髓源性抑制細胞與肺癌轉移前微環境的形成①

羅 斌 姚嘉良 田建輝 劉嘉湘 (上海中醫藥大學附屬龍華醫院腫瘤科,上海 200032)

惡性腫瘤已經成為嚴重影響我國公共健康的疾病，其中肺癌的發病人數及死亡人數居所有癌種首位，其5年生存率在20%以下，而轉移是導致肺癌死亡的主要原因[1-3]。轉移涉及多種細胞及組織的參與其中靶器官的微環境是否適合癌細胞生存在轉移中起關鍵作用[4-6]；而免疫細胞作為機體的防御“衛士”，是決定腫瘤細胞生存與否的重要因素[7]，骨髓是中樞免疫器官，是免疫細胞分化的重要場所，部分負性調控免疫細胞在轉移過程中過度表達，進而導致靶器官免疫抑制環境的形成[8,9]。2005年，Kaplan等[10]將靶器官這種適應于腫瘤細胞生存的環境定義為轉移前微環境(pre-metastatic niche,PMN)，其中免疫抑制是其最主要的特征之一[11]。髓源性抑制細胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSC)是PMN中發揮免疫抑制作用的關鍵免疫細胞[12]，因此明確MDSC的分化機制，揭示其在腫瘤PMN形成中發揮作用的過程，將有助于防治轉移的發生。本文通過綜述MDSC的產生及其在肺癌PMN中的作用機制，為防治肺癌轉移提供新的策略，以期提高臨床療效。

1 MDSC的分化形成機制

1.1MDSC的命名及分類 MDSC是上世紀70年代在癌癥患者中發現的一類異常的髓系免疫抑制細胞[13]；后來研究者發現MDSC與多種疾病(包括癌癥)的發生發展相關，2007年Gabrilovich[14]首次命名MDSC，并指出其可抑制T細胞激活。研究發現MDSC與人類的慢性感染、炎癥、自身免疫疾病、癌癥等疾病具有密切關系，而且隨著年齡的增長具有累積效應[15-17]，由于MDSC是一群尚未完全分化成熟的髓系細胞[18]，當未成熟的髓系細胞正常分化成巨噬細胞、樹突狀細胞及粒細胞等時，才可以發揮正常的免疫功能。MDSC目前主要分成2個亞群：粒系MDSC(polymorphonuclear MDSC,PMN-MDSC)與單核系MDSC(mononuclear MDSC,M-MDSC)，在大部分惡性腫瘤中，M-MDSC與PMN-MDSC兩者占比約為1∶4[19,20]；但是MDSC在不同物種之間的標志物存在差異，其中人源的表面標志物主要是HLA-DR/Lin/CD11b/CD14/CD15/CD33等，而在鼠源則是CD11b/Ly6G/Ly6C,且發揮免疫抑制的途徑具有一定差異[21-23]。

1.2MDSC的分化 免疫細胞在機體的分化均受到精密調節，未成熟髓系細胞的分化同樣受到相關因子的調節，而MDSC的形成是未成熟髓系細胞在其分化過程中受到外來物質的“誘導”，這些物質干預了MDSC的產生、增殖、遷移、激活等過程，主要包括：腫瘤來源因子、生長因子類、趨化因子類、免疫細胞因子類、環氧合酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)和前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)等[24-27](表1)。其中粒-巨集落刺激因子(Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor,GM-CSF)和IL-6是最為常見的誘導MDSC產生的因子，其能將外周血單個核細胞誘導成MDSC以發揮免疫抑制作用[28]。另外，研究發現信號轉錄與轉導激活因子家族信號傳導及轉錄激活因子(signal transducer and activator of transcription,STAT)、核因子-κB因子(nuclear factor kappa-B,NF-κB)、高遷移率調控因子(high mobility group box 1,HMGB1)、維甲酸單一受體-1(retinoic-acid-related orphan receptor 1，ROCR1)等是MDSC分化過程中重要的信號通路[26,29-32]。因此，MDSC的產生與功能發揮是許多因素在機體內環境中相互作用的結果，干預其中的關鍵途徑，有可能阻斷MDSC的產生，進而抑制腫瘤轉移的免疫微環境形成。

2 MDSC與肺癌轉移

惡性腫瘤的治療趨勢正在從以腫瘤細胞為中心干預向腫瘤生存的環境干預轉變，手術、化療、放療、靶向治療均是以腫瘤細胞為核心進行干預，而腫瘤血管生成抑制劑和免疫治療均為干預腫瘤微環境。肺癌的臨床療效開始突破瓶頸，但轉移仍然是導致肺癌死亡的主要原因，且缺乏針對性藥物。縱觀腫瘤發生、轉移過程中出現的腫瘤微環境(tumor Microenvironment,TME)、腫瘤免疫微環境(tumor immune microenvironment,TIME)、PMN等均是以免疫抑制為特征(圖1)，其中免疫負性調控細胞MDSC、調節性T細胞發揮重要作用[11,33-36]。MDSC在腫瘤血管生成、腫瘤細胞生存、腫瘤轉移、轉移前微環境形成等過程發揮重要作用[16]，但是MDSC主要是在抑制機體免疫應答方面發揮主要作用，促進有利于腫瘤發生、發展及轉移的環境形成，因此以MDSC為研究靶點，揭示其調控免疫的機制，將有助于進一步提高惡性腫瘤的防治效率。

PMN是指靶器官形成的適應腫瘤細胞定植、生存、增殖，最終形成轉移的環境[10,37]。肝、腦、骨、肺、腎上腺等靶器官的PMN形成是外周血或淋巴結中循環腫瘤細胞能夠在靶器官生存并形成轉移灶的關鍵環節，而MDSC可以誘導PMN形成并促進循環腫瘤細胞向PMN遷移[11,38]，最終導致轉移形成。MDSC參與轉移發生主要體現在兩方面：一是抑制機體的免疫應答，有利于腫瘤細胞的生存；二是促進腫瘤血管生成、腫瘤細胞遷移及轉移前微環境形成[39]。由此可見，MDSC參與了腫瘤的發生、侵襲、轉移整個過程，尤其是PMN形成，因此揭示MDSC在腫瘤發生、侵襲、轉移過程中的作用途徑，明確其干預靶點，將有助于腫瘤的防治。

表1 MDSC分化、遷移、激活過程中涉及的因素

Tab.1 Factors involved in MDSC differentiation,migration,and activation

ItemFactorsRef.Growth factorsGM-CSF,G-CSF,M-CSF,VEGF,TGF-β10,13,22,24,26ChemokineCCL2,CCL4,CCL5,CXCL1,CXCL8,CXCL1216,20CytokinesIL-1β,IL-4,IL-5,IL-6,IL-10,IL-13,TNF-α,IFN-γ12,20,24Signaling pathway that regulating differentationCOX-2,PGE-2,HMGB1,RORC123,24,25,27,28,30STAT(Stat3,Stat1,Stat5,Stat6),NF-κB,mTOR

Note:Vascular endothelial growth factor,VEGF;transforming growth factor-β,TGF-β;granulocyte-macrophage colony-stimulating factor,GM-CSF;Chemokine (C-C motif) ligand,CCL;C-X-C chemokine ligand,CXCL;interleukin,IL;tumor necrosis factor,TNF;interferon,IFN.

3 MDSC在PMN形成中的免疫抑制途徑及藥物研發

3.1MDSC抑制免疫功能的關鍵途徑 MDSC主要發揮免疫抑制作用，包括特異性免疫和非特異性免疫，但是其主要作用于T細胞。MDSC發揮免疫抑制作用的主要因子包括：吲哚胺2,3-雙加氧酶(indoleamine 2,3-dioxygenase,IDO)、精氨酸酶(Arginase-1，ARG-1)、活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)、IL-10、腫瘤生長因子-β、誘導性一氧化氮合成酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)、COX-2、NO等[40]；同時MDSC也可以募集調節性T細胞至TME共同發揮免疫抑制功能。近年研究顯示，M-MDSC和PMN-MDSC的免疫抑制機制存在差異；M-MDSC主要以抗原特異性和非特異性兩種方式，通過分泌NO和細胞因子發揮免疫抑制作用；而PMN-MDSC主要是以抗原特異性方式，通過分泌ROS抑制免疫應答；但是二者均需要精氨酸的代謝提供能量，即ARG-1參與[32,39,41]。此外，MDSC和腫瘤相關巨噬細胞、腫瘤相關成纖維細胞等TME存在的細胞相互作用，促使TME形成復雜的免疫抑制網絡。綜上所述，MDSC是機體中有利于腫瘤生長環境(如TME、TIME、PMN)形成的關鍵因素，但是MDSC的免疫抑制作用不僅僅體現在腫瘤，在其他疾病如風濕性疾病等亦有作用，因此揭示MDSC發揮免疫抑制功能的途徑，是截斷其發揮作用的關鍵。

3.2以MDSC為干預靶點的治療研究 基于前期的基礎研究成果，以MDSC的作用途徑為干預靶點的藥物正在研發且部分已經開始了臨床試驗。研究發現地塞米松、雷帕霉素、環孢霉素A在人體器官移植過程中可以通過iNOS/ARG-1、NO、IDO等途徑調節MDSC的功能，進而抑制機體的免疫排斥，提高組織移植的成功率[42]。但是，在實體瘤中以減少MDSC的免疫抑制增強腫瘤治療效果的研究較少，美國?？怂拱┌Y研究中心注冊了一項(注冊號：NCT03302247)以評估吉西他濱促進MDSC耗竭，增強納武單抗在IIIB期非小細胞肺癌中的療效為目的的臨床研究，結果尚未公布；Chakraborty等[43]研究發現銅絡合物N-[2-羥基苯乙酮]甘氨酸銅通過Fas-FasL途徑誘導MDSC凋亡，進而減少小鼠腫瘤模型腹水和降低脾臟中MDSC水平，增強抗腫瘤免疫治療的效果；也有研究發現5-Fu可以誘導MDSC凋亡進而增加CD8+T細胞在TME中的浸潤，促進免疫殺傷作用[44]。Guha等[45]發現MDSC的上游基因蛋白STAT3抑制劑(BB1608)可以有效地促進肝癌小鼠模型的CAR-T(antigen receptor T cells，CAR-T)治療效果。從上述研究可知，干預MDSC的免疫抑制作用主要分為四種[46]：①促進MDSC的耗竭；②通過IDO、NO等抑制MDSC的功能；③抑制MDSC向TME的募集與浸潤；④促進MDSC向正常細胞分化。目前在實體瘤中針對MDSC的干預藥物尚處于初步研發階段，尚無療效確切的藥物進入腫瘤臨床，因此開發干預MDSC免疫抑制途徑的藥物將是未來調控TME的重要方向，尤其是腫瘤免疫治療。

4 干預MDSC調節“免疫抑制微環境”的展望

免疫治療成為肺癌治療的重要治療方面，體現了肺癌治療從以殺瘤為主向以調節TME為主的轉變[47]，而治療理念的轉變也是腫瘤精準治療取得臨床療效的關鍵。盡管目前腫瘤治療取得了階段性進步，但是惡性腫瘤的轉移仍然是國際難題。MDSC作為目前發現的免疫抑制關鍵細胞，是Tregs細胞之后的第二類潛在干預靶點；研究發現MDSC的不同亞群在肺癌患者外周血中均有上升，且與肺癌的臨床分期具有相關性[20]；因此，其在腫瘤PMN中的免疫抑制可能是導致循環腫瘤細胞在遠端靶器官定植、形成微轉移灶的重要環節，故明確MDSC在PMN的作用機制，將會成為阻斷轉移的重要方法。

上世紀，澳大利亞學者提出“種子與土壤”理論，認為外周血中循環的腫瘤細胞是遠端轉移的“種子”[48]，目前學者提出轉移前環境的概念，正契合轉移的“土壤”，因此以干預“土壤”的環境為途徑來阻斷“種子”的萌芽，符合目前的生物學發展，隨著研究的進展，目前正逐步闡明腫瘤轉移的發生步驟，而PMN作為轉移前的“預備”環境引起學者的關注，故認為MDSC形成的免疫抑制是腫瘤轉移的重要環節，將MDSC作為干預靶點，將是阻止轉移的有效方法。