MDSCs在胰腺癌肿瘤微环境中作用的研究进展

2022-11-22戴鑫杰

巴楚医学 2022年1期

戴鑫杰胡军刘丽

(三峡大学第一临床医学院[宜昌市中心人民医院] 肝胆外科，湖北宜昌 443003)

胰腺癌是我国最常见的消化系统肿瘤之一，其早期特异性诊断指标难寻，预后极差，大多患者发现时已是中晚期。研究表明，胰腺癌肿瘤微环境对胰腺癌发生发展具有重要作用[1]。在胰腺癌肿瘤微环境中，骨髓来源抑制性细胞在促进肿瘤发展、转移、免疫抑制等方面发挥重要作用。骨髓源性抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells, MDSCs)包括单核细胞骨髓源性抑制细胞(mononuclear myeloid-derived suppressor cells, M-MDSCs)、粒细胞骨髓源性抑制细胞(granulocyte myeloid-derived suppressor cells, G-MDSCs)或多形核骨髓源性抑制细胞(polymorphonuclear myeloid-derived suppressor cells, PMN-MDSCs)及纤维细胞骨髓源性抑制细胞(fibrocytic myeloid-derived suppressor cells, F-MDSCs)等亚群，其中M-MDSCs和G-MDSCs亚群较为常见。这两个亚群的MDSCs免疫抑制机制不同。G-MDSCs主要通过抗原特异性方法产生活性氧(reactive oxygen species，ROS)来抑制T细胞反应；M-MDSCs通过产生大量的NO、精氨酸酶-1(arginase-1，Arg-1)和免疫抑制细胞因子如白介素-10(interleukin，IL-10)来抑制抗原特异性和非特异性T细胞反应[2]。其中，M-MDSCs比G-MDSCs具有更高的抑制活性。另外，F-MDSCs通过产生哚胺氧化酶(indoleamine oxidase，IDO)抑制T细胞增殖，促进Treg细胞扩张从而抑制免疫[3]。

1 MDSCs在肿瘤微环境中的转移机制

在肿瘤的发生发展中，肿瘤转移是导致患者最终死亡的重要原因。seed-and-soil学说认为，肿瘤微环境是恶性肿瘤生长繁育的土壤，肿瘤可以汲取肿瘤微环境中的营养，从而促进肿瘤的生长和转移[4]。肿瘤转移的器官偏好模式是转移肿瘤细胞“种子”和肿瘤微环境“土壤”之间的相互作用。事实上，目前用于治疗人类肿瘤的许多一线治疗方案都是针对肿瘤细胞设计的。

研究发现，在肿瘤向远处转移扩散之前，就可在小鼠的肺中检测到MDSCs[5]。MDSCs已被证明在肿瘤进展中发挥多效性作用，MDSCs可以在肿瘤中扩增，通过胰腺癌肿瘤微环境中的免疫抑制机制形成肿瘤免疫逃逸，促进肿瘤生长和转移[6]。研究表明，MDSCs是多形核细胞(polymorphonucler，PMN)形成的关键因素[6]。在乳腺癌模型小鼠中，MDSCs聚集在PMN中，并通过产生ROS和Arg-1抑制细胞毒性CD8+T细胞和NK细胞[7]。在胰腺癌肿瘤微环境中，MDSCs对嗜中性粒细胞形成和进化具有多重作用，从诱导血管渗漏和细胞外基质(extracellular matrix, ECM)重塑，到肿瘤微环境产生免疫抑制效应进而抑制淋巴系统对肿瘤杀伤和防护，促进了胰腺癌在微环境中的发展和转移[7]。

1.1 PMN形成转移前微环境

在肿瘤微环境的转移学说中，转移性肿瘤细胞到达靶器官之前会在远处形成支持性PMN从而促进肿瘤细胞向靶器官的扩散，因此PMN促进肿瘤转移的形成已被认为是肿瘤微环境转移开始的新模式[8]。许多因素参与PMN形成肿瘤转移前微环境，包括来自不同谱系的细胞、血流、可溶性因子、细胞外基质和信号分子，可为肿瘤的沉降和生长提供生态位。

Rosandra等[9]在2005年首次证明PMN可通过调节肿瘤微环境促进肿瘤转移。首先，肿瘤分泌因子、手术、感染和衰老改变血流和血管渗漏，而且促进骨髓来源干细胞(bone marrow-derived cells，BMDCs)的激活和招募[10]。第二，常驻细胞的生物学行为发生改变，PMN中的ECM被重塑[11]。第三，建立了一个具有炎症、免疫抑制和凝血功能紊乱的微环境，有利于肿瘤细胞的安定和生存。通过PMN形成肿瘤转移前微环境，MDSCs将会通过PMN形成的肿瘤转移前微环境促进肿瘤的转移，并且通过MDSCs的免疫抑制能力促进肿瘤的发展。

1.2 MDSCs的积累和扩增

肿瘤微环境中存在多种因子可调节MDSCs的聚集和扩增，包括粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)、IL、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、肿瘤趋化分子、前列腺素E2/环氧酶2和干扰素-γ等[12]。研究表明，MDSCs可通过GM-CSF、VEGF、IL-6、IL-1β和趋化因子配体2(chemokine C-C motif ligand 2，CCL2)等因子和肿瘤外泌体的作用使MDSCs浸润到PMN形成的肿瘤向靶器官转移前的微环境，另外CCL9、S100A8/9蛋白、骨膜蛋白和miRNA-9影响MDSCs积累和激活[12]。正是这些可溶性因子的共同作用，促使MDSCs成功聚集并浸润PMN，在靶器官中形成肿瘤转移前微环境，并促进了胰腺癌的转移。

1.3 趋化因子促进肿瘤的发展和转移

肿瘤和间质细胞分泌的趋化因子是影响MDSCs在PMN形成的肿瘤转移前微环境中迁移和激活的主要成分。研究显示，消化系统肿瘤细胞分泌VEGF刺激肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages，TAMs)产生趋化因子配体1(chemokine ligand 1，CXCL1)，将趋化因子受体2(chemokine receptor 2，CXCR2)和MDSCs招募到肝脏组织，累积的MDSCs促进PMN的形成并最终促进肿瘤转移[13]。

CCL2也被称为单核细胞趋化蛋白1(monocyte chemotactic protein 1，MCP1)。在小鼠肝脏肿瘤模型中，肿瘤相关成纤维细胞(cancer-associated fibroblasts，CAFs)分泌的CCL2通过CXCR2诱导MDSCs动员和迁移到PMN形成的肿瘤转移前微环境中[14]。在黑色素瘤小鼠中CCL12促进M-MDSCs迁移至前肺，并在肿瘤细胞到达之前增加IL-1β和E-选择素的表达，促进肿瘤细胞的转移和生长[15]。此外，CCL9也是支持MDSC招募到PMN的重要因素。在结直肠癌中，来自肿瘤上皮的CCL9通过趋化因子受体1(chemokine C-C motif receptor，CCR1)招募未成熟的髓细胞，从而促进肿瘤侵袭[16]。在黑素瘤和肺癌小鼠中，转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)通过p38调控MDSCs中CCL9的表达，CCL9/CCR1通过自分泌作用减少细胞凋亡进而影响MDSC的存活[17]。此外，CCL9增加了肿瘤细胞中磷酸化蛋白激酶B和B细胞淋巴瘤-2(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)的水平，从而促进PMN在靶器官中形成肿瘤转移前微环境，并帮助新到达转移前微环境中肿瘤细胞的存活[18]。研究表明，胰腺癌细胞能分泌CCL25，在基质凝胶侵袭实验中，CCL25诱导侵袭的胰腺癌细胞数量增加，而CCR9中和抗体则可抑制CCL25诱导的肿瘤细胞侵袭[19]。这表明，胰腺癌细胞释放的CCL25/CCR9增加了胰腺癌细胞的侵袭能力。

值得注意的是，原发肿瘤也通过细胞因子或外泌体的分泌增强祖B细胞(pro-B cell)对PMN的动员，这些祖细胞可以进一步分化为MDSCs[20]。因此，这些由肿瘤细胞和间质细胞分泌的趋化因子通过多种途径影响PMN和MDSCs，最终促进肿瘤的转移和发展。

2 MDSCs通过胰腺癌在肿瘤微环境中的免疫抑制机制促进胰腺癌的转移和发展

2.1 MDSCs与胰腺癌的联系与进展

研究表明胶质细胞源性神经营养因子(glial cell line-derived neurotrophic factor，GDNF)可以诱导胰腺导管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC)中嗜神经侵袭(perineural invasion，PNI)的发生[21]。肿瘤微环境中TAMs与PNI的形成有关。在肿瘤微环境中，TAM增多通常导致PDAC预后不良；而在已确诊的PDAC肿瘤细胞中可发现MDSCs的数量明显增多，暗示着MDSCs参与了PDAC的发展；同时由于PNI的作用，PDAC肿瘤组织的附近神经中均发现较多的MDSCs，但在正常胰腺组织中未发现该群细胞[22]。说明MDSCs确实参与了胰腺导管腺癌的进展。

2.2 MDSCs在胰腺癌肿瘤微环境中的免疫抑制机制

目前胰腺癌靶向治疗的难点在于其肿瘤微环境中的免疫逃逸功能，这是由MDSCs在肿瘤微环境中的免疫抑制功能形成的，其中重要的免疫抑制机制包括以下6个方面。

2.2.1 诱导免疫抑制细胞

MDSCs可以通过干扰素-γ(interferon-γ，IFN-γ)和IL-10，在体内诱导FoxP3+Treg细胞的生成，从而抑制肿瘤微环境中的免疫应答[23]。自肝细胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)患者中分离的CD14+HLA-DRlow-髓源性抑制细胞，与自身T细胞共培养后，可诱导生成CD4+CD25+Foxp3+Treg细胞[24]。同时，在可移植的黑色素瘤小鼠模型中，Treg细胞通过诱导B7家族成员产生IL-10，促进免疫调节配体表达，从而激活MDSCs[25]。M-MDSCs在髓内产生的CCL3、CCL4和CCL5可帮助招募CCR5和Treg细胞，促进肿瘤微环境的免疫抑制作用[26]。

2.2.2 阻碍淋巴细胞归巢

在脾脏中MDSCs通过接触依赖的转录后机制诱导L-选择素的丢失，L-选择素的下调使CD4+T和CD8+T细胞以及B细胞的作用下降，淋巴结中CD8+T细胞的归巢和抗原依赖性激活减少，降低淋巴细胞活性[27]。MDSCs阻止了T细胞浸润，妨碍了淋巴细胞的归巢，从而发挥免疫抑制作用[28]。

2.2.3 活性氧杀死免疫细胞，降低对肿瘤的免疫能力

MDSCs分泌ROS的主要途径是通过还原型辅酶Ⅱ(reduced form of nicotinamide-adenine dinucleotide phosphate，NADPH)的氧化酶亚型(NOX1、NOX2、NOX3和NOX4)将电子从NADPH转移到氧，产生超氧自由基[29]。其中，超氧阴离子、羟基自由基、过氧化氢和单态氧是ROS的几种主要表现形态。MDSCs分泌的活性氧(ROS)，对大多数细胞都有毒性，在肿瘤微环境中可以杀灭CD4+T和CD8+T细胞，使机体对肿瘤的免疫能力下降。研究表明，过氧化氢酶可以抑制ROS的产生，削弱体外MDSCs的免疫抑制作用[30]。在缺乏NOX2的小鼠中，MDSCs分泌的ROS较少，因此它的免疫抑制能力也较低[31]。ROS除了对肿瘤靶向免疫细胞有直接毒性作用外，其在肿瘤微环境中还可以促进MDSCs的扩张[30]。

2.2.4 消耗精氨酸降低免疫能力

MDSCs可以消耗T细胞的代谢产物来降低免疫系统中代谢产物和相关因子的功能，比如对哺乳动物免疫系统功能至关重要的精氨酸。在肿瘤微环境中，MDSCs表达生成四种酶，分别为一氧化氮合成酶(NOS1, NOS2和NOS3)、精氨酸酶(ARG-1和ARG-2)、精氨酸甘氨酸氨基转移酶和精氨酸脱羧酶。其中，精氨酸是MDSCs表达的四种不同酶的底物，MDSCs可以通过生成这四种酶来消耗精氨酸。NOS催化精氨酸转化为NO和瓜氨酸，而精氨酸酶又可以促进精氨酸在鸟氨酸循环中生成尿素来消耗精氨酸。MDSCs中精氨酸酶的上调不仅抑制T细胞的功能，而且可以诱导细胞外基质的组分生成，从而促进组织再生和肿瘤生长[32]。

2.2.5 调节腺苷代谢酶的表达

MDSCs可以通过三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)生成腺苷的机制抑制T细胞功能[33]。E-NTPDase1(CD39)能将释放到细胞外基质中的ATP转化成AMP，后者在体外被5’-核苷酸酶去磷酸化形成腺苷。细胞外腺苷可通过阻断Zap70、ERK和Akt的磷酸化，降低活化T细胞上的效应分子如CD95L、穿孔素、IFN-γ、TNF-α和CD25的表达，进而抑制幼稚T细胞成熟[33]。

2.2.6 PD-L1抑制免疫功能

PD-L1可以抑制T细胞的激活，介导肿瘤微环境中肿瘤细胞的免疫逃逸。在MDSCs中，PD-L1是一种有效的免疫抑制介质。在肿瘤患者和荷瘤小鼠中PD-L1表达增加，并且肿瘤相关的PMN-MDSCs比正常无肿瘤患者体内MDSCs表达更高水平的PD-L1[34]。研究显示，在接受易普利姆玛治疗的黑色素瘤患者中，PMN-MDSCs中PD-L1的表达明显下降，而在接受易普利姆玛治疗的患者阻断CTLA-4之前，患者体内的粒细胞性骨髓源性抑制细胞(granulocytic myeloid-derived suppressor cells，G-MDSCs)与效应T细胞上表达的PD-1结合，参与了MDSC介导的T细胞反应性抑制，形成了肿瘤的免疫抑制效应。因此，低水平MDSCs的晚期黑色素瘤患者预后更好[35]。也表明MDSCs可以作为肿瘤免疫抑制剂治疗效果预测的生物标志物。

3 针对MDSCs的治疗

对于胰腺癌分期较早的患者实行手术治疗，已经进入晚期的手术预后较差，较多患者不得不选择保守治疗。如今，对于胰腺癌的免疫治疗越来越受到重视。针对MDSCs的靶向治疗旨在耗尽胰腺癌微环境中的MDSCs、抑制MDSCs在胰腺癌微环境中的免疫抑制能力和阻止MDSCs在PMN的作用下提前形成肿瘤转移前微环境[36]。通过针对MDSCs的靶向治疗，减弱胰腺癌在肿瘤微环境中的免疫抑制能力，从而破坏肿瘤微环境中肿瘤的免疫逃逸，提高免疫治疗对胰腺癌的治愈率并改善患者预后[37]。