髓源性抑制細胞在結(jié)直腸癌進展中的作用及治療進展

蔡婧珊,夏雪莉,王勝軍

(江蘇大學(xué)醫(yī)學(xué)院,江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

結(jié)直腸癌是消化系統(tǒng)常見的惡性腫瘤之一,其發(fā)病率在惡性腫瘤中居第三位,死亡率居第二位[1]。結(jié)直腸癌的發(fā)生可能與遺傳易感性、表觀遺傳變化、腸道生態(tài)系統(tǒng)的改變和不良生活習(xí)慣等多種因素有關(guān)[2]。此外,慢性炎癥也可加速結(jié)直腸癌的進展。慢性炎癥的微環(huán)境中存在許多重要的細胞因子,它們通過誘導(dǎo)活性氧的產(chǎn)生,促進炎癥的持續(xù)反應(yīng),導(dǎo)致DNA損傷或激活腫瘤形成信號,進而引發(fā)癌變[3]。這些細胞因子的分泌依賴于腫瘤與免疫系統(tǒng)之間復(fù)雜的相互作用。在結(jié)直腸癌患者復(fù)發(fā)風(fēng)險評估中,腫瘤浸潤性免疫細胞可作為潛在的預(yù)后指標(biāo),提示結(jié)直腸癌的發(fā)展規(guī)律[4]。然而,機體內(nèi)還存在相反活性的免疫細胞,即抗腫瘤和促腫瘤活性免疫細胞,具體表達何種活性取決于它們接收到的信號。在正常生理情況下,粒-單核細胞系祖細胞可分化為中性粒細胞、單核細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞；而在慢性炎癥下,有一類未成熟髓細胞持續(xù)地生成,雖然它們在形態(tài)和表型上與中性粒細胞和單核細胞相似,但具有不同的基因組和生化特征以及功能活性。因其抑制免疫系統(tǒng)的強大能力,這類細胞被稱為髓源性抑制細胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)[5]。MDSCs在調(diào)控結(jié)直腸癌進展中的重要性日益顯現(xiàn),是近年來研究的熱點[6-7]。本文重點關(guān)注MDSCs在結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移中的作用,以及通過靶向MDSCs進行結(jié)直腸癌免疫治療的新途徑。

1 結(jié)直腸癌中MDSCs的表型鑒定

在結(jié)直腸癌的不同研究中,用于檢測和鑒定MDSCs的表型標(biāo)志往往存在差異[8]。結(jié)直腸癌腫瘤微環(huán)境中MDSCs亞群的鑒定仍然很困難,主要歸因于骨髓細胞的起源、異質(zhì)表型和相互轉(zhuǎn)化。當(dāng)前比較公認的MDSCs表型是CD11b+HLA-DR-Lin-CD33-及其功能標(biāo)志,例如誘導(dǎo)型氧化亞氮合酶和精氨酸酶1,這些標(biāo)志提供了一個初始框架,并可由其他標(biāo)志進行補充[2]。例如CD14、CD15、CD62L、CD54、LOX-1、PD-L1或CD124(IL-4αR)。根據(jù)Mye-EUNITER組織的最新建議,多形核髓源性抑制細胞(polymorphonuclear MDSCs,PMN-MDSCs)的鑒定,至少需要滿足的表型特征是CD14-CD11b+CD15+(或CD66b+),對于單核樣髓源性抑制細胞(monocytic MDSCs,M-MDSCs),相應(yīng)表型特征是CD11b+CD14+HLA-DRlow/-CD15-,而對于早期階段髓源性抑制細胞(early-stage MDSCs,e-MDSCs),則是Lin-(CD3/14/15/19/56)/HLA-DR-/CD33+[3]。

2 MDSCs參與結(jié)直腸癌的惡性進展

多項研究結(jié)果表明[9-11],在小鼠模型或結(jié)直腸癌患者中,外周血和腫瘤組織中的MDSCs與癌癥分期和轉(zhuǎn)移發(fā)展密切相關(guān),是結(jié)直腸癌發(fā)展的風(fēng)險因素。值得注意的是,雖然與健康志愿者或結(jié)直腸癌未轉(zhuǎn)移患者相比,PMN-MDSCs、M-MDSCs和e-MDSCs這3種MDSCs亞群在結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移患者外周血中的比例更高,但對于特定的MDSCs亞群在結(jié)直腸癌發(fā)生和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮的主要作用,尚無統(tǒng)一觀點[2]。

2.1 MDSCs的免疫抑制作用

免疫抑制微環(huán)境是腫瘤微環(huán)境中起抑制免疫功能的部分,研究表明[5-7],MDSCs作為主要的抑制性免疫細胞群之一,對結(jié)直腸癌的發(fā)展至關(guān)重要。在結(jié)直腸癌患者中,精氨酸酶1、活性氧和氧化亞氮是MDSCs抑制細胞毒性T細胞功能的效應(yīng)分子[12-13]。由活性氧和氧化亞氮協(xié)同產(chǎn)生的過氧亞硝酸鹽能造成T細胞受體(TCR)/CD8復(fù)合物中酪氨酸的硝化,直接破壞TCR/CD8復(fù)合物的構(gòu)象靈活性。受損的TCR/CD8復(fù)合物不能與載有抗原肽的主要組織相容性復(fù)合體(MHC)I類分子相互作用,導(dǎo)致CD8+T細胞無法對抗原特異性刺激產(chǎn)生反應(yīng)[14]。在小鼠結(jié)直腸癌移植瘤模型中,位于腫瘤缺氧區(qū)域的MDSCs高表達缺氧誘導(dǎo)因子1α(HIF-1α),該分子可誘導(dǎo)精氨酸酶1和誘導(dǎo)型氧化亞氮合酶的產(chǎn)生以及T細胞活化的V域Ig抑制因子上調(diào),促進MDSCs介導(dǎo)的T細胞抑制[15]。同時,缺氧能控制MDSCs的分化。Kumar等[16]發(fā)現(xiàn),在腫瘤的缺氧部位,MDSCs中信號傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3活性下降,并由此導(dǎo)致CD45酪氨酸磷酸酶活性下降,這些變化使MDSCs有向腫瘤細胞相關(guān)的巨噬細胞分化的傾向。上述因素使MDSCs在腫瘤條件下具有強效且非特異的免疫抑制活性。

2.2 MDSCs的非免疫抑制作用

在癌癥的惡性進展中,腫瘤細胞會開發(fā)多種機制逃避機體免疫系統(tǒng)的識別和攻擊,其中就包括MDSCs的產(chǎn)生。MDSCs除了具有免疫抑制活性,參與腫瘤免疫逃避,還有非免疫抑制作用,能夠直接刺激或促進腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移。

2.2.1 MDSCs促進腫瘤細胞上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化 上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化是上皮癌的轉(zhuǎn)移起始步驟。上皮來源腫瘤細胞發(fā)生上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化后,逐漸失去細胞極性,細胞骨架經(jīng)歷重塑,細胞間的連接也遭到破壞,減弱了細胞黏附性,使其更容易遷移和侵襲[17]。因此,上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化可能是腫瘤細胞離開細胞外基質(zhì),進入血液或淋巴循環(huán)的有力驅(qū)動,MDSCs可能參與了該過程。Wang等[6]研究表明,在缺氧條件下,PMN-MDSCs來源的外泌體能夠通過依賴鈣結(jié)合蛋白S100A9介導(dǎo)對結(jié)直腸癌細胞干性的調(diào)節(jié)。除此之外,MDSCs通過釋放基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)2、8、9、13和14,降解細胞外基質(zhì),重塑基底膜,促進腫瘤細胞遷移[18-19]。

2.2.2 MDSCs促進腫瘤細胞外滲 雖然癌細胞成功地離開了細胞外基質(zhì),但由于其大小的限制,癌細胞很容易被困在毛細血管中。在沒有物理屏障的情況下,循環(huán)腫瘤細胞(circulating tumors cells,CTCs)難以主動黏附內(nèi)皮細胞,此時血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)的存在十分必要。在腫瘤的原發(fā)部位,MDSCs通過產(chǎn)生VEGF,激活內(nèi)皮細胞中的Src-黏著斑激酶復(fù)合物,破壞內(nèi)皮細胞屏障功能,從而促進細胞旁通透性[20]。此外,內(nèi)皮細胞通過上調(diào)E選擇素的表達以促進腫瘤細胞的黏附,加速其外滲[21]。因此,抗 VEGF 抗體常常被用于結(jié)直腸癌治療的臨床試驗(NCT04715633、NCT00109226)。

2.2.3 MDSCs保護CTCs并促進其播散 事實上,并不是所有的CTCs都能導(dǎo)致轉(zhuǎn)移,在血管內(nèi)部存在的機械、物理剪切力和免疫監(jiān)視作用下,大多數(shù)的腫瘤細胞終將死亡[22]。Sprouse等[23]在荷瘤小鼠和癌癥患者外周血中檢測到了CTCs簇,表明CTCs存活的策略可能是通過其與免疫循環(huán)細胞的相互作用而繞過免疫監(jiān)視。Liu等[24]曾提出假說,MDSCs可以直接與CTCs相互作用,物理層面,MDSCs在CTCs周圍形成一個外罩,保護CTCs免受免疫清除；生理層面,MDSCs可以在這個屏障內(nèi)分泌可溶性因子,以維持腫瘤細胞干性,從而促進克隆擴張。Sprouse等[23]在體外實驗和體內(nèi)模型證明了這一猜想,CTCs與PMN-MDSCs形成物理簇,在這種情況下,PMN-MDSCs促瘤活性增強,產(chǎn)生更多的活性氧,并通過活性氧-核轉(zhuǎn)錄因子紅系2相關(guān)因子2-抗氧化反應(yīng)元件軸上調(diào)CTCs中Notch1受體的表達,而PMN-MDSCs上表達的Notch配體Jagged1與CTCs表面的Notch1受體結(jié)合后,可進一步活化CTCs的Notch信號通路,促進CTCs的存活和增殖。這些研究表明靶向 CTCs/PMN-MDSCs 簇可能是一種限制結(jié)直腸癌遠處轉(zhuǎn)移的新治療途徑。

2.2.4 MDSCs幫助形成轉(zhuǎn)移前生態(tài)位 為了成功地轉(zhuǎn)移性定植,腫瘤細胞不僅要發(fā)展出特定的遺傳特征來促進腫瘤轉(zhuǎn)移,還要改變遠處靶器官的局部微環(huán)境,使組織更容易接收CTCs,這種易于腫瘤定植的環(huán)境被定義為轉(zhuǎn)移前生態(tài)位[25]。顯然,這種支持性轉(zhuǎn)移微環(huán)境的形成離不開MDSCs的動態(tài)調(diào)節(jié)。對于結(jié)直腸癌患者來說,即使通過手術(shù)切除了原發(fā)腫瘤,癌細胞仍然可能擴散到肝臟。據(jù)報道有20%～70%的結(jié)直腸癌患者最終發(fā)展為肝臟轉(zhuǎn)移,而MDSCs可能是影響轉(zhuǎn)移前微環(huán)境形成的重要因素[26-27]。Zeng等[27]建立了原位結(jié)直腸癌小鼠模型,利用高通量轉(zhuǎn)錄組測序描繪出小鼠體內(nèi)免疫細胞組成的動態(tài)變化,證實在轉(zhuǎn)移前肝臟中存在著大量的MDSCs,可能與原發(fā)性腫瘤的代謝重編程和CCL28趨化因子軸有關(guān)。而在小鼠結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移模型中,CCL9-CCR1趨化因子軸被證明嚴(yán)重影響MDSCs在轉(zhuǎn)移前生態(tài)位中的積累,來自腫瘤細胞的CCL9通過CCR1受體招募未成熟的髓樣細胞,誘導(dǎo)這些髓樣前體細胞分化為MDSCs；相比之下,人源性結(jié)腸癌細胞分泌的CCL15觸發(fā)MDSCs在肝臟中的擴張,支持轉(zhuǎn)移前生態(tài)位的形成[28]。事實上,結(jié)直腸癌細胞還可通過分泌VEGF,刺激腫瘤相關(guān)巨噬細胞產(chǎn)生CXCL1,直接將CXCR2+MDSCs吸引至轉(zhuǎn)移前肝臟,最終導(dǎo)致肝轉(zhuǎn)移[26]。

2.2.5 MDSCs幫助激活休眠腫瘤細胞 隨著轉(zhuǎn)移前生態(tài)位發(fā)展,CTCs逐漸在器官中定植下來,經(jīng)過多年的潛伏期后,最終從沒有臨床癥狀的微轉(zhuǎn)移發(fā)展到明顯的轉(zhuǎn)移病灶。雖然到目前為止,尚不清楚何種信號可以影響腫瘤細胞的休眠特性,幫助它們存活很長時間,但有證據(jù)表明在結(jié)直腸癌遠處轉(zhuǎn)移階段,MDSCs來源的CCL7是激活休眠腫瘤細胞的重要信號。Ren等[29]通過構(gòu)建結(jié)直腸癌的體外休眠細胞模型和轉(zhuǎn)移性休眠動物模型,發(fā)現(xiàn)與PMN-MDSCs相比,M-MDSCs對于啟動休眠腫瘤細胞的生長更為關(guān)鍵。其主要機制是M-MDSCs 分泌的 CCL7 與休眠細胞膜上 CCR2 結(jié)合,刺激了 JAK/STAT3 通路從而激活休眠細胞。因此,研究人員對動物模型使用了小劑量的CCL7和MDSCs抑制劑,成功維持轉(zhuǎn)移細胞的休眠狀態(tài),從而達到減少根治術(shù)后轉(zhuǎn)移或復(fù)發(fā)的目的。

MDSCs可以通過不同方式調(diào)節(jié)結(jié)直腸癌腫瘤生長和轉(zhuǎn)移,包括免疫抑制和非免疫抑制(上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化、外滲、播散、轉(zhuǎn)移前生態(tài)位的形成和休眠腫瘤細胞的激活等),這些都提示了MDSCs對于結(jié)直腸癌的治療有重要價值。

3 MDSCs在結(jié)直腸癌免疫治療中的進展

結(jié)直腸癌的發(fā)生可受多種內(nèi)在和外在因素影響,包括新突變的積累、預(yù)先存在的基因突變、家族史相關(guān)的易感等位基因以及長期存在的慢性炎癥等。雖然治療結(jié)直腸癌的化學(xué)療法和免疫療法不斷更新發(fā)展,但目前手術(shù)仍然是結(jié)直腸癌患者唯一可靠的治療方法。Xu等[7]對結(jié)直腸癌小鼠實施腫瘤切除術(shù)后,MDSCs在腹腔中富集且與不良預(yù)后有關(guān),結(jié)果表明MDSCs是癌癥免疫療法的主要障礙。因此,為了提高結(jié)直腸癌患者的整體生存率,減少腫瘤轉(zhuǎn)移發(fā)生的概率,考慮制定靶向MDSCs的新輔助療法十分必要。

吉西他濱、5-氟尿嘧啶和多柔比星是目前用于腫瘤化療的常規(guī)藥物,通過誘導(dǎo)細胞凋亡減少MDSCs數(shù)量,當(dāng)這些藥物與免疫檢查點封鎖藥物相結(jié)合時,可能會顯示出協(xié)同作用。正如Limagne等[30]提供的證據(jù),在轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌患者中,FOLFOX(5-氟尿嘧啶+奧沙利鉑)化療與貝伐珠單抗的聯(lián)合治療能更有效地降低PMN-MDSCs的數(shù)量及其免疫抑制活性,患者預(yù)后更好。此外,基因組不穩(wěn)定性是結(jié)直腸癌的一個重要特征,其中染色體不穩(wěn)定是最常見的類型,主要發(fā)生在DNA錯配修復(fù)(mismatch repair,MMR)的腫瘤中。對于錯配修復(fù)缺陷(MMR-deficient,dMMR)和微衛(wèi)星不穩(wěn)定性高(microsatellite-instability-high,MSI-H)的腫瘤,免疫檢查點抑制療法CTLA-4和PD-1治療有效,但對錯配修復(fù)完整(MMR-proficient,pMMR)和微衛(wèi)星不穩(wěn)定性低(microsatellite instability-low,MSI-L)的腫瘤,免疫反應(yīng)較差[31]。這可能是因為腫瘤浸潤T淋巴細胞無法識別MSI-L突變的腫瘤細胞[32],并且與dMMR-MSI-H腫瘤相比,pMMR-MSI-L腫瘤中存在大量的免疫抑制細胞(MDSCs和調(diào)節(jié)性T細胞)[33]。因此,使用MDSCs靶向治療可能是幫助改善pMMR-MSI-L結(jié)直腸癌患者手術(shù)效果的潛在機會。

4 總結(jié)

綜上所述,MDSCs在小鼠或結(jié)直腸癌患者疾病進展中發(fā)揮重要作用。在結(jié)直腸癌發(fā)展過程中,MDSCs通過不同的分子機制介導(dǎo)免疫抑制,增強腫瘤侵襲性和轉(zhuǎn)移性來促進結(jié)直腸癌進一步發(fā)展。目前還沒有確鑿的證據(jù)表明某一特定MDSCs亞群在結(jié)直腸癌的進展過程中發(fā)揮主要作用,仍需要進一步的研究加強對MDSCs的認識,并為更好地了解MDSCs亞群在整個結(jié)直腸癌發(fā)展過程中的作用提供新的參考。此外,以MDSCs為靶向的療法對拓寬其他腫瘤的治療也具有重要意義。基于免疫檢查點療法和靶向MDSCs的聯(lián)合治療是發(fā)展腫瘤免疫治療的合理方法,需要在臨床試驗中不斷探索優(yōu)化治療策略。