摘要
进化过程中的髓系细胞是保护宿主的主要机制。它们演变成抵抗感染的关键屏障，并且是组织重塑的重要因素。但是，在癌症中，髓样细胞会大量转化为新的主细胞-肿瘤细胞。髓样抑制细胞（MDSC）代表了这一过程。这些细胞与中性粒细胞和单核细胞密切相关。MDSC在健康个体中不处于稳定状态，并出现在与慢性炎症或压力相关的癌症和病理状况中。这些细胞已成为导致肿瘤进展的重要因素。近年来，大量证据支持MDSC在癌症的免疫抑制中的关键作用，以及它们在肿瘤血管生成，耐药性和促进肿瘤转移中的重要作用。MDSC具有令人着迷的生物学特性，与限制癌症免疫疗法的作用有关。因此，靶向这些细胞可能代表有吸引力的治疗机会。
背景
髓系细胞是高度多样化的种群。单核髓样细胞包括终末分化的巨噬细胞和树突状细胞（DC），以及单核细胞，它们在炎性条件下在组织中分化为巨噬细胞和DC。粒细胞髓样细胞包括终末分化的多形核中性粒细胞，嗜酸性粒细胞，嗜碱性粒细胞和肥大细胞。对病原体刺激作出反应的髓系生成是保护宿主的基本机制。它主要表现为活化的中性粒细胞和单核细胞的扩增。这些细胞的经典激活发生在对强信号的响应中，强信号通常以病原体相关分子模式（PAMP）或危险相关分子模式（DAMPs）分子的形式出现。这种活化作用是相对短暂的，表现为强烈的吞噬作用，呼吸爆发和促炎性细胞因子的释放。它在刺激停止时终止。相反，与慢性感染，炎症或癌症相关的持续刺激涉及相对低强度的信号。这会引起适度但持续的髓系生成。在这些条件下产生的髓系细胞，尽管在形态和表型上与嗜中性粒细胞和单核细胞相似，但具有不同的基因组和生化特征以及功能活性。这些细胞的主要功能特征是其抑制各种类型免疫反应的有效能力。
与肿瘤进展相关的免疫抑制性髓系细胞积累的报道从年代初开始偶尔发表（1）。在年代和年代初期，DianaLopez，JimTalmadge，M.RitaYoung和HansSchreiber的实验室开展的工作表明，各种类型的髓样细胞都可以抑制癌症的免疫功能。但是，这些细胞的具体性质和生物学意义仍不清楚。该领域在年代后期开始发生变化，当时有人建议用Gr1+CD11b+细胞表型定义小鼠脾脏中的免疫抑制性髓样细胞，并且这些细胞与单核细胞和中性粒细胞在表型上相似但在功能上不同（2，3）。在大多数鼠类肿瘤模型中，具有强免疫抑制活性的脾脏和肿瘤中重复观察到这些细胞的大量积累。然而，很快发现CD11b+Gr-1+细胞是异质的。使用不同的表型标准和多种作用机制来定义这些细胞。年，为了统一这些细胞的不同描述，提出了髓样抑制细胞（MDSC）的名称（4）。该名称基于细胞的髓样来源及其主要功能特征-有效的免疫抑制活性。在接下来的几年中，对这些细胞的兴趣激增，不到十年时间就发表了近篇论文。MDSC不仅涉及癌症，而且涉及慢性炎症，感染，自身免疫性疾病，创伤，移植物抗宿主病等疾病的免疫调节的各个方面。MDSC在癌症中具有临床意义的证据已经出现，并且MDSC已成为肿瘤免疫学领域的重要组成部分。
MDSC的主要表型和功能特征
MDSC由两大类细胞组成，称为粒细胞或多形核细胞（PMN-MDSC），它们在表型和形态上均与嗜中性粒细胞相似；单核细胞（M-MDSC）–在表型和形态上与单核细胞相似。因此，仅表型标准不足以将细胞鉴定为MDSC。在大多数类型的癌症中，PMN-MDSC占所有MDSC的80％以上。除了这两个主要种群外，MDSC还包括一小部分（少于3％）具有髓样集落形成活性的细胞，代表髓样祖细胞和前体的混合物。在小鼠中，MDSC主要描述于骨髓，外周血，脾脏，肝，肺或各种器官的肿瘤中。PMN-MDSC可以定义为CD11b+Ly6G+Ly6Clo；M-MDSC为CD11b+Ly6G-Ly6Chi，其他标记物正在研究中。在人类中，MDSC主要描述在血液和各种器官的肿瘤中，许多研究描述了骨髓中的这些细胞。用于这些细胞的流式表型特征的标准现在相对良好定义（5，6）。在人外周血单核细胞（PBMC）中，PMN-MDSC定义为CD11b+CD14-CD15+或CD11b+CD14-CD66b+，而M-MDSC定义为CD11b+CD14+HLA-DR-/loCD15-。Lin-（包括CD3，CD14，CD15，CD19，CD56）HLA-DR-CD33+细胞含有混合群的MDSC，包括更多的未成熟祖细胞，最近针对最后这群提出了“早期MDSC”（e-MDSC）一词描述（7）。
在人类中，基于MHCII类分子HLA-DR的表达，可以将M-MDSC与单核细胞区分。直到最近，人样本从PMN-MDSC中分离中性粒细胞的方法是使用标准Ficoll梯度进行梯度离心。PMN-MDSC位于富含低密度部分（PBMC），而中性粒细胞则是高密度细胞（8）。最近，鉴定了凝集素型氧化LDL受体1（LOX-1）作为人类PMN-MDSC的标志物（9）。如果在进一步的研究中得到证实，则中性粒细胞上的LOX-1表达可用于直接鉴定血液和组织中的PMN-MDSC。在小鼠中，同一只小鼠中嗜中性粒细胞和PMN-MDSC之间的表型区别是困难的。但到目前为止，没有一种标记可以确定性地鉴定PMN-MDSC。
免疫抑制是MDSC的主要特征。尽管MDSC与抑制免疫系统的不同细胞有关，但MDSC的主要靶标是T细胞。MDSC介导的免疫抑制的主要因素包括T和许多其他细胞精氨酸酶（ARG1）、iNOS、TGFβ、IL-10、COX2、吲哚胺2,3-双加氧酶（IDO）、半胱氨酸隔离、L-选择素表达降低。很明显，M-MDSC和PMN-MDSC利用不同的免疫抑制机制。M-MDSC利用与NO和细胞因子产生相关的机制以抗原特异性和非特异性方式抑制T细胞应答（10）。另一方面，PMN-MDSC能够主要以抗原特异性方式抑制免疫反应。抗原特异性T细胞耐受性的诱导是这些细胞的主要特征之一（11，12）。活性氧（ROS）的产生对于此功能至关重要。NO与超氧化物的反应生成过亚硝酸盐（PNT），其通过硝化T细胞受体并降低其对关联抗原-MHC复合物的反应性直接抑制T细胞（13）。PNT还减少了抗原肽与肿瘤细胞上MHC分子的结合（14），并通过硝化T细胞特异性趋化因子来阻止T细胞迁移（15）。（图1）
MDSC的发育和功能
肿瘤衍生因子影响髓系细胞分化的不同阶段，从而导致病理激活的M-MDSC和PMN-MDSC的产生。HSC-造血干细胞；CMP-普通骨髓祖细胞；GMP-粒细胞-巨噬细胞祖细胞；MDP-巨噬细胞/树突状细胞祖细胞。PMN-MDSC和M-MDSC迁移到淋巴器官和肿瘤部位。这些细胞的功能和命运在不同的地点是不同的。在外周淋巴器官中，PMN-MDSC保留了高水平的各种ROS，并引起抗原特异性T细胞抑制/耐受。M-MDSC产生大量不同的因子，这些因子使这些细胞不仅抑制抗原特异性T细胞应答，而且抑制非特异性T细胞应答。M-MDSC维持STAT3的高活性，阻止了它们向DC或巨噬细胞的快速分化。在肿瘤部位很大程度上由于缺氧的影响，MDSC中的STATA3活性大大降低。这导致M-MDSC快速分化为肿瘤相关的巨噬细胞（TAM）。PMN-MDSC中的ROS水平显着降低，但精氨酸酶1（ARG1）的上调和其他引起非特异性T细胞抑制的因素增加。M-MDSC也会发生同样的情况。PMN-MDSC快速死亡。垂死细胞释放的因子可以促进免疫抑制机制。
针对MDSC所述的大量不同的免疫抑制机制并不意味着这些机制可以同时运行。特定免疫抑制机制的流行程度取决于扩增的MDSC类型，以及疾病的阶段和发生抑制的部位。在任何给定的时间，MDSC都有可能使用一种主要的抑制机制，并且这种机制可能会在疾病的整个进展过程中发生变化。
除了免疫抑制机制外，MDSC还通过影响肿瘤微环境的重塑和肿瘤血管生成，通过产生VEGF、bFGF、Bv8和MMP9促进肿瘤进展（16-18）。MDSC参与转移前小生境的形成（19-22），并通过浸润原发性肿瘤促进转移（23，24）。CD11b+Gr1+细胞可通过拮抗IL-1α介导的细胞衰老而抑制自发性前列腺癌模型中的细胞衰老（25）。相反，最近的一份报告表明，以单核细胞为主的CCR2+髓样细胞支持肝癌模型的衰老（26）。
调节MDSC积累和分化的主要机制
MDSC的积累是一个复杂的现象。我们之前提出了一个描述这个过程的双信号模型（27）。该模型认为，MDSC的积累需要两种不同但部分重叠的信号类型：第一种是与抑制终末分化相关的未成熟髓样细胞的扩增，第二种是这些细胞的病理激活，将未成熟的髓样细胞转化为MDSC。
第一组信号主要由肿瘤衍生的生长因子驱动，涉及诸如STAT3，IRF8，C/EBPβ，Notch，腺苷受体A2b信号传导，NLRP3等因子（27）。最近发现，视网膜母细胞瘤蛋白1（Rb1）与某些M-MDSC分化为PMN-MDSC的能力有关。Rb1hiM-MDSC主要产生巨噬细胞和DC，而绝大多数Rb1loM-MDSC则分化为PMN-MDSC（28）。最近，在乳腺癌的PyMT转基因模型中证实了Rb1loLy6G+PMN-MDSC的积累（29）。
第二组信号主要由肿瘤基质产生的因子介导（促炎性细胞因子HMGB1），包括NF-κB通路，STAT1，STAT6，前列腺素E2（PGE2）和环氧合酶2（COX2）（27）。最近，内质网（ER）应激反应途径涉及MDSC的抑制活性。ER应激反应是一种进化保守的机制，旨在保护细胞免受各种应激条件（包括缺氧，营养缺乏，pH低等）的影响。从荷瘤小鼠和癌症患者中分离出的MDSC过表达ER应激的几种标志物，包括sXBP1和CHOP，以及内质网扩大，是内质网应激的标志之一（30）。研究表明，向荷瘤小鼠施用ER应激诱导剂可增加MDSC的积累及其抑制活性（31）。毒胡萝卜素诱导的内质网应激将人类中性粒细胞转化为免疫抑制性PMN-MDSC（9）。转录因子CHOP与肿瘤部位MDSC的抑制活性有关。CHOP缺乏的MDSC失去了抑制以抗原非特异性方式刺激的T细胞的能力，甚至能够激活T细胞（32）。但是，CHOP缺乏的MDSC保留了在抗原特异性刺激中抑制T细胞反应的能力（33）。有必要进行更多的研究来阐明ER应激反应的特定机制在MDSC功能中的作用。
在肿瘤组织中，M-MDSC快速分化为TAM（34，35）。最近的一项研究表明肿瘤相关的M-MDSC中STAT3活性下调与此现象有关。这种作用是由缺氧诱导的CD45磷酸酶激活所控制的。
MDSC在其他髓系细胞中的位置
MDSC是病理激活的髓样细胞。这就提出了MDSC是否真的不同于中性粒细胞和单核细胞的问题。在许多研究中，具有典型MDSC特征的细胞被称为单核细胞和中性粒细胞，即使没有这些特征的细胞也被称为MDSC。近年来积累的数据使我们能够对MDSC的具体性质作出结论。这个结论是基于几条证据。
免疫抑制活性是MDSC的内在特征。成熟的中性粒细胞或单核细胞不能在体外通过简单的PAMPs和DAMPs或促炎细胞因子激活而转化为有效的免疫抑制细胞（水平类似于MDSC）。此外，在某些情况下，中性粒细胞可以促进抗肿瘤反应（36）。
人类PMN-MDSC具有独特的基因组特征，与同一患者的中性粒细胞不同，而健康捐赠者和癌症患者的中性粒细胞具有非常相似的基因表达（9）。小鼠MDSC的特征还包括特异性蛋白质组（37-39）和转录组（40，41）。
表型上，M-MDSC与TAMs的区别在于F4/80的相对表达增加，Ly6C的低至中等表达，SA9蛋白的低或不可检测表达，IRF8的低表达，以及M-CSF受体CD（42）的增加。大多数已发表的数据表明，肿瘤中具有炎性单核细胞表型（CD11b+Ly6ChiLy6G-）的细胞具有强大的免疫抑制活性，因此可归类于M-MDSC（43）。
有许多生化特征可以清楚地将MDSC与其对照组区分开来。这些特征包括高精氨酸酶和iNOS的表达和活性，高水平和持久性的ROS水平，包括超氧物、髓过氧化物酶、过氧化氢和过氧亚硝酸盐。PMN-MDSC和M-MDSC的内质网应激反应增强也可与中性粒细胞和单核细胞区分开来。最近的一篇评论提供了更多细节（7）。
因此，MDSC代表中性粒细胞和单核细胞相对稳定、不同的功能活性状态。尽管PMN-MDSC的概念已被广泛接受，但仍有许多研究使用不同的方法来命名肿瘤相关中性粒细胞（TAN），基于TAN的表型可塑性概念，其在肿瘤进展的不同阶段通过不同的微环境信号调节（36，44）。在这些报告中，具有免疫抑制和肿瘤促进功能的中性粒细胞被称为N2，相对于抗肿瘤的N1，中性粒细胞（8，9）。虽然这一观点肯定有一定的理论基础，但很难想象短寿命、终末分化的中性粒细胞能在肿瘤组织中有效极化。更有可能的是，N1细胞代表活化的真正PMN细胞，而N2细胞实际上是PMN-MDSCs。事实上，大量的报道证实了TAN具有强大的免疫抑制活性，这将这些细胞定义为PMN-MDSC（45–47）。
近年来对MDSC的更好表征为MDSC生物学研究提供了新的思路。最近的证据表明，在慢性炎症过程中，具有MDSC样表型的未成熟髓样细胞的积聚与肿瘤发展的早期阶段有关。暴露于香烟烟雾中的小鼠会导致这些细胞在肺和脾脏中积聚（48）。但是，只有在肺癌发生后，这些细胞才成为免疫抑制性MDSC。然而，它们的耗竭增加了存活率（48）。在一个皮肤癌变模型中，小鼠皮肤中积聚的不成熟的无抑制功能的髓细胞促进了肿瘤的发展（49）。这表明具有MDSC样表型的细胞可能通过其抑制肿瘤特异性免疫应答的能力不一定相关的机制在肿瘤的发生和发展中发挥重要作用。MDSC的积累可能是一个渐进的过程。髓系祖细胞和前体细胞受到来自发展中肿瘤的低强度病理信号的影响，逐渐获得导致其病理激活的变化。真正的MDSC是这个过程的最新阶段。处于中间阶段的细胞（MDSC样细胞）虽然不具有有效的免疫抑制活性，但可能积极地促进肿瘤的进展和转移。未来的研究将决定这个概念是否正确。
治疗性靶向MDSC的基本策略
大量的证据支持肿瘤患者中MDSC的积累和临床结果之间的密切关系（50，51）。最近对名患有各种实体瘤的患者的研究进行的荟萃分析表明，MDSC与总体生存率和无进展生存率的降低高度相关（52）。MDSC与抗癌治疗的耐药性有关，包括舒尼替尼sunitinib（53）、肺癌的顺铂和其他化疗药物（54-56）以及多发性骨髓瘤的阿霉素doxorubicin和美法仑melphalan（57）。最近的研究显示MDSC水平与患者对CTLA4/ipilimumab（58，59）和PD-1（60，61）的反应有关。
MDSC在肿瘤生长调控中起着重要作用，这一事实促使人们寻找一种以MDSC为靶点的治疗方法。
用相对低剂量的吉西他滨和5-氟尿嘧啶化疗可以消除MDSC（62–64）。最近的研究表明，靶向TRAIL受体是一种有效的选择性的MDSC清除方法（30）。由SA9衍生肽与抗体Fc片段结合组成的肽体在小鼠模型中显示出消除MDSC的潜力（65）。
MDSC可以通过靶向其抑制机制在功能上失活。最近的临床报告表明，使用PDE-5抑制剂他达拉非tadalafil治疗的头颈部和多发性骨髓瘤患者的循环MDSC较少，这些细胞中iNOS和精氨酸酶表达较低，自发生成的肿瘤特异性T细胞数量较多（66–68）。Nrf2是一种转录因子，在保护细胞免受自由基损伤中发挥重要作用。合成三萜类化合物通过上调Nrf2（69）减少MDSC产生ROS及其抑制活性。COX-2的抑制降低了免疫抑制性前列腺素E2的产生，而硝基阿司匹林也被证明降低了NO的产生（70，71）。I类HDAC抑制剂恩替司他entinostat对MDSC（72）有抑制作用，但其作用机制尚不清楚。
全反式视黄酸（ATRA）可以靶向MDSC的扩增和分化（73）。在肺癌患者中，如果患者短期接受ATRA治疗，对p53疫苗的免疫反应将得到改善（74）。STAT3抑制可以诱导MDSC分化成DC的免疫原性（75，76）。磷脂磷脂酰丝氨酸（PS）靶向抗体可降低荷瘤小鼠MDSC的发生频率，尽管其发生机理尚不清楚（77）。
结论
MDSC是多种病理条件下调节免疫应答的关键因子，近年来已成为肿瘤免疫学的重要研究热点。然而，只有开发出选择性靶向这些细胞的方法，才能确定它们的生物学作用。这就需要对这些细胞的特定标记进行鉴定，如果控制这些细胞发育的分子机制得到更好的描述，这将是可能的。希望未来几年能带来新的令人兴奋的数据来应对这些挑战。
Reference
GabrilovichDI.Myeloid-DerivedSuppressorCells.CancerImmunolRes.;5(1):3-8.doi:10.8/-.CIR-16-
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