MDSCs在脓毒症免疫抑制中的机制研究进展

郝珊珊 侯彦强

上海市松江区中心医院检验科，上海 201600

髓源性抑制细胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）是来源于骨髓的具有强大免疫抑制功能的异质性细胞群，是树突状细胞（dendritic cells，DCs）、巨噬细胞和粒细胞的前体细胞［1-2］。MDSCs主要有2种亚型：多形核髓源性抑制细胞（PMN-MDSCs）和单核细胞髓源性抑制细胞（M-MDSCs）［3-4］。正常情况下，人体内MDSCs数量极少，但是在肿瘤、感染、炎症和创伤等病理状态下，因受到炎症因子影响，MDSCs生成增多且分化受到抑制，使其停留在各个分化阶段，成为具有免疫抑制功能的MDSCs［5］。MDSCs在体内积累是由两个相互关联的信号驱动：MDSCs扩增信号和病理激活信号［6］。MDSCs可通过分泌诱导型一氧化氮合酶（iNOS）、活性氧（ROS）抑制淋巴细胞功能、阻断淋巴细胞归巢、对T细胞功能至关重要代谢物的耗竭以及调节腺苷代谢的胞外酶的表达发挥免疫抑制的功能［7-8］。最近研究发现，MDSCs在脓毒症发病机制中也发挥着重要作用，如MDSCs数量增加的脓毒症患者发生医院感染、愈后不良和早期病死的概率更高［2，9］。

脓毒症是由于宿主对感染的免疫反应失调而导致的一种危及性命的器官功能障碍［10］。脓毒症每年影响全世界3 000 多万人，是全世界危重患者病死的主要原因之一。任何感染的发生都可能发展为脓毒症，据统计，脓毒症的发病率占所有住院患者的1%～2%。因此，脓毒症患者的治疗费用也是所有疾病治疗中最高的［11］。2013 年，美国大约130 万受脓毒症影响的患者总花费约为236 亿美元，并且以每年11.5%的速度增长［12］。虽然近几年在抗感染治疗方面取得了很大的进步，但脓毒症的发病率仍在继续增加。甚至在治疗后，脓毒症患者会长期面临身体、心理和认知障碍方面等严重的问题［13-14］。因此，亟需寻找一种医治脓毒症新的、有效的治疗靶点，走出脓毒症治疗的瓶颈期。而MDSCs为脓毒症的治疗提供了新思路。脓毒症期间未成熟细胞的分化和成熟受损，使这些细胞停留在MDSCs阶段，导致获得性免疫反应的全面抑制，这是由导致T 细胞凋亡的iNOS、L-精氨酸的耗竭和MDSCs 表面程序性细胞死亡蛋白配体1（PD-L1）表达增强等造成。继B细胞和T细胞凋亡导致的免疫功能丧失后淋巴细胞减少是脓毒症诱导免疫抑制的典型特征［15］。因此，本文主要综述了MDSCs 的生物学特征及其在脓毒症免疫抑制中的作用机制，以期为脓毒症的基础研究和临床治疗提供新的靶点和思路。

MDSCs的主要分类及表型

髓系细胞来源于造血干细胞的普通髓系祖细胞［2］。在正常情况下，未成熟的髓系细胞将迅速分化为DCs、巨噬细胞和粒细胞，进入相应的组织器官发挥正常的免疫功能。但在病理状态下，未成熟的髓系细胞无法正常分化，停留在各个分化阶段，成为具有免疫抑制功能的MDSCs［9］。MDSCs 主要分为两种亚型：一是PMN-MDSCs［其又称粒细胞髓源性抑制细胞（G-MDSCs）］，二是M-MDSCs。这两种MDSCs命名是因为其形态和表型分别与粒细胞和单核细胞相似［3-4］。经鉴定，人类 G-MDSCs 具有 CD33+CD11b+CD 15+HLA-DRlow的表型，被定义为 CD33 阳性，CD11b 阳性，CD15 阳 性 ，HLA-DR 低 表 达 ；M-MDSCs 被 鉴 定 为CD33+CD11b+CD14+HLA-DRlow细胞，被定义为 CD33 阳性，CD11b 阳性，CD14 阳性，HLA-DR 低表达［17］（表 1）。据报道，最近又发现一群高度不成熟的MDSCs，它们出现在早期阶段，因此被称为早期髓源性抑制细胞（e-MDSCs），这些细胞不表达中性粒细胞和单核细胞表面标记物，被鉴定为CD33+CD11b+HLA-DR-/lowCD14-CD15-［18-19］。除此之外，还发现了嗜酸性髓源性抑制细胞（eo-MDSCs），其表型类似于嗜酸性粒细胞（CD34+和 IL-5Ra），并表达 CD11b，其表型为CD34+CD11b+IL-5Ra，并在感染部位聚集抑制T 细胞反应［2］。在小鼠中，MDSCs 可以共同表达 CD11b，根据其与Gr-1分子（Gr-1是髓系分化抗原）中不同表位（Ly6G、Ly6C）抗体结合特异性，分为G-MDSCs（也叫中性粒样髓源抑制细胞 N-MDSCs）和 M-MDSC 2 种亚型，表型分别为CD11b+Ly6G+Ly6Clow和 CD11b+Ly6G-Ly6Chigh（表 1），其 中M-MDSCs 亚群在肿瘤免疫方面对抗原特异性T 细胞表现出更强的抑制活性［20］。

表1 髓源性抑制细胞的分类及表型

MDSCs在脓毒症中的免疫抑制机制

脓毒症为感染后宿主免疫反应失调而导致危及生命的器官功能衰竭，其发病机制复杂，主要的病理生理学特点是早期大量炎症细胞激活和促炎介质释放，随后机体由于炎症介质的耗竭及免疫细胞凋亡进入免疫抑制状态［10］。有研究表明，MDSCs 在脓毒症中具有双重作用，脓毒症早期阶段，MDSCs 产生一氧化氮（NO）和促炎细胞因子白细胞介素（IL）-6 和肿瘤坏死因子（TNF）-α 导致促炎免疫反应的发生，对脓毒症病情的控制是有帮助的；而脓毒症晚期阶段，MDSCs产生精氨酸酶1（Arg-1）和抗炎细胞因子转化生长因子β（TGF-β）和IL-10 导致抗炎免疫反应的发生，加剧了脓毒症中免疫反应抑制的作用［9］。在人类和动物脓毒症期间，外周血和脾脏内淋巴细胞的数量都会减少，这一结论在临床也得到证明［22］。此外还发现从脓毒症幸存者中分离出的MDSCs 不仅能阻止T 细胞增殖，还能抑制T 淋巴细胞分泌细胞因子［23］。

MDSCs 的 免 疫 抑 制 机 制 包 括 ：（1）MDSCs 产 生 的Arg-1 过多影响T 细胞的产生。L-精氨酸是Arg-1 的底物，其对TCR zeta 链产生和辅助T 细胞受体识别抗原很重要。因此，L-精氨酸的消耗也会影响 T 细胞的功能［24］；（2）在MDSCs 中，iNOS 催化生成的NO，会导致某些趋化因子和T细胞受体硝化，这对T 细胞移出该部位或引发凋亡至关重要［24］；（3）MDSCs 内产生ROS 及随后产生的过氧硝酸盐，通过T细胞受体硝化和CD8分子抑制下游信号，破坏T细胞结合 和 功能［9，24］；（4）通 过炎 症 因 子 和 IL-10 的 合 成 抑 制TGF-β，促进调节性T 细胞的扩增；（5）MDSCs 过度产生的PD-L1通过连接T细胞上的PD-1受体导致T细胞介导的免疫反应受阻［26］；（6）MDSCs 的CD39、CD73、外核苷酸酶过度表达和腺苷产生增强，有助于T 细胞抑制；（7）MDSCs 的Fas配体产生增加，有助于T 细胞的凋亡［26］；（8）MDSCs 的吲哚胺2，3-双加氧酶（IDO）含量增加会使L-色氨酸恶化，从而阻断细胞周期，导致 T 细胞无能或 T 细胞向 Treg 分化［24，26］；（9）转录因子［如STAT1、STAT3、核因子1A 和核因子-κB］会影响 MDSCs 的免疫抑制功能［27］；（10）表观遗传学与MDSCs 的免疫抑制功能也有关，如抑制DNA 甲基转移酶3a和 3b 可促进 MDSCs 的抑制功能［32-33］。由此可见，T 细胞介导的免疫抑制是MDSCs 的独特特征，所以聚焦于T 细胞、Treg、巨噬细胞的免疫调节，转录因子和表观遗传学将为治疗脓毒症提供新的治疗思路。

靶向MDSCs的脓毒症治疗策略

在脓毒症期间，MDSCs 的抑制功能大多是通过免疫细胞数量减少、凋亡或无免疫功能来实现。许多研究表明，促进脾脏CD4+和CD8+T细胞活化、脾脏巨噬细胞增殖、抑制脓毒症诱导的脾细胞凋亡和抗氧化剂介导的脾脏损伤可以改善小鼠脓毒症症状［28-31］。临床前小鼠模型显示，磷酸二酯酶-5抑制剂下调iNOS 和Arg-1活性，抑制MDSCs 免疫抑制功能，并导致抗肿瘤宿主免疫激活和延长小鼠生存期［34-36］。一项临床试验表明，在接受酪氨酸激酶抑制剂［阻断血管内皮生长因子（VEGF）和c-KIT 信号通路］的肾癌患者循环系统中 MDSCs 水平降低、STAT3 激活、Arg-1 表达降低、CD8+细胞的活性和增殖增加［37］。一项转录后分析揭示了与MDSCs 的持续增殖和功能激活有关的基因及其翻译蛋白（如S100A8/9），这可能是MDSCs 在晚期脓毒症中的一个重要免疫抑制机制。最近在小鼠模型中进行的一项研究表明，铁补充剂 Ferumoxytol（FMT）通过下调 Arg-1 和 ROS 的产生，降低了MDSCs的免疫抑制功能。这一结果表明，在晚期脓毒症患者中使用FMT可以减少长期的免疫抑制［37］。此外，研究表明抑制组蛋白甲基转移酶SETD1B 可限制MDSCs的抑制功能［32-33］。综上所述，抑制PD-1/PD-L1相互作用，从而阻断脓毒症条件下MDSCs 的抑制效应是另一个需要探索的领域。

小 结

目前，MDSCs对癌症病情进展影响的研究较多，但其在脓毒症的发病机制中也发挥着重要作用。MDSCs反映了机体对于脓毒症刺激的反应，它的发现将脓毒症、免疫与骨髓造血相联系。对于MDSCs的深入研究能帮助我们进一步解决脓毒症这一临床难题。由于MDSCs在健康受试者血液中几乎检测不到，所以其高比例出现将代表一定的临床意义。迄今为止几乎所有临床研究都将血液中高比例的MDSCs与患者的病情恶化、医院感染和脓毒症病死率相关联。抑制性MDSCs 介导的免疫抑制、MDSCs 转运或耗竭，可能会对患者愈后产生积极的影响。尽管目前还没有针对脓毒症中的MDSCs 的临床试验，但分析不同的免疫调节机制和可能的MDSCs 靶向性可能会为脓毒症治疗提供一个新的开端。综上所述，MDSCs在脓毒症中发挥了重要的免疫调节作用，为脓毒症的研究提供了新的方向。MDSCs 的来源、在脓毒症不同免疫阶段中的作用及其应用于脓毒症的治疗值得进一步研究。