髓源性抑制细胞在骨髓增生异常综合征中的研究进展

巴黎气候协定
血f丙.淋巴瘤2021 年1月第 30卷第1期Journal of Leukemia & Lymphoma,January 2021,Vol. 30, No. 1• 61•
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(收稿日期:2020-06-19)
(本文编辑:杨璐校对:胡睿)
髓源性抑制细胞骨髓增生异常综合征中的研究进展
李新刚'马洪霞'魏旭东2
'郑州市第三人民医院血液科450000;2郑州大学附属肿瘤医院血液科,郑州 450003
通信作者:李新刚,Email:lxgtj2016@163
【摘要】骨髓增生异常综合征(MDS)以造血细胞发育异常和无效造血为特征,骨髓造血微环境内髓源性抑制细胞(MUSC)的异常扩增和激活可能是重要原因。MDSC细胞扩增与激活导致自然杀伤细胞、CD8'T细胞功能低下与耗竭,并募集炎症细胞及因子,导致MDS患者遗传异常的进一步积累,致使 MDS疾病进展。肿瘤环境炎症因子的积累诱导程序性死亡受体丨(PD-1)在造血干、祖细胞上的表达和MDSC细胞程序性死亡受体配体1(PD-L1)过表达,PD-1 / PD-L1的相互作用导致MDS造血祖细胞的凋亡和无效造血。靶向MDSC的试验及临床研究证实,纠正或逆转MDS免疫失调的骨髓微环境是恢复有效造血功能的策略。
【关键词】骨髓增生异常综合征;肿瘤微环境;免疫疗法
DOI:10.3760/rma.jl15356-20200611-00158
Progress of myeloid-derived suppressor cells in myelodysplastic syndrome
Li Xingang1, Ma Hongxia1, Wei Xudong2
1D epartment of Hematology,the Third People’s Hospital of Zhengzhou, Zhengzhou 450000, China; 2Department of Hematology, Affiliated, Tumor Hospital of Zhengzhou University, Zhengzhou 450003, China
Corresponding author: Li Xingang, Email:*****************
【Abstract】Myelodysplastic syndrome (MDS) is characterized by dysplastic and ineffective hematopoiesis that can result from aberrant expansion and activation of myeloid - derived suppressor cells (MDSC) within the bone marrow microenvironment. The proliferation and activation of MDSC lead to the dysfunc tion and depletion of natural killer cells and CDS^ T cells, and the recruitment of inflammatory cells and factors leads to the further accumulation of genetic abnonnalities in MDS patients, leading to the progression of MDS. The accumulation of inflammatory cytokines in the tumor environment induces the expression of programmed death receptor 1(PD-1) in hematopoietic stem cells and hematopoietic progenitor cells and
the
• 62•白血病•淋巴瘤2021 年 1月第 30卷第 1期Journal of Leukemia & Lymphoma, January 2021, Vol. 30, No. 1 overexpression of programmed death receptor ligand 1(PD-LI) in MDSC, and the interaction of PD-1/PD-L1
leads to the apoptosis of MDS hematopoietic progenitor cells and ineffective hematopoiesis. The experiments
and clinical studies targeting MDSC have confirmed that correcting or reversing the bone marrow
microenvironment of immune disorders in MDS is a therapeutic strategy to restore effective hematopoietic
function.
【Keywords】Myelodysplastic syndromes; Tumor microenvironment; Immunotherapy
DOI : 10.3760/cma.j 115356-20200611-00158
公安海警骨髓增生异常综合征(MDS)是一组以造血细胞发育异常和无效造血为特征的克隆性血液疾病,主要特征包括造血干细胞(HSC)和造血祖细胞(HPS)功能受损,髓系、红细胞系和巨核细胞系分化异常,以及造血细胞的发育不良。越来越多的证据表明,失调的免疫系统在MDS发生的早期事件和疾病加速进展中发挥了重要作用。最近研究报道,髓源性抑制细胞(MDSC)在MDS患者骨髓中明显扩增和积累,并且MDSC的 增加与MDS进展风险相关[|]。现综述MDSC在MDS病程中的 变化及对疾病进程的影响,以及靶向MDSC的初步研究结 果,为MDS的免疫提供新的思路。
1MDSC的来源、扩增和活化
对人类MDSC的表型研究表明,MDSC具有高度异质性,是巨噬细胞、树突细胞以及粒细胞的前体细胞,可分为多形核细胞MDSC(PMN-MDSC)和单核细胞MDSC(M-MDSC)。MDSC缺乏成熟免疫细胞的传统表面标志物,包括系抗原阴性(LIN-)、HLA-DIT[2)。M-MDSC—般由 HLA-DR-CD14. CD33* C D llb+表型定义,PMN-MDSC—般由 HLA-DR-CD15+ CD33+ C D llb+表型定义。MDSC的扩增和活化与肿瘤微环境中慢性炎症发展有着紧密联系。在大多数类型的癌症中,PMN-MDSC 占全部MDSC的70%〜80%,而M-MDSC通常不超过20%13]。肿瘤细胞刺激微环境中的免疫细胞和成纤维细胞分泌多种炎症因子.包括干细胞因子(SCF)、血管内皮生长因子(VEGF)、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)、巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)、粒细胞集落刺激因子(G-CSF)、白细胞介素 (儿)-丨几-丨0几-6、转化生长因子趴丁0?七)、肿瘤坏死因子〇( (TNF-oi),这些炎症介质调节骨髓细胞亚,
改变正常骨髓生成,使骨髓细胞向MDSC分化;骨髓微环境促炎分子S100A9与 髓细胞表面CD33的相互作用驱动MDSC的扩增同时,另 一些炎症介质如Toll样受体(TLR)配体、干扰素7(IFN-7)、TNF-a、IL-1、IL-13、IL-4、PGE2、NF-k B、STAT1、STAT6 以及 C0X-2等促进MDSC活化[41,并通过多种机制发挥免疫抑制作用。研究发现MDSC在体内具有如下免疫抑制作用:抑制T细 胞的增殖和杀伤能力;诱导调节性T细胞(Treg细胞)的产生;影响树突细胞的正常分化;抑制自然杀伤(NK)细胞固有免疫应答;分化为其他细胞亚发挥免疫抑制作用[5]。
2 MDSC与MDS的免疫异常
2.1 M D S患者M D SC细胞数量及功能异常
MDSC与免疫抑制、微环境炎症和癌症关系密切,在MDS 患者的骨髓中明显扩增和积累,并在无效造血的进展中发挥了重要的病理作用。Kittang等w检测了 42例MDS患者外周血和MDSC的数量和功能,研究其向急性髓系白血病(AML)进展风险的潜在相关性。在外周血中,极低、低危患者的MDSC中位数0.16x10V L[ (0.03 ~ 0.40)x l〇V L]明显低于中、高危患者[0.52><1〇9/1^(0.丨0~1.78)><1〇9/[,/}<0.005]。分离1«03患者的MDSC与CD4+效应T细胞共培养时,MDSC在异体和自体环境下都能抑制T效应细胞的增殖。Treg细胞与MDSC数量(〃 =0.825,尸<0.005)在高危和非低危患者中呈正相关。同时研究了 MDSC对骨髓归巢因子受体的表达,数据显示MDS 患者的MDSC同时表达CXCR4和CX3CR
1,这可能促进了MDSC向骨髓的迁移。外周血中M-MDSC比PMN-MDSC表达更高水平的CX3CR1和CXCR4,与骨髓M-MDSC相比,循环M-MDSC中CX3CR1的表达水平在中、高、非常高风险的MDS 中明显增高。从MDS患者骨髓中纯化的T细胞与自体MDS-MDSC 共培养后,T细胞增殖和IF N-i产生减少,显示这些细胞预期的抑制活性。为了进一步证实这些发现,从MDS骨髓标本中去除MDSC,然后将MDSC添加回对照组。与MDSC补充组相比,MDSC的去除显著改善了 T细胞的反应,说明受损T细胞的反应性与骨髓来源的MDSC的作用密切相关[7]。
2.2 M D S C抑制M D S患者C D8+T细胞功能
丁3〇等[81发现在MDS患者中有活跃的MDSC和衰竭的TIM3+CD8+T细胞。进一步研究发现,T细胞免疫球蛋白和黏蛋白域3(TIM3)的配体G al-9在MDSC中过表达。MDS患者骨髓上清、血清及培养上清中G al-9水平升高。CD8‘T细胞与过量的外源性G al-9共培养后产生较少的穿孔素和颗粒酶B、TIM3-Gal-9通路抑制剂可以恢复CD8+T细胞的功能。MDS组和正常对照组的CD8+ T细胞与MDS的MDSC共培养后,产生较少的穿孔素和颗粒酶B,且早期凋亡增加。同时TIM3-Gal-9通路抑制剂可以部分恢复C D K T细胞产生细胞因子能力。提示CD8+ T细胞耗竭可能是由MDSC通过TIM3-Gal-9途径诱导的。MDS患者CD& T细胞高表达抑制分子程序性死亡受体1 (P D-1),低表达功能分子C D3(以及穿孔素和颗粒酶B;MDS患者MDSC的STAT3 (MDSC活化转录因子)活化率增高、CCR2表达升高,促进MDSC的募集活化;当使用STAT3阻断剂阻断MDSC功能后,CD8+T细胞的上述功能得到一定恢复[9]。
2.3 M D S C抑制M D S患者N K细胞功能
NK细胞调控人免疫系统对造血恶性肿瘤的免疫监视作用日益受到重视,但研究发现M D S患者N K细胞功能是受损的。K iladjian等_发现所有M D S亚型N K细胞对K562细胞溶解功能下降,IL-2刺激后IFN-7和TNF-〇i分泌减少。Gleason 等[111发现M D S患者N K细胞及其C D16表达明显降低,C D16的
白 rfn病•淋巴瘤202丨年1月第 30 卷第1期Journa丨 of Leukemia & Lymphoma, January 2021, Vol. 30, No. 1• 63•
表达明显低于健康人的NK细胞[百分比:(63±3)%比(89± 2)%;平均荧光强度:1169±丨77 比 5 470±656;P<0.001)。当MDS患者按疾病状态进行分层时,MDSC与NK细胞的负相关关系在风险较低的患者中显著;在高危患者中,M DS C与淋巴 细胞总数、T细胞和NK/T细胞呈显著负相关;MDS患者骨髓微环境能诱导不成熟树突细胞向MDSC分化和扩增,MDSC与 NK细胞相互作用,使NK细胞分泌TNF-a和IFN-7促进MDSC 功能激活,反过来导致激活NK细胞的抑制;Hans〇n等*证明 在MDSC细胞膜上持续表达脱落酶ADAM17(—种裂解素和金 属蛋白酶结构域17) ,Rome e等1131发现NK细胞CD16表达受八0八1^17调控,人0八肘17通过分裂细胞表面€016促进1^细胞功能的衰减;Gleason等;11:研究发现MDSC与MDS-NK细胞 的CD16表达之间存在负相关,表明MDSC对NK细胞功能的抑制具有新的作用通路,即通过诱导NK细胞CD16脱落而削 弱NK细胞功能。
2.4 M D SC表达程序性死亡受体配体1(PD-L1)抑 制M D S造血功能
MDS造血细胞发育异常和无效造血与MDSC激活及表达PD-L1密切相关。免疫检查点受体PD-1及其PD-L1是免疫系 统稳定的重要调节因子。P D-1主要表达在活化的T细胞表面,而PD-L1主要表达在抗原呈递细胞上,也存在于其他多种免疫细胞上。PD-L1的表达是由炎症和肿瘤微环境内的肿瘤细胞诱导的,在肿瘤微环境中,PD-L1的表达削弱/抗肿瘤的 免疫反应〜]。有研究显示,P D-U与PD-1的结合会引发一系列事件,最终导致活化的T细胞衰竭或功能障碍_15i。MDSC 是S100A9重要的旁分泌源,诱导P D-I和PD-L1过表达可导 致HSC和HPC的过早凋亡。在MDS中PD-1在HSPC和PD-L1在MDSC细胞表达增加,重组PD-L1处理MDS患者骨髓单个核 细胞发现细胞死亡,提示PD-1 /P D-L1的作用导致了 MDS中HSPC的死亡。MDS患者MDSC细胞PD-1.I高水平表达,通过 PD-1 / PD-L1免疫检查点途径诱导CD& T和NK细胞衰竭和凋亡,抑制免疫应答和促进恶性克隆逃逸1m。根据这一观点,PD-1 / PD-L1阻断可恢复MDS患者有效的造血功能及抑制克隆形成能力。因此我们认为,抗P D-1/ PD-L1阻断策略在恢复MDS的有效造血中具有前景。
3 MDSC与MDS的造血异常
MDS的特征是骨髓原位内造血细胞发育异常和无效造血,认为与MDSC的异常扩增和激活有关。由于MDSC与HPC 同处骨髓微环境,MDSC介导的抑制作用和细胞毒性效应使HPC在MDS中显示出更高
的凋亡率。(:(》^等[|:研究了 MDSC 介导的细胞抑制是否可能导致HPC死亡,结果发现MDS-MDSC 细胞与CD235a*(glycophorin A) /CD71*自身前体红细胞接触部位表现出较强的颗粒酶B极化。培养30 min后,在MDS患 者标本中这种效应物/目标偶联物的频率(34%)明显高于来 自健康者的样本(5%)。这些细胞间的相互作用导致了靶向红细胞前体的凋亡,证明了除免疫抑制功能外,MDSC还可介导 造血抑制。为了证实这一发现,他们研究了MDS-MDSC去除 时对HSPC增殖能力的影响。在甲基纤维素菌落形成试验中,在MDSC缺失的标本中BFU-E和GM-CFU集落形成与MDSC 补充的和未分选的样本相比显著升高,证明MDSC对红细胞和 髓系祖细胞的发育有直接抑制作用
MDSC特征性表达表面跨膜糖蛋白CD33,炎症因子S100A9激活的CD33在MDSC介导的造血抑制功能中发挥重要作用^ Chen等11研究了 MDS-MDSC上CD33膜表达密度与MDS骨髓细胞CD33膜表达密度的激活和维持关系,发现这些细胞表达CD33的水平明显高于从非MDS相关的癌症患者和健康供者的骨髓细胞中分离出的Lin_HLA-D1T CD334细胞;为 了检测CD33是否可以促进MDSC的积累和(或)激活,他们用 腺病毒载体在来自健康供体的BM-MNC中过表达CD33,发现 明显抑制了骨髓细胞的发育,成熟标记C D llc、CD80和CCR7 的表达降低;并使用含有CD33特异性shRNA的慢病毒在MDS-MDSC中敲除CD33.自体HSPC与CD33 shRNA处理的MDS-MDSC共培养,与未转导的MDS-MDSC和健康供体骨髓MDSC培养组相比,BFU-E和GM-CFU菌落增加了2 ~ 3倍;而 且,CD33 shRNA处理的MDS-MDSC与对照细胞比较IL-10、TGF-P,精氨酸酶是降低的,并发现MDSC的S100
A9与CD33 形成了一个功能性的配体/受体蛋A对,相互作用诱导不成熟的髓细胞分泌抑制细胞因子IL-10和TGF-P,这些结果证明了CD33在MDSC激活和定向造血功能损伤中的作用:(^叩等丨16■研究发现了 r o-1/PD-L l通路在MDS中的新 作用,它超出了 T细胞生物学的调控,通过MDSC衍生的PD-L1异常激活造血干细胞上的PD-1而导致造血细胞死亡,抑制造 血功能。他们首先检测了PD-1表面受体在MDS患者骨髓中分离的HSC和红细胞祖细胞上的表达,并与正常供体进行了比较,所有患者CD7r红细胞前体细胞、CD34* HSPC表面PD-1 表达均显著升高;他们检测了PD-L1在骨髓中CD33+C D l f髓 样细胞上的表达,MDS患者骨髓的CD33+C D lt MDSC与正常 供体骨髓的MDSC相比,PD-U表达明显上调(P< 0.005); S100A9直接诱导PD-1在HSC上的表达,以及相应的配体PD-L1在MDSC上的表达,PD-1/I>D-L1反应导致MDS患者CD3# HSC和CD7 r红细胞祖细胞中活化的caspase-3显著增加,PD-1/ PD-L1的相互作用可能导致MDS HSC的凋亡及无效造血.,
4 MDSC为靶点的策略
MDSC作为MDS患者骨髓微环境免疫抑制的关键细胞成分,在MDS的发生发展过程中发挥重要作用,而抑制MDSC细 胞或功能可能有利于MDS患者疾病恢复..有几项研究揭示了这种可能性,MDSC耗竭或抑制MDSC活性具有潜力MDSC介导的造血抑制作用与其高表达CD33密切相关,它通过CD33的shRNA沉默扰乱1TIM介导的信号通路来降低骨髓抑制因子的表达,可恢复HPC集落形成能力⑴。Gkascm 等〜开发了一种单链可变片段(scFv)重组制剂,靶向CD16及 骨髓分化抗原CD33(CD16xCD3
3),即双特异性杀伤细胞接合物(BiKE),促进CD33+细胞消除,结果发现CD16XCD33 BiKE 可以逆转MDSC对NK细胞的免疫抑制,诱导MDSC靶细胞裂解:这项研究显示了使用CD16XCD33 BiKE靶向MDS患者MDSC的潜力。在另一项研究中,为了改善MDS 患者的造
• 64•白血病•淋巴瘤 2021 年 1月第 30 卷第 1期 Journal of Leukemia & Lymphoma, January 2021, Vol. 30, No. 1
血功能,采用Fc*设计的抗CD33单抗开发的药物,以低风 险MDS患者的MDSC、原始细胞和白血病干细胞为目标,通 过阻断CD33抗原来抑制免疫抑制细胞因子的分泌,改善了骨 髓造血功能117]。
Cheng等%研究了阻断TO-1 /TO-L1通路对造血的影响,采用抗PD-1或抗PD -L1阻断抗体处理MDS骨髓单个核细胞48h后,评估其克隆形成能力,结果发现PD-1和PD-L1阻断显 著改善 CFU-GM(P< 0.01 和 P< 0.05)和 BFU-E(P< 0.05)集落 形成能力,提示PD-1 /PD-L1阻断可能是促进MDS有效造血的有益选择。为了评估体内应用PD-1阻断是否也能改善造血功能,他们选择S100A9Tg(MDS模型鼠)和W T同窝出生小鼠,使用150 m TO-1抑制性抗体处理6周,每周2次,每周检 测全血计数。与IgG对照组相比,抗PD-丨处理S100A9Tg小鼠 的红细胞和白细胞计数显著增加,WT小鼠抗PD-1处理对红细 胞和白细胞计数没有影响,因为WT小鼠骨髓前体细胞表达低水平的PD-1和PD-L1。
MDS患者骨髓微环境的异常在MDS病理生物学中起着至关重要的作用。免疫抑制细胞MDSC及炎症因子积累导致遗传不稳定和骨髓微环境抑制,进而产生有缺陷的造血细胞并导致无效造血靶向消除或减少MDS患者的MDSC和恢复 MDS的有效造血功能,将会是逆转MDS疾病进展的新思路。
利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突
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(收稿日期:2020-06-ll)
(本文编辑:杨璐校对:郎华)

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