《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Reviews on Cancer》：Reprogramming ferroptosis in MDSCs: For state-dependent immunotherapy combinations
1. 引言
在肿瘤治疗领域，克服免疫逃逸仍是一大挑战，尤其在晚期恶性肿瘤中。尽管免疫检查点抑制剂（ICIs）在多种实体瘤（如黑色素瘤、非小细胞肺癌）的治疗中取得了革命性进展，但持久的临床响应仍仅限于部分患者。除了肿瘤固有的耐药性，高度免疫抑制的肿瘤微环境（TME）是效应T细胞浸润和发挥抗肿瘤细胞毒功能的主要障碍。在众多促成免疫抑制的细胞中，髓源性抑制细胞（MDSCs）是免疫逃逸的关键协调者，尤其在胰腺癌、微卫星稳定结直肠癌和转移性乳腺癌等“免疫冷”肿瘤中。肿瘤内高负荷的MDSCs会导致免疫排斥，并对常规的细胞死亡应激表现出韧性。
铁死亡——一种铁依赖性、脂质过氧化驱动的调节性细胞死亡形式——已被证实与MDSCs生物学行为相关。MDSCs的铁死亡对免疫的影响具有情境和状态依赖性。在某些条件下，选择性诱导MDSCs发生铁死亡可以减少免疫抑制性髓系细胞池，恢复抗肿瘤免疫。例如，破坏ACOD1（亦称免疫应答基因1 (IRG1)）-衣康酸-NRF2轴等代谢通路，可增加MDSCs对铁死亡的敏感性；药理学抑制ASAH2也能驱动MDSCs的铁死亡并增强免疫激活。相反，亚致死性的铁死亡应激会释放脂质介质（如前列腺素E2(PGE2)）和氧化磷脂（OxPLs），从而加强免疫抑制并促进肿瘤进展。
MDSCs是一群在病理条件下积累的未成熟髓系细胞异质性群体，在TME中发挥免疫抑制功能。它们抑制T细胞和自然杀伤（NK）细胞，重编程先天免疫应答，促进血管生成和淋巴管生成，并有助于形成转移前微环境。MDSCs水平升高与治疗耐药和不良临床预后相关。
本文旨在综述MDSCs的免疫抑制表型、其铁死亡相关代谢特征，并提出一个“铁死亡免疫调节窗”框架：MDSCs的铁死亡在肿瘤免疫中具有状态依赖性。MDSCs的亚致死性铁死亡应激通过释放脂质介质有利于免疫抑制，而致死性铁死亡则促进免疫激活。铁死亡的这种状态依赖性维度，使得我们能够设计状态特异性和细胞选择性的铁死亡靶向疗法，与ICIs协同作用，将“免疫冷”肿瘤转化为“免疫热”状态。
2. 癌症中MDSCs的扩增与激活
MDSCs起源于骨髓源性祖细胞，并通过趋化因子介导的运输从循环中被募集到肿瘤。它们大致分为两个亚群：多形核MDSCs（PMN-MDSCs）和单核细胞性MDSCs（M-MDSCs）。PMN-MDSCs约占MDSCs群体的70-80%，主要利用活性氧（ROS）和精氨酸酶-1（ARG1）进行免疫抑制，而M-MDSCs则依赖一氧化氮（NO）和IL-10、TGF-β等细胞因子。两个主要信号控制着MDSCs在TME中的积累：增强骨髓生成能力的肿瘤源性因子，以及来自T细胞和基质细胞的、激活MDSCs免疫抑制功能的炎症信号。
在肿瘤条件下，MDSCs被激活但无法终末分化为粒细胞、巨噬细胞或树突状细胞（DCs），这是由TME内的病理性信号驱动的。TME富含失调的细胞因子和生长因子（如COX-2、IL-6、IL-1β、G-CSF、GM-CSF、VEGF），它们破坏骨髓生成并促进MDSCs积累。这些因子激活关键的转录调节因子，如信号转导和转录激活因子3（STAT3）、CCAAT/增强子结合蛋白β（C/EBPβ）和干扰素调节因子8（IRF8）。STAT3通过上调抗凋亡基因（如Bcl-xL、c-MYC和Cyclin D）和阻断分化来促进MDSCs扩增。它还通过上调ARG1和提高ROS水平来增强MDSCs的免疫抑制功能。在M-MDSCs中，CD45介导的STAT3去磷酸化有助于其向巨噬细胞（肿瘤相关巨噬细胞，TAMs）分化。通过诱导S100A8/A9，STAT3促进MDSCs向肿瘤的运输，并通过p47phox和p67phox激活NADPH氧化酶2（NOX2）。组成型激活的STAT3还上调程序性死亡配体-1（PD-L1）和免疫抑制性细胞因子，加强免疫逃逸。
C/EBPβ调节粒细胞与单核细胞的命运，并在髓系分化后期升高。GM-CSF/G-CSF刺激增强C/EBPβ驱动的MDSC生成和免疫抑制，部分通过上调miR-21和miR-181b实现。IRF8负向调节MDSC发育。肿瘤驱动的STAT3/STAT5信号传导抑制髓系祖细胞中的IRF8，促进MDSC扩增。这些因子共同形成了MDSC扩增和功能的调控网络，其中STAT3是主节点，C/EBPβ/IRF8作为情境依赖的合作伙伴。
MDSCs在TME中的激活是由免疫细胞和肿瘤/基质细胞的介质（如IFN-γ、IL-4/6/13、IL-1β、TGF-β、CXCL1、PGE2、TLR配体、HMGB1、S100A8/A9）驱动的。这些信号汇聚于STAT1/STAT6和NF-κB，以强化免疫抑制。IFN-γ诱导MDSCs中诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的表达和NO介导的T细胞抑制。IL-13通过STAT6上调ARG1，加剧精氨酸耗竭并抑制T细胞增殖。PGE2是一个核心的肿瘤源性信号，可激活NF-κB和Ras/ERK，上调TGF-β，并加强MDSCs介导的T细胞和NK细胞抑制。通过EP受体（如EP2/EP4），PGE2还刺激ARG1表达，进一步强化氨基酸耗竭介导的免疫抑制。缺氧、酸中毒和营养剥夺诱导内质网应激（ERS），导致未折叠蛋白反应（UPR）激活。C/EBP同源蛋白（CHOP）增强了MDSCs的免疫抑制能力。MDSC衍生的HMGB1和PPARγ进一步激活NF-κB以支持MDSC分化和功能。IL-4/IL-13通过IL-4Rα–STAT6信号诱导TGF-β1并维持免疫抑制。
激活状态和代谢可塑性塑造了MDSCs对调节性细胞死亡（特别是铁死亡）的敏感性。经典的STAT3、C/EBPβ和NF-κB信号与关键的铁死亡调节因子（谷胱甘肽过氧化物酶4 (GPX4)、酰基辅酶A合成酶长链家族成员4 (ACSL4)、溶质载体家族7成员11 (SLC7A11)）相交汇，这表明时机和情境共同决定了免疫抑制和铁死亡敏感性。
3. TME中MDSCs的铁死亡
铁死亡是由铁稳态紊乱、过度脂质过氧化和抗氧化防御不足驱动的。不稳定的细胞内Fe2+催化Fenton反应，产生活性氧（ROS），启动多不饱和脂质（PUFA-PLs）的过氧化，并最终导致铁死亡。为了对抗脂质过氧化物的积累，细胞部署了几种抗氧化系统——最突出的是GPX4依赖性途径，该途径依赖通过系统xc?（SLC7A11/xCT和溶质载体家族3成员2 (SLC3A2)）摄取胱氨酸，以维持谷胱甘肽（GSH）的合成，而GSH是GPX4介导的脂质过氧化物解毒的辅因子。GPX4非依赖性系统，如铁死亡抑制蛋白-1 (FSP1)-泛醇 (CoQH2) 途径、GTP环化水解酶-1 (GCH1)-四氢生物蝶呤 (BH4) 途径、二氢乳清酸脱氢酶 (DHODH)-CoQH2途径以及膜结合O-酰基转移酶结构域包含蛋白1和2 (MBOAT1/2)-单不饱和脂肪酸 (MUFA) 重塑途径，也有助于抵抗铁死亡。在MDSCs中，包括p53、转录因子Nrf2 (NFE2L2) 和代谢调节因子（如ACOD1、ASAH2）在内的关键调节因子通过控制抗氧化基因网络（包括SLC7A11和GPX4）进一步调节这种平衡。当促铁死亡刺激压倒这些防御时，铁死亡随之发生。
在营养受限的TME中，MDSCs重编程代谢以维持免疫抑制并促进肿瘤进展。肿瘤浸润的PMN-MDSCs显示出易发生铁死亡的代谢特征，ROS水平升高，而M-MDSCs对铁死亡的敏感性较低。
3.1. 铁代谢紊乱
循环中的Fe3+与转铁蛋白结合，通过转铁蛋白受体1（TfR1）进入细胞，在细胞内被还原为Fe2+并释放到不稳定铁池（LIP）中。Fe2+通过Fenton反应催化羟基自由基（•OH）的产生，过氧化细胞膜中的PUFAs，导致铁死亡。过量的铁使MDSCs容易发生铁死亡，而缺氧加剧了铁失调，上调铁调节基因（如缺氧诱导因子-2α (HIF-2α)）并增强半胱氨酸氧化，进一步提高ROS水平。
3.2. 脂质重塑和PUFA积累
多不饱和脂肪酸（PUFAs），如花生四烯酸（AA）和肾上腺酸（AdA），在铁死亡过程中容易发生铁依赖性过氧化。ACSL4将游离的AA/AdA激活为酰基辅酶A硫酯，溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶3（LPCAT3）将这些PUFA-酰基辅酶A整合到膜磷脂中，生成含PUFA的磷脂酰乙醇胺（PUFA-PEs）。然后，脂氧合酶（如花生四烯酸15-、12-和5-脂氧合酶，ALOX15/12/5）将PUFA-PEs氧化为磷脂氢过氧化物，这些氢过氧化物作为脂质过氧化物积累，使MDSCs对铁死亡敏感。
在TME中，MDSCs经历代谢重编程，增加脂质摄取和储存，以支持免疫抑制。CD36是一种在MDSCs中上调的清道夫受体，促进脂质摄取并驱动脂肪酸氧化（FAO），这与氧化应激有关。抑制CD36可通过削弱MDSC功能来延缓肿瘤进展并改善免疫治疗。脂肪酸转运蛋白2（FATP2）在PMN-MDSCs中上调，促进AA摄取、PGE2合成和铁死亡抵抗。FATP2缺陷的MDSCs显示铁死亡相关基因表达和脂质过氧化减少。在缺氧条件下，HIF-2α上调缺氧诱导的脂滴相关蛋白（HILPDA），促进PUFA积累，并在GPX4抑制时增加对铁死亡的易感性。PMN-MDSCs中髓过氧化物酶（MPO）的上调加剧了脂质过氧化，增强了铁死亡的易感性。
3.3. 抗氧化和自由基捕获防御的重编程
尽管铁和脂质过载使其易于发生铁死亡，但MDSCs会利用抗氧化和代谢重编程来维持氧化还原平衡并在氧化应激中存活。
在营养和氧化应激下，MDSCs消耗精氨酸、色氨酸和半胱氨酸以重编程氨基酸代谢，增加GSH和GPX4的合成，从而提高抗铁死亡能力。缺氧/炎症激活Nrf2，Nrf2通过诱导抗氧化酶（谷氨酸-半胱氨酸连接酶催化亚基 (GCLC)、谷氨酸-半胱氨酸连接酶修饰亚基 (GCLM)、谷胱甘肽二硫化物还原酶 (GSR)、谷胱甘肽合成酶 (GSS)）来维持细胞内GSH池和GPX4依赖的脂质过氧化物解毒，并上调抗铁死亡基因（SLC7A11、GPX4、NQO1），共同抑制铁死亡。
在Nrf2的上游，ACOD1已成为铁死亡抵抗的代谢调节因子。ACOD1催化顺乌头酸转化为免疫代谢物衣康酸，衣康酸与Keap1结合并烷基化Keap1，稳定Nrf2，增强抗氧化基因的转录。肿瘤浸润的PMN-MDSCs响应GM-CSF–JAK/STAT–C/EBPβ信号传导，表现出ACOD1升高。在乳腺癌肺转移小鼠模型中，ACOD1的基因敲除或衣康酸产生的药理学抑制促进了MDSCs的铁死亡。结果，MDSC的转移性浸润受到限制，抗PD-1疗效得到增强，从而确定了ACOD1–衣康酸–Nrf2轴是一个免疫代谢靶点。
缺氧通过HIF-1α增强铁死亡抵抗，HIF-1α增加SLC1A1以支持SLC7A11依赖的胱氨酸输入。HIF-1α/LDH驱动的乳酸也调节细胞内pH，以独立于SLC7A11/FSP1的方式赋予抵抗力。
ASAH2是一种鞘脂酶，可抑制p53信号传导，从而调节MDSCs中的多种促铁死亡途径：(1) p53–HMOX1轴：p53上调HMOX1（编码HO-1），从而增加不稳定的Fe2+，进而抑制GSH生物合成并加剧脂质过氧化。(2) p53–SLC7A11–GSH/GPX4轴：p53直接抑制SLC7A11，减少胱氨酸摄取，损害GSH生物合成和GPX4活性。(3) p53–SLC7A11–ALOX12轴：p53–SLC7A11轴通过解除对ALOX12的抑制来驱动不依赖GSH的铁死亡。在基础条件下，SLC7A11结合并抑制ALOX12；p53介导的SLC7A11抑制释放了ALOX12，使其能够驱动膜PUFAs的脂质过氧化并触发铁死亡。(4) p53–亚精胺/精胺N1-乙酰转移酶1 (SAT1)–ALOX15轴：在氧化应激下，p53上调SAT1，SAT1是多胺分解代谢的限速酶。SAT1活性升高促进ALOX15依赖性脂质过氧化，从而驱动铁死亡。(5) p53–谷氨酰胺酶2 (GLS2)轴：GLS2是p53的转录靶标，将谷氨酰胺水解为谷氨酸，谷氨酸转化为α-酮戊二酸（α-KG）为TCA循环提供燃料，并增加细胞对铁死亡的敏感性。因此，ASAH2通过抑制p53驱动的促铁死亡信号传导，赋予MDSCs铁死亡抵抗力。
总而言之，多层次的抗氧化和代谢防御凸显了MDSCs在TME中的可塑性。ACOD1和ASAH2成为调节MDSCs铁死亡的免疫代谢靶点，构成了“免疫调节窗”框架的基础。
3.4. 铁死亡免疫调节窗的机制基础
在TME中，MDSCs的铁代谢失调和脂质重编程导致铁和脂质积累，使这些细胞容易自发进入低强度、慢性、亚致死性的铁死亡应激。此过程释放大量免疫抑制性脂质，加剧免疫抑制。因此，抑制MDSCs的自发铁死亡对于逆转免疫抑制环境至关重要。随着代谢重编程和抗氧化机制的激活，MDSCs有效地抵抗铁死亡。而破坏其抗氧化防御系统，诱导MDSCs直接进入高强度、不可逆的致死性铁死亡阶段，是消耗TME中MDSCs、减轻免疫抑制并恢复T细胞效应功能的有效策略。
4. MDSCs介导的促肿瘤效应
在TME内，MDSCs通过削弱细胞毒性T细胞和NK细胞的活性，并通过促进血管生成、支持局部侵袭和通过直接相互作用及分泌可溶性免疫调节因子来促进转移扩散，从而驱动恶性进展。
4.1. TME中MDSCs的免疫抑制效应
MDSCs表现出强大的免疫抑制作用，主要针对TME内的T淋巴细胞。MDSCs抑制T细胞功能的一个关键机制是通过L-精氨酸消耗进行代谢剥夺。响应肿瘤和基质细胞衍生信号（如TGF-β、IL-4、IL-10、IL-13、IFN-γ和缺氧/HIF-1α），MDSCs上调阳离子氨基酸转运蛋白CAT-2B (SLC7A2) 和ARG1，增加MDSCs对L-精氨酸的摄取和分解代谢。L-精氨酸耗竭通过下调T细胞受体（TCR）复合物的关键成分CD3ζ链并诱导G0-G1期停滞来损害T细胞活化，从而抑制T细胞增殖。此外，MDSC衍生的甲基乙二醛进入T细胞，消耗细胞内L-精氨酸并糖化含精氨酸的蛋白质，进一步损害T细胞功能。
通过螯合胱氨酸且不释放半胱氨酸，MDSCs耗竭了TME中的细胞外胱氨酸。由于T细胞缺乏半胱氨酸-γ-裂解酶和系统xc?亚基SLC7A11，它们依赖外源性半胱氨酸；其耗竭会损害T细胞活化和谷胱甘肽合成，削弱抗氧化防御并增加对氧化应激的敏感性。
此外，MDSCs通过吲哚胺2,3-双加氧酶（IDO）介导的色氨酸消耗可诱导T细胞无能、G1期细胞周期停滞或凋亡，从而促进免疫逃逸。
MDSCs产生丰富的NO、ROS和活性氮物质（RNS），共同破坏T细胞功能。通过iNOS，MDSCs将L-精氨酸转化为NO，NO破坏IL-2受体（IL-2R）信号传导，诱导TCR硝化，并抑制JAK3/STAT5信号传导，从而导致T细胞功能障碍和凋亡。MDSCs中NOX2依赖性的ROS产生——包括超氧化物（O??）、羟基自由基（•OH）和过氧化氢（H?O?）——诱导氧化损伤，损害肽-MHC（pMHC）-TCR相互作用，并阻断T细胞分化。NO与O??反应形成过氧亚硝酸盐（ONOO?），这是一种强效的RNS，可使CD8和TCR分子硝化，从而使T细胞对抗原刺激无反应。此外，RNS介导的趋化因子（如CCL2）硝化降低了CCL2–CCR2结合亲和力，从而损害肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）向TME的募集。
在TME内，MDSCs通过表达抑制性配体来抑制T细胞功能，特别是上调的Fas配体（FasL），FasL与CD8+T细胞上的Fas结合，通过FasL-Fas途径触发凋亡，并加强局部免疫抑制。
此外，MDSCs通过上调PD-L1和半乳糖凝集素-9（Gal-9）加剧T细胞耗竭，PD-L1和Gal-9分别与效应T细胞上的PD-1和T细胞免疫球蛋白和粘蛋白结构域包含蛋白3（TIM-3）结合，抑制细胞毒性并促进肿瘤免疫逃逸。Gal-9通过驱动干扰素基因刺激物（STING）降解和减弱I型干扰素信号传导，进一步增强髓系免疫抑制。除了这些经典的检查点，MDSCs还利用替代的抑制轴，特别是CD155–TIGIT，其中MDSC表达的CD155与T细胞免疫球蛋白和ITIM结构域（TIGIT）结合，加深功能性耗竭并减少肿瘤内T细胞丰度。
MDSCs通过多种机制阻碍T细胞运输：MDSCs上的ADAM17从初始T细胞上裂解L-选择素（CD62L），通过削弱对高内皮微静脉（HEVs）的粘附来破坏归巢到次级淋巴器官（SLOs）和肿瘤。此外，M-MDSCs产生的NO下调T细胞上的CD44和CD162（PSGL-1）并抑制内皮E-选择素，共同限制了外渗、粘附和跨内皮迁移，从而减少T细胞在TME内的积累。
腺苷是MDSC介导的T细胞抑制中的关键免疫抑制代谢物。在缺氧的TME内，MDSCs上调外核苷酸酶CD39和CD73，将细胞外ATP转化为腺苷。腺苷然后主要通过T细胞、DCs和NK细胞上的A2A和A2B受体（在较小程度上通过A1和A3）发出信号，削弱它们的效应功能。腺苷进一步驱动MDSC扩增，形成CD39/CD73–腺苷–受体正反馈循环，维持高细胞外腺苷并促进免疫逃逸、肿瘤进展和免疫治疗耐药。
除了抑制T细胞，MDSCs还通过抑制NK细胞、DCs和B细胞来减弱抗肿瘤免疫，并通过扩增调节性T细胞（Tregs）/调节性B细胞（Bregs）并将肿瘤相关巨噬细胞和中性粒细胞向促肿瘤（M2-TAM，N2型肿瘤相关中性粒细胞 (N2-TAN)）表型倾斜来进一步促进免疫逃逸。
MDSCs通过TGF-β介导的NKG2D下调和减少NK细胞IFN-γ产生来抑制NK细胞毒性。此外，MDSCs下调关键信号适配子CD247（CD3ζ），并表达与NKp30结合的配体。此外，MDSCs中的IDO活性降低了自然细胞毒性受体（NCRs）、DNAM-1和IFN-γ，共同导致TME内的NK细胞功能障碍。
MDSCs通过破坏抗原摄取和加工以及迁移显著损害DC功能，从而使DC分化偏向耐受性表型。通过持续分泌免疫抑制性细胞因子IL-10和TGF-β，MDSCs抑制IL-12（IL-12对于Th1极化和效应T细胞激活至关重要），从而减弱DC依赖的细胞毒性应答的启动。此外，MDSC衍生的PGE2抑制DC成熟和促炎细胞因子产生，进一步削弱TME内DC的抗原呈递能力。
MDSCs通过损害B细胞成熟和功能来抑制体液免疫。在鼠肺癌中，MDSC衍生的TGF-β减弱B细胞中的IL-7R/STAT5信号传导，并且MDSCs下调CD62L，限制了B细胞向次级淋巴器官的归巢和抗原特异性应答。
PGE2通过EP受体介导的信号传导强化MDSC调节程序并抑制Th17分化。在M-MDSCs中，升高的PGE2进一步减少T细胞增殖，使CD4+极化偏向Th2而非Th1/Th17，并限制细胞毒性T淋巴细胞（CTL）效应细胞的成熟。
MDSCs抑制非常规T细胞，包括NKT和γδ T细胞，这些细胞通过快速释放细胞因子和穿孔素/颗粒酶介导的细胞毒性成为抗肿瘤免疫的关键介质。从机制上讲，
