CD39在腫瘤免疫中的研究進展

李慧娟， 葉 亮， 張 方綜述， 宋 勇審校

0 引 言

免疫系統是一個受到嚴格調控并且相互緊密聯系的細胞網絡，發揮著維持及修復機體內環境穩態的功能。然而，免疫系統的異常激活會造成鄰近組織的損傷及各種病理生理過程的發生。嘌呤系統是一個高度進化的選擇性系統，能夠微調免疫細胞的功能，比如細胞與細胞間的相互作用，細胞因子和趨化因子的分泌，表面抗原的脫落，以及產生活性氧(reactive oxy gen species, ROS)等[1]。嘌呤介質ATP，在正常生理狀態下，主要位于細胞內，濃度大約1～10mM，而在細胞外ATP濃度則處于很低的水平(10～100nM)。當機體出現組織紊亂的情況，包括炎癥，缺氧，缺血，惡性腫瘤等，胞內的ATP會大量釋放到胞外，既作為感覺信號又作為傳出信號引發免疫反。 ATP釋放到細胞外后，被胞外的核苷酸水解酶CD39水解轉化為ADP和AMP,AMP再在CD73協同作用下去磷酸生成免疫抑制性的腺苷，并且CD39是這一過程的限速酶，腺苷激活免疫細胞表面的腺苷受體，介導嘌呤的免疫調節效應[2]。

1 CD39的表達及生物學作用

1982年Rowe等[3]研究首次發現EB病毒感染的B淋巴細胞表面存在一種特殊的分子標志物，隨后被命名為CD39，該分子是一個整合的細胞膜蛋白，是一個鈣鎂離子依賴的胞外核苷酸水解酶，能水解ATP,ADP生成AMP。人類CD39是一個含有約510個氨基酸的蛋白，有7個N-糖基化位點及11個半胱氨酸殘基與2個跨膜區域。在結構上，CD39由兩個跨膜結構區域組成，一個小的胞質區域和一個大的胞外疏水區域，胞質區域含有N端和C端，胞外區域含有5個ATP酶保守區域(apyrase conserved regions， ACRs)，是維持該分子的酶活性、結構完整性必需的[4]。

CD39廣泛表達于多種組織器官，如膀胱，腦，乳腺，結腸，子宮，胃，前列腺等，并且主要表達于內皮細胞和免疫細胞[5-7]。不同類型細胞CD39的表達也存在顯著差異，B淋巴細胞，單核細胞和中性粒細胞CD39的表達率達90%以上，CD4+T細胞(包括記憶性T細胞和調節性T細胞)表達率約20%～30%，而CD8+T細胞表達率低于5%，自然殺傷細胞(natural killing cell，NK)表達率2%～5%[8]。

CD39的主要生物學作用是催化水解胞外二三磷酸核苷酸，目前研究較多的是催化水解細胞外的ATP為ADP及AMP。CD73，胞外-5′核苷酸酶(ecto-5′nucleotidase),一種通過糖基-磷脂酰肌醇錨定于細胞膜外的多功能糖蛋白，與CD39共同表達于細胞膜外，進一步催化水解AMP為腺苷。CD39是這一重要過程的水解限速酶，并且這一過程也是細胞外腺苷生成的主要來源[2]。有極少一部分腺苷是通過煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine di-nucleotide,NAD)糖水解酶水解細胞外的NAD，生成ADP核糖，進一步降解生成AMP,在CD73協同作用下生成腺苷。

2 CD39與腫瘤

CD39在許多惡性腫瘤中的表達水平是升高的[8-9]。Jeremy等[7]研究發現相對于正常組織，CD39在腎，肺，卵巢，胰腺，甲狀腺等腫瘤組織中的表達水平顯著升高，并具有統計學意義，暗示著CD39異常表達升高與惡性腫瘤的發生發展有關。CD39的表達受許多因素的影響，例如白細胞介素6(interlenkin-6, IL-6)[10]，IL-7[11]，IL-27[12]，轉化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)[13]，低氧誘導因子-1(hypoxia inducible factor-1,HIF-1)[14]，stat3，獨立的鋅指蛋白生長因子1轉錄因子[15], 氧化應激[16]。目前已經有許多研究表明，CD39在腫瘤發生發展中扮演重要的角色。對肝腫瘤、胃腫瘤根治術后的患者，腫瘤組織CD39表達升高與較高的復發率和較短的生存期有關，是不良預后的獨立危險因素[17-19]。CD39對腫瘤細胞的增殖和轉移也有影響。Shaun等[20]研究發現CD39基因缺陷的小鼠皮下接種黑色素瘤細胞，接種瘤及肺部轉移瘤的生長都受到顯著的抑制，腫瘤血管的生成也明顯減少。表達CD39的Treg細胞抑制NK細胞的細胞毒性作用和細胞因子的產生，抑制黑色素瘤肝轉移瘤的生長[21]。而對CD39基因過表達的小鼠皮下接種結腸癌細胞，其肝轉移瘤的數量及大小都是顯著增強的[22]。

3 CD39與腫瘤免疫

越來越多的研究表明腫瘤細胞及其所處的微環境對腫瘤的發生發展至關重要，在腫瘤微環境中，腫瘤和免疫細胞密切接觸釋放許多免疫調節性的因子，形成一個免疫抑制性的微環境，從而促進腫瘤的生長。目前越來越多的研究指出CD39主要是通過產生腺苷，腺苷與腫瘤中浸潤的免疫細胞上的4種G蛋白偶聯的腺苷受體(A1,A2A,A2B,A3受體)結合影響其功能，從而形成免疫抑制性的微環境，促進腫瘤的發展[23]。

3.1單核吞噬細胞系統單核吞噬細胞系統，包括單核細胞，巨噬細胞和樹突狀細胞，是調節固有免疫和調節性免疫的重要組分，在炎癥反應和宿主防御過程中發揮重要作用[24]。腺苷通過作用于單核吞噬細胞系統中細胞上的腺苷受體，影響其分化、成熟及激活[25]。

巨噬細胞主要有2種亞型，M1型和M2型。M1型巨噬細胞主要出現在慢性炎癥部位。以釋放促炎性的細胞因子為特征，如IL-1β，IL18，IL-6和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)。腫瘤中浸潤的巨噬細胞也稱做腫瘤相關的巨噬細胞，主要為M2型的巨噬細胞，以釋放抑炎性的細胞因子，如IL-10等，以及組織重構分子為特征，其通過抑制抗腫瘤的淋巴細胞介導的免疫效應以及促進基質的沉積和重塑，促進腫瘤細胞的增殖，轉移及腫瘤血管的生成[26]。Zanin等[27]研究發現，抑炎性的M2型巨噬細胞表達CD39和CD73明顯高于促炎性的M1型巨噬細胞，M2型巨噬細胞通過表面的核苷酸水解酶促進腫瘤微環境中腺苷的產生，自分泌的腺苷作用于巨噬細胞本身，增強其抑炎作用。腺苷主要作用于其表面的A2B受體，促進巨噬細胞的替代激活，上調M2型巨噬細胞標志分子，如精氨酸酶1，組織型基質金屬蛋白酶抑制劑1(tissue inhibitor of metalloproteinases-1，TIMP-1)和巨噬細胞半乳糖型C型凝集素1(macrophage galactose-type C-type lectin 1,mgl1)[28]。在黑色素瘤中，激活腺苷A1、A2A、A3受體能夠調節巨噬細胞的分化，增強腫瘤中巨噬細胞的浸潤，同時促進黑色素瘤的生長及血管生成[29]。

樹突狀細胞的分化和功能也受腺苷的調節[30]。異常的樹突狀細胞與其表面A2B腺苷受體的激活有關，單核細胞向樹突狀細胞分化過程中，腺苷作用與A2B受體，改變細胞的表型，使其介于單核細胞和樹突狀細胞的中間狀態，上調促血管性、促炎性、免疫抑制性和免疫耐受性的因子，包括血管內皮生長因子、IL-8、IL-6、IL-10、環氧化酶-2、TGF-β和吲哚胺2,3-雙氧酶。Cekic等[31]發現A2B受體能抑制樹突狀細胞的激活，更為重要的是，A2B受體能抑制樹突狀細胞的腫瘤抗原提呈作用，下調γ干擾素(interferon-γ, IFNγ)和IFNγ誘導的CXC趨化因子配體10(CXC-chemokine ligand 10,CXCL10)，抑制對T細胞的招募和活化，從而發揮免疫調節和免疫抑制作用。

3.2淋巴細胞T淋巴細胞是機體執行細胞免疫的主要細胞，在細胞免疫中抗原由抗原提呈細胞處理成多肽，與MHC結合后形成復合體，作用于T細胞表面的T細胞受體，在共刺激分子的協同作用下，激活T淋巴細胞，進一步增殖、分化，發揮效應功能。效應性T細胞的活化及效應過程均受腺苷的影響，腺苷作用于T細胞表面的A2A受體，引起一系列抑制性的T細胞效應[4]：①胞內cAMP水平升高，抑制T細胞受體介導的T細胞活化和增殖；②抑制效應性T細胞IL-2的分泌，IL-2的減少下調共刺激分子CD28和CD2的表達，從而抑制T細胞的增殖和對共刺激分子的反應；③抑制促炎性細胞因子的產生，如IFN-γ和TNF-α；④抑制細胞毒性的效應分子的產生，如穿孔素和Fas配體；⑤促進CD4+T細胞分化為調節性T細胞。

調節性T細胞(regulatory T cells, Treg )在對自身抗原免疫無應答和抑制異常免疫反應發揮重要作用的同時，也抑制了抗腫瘤的免疫反應，促進腫瘤的免疫逃逸[32]。在腫瘤微環境中，Treg細胞水平升高，Treg細胞表面高表達CD39,CD39逐漸被認為是Treg細胞表面的特異性標志分子[33]。Treg細胞表面的CD39發揮核苷酸水解酶的作用促進腺苷的產生，這也是Treg細胞發揮免疫抑制作用的重要過程。Treg細胞來源的腺苷，作用于效應性T細胞表面的A2A受體，抑制效應性T細胞的增殖、遷移及抗腫瘤效應[34-35]，作用于NK細胞表面的A2A受體，抑制NK細胞的細胞毒性作用和細胞因子的產生，介導一系列免疫抑制效應[36-37]。Treg細胞還能通過分泌攜帶CD39和CD73的外泌體抑制效應性T細胞的增殖和細胞因子的分泌[38]。另一方面，自分泌的腺苷反過來也能調節Treg細胞的功能，腺苷作用于Treg細胞表面的A2A受體促進Treg細胞的增殖，上調細胞毒T淋巴細胞相關抗原4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4, CTLA-4)和程序性細胞死亡蛋白1(programmed cell death protein 1, PD-1)的表達，增強其免疫抑制功能[39]。

4 CD39成為腫瘤治療的新靶點

CD39是免疫抑制性的腺苷產生過程中的重要限速酶，靶向CD39則可能成為一個新的腫瘤免疫治療的方法。目前已經有許多研究發現抑制CD39能恢復受到抑制的抗腫瘤效應。在體外實驗，將黑色素瘤細胞與PBMC共培養，抑制CD39活性能部分恢復效應性T細胞和NK細胞的細胞毒性作用[40]。在體內試驗，B16黑色素瘤細胞和MCA-38結腸腫瘤細胞皮下接種小鼠，腹腔注射CD39的化學抑制劑POM1，5 mg或10 mg/kg,10 d，接種瘤的生長受到顯著抑制。POM1的抑制作用與CD39基因缺陷的小鼠其接種瘤的生長受到抑制類似，但對CD39缺陷的老鼠腹腔注射POM1并不會進一步抑制腫瘤的生長，表明這一作用是POM1抑制了CD39而介導的。并且POM1處理小鼠過程中沒有發現肝腎毒性的現象，也為CD39抑制劑的安全性提供了證據[21]。針對抑制CD39能下調免疫抑制性的腺苷，促進抗腫瘤效應，目前已經研發出了抗CD39單克隆抗體，主要有BY40和BA54G,能顯著阻斷CD39的酶活性[8]。Jeremy等[7]研究發現CD39阻斷抗體BY40能逆轉腫瘤對CD4+和CD8+T細胞增殖的抑制，上調細胞毒性的T淋巴細胞和NK細胞的細胞毒性作用。可見，利用CD39化學抑制劑、單克隆抗體在體內外實驗中對腫瘤細胞生長的抑制和免疫細胞功能的恢復已經取得了顯著療效，這為抗腫瘤治療提供了新途徑。

5 展 望

CD39在腫瘤免疫中的作用已經有了一定的了解，大量研究均證實靶向CD39能抑制腫瘤細胞的增殖，逆轉免疫細胞功能，增強免疫效應。CD39的免疫抑制作用主要是通過促進腺苷的產生介導的，腺苷與腺苷受體結合抑制抗腫瘤免疫，阻斷這條作用鏈中的任一環節都能抑制CD39的免疫抑制性。近來，靶向多種免疫抑制性通路能協同性的增強抗腫瘤免疫效應。目前靶向CD39-腺苷通路的抗腫瘤治療與其他抗腫瘤免疫治療相結合在抗腫瘤治療中收到廣泛關注。已經有研究發現靶向腺苷A2A受體或者CD73能增強抗PD-1及抗CTLA-4單抗抗腫瘤效應，協同性得增強抗腫瘤免疫[8, 41-42]。但是目前還沒有研究發現靶向CD39與其他免疫治療聯用能否進一步增強抗腫瘤效應，還有待進一步研究發現。

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