髓源性抑制细胞在乳腺癌转移中的研究进展

彭心怡，李 妍，徐至理，郭 勇

1浙江中医药大学第一临床医学院，杭州310053 2浙江中医药大学附属第一医院肿瘤科，杭州310006

乳腺癌是全球女性中最好发的恶性肿瘤，尽管通过早期发现及时治疗，患者可获得较长的生存期，但仍有26%患者治疗后出现复发转移[1]。由于目前尚无较理想的控制方法，转移仍是乳腺癌患者死亡的主要原因，乳腺癌易于骨(70%～85%)、肝(40%～50%)、胸膜或肺(20%)等器官[2]发生转移，提示特定的组织微环境可不同程度吸引乳腺癌细胞。肿瘤转移是一个较复杂的过程，主要是肿瘤细胞突破基膜侵犯细胞外基质和周围正常组织，成功离开原发灶并渗透入血管或淋巴管，在脉管系统中逃避免疫监视并最终通过循环播散至远处部位，继而增殖并形成转移灶。

髓源性抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells，MDSCs)是一群来源于骨髓的未成熟异质性细胞，具有免疫抑制功能，在原发性和转移性实体瘤中大量存在[3]，同时在多种肿瘤的转移过程中均发挥重要作用，包括乳腺癌、结直肠癌、黑色素瘤等[4]。有荟萃分析显示，在诸多实体瘤里，乳腺癌表现出高MDSCs水平和较差总生存期之间的最大关联[5]，提示在乳腺癌进展中MDSCs的重要地位。经检测，MDSCs可在乳腺癌患者及荷瘤小鼠的转移部位提前募集[6]。MDSCs不仅在肿瘤微环境中发挥免疫抑制功能，还能以加强乳腺癌细胞侵袭与迁移能力、影响上皮间质转化、诱导血管生成、建立转移前微环境、支持癌细胞在转移部位的生存和生长等方式促进转移[7]，这些发现为探索乳腺癌易发生骨、肝、肺部位转移的原因提供了重要的研究方向。

MDSCs的生物学特性

MDSCs来源于造血干细胞的未成熟髓系细胞(immature myeloid cell，IMC)。生理状态下，IMC分化为成熟的粒细胞、巨噬细胞、树突状细胞，但在病理状态下(慢性炎症、癌症)，IMC成熟分化机制受到阻断而持续停留于未分化状态，导致具有免疫抑制功能的MDSCs异常增多[6-7]。在肿瘤引起的慢性炎症环境中，较多促炎症细胞因子，包括：白细胞介素(interleukin，IL)-1β、IL-6、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α和S100蛋白等，均会造成骨髓细胞进入异常状态并激活其免疫抑制功能，导致MDSCs增殖[3]。MDSCs由两个主要的亚群组成，根据其形态与表型不同可分为单核细胞亚型(monocytic-MDSCs，M-MDSCs)和多形核粒细胞亚型(polymorphonuclear-MDSCs，PMN-MDSCs)。在小鼠中，MDSCs定义为CD11b+Gr1+细胞群，CD11b是一种常见的髓系细胞表面标志，由于粒细胞分化的标志物(granulocytic-1，Gr-1)非单分子标记物，可将其进一步分为Ly6C和Ly6G分子，Ly6C在M-MDSCs中高表达(CD11b+ly6ChiLy6G-)，Ly6G则在PMN-MDSCs中高表达(CD11b+ly6Cloly6G+)。人类MDSCs中，PMN-MDSCs定义为CD14+CD11b+CD33+CD15+或CD66b+细胞，M-MDCSs为CD14+HLA-DR-/lo细胞[4，6]。

MDSCs可以同时参与抑制固有免疫应答和适应性免疫应答，制造免疫抑制微环境，帮助肿瘤细胞逃避免疫监视，其主要通过分泌精氨酸酶1(arginase 1，ARG1)、活性氧(reactive oxygen species，ROS)、转化生长因子(transforming growth factor，TGF)-1、IL-10和外泌体或细胞间膜分子接触以减少T细胞增殖，抑制T细胞与NK细胞活性[4，8]。此外在乳腺癌原发灶中，MDSCs通过非免疫抑制途径促进转移，包括分泌血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)[9]，上调Bv8表达诱导血管生成[10]，分泌IL-6[11]、IL-28[12]或依赖一氧化氮合酶2(nitric oxide synthase 2，NOS2)[13]促进乳腺癌细胞上皮间质转化，通过IL-6/STAT3和NO/NOTCH信号通路赋予乳腺癌细胞干细胞样的特性，增强乳腺癌细胞侵袭与迁移能力，促使其自发转移[14]。乳腺癌微环境中同时富含着诸多与肿瘤发生发展密切相关的细胞群，包括调节性T细胞(regulatory T cells，Treg)、肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophage，TAM)、肿瘤相关中性粒细胞(tumor-associated neutrophils，TANs)等，MDSCs与其关系密切。Treg的浸润是免疫微环境抑制的重要机制之一，MDSCs可接触依赖性分泌IL-10和TGF-β，增强Treg免疫抑制效能。TAM是由单核细胞浸润实体肿瘤演变而成的巨噬细胞，其中M2型TAM可以增强癌细胞侵袭力，促进肿瘤免疫逃逸。实验发现，MDSCs通过增加IL-10和减少IL-12水平，使更多的TAM极化成M2型，实现促瘤作用[15]。中性粒细胞受趋化因子吸引进入肿瘤组织形成TANs，分化为具有抑癌作用的N1型与促癌作用的N2型。其中N2型TANs在形态与促瘤特征上都与PMN-MDSCs相似，两者较难分辨。Condamine等[16]研究发现，PMN-MDSCs上跨膜受体蛋白、凝集素样氧化低密度脂蛋白受体-1(lectin-like oxidized low density lipoprotein receptor-1，LOX-1)或能成为区分两者的标志物，MDSCs与TANs之间的关系有待更多实验研究探索。

MDSCs与外周循环肿瘤细胞转移

循环肿瘤细胞(circulating tumor cells，CTCs)从原发灶中脱落后经循环系统输送到转移部位，目前认为CTCs通过聚集形成细胞簇完成转移的概率是单个CTC的50倍。乳腺癌患者循环系统中的肿瘤细胞就被发现可以和巨噬细胞、血管内皮细胞形成三细胞复合体进行转移[17]。MDSCs则通过抑制T细胞与NK细胞的功能支持细胞簇逃脱免疫监视[7]，但其与CTCs是否存在直接相互作用一直未被阐述。最近有研究发现，乳腺癌患者外周血中PMN-MDSCs可以与CTCs形成物理簇，通过接触依赖的ROS/Notch/Nodal信号通路，促进CTCs增殖[18]。联合抑制Nodal和ROS可以消除CTC/PMN-MDSC的相互作用，减少CTC存活和增殖。CTC/PMN-MNDSs物理簇的发现证明在乳腺癌患者外周循环中MDSCs除了发挥免疫抑制功能，在转移细胞簇微环境中也与CTC相互影响发挥作用，帮助细胞簇传播至转移部位。

MDSCs与转移前微环境

转移前微环境指在肿瘤细胞到达转移位置之前，靶器官或组织已经发生了适宜转移的环境变化。越来越多的实验证据表明，MDSCs是乳腺癌转移前微环境形成的关键决定因素[4]。

提前募集至转移部位MDSCs受诱导后可于乳腺癌转移前在肺、肝脏中大量募集，并与随后的转移癌负荷相关[19-20]，发挥免疫抑制和炎症形成等非免疫功能，建立转移前微环境。与注射非转移性乳腺癌细胞相比，在注射4T1乳腺癌细胞的小鼠肝、肺脏中发现MDSCs显著的高表达[21]。诸多肿瘤源性及其自身分泌的诱导因子，包括CCL2[22]、CCL9[23]、CXCL17[24]、外泌体S100A8/A9[25]、周皮素[26]和LOX[27]等，可以增加MDSCs在肺中募集，阻断这些因子的分泌可以减少MDSCs的募集。此外尚有研究发现，乳腺癌来源的VEGF-C通过促进淋巴结生成新的淋巴管内皮细胞，并促使其分泌趋化因子在远处淋巴结招募MDSCs[28]。药物多柔比星也能增加MDSCs在肺中的募集，可能是乳腺癌耐药原因之一[29]。值得关注的是，MDSCs及肿瘤细胞分泌的外泌体蛋白S100A8/A9浓度在转移前肺组织中升高。S100A8可以诱导MDSCs呈剂量依赖性向肺组织迁移，随后检测肺转移灶中募集的MDSCs，发现其细胞表面S100A8阳性者居多[21，25]。S100A8/A9除了能循环式募集MDSCs，还可在血管生成与免疫抑制方面发挥作用[20]，有临床研究证实，S100A8与乳腺癌较差预后相关[30]。乳腺癌细胞很可能以S100A8/A9与MDSCs之间的循环在肺组织中构建转移前微环境。

建立免疫抑制微环境在乳腺癌小鼠模型中证实，受低氧肿瘤细胞影响，在转移部位提前募集的MDSCs可通过产生ROS和ARG1抑制T细胞和NK细胞功能[22]。具体机制主要是MDSCs通过细胞间接触产生ROS，从而超氧化NO产生过氧亚硝基(peroxynitrite，PNT)，减弱T细胞对抗原-主要组织相容性复合体的应答[6]，而ARG1活性增强可以消耗T细胞发挥功能的必需氨基酸L精氨酸[31]。分离自乳腺癌患者的MDSCs可通过产生iNOS抑制NK细胞表面Fc受体(Fc receptors，FcRs)的功能，包括依赖抗体的细胞毒性、产生细胞因子和非接触性信号转导[32]。MDSCs还可抑制γ-干扰素(interferon，IFN-γ)水平，增加释放炎症因子，诱导Th2细胞，在肺内提前制造免疫抑制环境以迎接肿瘤细胞的到来[33]。

诱导屏障受损的血管生成对4T1乳腺癌小鼠的研究发现，MDSCs通过产生血小板源性生长因子-BB(platelet-derived growth factor-BB，PDGF-BB)诱导肺血管生成[24]，同时大量产生基质金属蛋白酶(matrix metallproteinase，MMP)2与MMP9[33]，减少产生血小板因子4(platelet factor 4，PF4)[34]，使得新生成的血管通透性增强、屏障功能异常，利于外周循环肿瘤细胞黏附于血管壁，并从血管内渗漏至转移灶。

综上，MDSCs在移行癌细胞到达前，受诱导聚集于转移组织，形成免疫抑制的转移前微环境，促进完整性受损的新血管形成以帮助乳腺癌细胞外渗，使癌细胞在预定的转移部位实现转移。这些研究对乳腺癌为何易发生肺、肝脏转移做出了解释，并为后续阻断乳腺癌转移的治疗提供重要思路。

MDSCs与乳腺癌转移灶

肿瘤细胞在转移部位完成转移后，可以与MDSCs相互作用，进一步形成稳定的转移灶进行增殖。MDSCs通过在转移灶中抑制T细胞、NK细胞功能等方式继续构建免疫抑制微环境[35]，此外，MDSCs还可以通过加速溶骨性破坏，重构细胞外基质，促进间质-上皮转化，支持转移灶进一步发展。

促进溶骨性破坏骨是乳腺癌转移的高发部位，80%～90%乳腺癌患者存在骨溶解并发症。多项研究发现，乳腺癌骨转移微环境中MDSCs可分化为破骨细胞，加速溶骨性破坏。特别之处在于，只有在骨转移微环境中MDSCs可分化为成熟破骨细胞，而从无骨转移的荷瘤鼠中分离出的MDSCs并不能完成这一分化[36-37]。这提示了乳腺癌细胞通过相互作用激活MDSCs分化为破骨细胞，完成溶骨性破坏。目前认为该机制主要是乳腺癌细胞通过NO信号通路[37]，分泌整合素配体[表皮生长因子样重复和盘状蛋白I样结构域3(epidermal growth factor-like repeats and discoidin I like domain 3，EDIL3)][38]来诱导MDSCs向破骨细胞分化。

重构细胞外基质、促进间质-上皮转化纤维细胞是成纤维细胞静息状态，在受到刺激后可以与肿瘤基质结合并向成纤维细胞分化，重构细胞外基质促进转移性肿瘤细胞的生长[39]。4T1乳腺癌小鼠中，转录因子kruppel样因子4(kruppel-like factor 4，KLF4)介导MDSCs激活成纤维细胞特异性蛋白-1(fibroblast-specific protein-1，FSP-1)启动子，分化为成纤维细胞，促进乳腺癌肺转移，敲除KLF4后可显著缩小肺转移灶并减少其数量[40]。通过分析乳腺癌肺转移灶的临床标本，M-MDSCs分泌多功能蛋白聚糖进入细胞外基质，降低磷酸化smad2水平，刺激间质向上皮细胞转化，实验敲除versican基因的表达可抑制肺转移生长[19]。另有实验表明，原发灶浸润的M-MDSCs通过诱导EMT/CSC表型促进肿瘤细胞从原发部位扩散，而在肺转移灶中的PMN-MDSC则通过逆转EMT/CSC表型和促进肿瘤细胞增殖支持转移性生长[13]。

靶向MDSCs抗肿瘤治疗

化疗和内分泌治疗目前仍是转移性乳腺癌患者的主要治疗方案，但存在易发生耐药的缺点，而在乳腺癌治疗中抗血管生成药物的效果也并不理想，免疫治疗更是尚在探索之中。MDSCs因为在乳腺癌转移各个环节中发挥着重要作用而具有作为新的抗肿瘤靶点的潜力。靶向MDSCs的治疗策略主要有以下4个方面：消除MDSCs、阻断MDSCs的募集与增殖、诱导MDSCs分化和抑制MDSCs功能(表1)。目前对于MDSCs的靶向治疗尚多停留在体外与动物模型阶段，药物疗效体现在延缓肿瘤生长，减少转移灶数量，延长动物生存时间等，接下来还需要更多的临床研究进一步确定药物疗效并筛选。根据现有研究结果，使用抗Gr1抗体、吉西他滨、ARG抑制剂、PDGF受体抑制剂均可在一定程度减少乳腺癌肺转移，CXCR2/CCR4拮抗剂可同时有效抑制肝、肺、淋巴结转移，CXCR4拮抗剂(AMD3465)能延缓乳腺癌骨转移。值得注意的是，在乳腺癌化疗、抗血管生成、免疫治疗的基础上联合靶向MDSCs治疗可以起到增效作用，多西他赛加补充精氨酸可有效抑制乳腺癌生长[41]。Aurora A抑制剂alisertib可破坏MDSCs的免疫抑制功能，增强抗程序性细胞死亡蛋白配体1(programmed cell death-ligand 1，PD-L1)治疗乳腺癌的疗效[42]。纳米级假中性细胞因子海绵(pseudoneutrophil cytokine sponges，pCSs)可在中和MDSCs相关细胞因子的同时，与程序性细胞死亡蛋白1(programmed cell death-1，PD-1)结合，协同抑制乳腺癌进展，延长动物生存期[43]。另有实验通过靶向CD33消耗MDSCs，增加T细胞活性，增强CAR-T疗效[44]。此外，由于MDSCs可以在原发灶与转移灶中大量募集，MDSCs还具有作为药物传递载体的潜力。最近研发出了硫代适配体作为探针与MDSCs的子群高度特异性结合，用以跟踪骨、肝、脾和肿瘤中的髓细胞分布，未来可以借MDSCs精准传送药物，提前预防乳腺癌转移[45]。

表1 靶向MDSCs抗肿瘤治疗Table 1 MDSCs-targeted anti-tumor therapy

总结与展望

MDSCs在乳腺癌患者原发灶、外周循环、转移前部位的大量募集以及相关因子的表达，有助于临床更好监测乳腺癌的发展动态。现在越来越多的研究开始关注乳腺癌肿瘤微环境、细胞簇转移微环境和转移前微环境，MDSCs在乳腺癌转移中发挥的重要作用逐渐被揭露，目前来自体外培养、动物模型的数据偏多，还需要更多临床研究证据的支持。同时如何将研究结果转化，选择性靶向调控MDSC，从而解除机体免疫抑制状态、阻断乳腺癌转移、增强抗肿瘤药物功效，是未来仍需努力的方向。