 10.1 简介 肿瘤进展与骨髓细胞的病变有关，髓系来源的抑制细胞(MDSCs)现在已被证实是调节癌症免疫反应的关键因素。MDSCs代表一组扩增的、异质的未成熟髓系细胞，与癌症患者的不良预后和存活率有关。 MDSCs具有强大的免疫抑制活性，对于肿瘤的生长有促进作用。此外，MDSCs还与促进血管形成和肿瘤转移有关。很明显，MDSCs在癌症中有许多作用，然而，肿瘤微环境中MDSCs对 T 细胞免疫反应的抑制是它们的重要标志，也是许多研究的重点。因此，通过了解 MDSC 的生物学特性，可以制定治疗策略，并且期望在癌症患者中靶向这些细胞。 10.2 小鼠和人MDSCs的特性 在荷瘤小鼠中，MDSCs是髓系来源的异质性细胞，表达髓系分化标记物Gr-1(谷胱甘肽还原酶)和CD11b(αM整合素)标记物 (Fig.10.1)。 MDSC 亚群已根据 GR1 表达强度（GR1low、GR1int 和 GR1bright）与其他表型标志物（例如 F4/F80（巨噬细胞标志物）或 MHC-II（主要组织相容性复合物 II 类））来进行鉴定。 然而，GR1 由两个表位 Ly6C 和 Ly6G 组成，可以被不同的抗体检测到。这导致了两个不同的MDSC亚群的鉴定：粒细胞或多形核细胞(G-或PMN-MDSCs，CD11b Ly6G Ly6Clow)和单核细胞(M-MDSC，CD11b Ly6G−Ly6Chigh)；这些细胞在形态和表型上分别与中性粒细胞和单核细胞相似 (Fig.10.1)。 在大多数癌症类型中，PMN-MDSCs是最丰富的群体，占所有MDSCs的70%以上，而M-MDSCs是第二丰富的群体。此外，在这些MDSC亚群中，有一个不到5%的小群体，其中包括目前研究的祖细胞和前体细胞的混合物。小鼠MDSCs在暴露于肿瘤衍生因子后在骨髓中生成，并主要聚集在外周血、脾、肝、肺和肿瘤中。  Fig. 10.1 MDSCs的起源。在骨髓中，造血干细胞(HSC)分化为普通髓系祖细胞(CMP)，然后分化为粒细胞-巨噬细胞祖细胞(GMP)，形成以中性粒细胞和单核细胞前体为主的未成熟髓系细胞。正常情况下，未成熟的髓样细胞分化为巨噬细胞、树突状细胞和中性粒细胞(黑色箭头)。然而，在癌症进展过程中，肿瘤微环境产生的生长因子、细胞因子和趋化因子改变了骨髓中的骨髓生成。这些肿瘤衍生因子阻止未成熟的髓样细胞分化为完全成熟的细胞，造成病理性激活的未成熟单核细胞和中性粒细胞的聚集，分别称为M-MDSCs和PMN-MDSCs(红色箭头)。除了肿瘤进展过程中MDSCs的扩增外，这些细胞还获得了强大的免疫抑制活性。在肿瘤微环境中，M-MDSCs分化为TAMs，具有相似的抑制抗肿瘤免疫反应的能力。 在人类中，MDSCs主要在外周血单个核细胞(PBMC)组分中被鉴定和研究。然而，人类没有 Gr-1 抗原，这使得小鼠和人类 MDSC 之间的直接比较变得困难。 PMN-MDSCs被定义为CD11b CD14−CD15 或CD11b CD14−CD66b ，而M-MDSC被定义为CD11b CD14 HLA-DR−/loCD15−。有一小群MDSCs，其特征为LIN−(包括CD3、CD14、CD15、CD19和CD56)HLA-DR−CD33 细胞，这个包含较不成熟表型的群体被定义为“早期MDSCs(e-MDSCs)”。 目前，定义和表征人类MDSCs(包括PMN-MDSCs、M-MDSCs和e-MDSCs)的最低要求应该遵循表型标准，根据这些标准以及HLA-DR(MHCⅡ类分子)的表达将M-MDSCs从单核细胞中分离出来。 另一方面，从正常中性粒细胞中分离PMN-MDSCs的唯一方法是使用标准的Ficoll梯度进行梯度离心。PMN-MDSCs在低密度组分(PBMC)中富集，而中性粒细胞则可以在高密度组分中被检测到。 最近，凝集素型氧化型低密度脂蛋白受体1(LOX-1)已被确定为人类PMN-MDSCs的潜在标志物。中性粒细胞表面LOX-1的表达可用于直接鉴定血液和肿瘤组织中发现的PMN-MDSCs。 此外，从癌症患者血液中分离出的LOX-1 中性粒细胞可抑制T细胞增殖，而LOX-1−中性粒细胞则没有抑制作用。 10.3 MDSC介导的免疫抑制机制 要完全鉴定髓系细胞为MDSCs，需要测试它们的功能活性，这通常是通过体外抑制试验来实现的，体外抑制试验检测了它们抑制荷瘤宿主中免疫细胞功能的能力。 激活的MDSCs可直接抑制NK和B细胞及其主要靶点T细胞。MDSCs的免疫抑制涉及多种机制，如增加精氨酸酶1(Arg1)和诱导型一氧化氮合酶(iNOS)的产生，增加活性氧和氮物质(ROS和过氧亚硝酸盐，PNT)以及其他免疫抑制因素的产生。 MDSCs中Arg1的上调导致L-精氨酸(T细胞增殖所需的一种必需氨基酸)耗尽并转化为尿素和L-鸟氨酸。在L-精氨酸的限制下，MDSCs中iNOS的上调导致一氧化氮(NO)的产生，NO与超氧化物反应生成PNT。MDSCs产生PNT会导致T细胞受体(TCR)的硝化和亚硝基化，从而破坏潜在的CD8 T细胞-抗原相互作用，导致T细胞耐受。 此外，PNT通过硝化T细胞特异性趋化因子，如CCL2，减少抗原肽与肿瘤细胞上MHC分子的结合，阻止T细胞迁移。 另一种抑制T细胞反应的机制是MDSCs产生ROS。已有研究表明，肿瘤衍生因子产生的MDSCs可产生高水平的ROS，从而有助于抑制这些细胞的活性。 以上是MDSCs免疫抑制的主要机制，但也有其他几种因素参与其中，包括转化生长因子-β(TGF-β)、白细胞介素-10(IL-10)、环氧合酶-2(COX-2)、吲哚胺2，3-双加氧酶(IDO)等。 MDSCs产生的免疫抑制细胞因子主要为转化生长因子-β和白细胞介素-10。尽管转化生长因子-β被证明是由肿瘤细胞产生的，但MDSCs产生的这种细胞因子抑制了荷瘤小鼠的细胞毒性T细胞反应。 MDSCs产生大量的IL-10，通过抑制T细胞的激活来削弱抗肿瘤反应。 此外，MDSCs还表达了几种酶，这些酶与T细胞功能所必需的营养因子的耗竭有关。在促炎分子的刺激下，COX-2被激活并诱导MDSCs中的Arg1活性。其他研究表明MDSCs中IDO的表达通过耗尽l-色氨酸和诱导肿瘤微环境中的T细胞凋亡来抑制T细胞功能。 MDSCs还通过耗尽肿瘤中的半胱氨酸和阻碍T细胞的激活来阻断T细胞的功能。此外，MDSCs还具有诱导调节性T细胞(Treg)扩增的能力。 大多数与MDSC功能相关的抑制机制并不是同时起作用的，并且依赖于MDSC的类型、肿瘤的类型和细胞的位置。 最近的几项研究表明，PMN-MDSCs和M-MDSCs的比例非常重要，因为这两种细胞利用不同的机制抑制T细胞反应。 例如，M-MDSCs具有以抗原特异性和非特异性方式抑制T细胞激活的能力。M-MDSCs对T细胞反应的抑制与iNOS的表达增加和NO的产生有关。 另一方面，PMN-MDSCs主要以抗原特异性的方式抑制免疫应答，诱导宿主对CD8 T细胞的耐受。PMN-MDSCs的免疫抑制与Arg1的表达增加以及ROS和PNT的高水平相关。 虽然PMN-MDSCs在荷瘤宿主中比M-MDSCs更丰富，但相比于M-MDSCs，在每个细胞的基础上，PMN-MDSCs的免疫抑制程度要低。位置也是决定MDSCs抑制强度的重要因素。 近年来已有大量证据表明，肿瘤微环境中的MDSCs比外周淋巴器官和外周血液中的MDSCs更具免疫抑制性。现在有确切的证据表明，肿瘤组织中发现的低氧(缺氧)水平对MDSCs抑制活性增强有调节作用。 然而，还需要更多的研究来更好地了解在肿瘤微环境中MDSCs的强大抑制活性还涉及到哪些其他肿瘤相关因素和机制(Fig.10.2)。  Fig. 10.2 MDSCs骨在肿瘤中的免疫抑制机制。在肿瘤中，M-MDSCs和PMN-MDSCs都可以通过不同的机制抑制抗肿瘤T细胞反应。在肿瘤进展过程中，这些机制受到几种转录因子和酶的调节，以及内质网应激反应的激活。(a)缺氧条件下，HIF-1α上调可诱导M-MDSCs分化为TAMs，这种分化依赖于STAT3。在肿瘤微环境中，TAMS通过激活Arg1来隔离精氨酸，从而抑制T细胞反应。(b)M-MDSCs竞争T和B细胞的必需氨基酸，包括精氨酸和半胱氨酸。(c)M-MDSCs免疫抑制的主要机制是iNOS的表达和NO的释放。NO的释放导致T细胞受体的硝化或亚硝化，以及吸引T细胞的趋化因子。(d)M-MDSCs和PMN-MDSCs均可释放IL-10和转化生长因子β，诱导抗原特异性Treg的形成和扩增，可能需要CD40-CD40L相互作用。此外，转化生长因子β的释放与MDSCs对NK细胞的抑制有关。在肿瘤微环境中，MDSC亚群上调PDL-1的表达，而PDL-1与T细胞上的PD-1相互作用，导致细胞死亡。(e)与M-MDSCs类似，PMN-MDSCs通过消耗肿瘤微环境中的精氨酸和半胱氨酸来抑制T细胞反应。(f，g)PMN-MDSCs的特征是释放活性氮或氧物质。(f)PMN-MDSCs产生PNT导致TCR链硝化或亚硝化，抑制T细胞增殖。MDSCs释放过氧亚硝酸盐的另一个重要作用是修饰趋化物质CCL2，影响T细胞的迁移。(g)NOx的激活也是肿瘤相关的PMN-MDSCs产生活性氧增加的原因。 |
|
|
