髓系抑制性細胞的生物學特性及免疫抑制功能

徐　強(綜述)，王敦敬(審校)

(1.淄博市張店區人民醫院神經內科,山東 淄博 255025； 2.徐州醫學院附屬醫院神經內科，江蘇 徐州 221000)

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髓系抑制性細胞的生物學特性及免疫抑制功能

徐強1※(綜述)，王敦敬2(審校)

(1.淄博市張店區人民醫院神經內科,山東 淄博 255025； 2.徐州醫學院附屬醫院神經內科，江蘇 徐州 221000)

摘要：髓系抑制性細胞(MDSCs)是一類具有未成熟性、異質性、可塑性的細胞群體，包括骨髓前體細胞和未成熟的骨髓細胞。在腫瘤、感染、創傷及自身免疫性疾病等病理狀態下，MDSCs發生聚集并且活化，通過多種機制下調機體的免疫應答，發揮免疫抑制功能。研究者們正在研究各種克服MDSCs的方法，這樣可以使抗腫瘤免疫和其他的免疫療法得到更好的療效。

關鍵詞：髓系抑制性細胞；腫瘤；免疫抑制

近年來研究發現，在癌癥患者及荷瘤鼠體內存在著一類與腫瘤免逃逸密切相關的髓樣細胞，目前被命名為髓系抑制性細胞(myeloid derived suppressor cells,MDSCs)[1]。MDSCs是一類異質性細胞群體，處于髓系細胞的不同分化階段,由不同分化階段的髓系細胞如單核細胞、粒細胞及未成熟的樹突狀細胞等組成。MDSCs具有高度的可塑性，在適當的培養條件下可以分化為功能和形態完全正常的髓系終末細胞。病理狀態下(如腫瘤、炎癥、感染、創傷應激及自身免疫性疾病)，大量的致病因子和細胞因子產生，影響MDSCs的分化、發育和成熟，導致大量的MDSCs在骨髓、血液、脾臟、淋巴結及疾病發生部位聚集并且活化，隨后通過多條途徑下調機體的免疫應答，發揮免疫抑制功能。現就MDSCs的生物學特性、擴增以及其發揮免疫抑制功能的作用機制予以綜述。

1一般生物學特性

小鼠MDSCs表達髓系分化抗原Gr1和CD11b(即Gr1+CD11b+)，其他的一些表面分子，包括CD80、CD124和CD115等，也可以用于MDSCs亞群的鑒定[2]。小鼠體內的MDSCs根據Gr-1兩個不同抗原表位(Ly6G和Ly6C)表達的差異可分為兩種主要細胞群，并且利用不同的機制來抑制抗原特異性T細胞反應[3-4]：表達Ly6G的多核細胞型MDSCs(CD11b+Gr-1highLy6G+Ly6Clow/int)，形態類似于未成熟的中性粒細胞，主要通過精氨酸酶1的活性、活性氧類的產生和硝基酪氨酸途徑來抑制T細胞反應；表達Ly6C的單核細胞型MDSCs(CD11b+Gr-1intLy6G-Ly6Chigh)，形態類似于炎癥性單核細胞，主要通過精氨酸酶1的活性、一氧化氮的產生和硝基酪氨酸途徑來抑制T細胞反應。

人MDSCs指表達髓系共同表面標志CD11b和CD33，不表達主要組織相容性復合物Ⅱ類分子人類白細胞DR抗原(human leukocyte antigen-DR,HLA-DR)及成熟的髓系或淋巴細胞系標記的細胞表面標志物，如CD40、CD80、CD83[5]。人體內的MDSCs通常被定義為LIN-HLA-DR-CD3+或CD33+CD11b+CD14-[6-7]，但在不同的腫瘤患者體內，MDSCs有不同的表型及功能。正常人體內此類細胞占外周血單個核細胞的0.5%左右[8]。

MDSCs的功能包括免疫功能和非免疫功能。免疫功能主要指在癌癥或其他疾病期間對免疫反應的抑制和通過調節巨噬細胞的細胞因子來調節天然免疫反應。非免疫功能主要是指促進腫瘤的血管形成和腫瘤的生長、浸潤和轉移。

2MDSCs的擴增、聚集和活化

在正常的免疫應答過程中，MDSCs的產生和聚集是短暫的，然而在腫瘤、感染、炎癥、創傷應激及自身免疫性疾病等狀態下，MDSCs的分化受阻并最終導致該類細胞的聚集，發揮其免疫抑制功能。MDSCs的聚集和活化受到多種細胞因子的調節，具體可以分為兩類：第一類主要由腫瘤細胞產生，通過刺激髓細胞生成和抑制成熟的骨髓細胞分化來促進MDSCs 擴增。第二類則主要由激活的T細胞和腫瘤間質細胞產生，直接涉及到MDSCs的激活。

2.1MDSCs的擴增和聚集誘導MDSCs擴增和募集的因子主要包括粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)、血管內皮生長因子 (vascular endothelial growth factor,VEGF)、白細胞介素(interleukin,IL)-1β、IL-6、前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)、S100A8/A9和補體成分C5a，這些因子大多數通過激活JAK/信號轉導及轉錄激活因子(signal transduction and activator of transcription，STAT)3信號通路調節MDSCs的擴增和募集。骨髓前體細胞中異常持久的STAT3激活會阻止它們分化為成熟的骨髓細胞從而促進MDSCs的擴增。

2.1.1GM-CSF和VEGF誘導MDSCsGM-CSF和VEGF是最早被證明與MDSCs的聚集、活化有關的細胞因子[9]。環境中較高濃度的GM-CSF能誘導CD11b+Gr-1+細胞在小鼠脾臟、骨髓和外周血中出現和積累，抑制了T細胞介導的免疫反應，并誘導細胞產生促炎性細胞因子，如IL-1和腫瘤壞死因子α。GM-CSF的產生與腫瘤細胞自發性轉移能力相關。VEGF可以被多種腫瘤細胞產生，并且刺激內皮細胞增殖，在腫瘤血管形成中起重要作用。癌癥患者外周血中VEGF升高的水平與未成熟骨髓細胞的擴增有明顯的相關性。VEGF抑制造血祖細胞中轉錄因子核因子κB的激活，伴隨著大量的造血細胞譜系的生成。在首次接受實驗的小鼠體內使用重組的VEGF干預，抑制了樹突狀細胞的發育、增加了B細胞和未成熟Gr-1+骨髓細胞的數量[10-11]。

2.1.2IL-1β和IL-6誘導MDSCsIL-1β誘導MDSC的能力是在4T1乳腺癌或纖維肉瘤的小鼠中發現的。IL-1β過表達的異種移植腫瘤呈現更多的MDSCs的蓄積和更快的腫瘤進展速度[12]，而將4T1乳腺癌種植到IL-1R缺失的小鼠體內后，小鼠呈現MDSCs聚集的延遲和腫瘤生長速度的減慢[13]。一旦被動員并募集到腫瘤部位，MDSCs即能促進腫瘤進展。IL-1β誘導的MDSCs 聚集不依賴于宿主的T細胞、B細胞和自然殺傷細胞，此時的MDSCs表達了更高水平的活性氧，增強了抗CD8+和CD4+T細胞的抑制活性。IL-1β誘導的MDSCs 與在較少的炎癥環境中誘導的MDSCs相比，在體內存活的時間更長。IL-6是一種多功能的細胞因子，對于細胞的生長、分化、存活以及免疫過程中的遷移、血細胞的生成和炎癥具有多效性。IL-6主要通過STAT3活化途徑來影響髓系細胞分化，包括巨噬細胞和樹突狀細胞，從而引起MDSCs的增多。

2.1.3PGE2誘導MDSCsPGE2是一種有效的炎性介質，可以被許多腫瘤細胞產生，是炎癥性腫瘤環境的主要成分。PGE2可以增加鼠類CD11b+巨噬細胞中精氨酸酶的水平，從而證明了PGE2對MDSCs的誘導作用[13]。PGE2可以通過幾種非免疫機制，如促進腫瘤血管發生、避免腫瘤細胞發生凋亡以及刺激腫瘤細胞浸潤和轉移來促進腫瘤的生長。

2.1.4S100A8/A9蛋白誘導MDSCsS100A8和S100A9屬S100鈣結合蛋白家族，可通過與MDSCs表面表達的N-聚糖羥化物受體結合而轉移到腫瘤中。S100A8/A9異二聚體至少通過兩種機制來調節MDSCs的聚集和抑制活性[14-15]：①阻斷了骨髓前體細胞通過STAT3機制向DC和巨噬細胞的分化;②通過核因子κB依賴的途徑化學驅使MDSCs移向腫瘤部位。但是，MDSCs也可誘導S100A8/A9蛋白，從而提供了一種自分泌反饋環路來保持MDSCs的聚集和存活。使用mAbGB3.1處理過的荷瘤鼠，可以結合到細胞表面受體上的N-聚糖類羥化物，阻斷S100A8/A9蛋白的連接信號，降低血漿中S100A8/A9蛋白的水平，從而可以降低了血液和次級淋巴器官中MDSCs的水平。

2.1.5補體成分C5a誘導MDSCs補體成分C5a，也叫作過敏毒素，是一種化學趨化劑，具有內在的炎癥活性，集中于實體瘤的內皮細胞。研究表明，C5a有利于腫瘤的進展，并且通過黏合MDSCs上的C5a受體來介導這種效應[16]。粒細胞/嗜中性粒細胞樣和單核細胞樣的MDSCs，以及MDSCs的亞群都表達C5a受體。但是C5a對兩種亞群的MDSCs的影響是不同的。C5a促進了粒細胞/嗜中性粒細胞樣的MDSC遷移到實體瘤和外周淋巴結和淋巴器官，但卻不能促進單核細胞樣的MDSCs發生遷移。C5a增加了單核細胞樣的MDSCs中活性氧類和活性氮的表達，但在粒細胞/嗜中性粒細胞樣的MDSCs中卻不能。這兩種效應最終都可以使MDSCs更有效地抑制T細胞的活性。

2.2MDSCs的活化MDSCs發揮免疫抑制功能不僅需要擴增和聚集，還需要誘導其活化。誘導MDSCs活化的因子來源于激活的T細胞和腫瘤基質細胞，主要包括干擾素γ、IL-4、IL-13和轉化生長因子β，涉及的信號通路主要有STAT1、STAT6、核因子κB[17]。STAT1是干擾素γ信號的主要轉錄因子，并與腫瘤微環境中MDSCs上調表達精氨酸酶1和誘導型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)(也稱NOS-2)有關。IL-4、IL-13通過IL-4Rα活化STAT6，上調精氨酸酶1的活性，增加MDSCs的抑制功能。IL-13通過IL-4Rα-STAT6信號途徑，誘導小鼠肉瘤來源的MDSCs產生的轉化生長因子β，降低機體的腫瘤免疫監視能力。

3MDSC免疫抑制的作用機制

生理狀態下的MDSCs處于靜息狀態，缺乏免疫抑制活性；在各種病理狀態下，MDSCs聚集于骨髓、血液、脾臟、淋巴結及腫瘤組織中，通過細胞與細胞間接觸和可溶性細胞因子參與，發揮廣泛的免疫抑制活性，可有效抑制T細胞、B細胞、巨噬細胞以及自然殺傷細胞等細胞的功能。MDSCs既抑制先天性免疫又抑制獲得性免疫，具體作用機制如下。

3.1MDSCs對T細胞的抑制效應

3.1.1精氨酸酶1和iNOSMDSCs的免疫抑制作用與兩種精氨酸代謝酶密切相關，即精氨酸酶1和iNOs。MDSCs分泌ARG1分解了T細胞活化所必需的氨基酸——精氨酸，導致局部腫瘤微環境中L-精氨酸的耗竭和尿素的形成，造成了CD3ζ鏈翻譯的阻斷，CD8+和CD4+T細胞無法傳遞激活所需要的信號，從而導致T細胞的抑制[18]。此外氨基酸化合物濃度的降低和尿素產量的增加也具有抑制T細胞的功能。MDSCs 表達的iNOS主要通過產生的NO來介導其免疫抑制作用，NO通過抑制T細胞內JAK3、STAT3的功能、抑制主要組織相容性復合體Ⅱ類分子的表達以及誘導T細胞凋亡來抑制T細胞的功能[19]。

3.1.2活性氧類活性氧類是增強MDSCs抑制活性的重要因素。腫瘤狀態下由腫瘤細胞分泌的某些腫瘤源性因子,如轉化生長因子β、IL-6、IL-10、血小板衍生生長因子和GM-CSF等，可以誘導MDSCs產生活性氧類。此外，炎癥及某些細菌產物通過與激活的T細胞相互作用使MDSCs數量增加，從而誘導產生活性氧類和NO。

MDSCs引起的活性氧類的增加是通過上調還原型輔酶Ⅱ氧化酶來介導的[20]。與非患瘤鼠MDSCs相比，荷瘤鼠MDSCs明顯的高表達還原型輔酶Ⅱ氧化酶亞單位，主要是p47phox和gp91phox。MDSC內還原型輔酶Ⅱ氧化酶亞單位的表達受STAT3轉錄因子控制。缺乏了還原型輔酶Ⅱ氧化酶的活性，MDSC便喪失了抑制T細胞反應的能力，并快速地分化為成熟的巨噬細胞和樹突狀細胞[21]。

3.1.3誘導調節性T細胞(regulatory T cells,Tregs細胞)Tregs細胞在腫瘤的發生、發展過程中起著重要作用，Tregs 細胞能促進機體發生免疫耐受，有助于腫瘤發生免疫逃逸。MDSCs可以通過誘導Tregs細胞間接影響T細胞的活化，從而下調細胞介導的免疫。Tregs細胞的誘導產生依賴于MDSCs 細胞產生的轉化生長因子β和IL-10[22]。

3.1.4其他機制MDSCs還可以通過兩種機制來發揮免疫抑制作用。一種是髓源性抑制細胞下調L-選擇蛋白(CD62L)而降低表達CD8+和CD4+T細胞[23]。CD62L是一種分子質膜，是幼稚T細胞到淋巴結遷移所必需的。當CD62L下調后，CD8+和CD4+T細胞不能遷移到淋巴結中，從而不能被腫瘤抗原正常激活。另外一種機制是髓源性抑制細胞通過分離胱氨酸和半胱氨酸來抑制T細胞活化[24]。半胱氨酸是T細胞活化所必需的。在健康狀態下，抗原呈遞細胞(即樹突狀細胞和巨噬細胞)可以利用甲硫氨酸合成半胱氨酸，并且可以攝入細胞外的甲硫氨酸轉化為半胱氨酸。額外的半胱氨酸在抗原呈遞期間被轉出，通過T細胞而攝入。MDSCs不能將甲硫氨酸轉化為半胱氨酸，因此它們完全依賴于攝入的胱氨酸轉化為半胱氨酸。當MDSCs出現高濃度聚集時，將會攝入大部分可以利用的胱氨酸，從而剝奪了樹突狀細胞和巨噬細胞利用胱氨酸的能力。由于MDSCs并不能轉出胱氨酸，這導致的直接后果是半胱氨酸的缺乏和T細胞不能合成活化所需要的蛋白質，從而阻斷了T細胞的活化。

3.2MDSCs對其他細胞的抑制效應 MDSCs對B淋巴細胞作用的研究較少，研究表明MDSCs可以抑制B細胞的活化、增殖，抑制其分化為漿細胞及分泌IgG，并且抑制趨化因子(C-X-C基序)配體12和趨化因子(C-X-C基序)配體13對B細胞向次級淋巴器官的趨化[25]。

MDSCs對巨噬細胞和自然殺傷細胞介導的天然抗腫瘤免疫也具有抑制作用[26]。MDSCs通過分泌Th2型細胞因子IL-10和下調巨噬細胞產生的Th1型細胞因子IL-12來發揮此類作用。這種效應可以被巨噬細胞所放大，從而可以進一步增加MDSCs產生IL-10。

4展望

由于MDSCs抑制了免疫反應，參與了腫瘤免疫逃逸，因此，逆轉 MDSCs的負向免疫調控可以促進機體的免疫監視和介導抗腫瘤免疫反應，是一種極具前景的免疫治療方法。針對MDSCs的靶向治療主要包括：①促進MDSCs分化為成熟的髓系細胞；②抑制MDSCs的擴增和活化；③阻斷調節MDSCs 的信號通路；④合理剔除已經擴增和活化的MDSCs。但由于目前對MDSCs的性質、生物學特點以及其發揮免疫抑制作用的具體機制尚缺乏明確的了解，因此，在臨床試驗中對此靶向治療的報道并不多見。其中，全反式維甲酸在體內和體外都可誘導MDSCs分化為樹突狀細胞和巨噬細胞，其主要機制是上調谷胱甘肽的合成和抑制MDSCs中的活性氧類水平[27]。此外，維生素D3也能夠促進MDSCs的分化，顯著減少腫瘤患者體內MDSCs的數量，并能促進髓源性細胞的分化[28]。有實驗報道吉西他濱和舒尼替尼也能降低荷瘤鼠和腫瘤患者體內MDSCs水平[29-30]。相信隨著對MDSCs的深入研究，針對MDSCs的腫瘤靶向治療會取得更大的成就，從而為腫瘤患者的治療提供新的思路和治療技術。

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Biological Characteristics and Immune Suppressive Functions of Myeloid Derived Suppressor CellsXUQiang1，WANGDun-jing2.(1.DepartmentofNeurology,ZiboZhangdianPeople′sHospital，Zibo255025，China； 2.DepartmentofNeurology,theAffiliatedHospitalofXuzhouMedicalCollege,Xuzhou221000,China)

Abstract：Myeloid derived suppressor cells(MDSCs) are a kind of immature,heterogeneous,plastic colony of myeloid cells,which consist of myeloid progenitor cells and immature myeloid cells.MDSCs aggregate and activate in pathological conditions,such as cancer,infection,trauma and autoimmaune diseases.MDSCs play a role of immune suppression through a variety of mechanisms to down-regulate the immune response.Researchers are developing methods to overcome the negative effects of MDSCs，which will make anticancer immunotherapies and other immunotherapies more effective.

Key words：Myeloid derived suppressor cells; Tumor; Immune suppression

收稿日期：2014-11-24修回日期：2015-03-28編輯：相丹峰

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.20.016

中圖分類號:R392.1

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)20-3688-04