唐海雙 于晗 張晶

髓源抑制性細胞(myeloid-derived suppressor cells，MDSCs)是一類來源于骨髓前體細胞的異常分化體，由不同分化程度的未成熟巨噬細胞、粒細胞、樹突狀細胞以及其他分化早期階段的髓系細胞構成[1-2]。前期大量研究發(fā)現(xiàn)，MDSCs在荷瘤小鼠或腫瘤患者體內(nèi)由骨髓募集到外周大量擴增，并進一步誘導活化，發(fā)揮抑制機體抗腫瘤免疫的作用[3]。

一、MDSCs的生物學特性

腫瘤細胞產(chǎn)生的IL-6、環(huán)氧化物酶(COX2)、PG、SCF、M-CSF、GM-CSF、VEGF等細胞因子可誘導MDSCs的擴增[4]。STAT3被認為是調(diào)節(jié)MDSCs擴增的主要轉(zhuǎn)錄因子。小鼠體內(nèi)的MDSCs通常表達髓系抗原CD11b和Gr1，但不表達成熟髓系抗原CD40、CD80、HLA-DR。小鼠體內(nèi)的大部分CD11b+/Gr1+細胞集聚在骨髓當中，只有少量MDSCs(4%)在外周血和脾臟中檢測到。CD11b+/Gr1+細胞在不同內(nèi)環(huán)境下經(jīng)不同細胞因子誘導，可以向樹突狀細胞、巨噬細胞、粒細胞分化[5]。在腫瘤生長、炎癥感染時細胞因子的穩(wěn)態(tài)被打破，MDSCs的分化延遲，并聚集在外周淋巴器官、血液和腫瘤部位，最終向免疫抑制亞型分化。在多種小鼠模型中，MDSCs的免疫抑制效應取決于其在外周淋巴器官和腫瘤部位的集聚。最近的研究顯示，癌癥患者外周血中的MDSCs為一群不成熟亞型細胞[6]，它們普遍表達髓系抗原CD11b和CD33，但缺乏成熟髓系抗原的表達。MDSCs分為兩種亞型，單核細胞型，表達CD14；粒細胞型，表達CD15。大量研究發(fā)現(xiàn)腫瘤源性因子(tumor derived factors, TDFs)不僅促進MDSCs在外周的募集而且促使其向免疫抑制亞型分化。

二、MDSCs的募集和活化

MDSCs的募集是多重因素共同的作用，其中慢性炎癥尤為關鍵。研究表明炎癥相關分子VEGF、GM-CSF與MDSCs的集聚密切相關，炎癥可能促進了免疫抑制。然而，直到發(fā)現(xiàn)促炎因子IL-1β、IL-6和生物活性酯PGE2能誘導MDSC的產(chǎn)生，炎癥與MDSCs募集的關系才被確定。后續(xù)研究又表明炎癥通過誘導MDSCs的產(chǎn)生，阻斷免疫監(jiān)視和抗腫瘤的免疫活動，起到保護腫瘤細胞，促進腫瘤發(fā)展的作用。

1．IL-1β、IL-6誘導MDSCs的募集：高表達IL-1β的腫瘤細胞能通過MDSCs下調(diào)抗腫瘤的免疫活性，而且高表達IL-1β的腫瘤細胞具有更強的侵襲性和生長、增殖能力；在加入IL-1βR抑制劑的小鼠或者IL-1βR基因敲除小鼠中，腫瘤生長速度減慢。由此表明，IL-1β在MDSCs介導的免疫抑制中發(fā)揮著重要作用。盡管如此，研究發(fā)現(xiàn)MDSCs表達IL-6受體卻并不表達IL-1受體[7]，這顯示IL-1β并不直接與MDSC作用，而IL-6是IL-1β炎癥反應的下游通路分子，因此IL-1β誘導MDSCs的作用是由IL-6介導的。

IL-1β不僅誘導MDSCs的擴增募集，而且能增強MDSCs與巨噬細胞的相互作用，抑制巨噬細胞的天然抗腫瘤作用[8]。研究表明，由高表達IL-1β的腫瘤誘導產(chǎn)生的MDSCs能產(chǎn)生更多的IL-10，且更能下調(diào)巨噬細胞IL-12的表達。通過TLR4基因敲除小鼠的實驗，表明IL-1β對MDSCs的調(diào)節(jié)作用是由LPS-TLR4通路介導的。TLR4敲除小鼠還可以集聚高水平的MDSCs，提示MDSC也可以通過不依賴TLR4的通路激活，這條替代通路很可能是由其他TLR配體介導的。因此，TLRs且以TLR4為主調(diào)節(jié)了MDSCs的集聚、活化，由此促進腫瘤的發(fā)展[9]。

2．PGE2誘導MDSC的募集：研究表明，腫瘤微環(huán)境中過表達PGE2/COX-2，這在很大程度上形成了腫瘤的炎癥內(nèi)環(huán)境[10]。研究發(fā)現(xiàn)， PGE2激動劑促進骨髓細胞向抑制性Gr+CD11b+MDSCs的分化，結果表明PGE2能夠誘導MDSCs的產(chǎn)生。COX-2抑制劑處理的荷瘤小鼠降低了MDSCs的水平并減慢了腫瘤的生長進程。用精氨酸酶作為衡量抑制活性的標準，發(fā)現(xiàn)在腎癌患者當中PGE2能夠上調(diào)MDSCs的表達。因此，PGE2的表達通過誘導更多MDSCs的產(chǎn)生來限制抗腫瘤的免疫活動，促進腫瘤的發(fā)生和發(fā)展[11]。

3．CCL2/CCR2介導MDSCs的集聚：研究證實CCL2/CCR2在MDSCs中高表達，并且該通路在MDSCs向腫瘤的遷移中發(fā)揮至關重要的作用。CCR2表達缺乏的MDSCs不能快速遷移到腫瘤部位或脾臟，因此CCL2/CCR2通路參與了MDSCs的遷移和MDSCs介導的腫瘤生長[12]。

4．促炎S100蛋白調(diào)節(jié)MDSCs的集聚：S100A8/S100A9是一類與炎癥密切相關的蛋白，在多種炎癥疾病患者中表達都會增高，通過趨化白細胞釋放促炎因子增強炎癥反應。很多研究報道S100A8/S100A9蛋白調(diào)節(jié)MDSCs的集聚和抑制活性。S100A8/S100A9的這種效應主要通過兩種機制進行：(1)通過STAT3依賴途徑阻斷骨髓前體細胞向正常DC和巨噬細胞分化[13]。(2)通過NF-κB依賴途徑促進MDSCs向腫瘤部位的遷移[14]。

最新研究表明，MDSCs發(fā)揮免疫抑制功能不僅需要擴增和募集，還需要活化，調(diào)節(jié)MDSCs活化的因子主要來自激活的T細胞和腫瘤基質(zhì)細胞及細胞因子IFN-γ、IL-4、IL-13和TGF-β，通過激活STAT6、STAT1和NF-кB等轉(zhuǎn)錄因子發(fā)揮作用。

三、MDSCs在腫瘤免疫中的作用機制

MDSCs在體內(nèi)具有促腫瘤的免疫作用。用吉西他濱化學療法[15]等方式降低體內(nèi)MDSCs水平可恢復機體的腫瘤監(jiān)視、活化T細胞及NK細胞的功能，能夠提高腫瘤疫苗和其他免疫療法的功效。在體內(nèi)，滅活調(diào)控MDSCs聚集的基因也可以恢復T細胞的活性并抑制腫瘤生長、減少其遠處轉(zhuǎn)移的可能性[16]。隨著年齡的增長，機體患有腫瘤的可能性大大增加，而在小鼠體內(nèi)的研究[17]顯示這一現(xiàn)象與體內(nèi)內(nèi)生MDSCs數(shù)量隨著年齡增長而增加密切相關。MDSCs通過兩種方式參與了腫瘤免疫逃逸。

1．MDSCs對機體自然免疫應答的作用機制：一些研究表明[18]，MDSCs抑制NK細胞對腫瘤細胞產(chǎn)生的細胞毒性，并同時阻斷NK細胞產(chǎn)生IFN-γ，其機制是通過阻斷NKG2D的表達。但也有一些研究指出[19]，MDSCs能夠表達NKG2D配體Rae-1進而活化NK細胞，而活化的NK細胞反過來又減少MDSCs的數(shù)量。以上這些研究結果的差異可能是MDSCs不同亞群所致，這些亞群在不同的微環(huán)境中發(fā)揮著不同的作用。

小鼠體內(nèi)的腫瘤免疫也與NK/T細胞和MDSCs的相互作用有關。Ⅰ型NK/T細胞抑制腫瘤生長，而Ⅱ型NK/T細胞通過分泌IL-13促進腫瘤生長，Ⅱ型NK/T細胞的這一作用可誘導MDSCs的聚集，并促使巨噬細胞向促腫瘤M-2型細胞分化。NK/T細胞在病毒感染的小鼠體內(nèi)對MDSCs也具有調(diào)節(jié)作用，流感感染的小鼠體內(nèi)高水平的MDSCs在阻斷抗病毒免疫中發(fā)揮重要作用[20]。

2．MDSCs對適應性免疫應答的機制：MDSCs對T細胞的抑制作用既可為抗原特異性也可為抗原非特異性，取決于MDSCs不同的亞群。荷瘤小鼠體內(nèi)研究表明[21]，MDSCs阻斷CD8+T細胞、CD4+T細胞的活化和增殖，對CD8+T細胞的抑制作用具有MHC限制性和抗原特異性。但也有研究表明[22]，小鼠體內(nèi)MDSCs也抑制MHC異源的、抗原活化CD4+T細胞，表明MDSCs的抑制作用是非特異性的。

MDSCs通過攝取精氨酸[23]并通過胞內(nèi)高水平的精氨酸酶消耗大量精氨酸來對CD4+T細胞和CD8+T細胞發(fā)揮抑制作用。此外MDSCs產(chǎn)生的ROS和過(氧化)亞硝酸鹽通過硝化TCR阻斷CD8+T細胞，從而阻斷T細胞與MHC分子的相互作用。

大多數(shù)MDSCs的產(chǎn)生和功能的發(fā)揮都依賴于IFN-γ，其中包括單核細胞性MDSCs和粒細胞性MDSCs。單核細胞性MDSCs是通過NO發(fā)揮作用[24]，而粒細胞性MDSCs是通過ROS發(fā)揮抑制作用。早期的一些研究表明[25]，NO和ROS的產(chǎn)生具有IFN-γ依賴性。但IFN-γ并不是對所有的MDSCs都是必需的。患有纖維瘤和結腸癌的小鼠[26]體內(nèi)一些表型為CD11b+/Gr1+的MDSCs在被活化之后會產(chǎn)生TGF-β。MDSCs也通過下調(diào)TCR相關蛋白的表達來發(fā)揮抑制作用，這一由炎癥引起的現(xiàn)象在大部分的癌癥患者體內(nèi)都能被觀察到。在缺少ξ鏈的情況下，CD4+和CD8+T細胞無法傳遞活化所需的信號。

兩種新的免疫抑制性機制共同參與MDSCs的抑制腫瘤免疫的作用。一方面是MDSCs下調(diào)初始T細胞歸巢所必須的膜分子CD62L[27]，從而減少活化的CD4+和CD8+T細胞數(shù)量。另一方面是MDSCs通過消耗環(huán)境中T細胞活化必需分子半胱氨酸[28]來阻斷T細胞的活化。在健康狀態(tài)下，APC細胞通過蛋氨酸合成半胱氨酸，同時攝取細胞外的胱氨酸并將之轉(zhuǎn)化為半胱氨酸。在抗原提呈中半胱氨酸被T細胞攝取。當機體內(nèi)存在高水平的MDSCs時，MDSCs將攝取大部分可利用的半胱氨酸，消耗DC細胞和巨噬細胞產(chǎn)生的半胱氨酸。由于MDSCs自身并不產(chǎn)生半胱氨酸，因此細胞微環(huán)境中很快就會缺乏半胱氨酸，進而使T細胞無法合成活化所必需的蛋白質(zhì)，從而發(fā)揮抑制性作用。

參 考 文 獻

[1] Serafini P, Borrello I, Bronte V, et al. Myeloid suppressor cells in cancer recruitment, phenotype, properties, and mechanisms of immune suppression[J]. Semin Cancer Biol, 2006, 16(1): 53-65.

[2] Chandra D, Gravekamp C.Myeloid-derived suppressor cells: Cellular missiles to target tumors[J]. Oncoimmunology, 2013, 2(11): e26967.

[3] Eisenstein S, Coakley BA, Briley-Saebo K, et al. Myeloid-derived suppressor cells as a vehicle for tumor-specific oncolytic viral therapy[J]. Cancer Res, 2013, 73(16): 5003-5015.

[4] Chandra D, Gravekamp C. Myeloid-derived suppressor cells:Cellular missiles to target tumors[J]. OncoImmunology, 2013, 2(11): e26967.

[5] Bunt SK, Sinha P, Clements VK, et al.Inflammation induces myeloid-derived suppressor cells that facilitate tumor progression[J]. Immunol, 2006,176(1): 284-290.

[6] Khaled YS, Ammori BJ, Elkord E. Myeloid-derived suppressor cells in cancer: recent progress and prospects[J]. Immunol Cell Biol, 2013, 91(8): 493-502.

[7] Bunt SK, Yang L, Sinha P, et al.Reduced inflammation in the tumor microenvironment delays the accumulation of myeloid-derived suppressor cells and limits tumor progression[J]. Cancer Res, 2007, 67(20): 10019-10026.

[8] Ostrand-Rosenberg, Sinha P, Beury DW, et al. Cross-talk between myeloid-derived suppressor cells(MDSC), macrophages, and dendritic cells enhances tumor-induced immune suppression[J]. Semin Cancer Biol, 2012, 22(4): 275-281.

[9] Waldron TJ, Quatromoni JG, Karakasheva TA, et al. Myeloid derived suppressor cells: Targets for therapy[J]. Oncoimmuno-logy, 2013, 2(4): e24117.

[10] Obermajer N, Wong JL, Edwards RP， et al. PGE2-driven induction and maintenance of cancer-associated myeloid-derived suppressor cells[J]. Immunol Invest, 2012, 41(6-7):635-657.

[11] Rodriguez PC, Hernandez CP, Quiceno D, et al. Arginase I in myeloid suppressor cells is induced by COX-2 in lung carcinoma[J]. J Exp Med, 2005, 202(7): 931-939.

[12] Huang B, Zhang L, Zhao J, et al. CCL2/CCR2 pathway mediates recruitment of myeloid suppressor cells to cancers[J]. Cancer Letter, 2007, 252(1): 86-92.

[13] Cheng P, Corzo CA, Luetteke N, et al. Inhibition of dendritic cell differentiation and accumulation of myeloid-derived suppressor cells in cancer is regulated by S100A9 protein[J]. J Exp Med, 2008, 205(10): 2235-2249.

[14] Sinha P, Okoro C, Foell D,et al. Proinflammatory S100 proteins regulate the accumulation of myeloid-derived suppressor cells[J]. J Immunol, 2008, 181(7):4666-4675.

[15] Annels NE, Shaw VE, Gabitass RF, et al. The effects of gemcitabine and capecitabinecombination chemotherapy and of low-dose adjuvant GM-CSF on the levels of myeloid-derived suppressor cells in patients with advanced pancreatic cancer[J]. Cancer Immunol Immunother,2014, 63(2): 175-183.

[16] Li H, Han Y, Guo Q, et al. Cancer-expanded myeloid-derived suppressor cells induce anergy of NK cells through membrane-bound TGF-1[J]. J Immunol, 2009, 182(1): 240-249.

[17] Chandra D, Jahangir A, Quispe-Tintaya W, et al. Myeloid-derived suppressor cells have a central role in attenuated Listeria monocytogenes-based immunotherapy against metastatic breast cancer in young and old mice[J]. Br J Cancer, 2013,108(11): 2281-2290.

[18] Liu C, Yu S, Kappes J, et al. Expansion of spleen myeloid suppressor cells represses NK cell cytotoxicity in tumor-bearing host[J]. Blood, 2007, 109(10): 4336-4342.

[19] Jovanovic IP, Pejnovic NN, Radosavlievic GD, et al. Interleukin-33/ST2 axis promotes breast cancer growth and metastases by facilitating intratumoral accumulation of immunosuppressive and innate lymphoid cells[J]. Int J Cancer, 2014, 134(7): 1669-1682.

[20] De Santo C, Salio M, Masri SH, et al. Invariant NKT cells reduce the immunosuppressive activity of influenza A virus-induced myeloid-derived suppressorcells in mice and humans[J]. J Clin Invest. 2008, 118(12): 4036-4048.

[21] Sinha P, Clements VK, Ostrand-Rosenberg S. Reduction of myeloid-derived suppressor cells and induction of M1 macrophages facilitate the rejection ofestablished metastatic disease[J]. J Immunol, 2005, 174(2): 636-645.

[22] Sinha P, Clements VK, Ostrand-Rosenberg S. Interleukin-13-regulatedM2 macrophages in combination with myeloid suppressor cells block immune sur-veillance against metastasis[J]. Cancer Res, 2005, 65(24): 11743-11751.

[23] Zhu X, Pribis JP, Rodriguez PC, et al. The central role of arginine catabolism in T-cell dysfunction and increased susceptibility to infection after physical injury[J].Ann Surg, 2014, 259(1): 171-178.

[24] Youn JI, Nagaraj S, Collazo M, et al. Subsets of myeloid-derived suppressor cells in tumor-bearing mice[J]. J Immunol, 2008, 181(8): 5791-5802.

[25] Kusmartsev S, Gabrilovich DI. Immature myeloid cells and cancer-associated immune suppression[J]. Cancer Immunol Immunother, 2002, 51(6): 293-298.

[26] Fichtner-Feigl S, Terabe M, Kitani A, et al. Restoration of tumor immuno-urveillance via targeting of interleukin-13 receptor-2[J]. Cancer Res, 2008, 68(9): 3467-3475.

[27] Abe F, Younos I, Westphal S, et al. Therapeutic activity of sunitinib for Her2/neu induced mammary cancer in FVB mice[J]. Int Immunopharmacol, 2010, 10: 140-145.

[28] Srivastava MK, Clements VK, Sinha P, et al.Myeloid-derived suppressor cells inhibit T-cell activation by depleting cystine and cysteine[J]. Cancer Res, 2010, 70(1): 68-77.