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MDSC: 生僻但关键的肿瘤免疫新类群

2021-02-03 21:01:45 admin 8

髓源抑制性细胞(Myeloid-derived suppressor cells, MDSC)是当前肿瘤微环境研究中的一类细胞。回答“MDSC是什么?MDSC从哪里来?MDSC的分化命运是什么?” 这三问,将为我们认识这一新类群提供重要信息。

 

  

MDSC是什么细胞

MDSC是一类高度异质的具单个核与多型核的髓源性细胞,由位于骨髓(小鼠为脾脏)的髓系祖细胞(Common Myeloid Progenitor, CMP)发育而来。在健康人体外周血内含量极少,但在炎症或感染等疾病状态下特别是肿瘤发生后大量扩增,并经过外周血循环迁移至病灶区域。MDSC通过多种机制对获得性和固有免疫均发挥抑制的功能,包括:抑制T细胞激活、使激活的T细胞失能、抑制NK细胞的细胞毒性、使巨噬细胞向促进肿瘤生长的表型极化等。在临床病人体内,MDSC含量水平常与病人的免疫治疗效果及预后密切相关[1],这也是当前肿瘤免疫学、肿瘤微环境研究聚焦MDSC的重要原因之一。

MDSCs 可分成两大亚群:颗粒型或多型核样(PMN-)和单核样(M-) MDSC。近年通过对人MDSC的深入研究发现存在第三类MDSC。这类具有集落形成的活性,且具有分化为其他髓样前体细胞的功能,被称作早期MDSC (eMDSC),但其在小鼠中的存在仍待鉴定[2]。

 

   

MDSC从何而来

目前,MDSC研究的最大争议和技术困难在于缺乏独特的鉴定标记物,因为无论从表型还是从形态上看,MDSC都与单核细胞和中性粒细胞具有极高的相似性。这要从髓样细胞发育分化说起。髓样细胞是为抵御病原体的入侵进化而来,在面对TLR配体或典型病原模式分子(DAMP, PAMP)的强刺激下, 髓样细胞经历经典的激活途径,导致单核细胞和中性粒细胞从骨髓迁移并表现出较强的吞噬功能、释放大量促炎细胞因子及上调MHC II和共刺激因子达到消除病原体的目的;然而面对肿瘤等慢性炎症的持续性弱刺激存在的条件下对髓样细胞的激活通路发生改变,从而产生的中性粒细胞与单核细胞表现出未成熟的表型。这种激活状态不能达到消灭病原的作用,但却带来了对免疫响应的抑制,进而促进了肿瘤的进展和迁移,因此具有此类表型的髓样细胞被定义为MDSC[3]。

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MDSC的积累受两组信号调控:一是未成熟髓样细胞的扩增,二是将扩增后的细胞部分转化为具免疫抑制的细胞群体[4]。但为何只有部分未成熟中性粒细胞与单核细胞实现向MDSC的转化,仍待探讨。在研究中发现,中性粒细胞与PMN-MDSC 可通过lectin-type oxidized LDL receptor 1 (LOX-1)的表达与否进行区分:LOX-1+ 中性粒细胞具有极强的抑制T细胞扩增的功能;而LOX-1− 的中性粒细胞群不具有该抑制功能。将LOX-1做为鉴定标记物对人肿瘤样本进行分析,绝大多数病人PMN-MDSC含量在4-8%, LOX-1+ PMN-MDSC占肿瘤实体内全部中性粒细胞的比例为30–45%[5]。

  MDSC的鉴定及获取

正如开头所说,MDSC的研究尚处于起始阶段,仍需大量的研究积累工作,首先需要回答的问题就是如何区分中性粒细胞与MDSC,并特异性鉴别MDSC。

MDSC可从不同组织和疾病模型中获取,因组织来源不同,获取的方法也有所区别。解离条件除对细胞活力、目的细胞表面抗原的影响外,还需考虑潜在对髓源细胞的激活作用,如解离体系引入病原相关模式分子或过长的解离时间等,会导致相关酶表达的上调,从而改变小鼠MDSC的表型和功能[6]。MDSC可在解离后的组织通过磁性细胞分选或流式细胞分选的方法,依据几种标记物组合得到纯化富集。

目前仍缺乏对MDSC独特的标记物,主要依赖某些标记物的组合表达和对白细胞的抑制性功能加以鉴别。如小鼠MDSC可根据 Gr1dim/+ CD11b+得到初步划分,进而可根据Ly6C和Ly6G两个标记物的表达,进一步划分为单核样(M-like)和中性粒细胞样(PMN-like) MDSC细胞亚群;还可参考某些特定标记物,如CD244只在MDSC表达而中性粒细胞不表达,被用于小鼠PMN-MDSC的亚型认定。

人来源MDSC 的鉴定和获取除了依据表达标记物组合,还依赖于细胞的密度。PMN-MDSC和中性粒细胞具有类似的表型CD11b+CD14−CD15+ (or CD66b+) CD33+,区别在于MDSC 存在于外周血密度梯度离心后所得PBMC 的低密度区域,而中性粒细胞存在于高密度区域;人M-MDSC和单核细胞可根据MHC class II分子的表达加以区分:M-MDSC的鉴定表型为CD11b+CD14+CD15−CD33+HLA-DR−/lo, 而单核细胞表型为:HLA-DR+[7]。

 

可用于磁性细胞分选的标记物组合

 

✦Ly6G+Gr1high/Ly6G−Gr1dim

✦CD11b+Gr1+

✦Ly6C/ Ly6G

  

如果采用流式细胞分选,圈门策略应在排除淋巴细胞(CD3+CD19+)或圈定CD11b+的基础上,进一步使用CD11b/Ly6G/Ly6C的标记物进行鉴定。小鼠来源PMN-MDSC 可采用CD11b +Ly6G+Ly6Clo 的标记物组合,结合PMN-的标记物(如CD115,CD244)及较高的测向散射值 (SSC)进行圈定[8]。小鼠来源M-MDSCs可借炎性单核细胞的标记组合CD11b+Ly6G−Ly6Chi结合低测向散射值,并充分考虑到某些只在M-MDSC 存在表达、而单核细胞不表达的标记物,如CD11c和MHC II[9]。

 

  

MDSC分化命运如何

MDSC在多种细胞因子的诱导下浸入肿瘤区域,并受肿瘤实体内低氧、高氧化应激、营养缺乏的极端条件影响,其功能和分化都将发生变化。由于PMN-MDSC生存期较短, MDSC 的分化研究主要基于M-MDSC。已有基于不同组织来源的肿瘤,包括乳腺癌、肺腺癌、脑胶质瘤、胰腺癌等进行M-MDSC的分化研究,均出现了M-MDSC在迁移至肿瘤灶分化为肿瘤相关巨噬细胞 (tumor-associated macrophages,TAMs) 的结果。与此同时,M-MDSC分化而来的TAMs也会持续吸引其他组织内的M-MDSC不断向肿瘤灶迁移,对肿瘤内的TAMs进行补充[10] 。

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肿瘤内MDSC的分化示意图

图片源自于:Plasticity of myeloid-derived suppressor cells in cancer(Curr Opin Immunol. 2018 April ; 51: 76–82)

 

参考文献:

[1]Zhang S et al. The Role of Myeloid-Derived Suppressor Cells in Patients with Solid Tumors: A Meta-Analysis. PLoS One. 2016; 11:e0164514.

[2]Shi C, Pamer EG. Monocyte recruitment during infection and inflammation. Nat Rev Immunol. 2011; 11(11):762–774.

[3]Filippo V,Myeloid-derived suppressor cells coming of age. Nat Immunol. 2018 February ; 19(2): 108–119

[4]Condamine T, et al. Transcriptional regulation of myeloid-derived suppressor cells. J Leukoc Biol. 2015; 98:913–922.

[5]A. M. Bruger et al, How to measure the immunosuppressive activity of MDSC: assays,

problems and potential solutions. Cancer Immunology, Immunotherapy May, 2018

[6]Kumar V. et al. CD45 Phosphatase Inhibits STAT3 Transcription Factor Activity in Myeloid Cells and Promotes Tumor-Associated Macrophage Differentiation. Immunity. 2016; 44:303–315.

[7]Bronte V et al. Recommendations for myeloid-derived suppressor cell nomenclature and characterization standards. Nature communications. 2016; 7:12150.

[8]Damuzzo V et al. Complexity and challenges in defining myeloid-derived suppressor cells. Cytometry Part B, Clinical cytometry. 2015; 88(2): 77–91.

[9]Movahedi K et al. Identification of discrete tumor-induced myeloid-derived suppressor cell subpopulations with distinct T cell-suppressive activity. Blood. 2008; 111(8):4233–4244.

[10]Shand FH et al. Tracking of intertissue migration reveals the origins of tumor-infiltrating monocytes. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014; 111:7771–7776.


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