MDSCs在結腸炎相關結腸癌中的作用機制研究進展①

閆風連 司傳平 熊化保 (濟寧醫學院免疫學與分子醫學研究所，濟寧 272067)

結腸癌(colorectalcancer,CRC)是世界第三大高發的癌癥，且在年輕人群中發病率逐年增加，結腸炎相關結腸癌(colitis-associated cancer，CAC)是CRC的一種亞型[1-5]。長期的慢性炎癥是CAC發生發展的重要推力，IBD患者發生CRC的風險會顯著升高[6]。目前，一般認為CAC是炎癥反應、腸道菌群紊亂等腫瘤微環境改變以及致癌基因、腫瘤抑制基因突變共同作用的結果[5]。 髓樣抑制細胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)是一群異質性細胞，由不成熟的巨噬細胞、粒細胞、樹突細胞以及其他處于分化早期階段的髓樣細胞組成，具有免疫抑制功能，影響腫瘤侵襲和遷移，并介導腫瘤細胞免疫逃逸[7-9]。MDSCs在IBD患者以及CAC患者的損傷部位大量累積，在CAC發生發展中具有重要作用[6]，但具體機制目前研究較少，因此本文綜述了MDSCs在CAC中作用機制的最新研究進展，包括CAC中MDSCs募集與活化，活化后免疫抑制功能的發揮等兩方面，以期為CAC的治療提供理論支撐。

1 腫瘤微環境中的MDSCs

MDSCs是腫瘤微環境中發揮免疫抑制作用的主要成分，參與多種癌癥的發生發展。腫瘤微環境中MDSCs的誘導、循環受多種因素的調控，包括細胞因子、生長因子和促炎介質。隨著研究的不斷進行，參與的因子種類不斷擴增，主要可以分為兩大類，一類是促進MDSCs擴增的因子，主要由腫瘤細胞產生，包括干細胞因子(SCF)、粒細胞集落刺激因子(G-SCF)、巨噬細胞集落刺激因子(M-CSF)、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)、前列腺素E2 (PGE2)、血管內皮生長因子(VEGF)、腫瘤壞死因子(TNF)、IL-1、IL-6、IL-13、和IL-10等，這些因子大部分可以激活STAT3和JAK信號通路[8-11]。另一類是MDSCs活化因子，主要由激活的T細胞和腫瘤間質細胞產生，包括Toll樣受體配體、IFN-γ、PGE2、IL-1β、 IL-4 和 IL-13，主要通過STAT1、STAT6和NF-κB信號通路調控MDSCs活化[9,11-13]。腫瘤微環境中MDSCs免疫抑制功能的發揮機制可以分為4種：①MDSCs可以介導腫瘤微環境中T細胞激活和增殖所需要的必需氨基酸的消除，其中最重要的是L-精氨酸和L-半胱氨酸的消除，導致T細胞增殖被抑制[14]；②MDSCs通過表達精氨酸酶-1(Arg-1)、一氧化氮合酶(iNOS)、NADPH 氧化酶(NOX2)，產生NO、活性氧(ROS)、過氧化氫等調節腫瘤免疫反應，高水平的NO可以通過抑制IL-2受體信號通路、阻礙MHC-II基因表達、表達E-選擇素、誘導T細胞凋亡抑制T細胞功能，ROS的調控作用，包括將MDSCs募集到腫瘤部位、誘導免疫細胞DNA損傷、抑制MDSCs向DCs分化[9]；③MDSCs可影響淋巴細胞的循環和凋亡，通過下調T細胞表面的L-選擇素(L-selectin，CD62L)使T細胞歸巢到淋巴結，也可通過CCL2的過氧亞硝基修飾阻斷CD8+T細胞遷移到腫瘤部位[9]；④促進免疫反應向免疫抑制方向發展，MDSCs通過調控細胞與細胞相互作用(包括CD40-CD40L相互作用)、產生細胞因子(IL-10、TGF-β和IFN-γ)參與CD4+T細胞向Treg細胞分化[9]。

2 MDSCs在CAC中的作用機制

2.1CAC中MDSCs募集和活化 GM-CSF作為促炎細胞因子家族中的一員，近期研究發現其可以調節MDSCs在結腸損傷部位的累積，在CAC中起到關鍵作用。在CAC模型中，GM-CSF缺陷小鼠的MDSCs數量顯著減少，將野生型CAC小鼠MDSCs回輸到GM-CSF缺陷小鼠會使該小鼠重新患CAC。而且CAC病變部位上清或者單獨的GM-CSF就足以影響造血前體細胞向MDSCs的分化。當在CAC病變部位上清中加入GM-CSF中和抗體后，MDSCs的分化被破壞。說明GM-CSF可以通過誘導或者募集MDSCs參與CAC的發生[6]。

G-CSF是中性粒細胞發揮功能時的重要調節分子，在多種腫瘤中高表達，參與CAC的發生發展，但其通過調節MDSCs參與CAC的具體機制近期才被闡明。在小鼠CAC模型中，過表達G-CSF會導致MDSCs在結腸部位累積。在體外實驗中，G-CSF可通過STAT3信號通路促進MDSCs生存和活化。加入G-CSF中和抗體會減少MDSCs的累積，導致腫瘤體積顯著減小、細胞數量顯著減少。說明在CAC中，G-CSF是MDSCs遷移、增殖和發揮功能的重要調節分子[5]。

IL-27是一種異二聚體的細胞因子，其受體由IL-27Rα和gp130兩部分組成，其中IL-27Rα是IL-27特有的，gp130是與IL-12共有的。IL-27在多種炎癥相關疾病中具有重要作用，參與CAC的發生發展，對抗體IL-27Rα缺陷小鼠CAC的發展。在小鼠CAC模型中，IL-27會下調結腸上皮細胞中TLR相關的細胞因子，進而減少腫瘤細胞增殖，增強MDSCs在結腸固有層的累積，緩解CAC的發展[15]。

IL-17是自身免疫病的關鍵驅動因子，調控炎癥反應。體外實驗中，IL-17可以提高G-MDSCs的生存率，增強其免疫抑制功能。在CAC模型中，腹腔巨噬細胞產生的IL-17會促進MDSCs及Th17細胞比例的持續增加，且MDSCs的增加要早于Th17細胞。在體內中和MDSCs以后不僅能緩解CAC發展，還能顯著減少Th17細胞數量。說明在CAC發展過程中，腹腔巨噬細胞分泌的IL-17可以促進MDSCs的累積，進而增加Th17細胞數量，最終促進CAC的發展[16]。

VEGF是實體瘤生長和轉移的重要調控因子，在CAC中也可以調控MDSCs的累積，Wang等[17]研究發現在CAC模型中，病灶部位高表達VEGF，且MDSCs在此部位積聚，當用VEGF抗體治療后會顯著抑制病灶部位MDSCs的累積，說明VEGF可通過影響MDSCs的累積參與CAC的形成。

CAC小鼠血液中MDSCs的水平與CAC的發展階段、轉移呈正相關，因此MDSCs從循環系統募集到結腸黏膜的過程在CAC發展過程中扮演重要角色，有研究表明C-X-C家族受體2(C-X-C family receptor 2，CXCR2)和CXCR4可以介導MDSCs從循環系統募集到結腸黏膜[18,19]。CAC模型中，缺失CXCR2可以抑制MDSCs向結腸黏膜浸潤。在發炎的結腸黏膜以及腫瘤中，CXCR2的配體表達明顯增加，誘導MDSCs向結腸黏膜趨化。將野生型小鼠MDSCs移植到CXCR2-/-小鼠體內，會使該小鼠重新患CAC。研究還發現在體內PGE2可以誘導CXCR2配體在結腸黏膜以及腫瘤中的表達，因此PGE2可以通過CXCR2-配體-CXCR2途徑將MDSCs募集到結腸部位，促進CAC的發生和發展[18,20]。CXCR4也能促進MDSCs從循環系統向結腸黏膜浸潤。在CAC模型中，過表達CXCR4會使血液中MDSCs比例顯著增加，CXCR4+/-小鼠結腸上皮細胞以及固有層中MDSCs的累積也顯著高于野生型小鼠。CXCR4+/-Apcmin/+小鼠血液以及結腸黏膜中MDSCs的比例也顯著高于Apcmin/+小鼠，說明過表達CXCR4可通過將MDSCs從循環系統募集到結腸黏膜促進CAC發生、發展[19]。

在CAC患者中真菌的數量也是調節MDSCs累積的重要因素。銜接蛋白(caspase recruitment domain-containing protein 9，CARD9)在抗真菌免疫中具有重要作用，是連接真菌識別受體及NF-κB激活的橋梁，CARD9-/-小鼠對于真菌具有更高的承載力，更易患腸炎。在CAC模型中，CARD9-/-小鼠結腸腫瘤數量以及腫瘤組織中MDSCs的數量都顯著高于野生型小鼠。骨髓細胞和C.tropicalis共培養會表現出MDSCs的特征和抑制功能。使用抗真菌藥物處理會抑制CARD9-/-小鼠CAC的發展，MDSCs的累積也會降低。CRC患者腫瘤組織中MDSCs的數量和感染真菌的數量呈正相關[21]。說明在CAC中真菌感染也是調節MDSCs的重要因素。

2.2CAC中MDSCs免疫抑制功能的發揮 在CAC中MDSCs發揮其功能主要通過抑制T細胞激活、增殖、轉移，抑制NK細胞，促進Foxp3+Treg細胞激活等來實現。①MDSCs可以介導結腸微環境中L-精氨酸的消除，抑制T細胞增殖。Ma等[6]發現在CAC模型中，結腸病灶部位分離的MDSCs表達更多的Arg-1和iNOS，導致精氨酸含量顯著減少。在體外實驗中，CAC小鼠結腸病灶部位分離的MDSCs顯著抑制Con A誘導的T細胞增殖，在共培養體系中加入Arg-1、iNOS抑制劑會影響這種對T細胞增殖的抑制效應。Arg-1和iNOS表達增加還可促進Foxp3+Treg細胞激活和MDSCs一起抑制抗腫瘤免疫、促進腫瘤發展[22]。 Wu等[23]的研究也發現在CAC模型中，從脾臟分離出來的MDSCs可以顯著抑制CD4+和CD8+T細胞增殖。Yu等[19]在研究CXCR4可以將循環系統中MDSCs募集到結腸黏膜炎癥部位時，利用流式細胞術以及免疫組化方法發現，CXCR4+/-小鼠結腸黏膜浸潤大量MDSCs，同時在此部位CD8+T細胞比例顯著降低。②MDSCs可通過抑制結腸黏膜CD8+T細胞細胞毒活性加速腫瘤生長[18]。GHiroshi等[48]在研究表達CXCR2的MDSCs在CAC中的作用時發現，結腸CD8+T細胞對腫瘤細胞的細胞毒作用會被從循環系統分離的G-MDSCs抑制，且這種抑制作用與加入G-MDSCs的比例相關。由于MDSCs抑制CD8+T細胞的細胞毒活性需要Arg-1，該研究也對Arg-1活性進行了檢測，從AOM/DSS處理小鼠結腸分離的G-MDSCs會表達更多的Arg-1，Arg-1活性也更高，同時也會抑制結腸CD8+T細胞分泌IFN-γ和IL-2。③MDSCs可以改善CAC中的抗腫瘤免疫反應，促進免疫反應向免疫抑制方向發展。Wu等[23]在研究CAC中信筒子素(Embelin)對MDSCs的影響時發現，Embelin使腫瘤中MDSCs減少的同時，使CD3+CD8+T細胞、NK細胞、成熟的DCs細胞數量增加，Treg 細胞減少。④近期有關IL-10在MDSCs免疫抑制功能發揮中的作用研究有了新的進展。研究表明慢性炎癥會導致MDSCs在結腸組織中累積，促進MDSCs分泌IL-10，IL-10進而激活STAT3，使STAT3結合在DNA甲基轉移酶1(DNA methyltransferase 1，DNMT1)和DNMT3b的啟動子上，促進DNMT1和DNMT3b的表達，導致其下游干擾素調節因子8(interferon regulatory factor 8，IRF8)啟動子區超甲基化，IRF8的表達被沉默，結腸上皮組織中IRF8敲除會導致CAC的發生率顯著增加[24]。

3 小結與展望

越來越多的研究表明慢性炎癥是癌癥發展的重要風險因子，長期的炎癥會促進癌癥的發生、發展和轉移。臨床上，約20%IBD會發展成CAC。CAC一般具有發展迅速、治愈率低和死亡率高的特點[25,26]。CAC主要的病理變化是各種類型的免疫細胞和間質細胞發生募集和失調，形成腫瘤微環境[27]。MDSCs是腫瘤微環境中發揮免疫抑制作用的主要成分，且在炎癥相關癌癥中具有重要作用。MDSCs的累積與癌癥的發展階段、腫瘤負荷及患者的生存率相關，CAC也不例外[28,29]。因此MDSCs被認為是CAC治療非常有潛力的靶點。目前已經有針對降低MDSCs擴增、促進MDSCs分化、抑制MDSCs功能的研究，但是僅僅部分有效。近期有研究表明，Embelin在CAC模型中，會影響MDSCs的累積和免疫抑制功能的發揮。在CAC小鼠體內，Embelin大幅度減少MDSCs在外周淋巴器官和腫瘤中的累積，通過減少ROS和Arg-1的產生，恢復T細胞反應來影響MDSCs的抑制活性。在腫瘤周圍，Embelin可以增加CD8+T細胞、NK細胞和DCs的浸潤，同時減少Treg T細胞數量，在體外可直接影響MDSCs的產生和功能。Embelin對MDSCs的影響主要是由C/EBP β 和STAT3信號通路介導。因此在CRC中Embelin將是調節MDSCs介導的免疫耐受的非常有潛力的藥物[23]。尋找更有效抑制MDSCs的治療策略仍然是亟需解決的問題。