转移的靶向性，靶向MDSCs抗肿瘤的治疗策略以抑制或消除MDSCs为主，具体表现为消耗MDSCs并使其进一步分化，或抑制MDSCs 的扩增和功能［4］。研究证明，消耗MDSCs不仅可以提高抗原提呈细胞、NK 细胞和T 细胞免疫活性，增加肿瘤细胞凋亡，还可促进抗血管生成，更有效地控制肿瘤发展［28］。如全反式维甲酸（alltrans-retinoic acid，ATRA）通过激活ERK1/2激酶通路上调ROS 清除剂谷胱甘肽，导致MDSCs 中ROS 水平降低，经ATRA 治疗的荷瘤小鼠脾脏中MDSCs 的数量显著减少，抗肿瘤作用增强，并刺激MDSCs分化为DCs和MФ，将其功能转化为免疫原性［40-41］。

另外，研究证明自噬可以提高MDSCs的活性，通过抑制自噬，凋亡MDSCs 的数量会明显增加［42］。在人和小鼠黑色素瘤中，MDSCs 均显示出较高水平的功能性自噬，敲除小鼠自噬相关基因Atg5后，MDSCs的自噬水平明显降低，却有效延缓了肿瘤生长。Alis⁃safi 等［43］研究发现自噬缺陷的M-MDSCs 中溶酶体降解受损，MHCⅡ类分子表达增加，导致肿瘤特异性CD4+T细胞有效激活，增强了抗肿瘤免疫反应。肿瘤的糖酵解代谢可能潜在地协调AMPK-ULK1、自噬和CEBPB（LAP）的分子网络，能有效地促进肿瘤G-CSF和GM-CSF 的表达，建立和维持MDSCs的发育，促进肿瘤免疫逃逸［44］。最初研究提示神经酰胺在哺乳动物细胞凋亡的调控中起着关键作用，但另一项研究发现，用溶酶型酸性神经酰胺酶抑制剂LCL521 治疗荷瘤小鼠，可显著降低MDSCs在体内的积聚，这种作用并非通过诱导凋亡实现的，而是LCL521 以溶酶体为靶标激活组织蛋白酶B和组织蛋白酶D，导致自噬中断和ERS，最终导致MDSCs 死亡［45］。炎症因子高迁移率族蛋白1（high-mobility group box protein 1，HMGB1）除了诱导MDSCs聚集外，还可通过驱动MD⁃SCs自噬延长存活时间，并且肿瘤微环境也能够促进MDSCs的自噬［42］。综上所述，自噬可能成为抑制MD⁃SCs存活的治疗靶点。但目前关于MDSCs 和自噬之间的联系及作用机制尚未明确，对MDSCs 如何发生自噬以及肿瘤微环境对MDSCs自噬的影响还缺乏深入的了解。

6 挑战与展望

MDSCs的异质性是其靶向治疗的主要挑战之一［15］，不同类型肿瘤，甚至同一患者的血液和肿瘤组织中MDSCs的免疫表型和作用机制均有差异。从肿瘤微环境中分离、纯化MDSCs的操作难度大，并且，MDSCs与正常骨髓干细胞的区别并未明确，限制了其在癌症期间对MDSCs进行特异性检测和靶向治疗［46］。鉴于此，多数人类研究都聚焦于循环MDSCs［47］。

由于缺乏对MDSCs分化过程及作用机制的分子研究，阻碍了靶向MDSCs 抗肿瘤治疗的研究进程［43］。目前，对MDSCs研究方法，主要为体外诱导实验，用不同的细胞因子和趋化因子顺序培养单核细胞，模拟炎症/抗炎微环境，来分析衍生细胞的表型和功能［48］。研究主要集中于调控MDSCs导致肿瘤发生发展的机制和介导其聚集的因素上，但调控肿瘤相关MDSCs的具体途径尚未阐明。未来对MDSCs的研究，旨在提高对增加和激活MDSCs信号的识别，了解其在不同疾病中的作用，并建立独特的标记，通过关注这些细胞在疾病过程中的各种变化，找到阻断其免疫抑制活性的治疗方法［49］。并且，进一步了解MD⁃SCs 对肿瘤发生发展的具体机制，以及MDSCs 参与PMN 形成与演化的具体过程，提高对MDSCs 表型的验证及检测，有利于完善对MDSCs的靶向治疗策略。