吲哚胺2，3-雙加氧酶1對幽門螺旋桿菌免疫調(diào)節(jié)的研究進(jìn)展

馬 麗， 申慧琴

山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院消化內(nèi)科，山西 太原 030001

吲哚胺2，3-雙加氧酶(indoleamine 2, 3-dioxygenase,IDO)屬于肝臟外唯一能對色氨酸(tryptophan，TRP)進(jìn)行分解代謝發(fā)揮催化作用的限速酶，有兩種異形體，即IDO1和IDO2，IDO2因極低的色氨酸降解活性[1]，現(xiàn)階段的研究較少，故大部分IDO若無特指，均代表IDO1；IDO1最早在1967年從兔小腸中分離出來，其在炎癥及細(xì)胞因子的作用下可在機(jī)體的胃腸道內(nèi)廣泛分布，同時也是多種疾病產(chǎn)生免疫耐受的機(jī)制之一。目前，IDO1免疫功能的研究較為活躍，已涉及到慢性感染性疾病、移植、自身免疫性疾病、腫瘤等的免疫耐受及免疫治療，如炎癥性腸病、自身免疫性肝炎、乳腺癌、胃癌、結(jié)腸腺癌、肝移植等領(lǐng)域。幽門螺旋桿菌(Helicobacter pylori，H.pylori)誘導(dǎo)的胃癌涉及從正常胃黏膜到淺表性胃炎、萎縮性胃炎、腸化生、異型增生，最后是胃癌的多步驟進(jìn)展，與疾病進(jìn)展為胃癌相關(guān)的分子事件尚未完全闡明。大量確鑿的證據(jù)表明，宿主對H.pylori的免疫反應(yīng)對決定胃癌的易感性至關(guān)重要[2]。了解IDO1在H.pylori定植、致病中的免疫作用，對于解釋H.pylori在體內(nèi)免疫耐受狀態(tài)及相關(guān)疾病的發(fā)展提供了新思路。

1 IDO1概述

1.1 IDO1的免疫作用正常生理學(xué)狀態(tài)下，IDO1在體內(nèi)呈低水平表達(dá)，當(dāng)腫瘤局部炎癥或T細(xì)胞激活信號，特別是干擾素γ(interferon-γ，IFN-γ)，該酶最典型的誘導(dǎo)物存在時[3]，刺激了IDO1在腫瘤細(xì)胞或免疫系統(tǒng)細(xì)胞中表達(dá)，如單核-巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞(dendritic cell，DC)，負(fù)責(zé)誘導(dǎo)各種免疫調(diào)節(jié)功能，這種機(jī)制在對抗機(jī)體過激的炎癥引起的免疫反應(yīng)時是有利的，例如在誘導(dǎo)實驗性自身免疫性腦脊髓炎的小鼠中，予以IDO激動劑曲尼司特后，可通過免疫調(diào)節(jié)顯著改善其病情[4]；伯氏螺旋體感染后可引起的神經(jīng)系統(tǒng)疾病具有自限性，可能是由于其可作用于小膠質(zhì)細(xì)胞而誘導(dǎo)產(chǎn)生具有免疫抑制功能的IDO1，從而控制過強(qiáng)炎癥導(dǎo)致的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病而使疾病發(fā)展趨于好轉(zhuǎn)[5]。而對腫瘤來說十分不利，腫瘤細(xì)胞能利用IDO1的這一功能，抑制機(jī)體的免疫應(yīng)答反應(yīng)從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞免疫逃逸，如急性髓細(xì)胞白血病患者中，高IDO mRNA、蛋白水平與總生存期呈負(fù)相關(guān)，IDO高表達(dá)水平可預(yù)測不良的臨床結(jié)果[6]；而在胃癌中，癌組織IDO表達(dá)水平較癌旁組織更高，且與胃癌高TNM分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移數(shù)量呈明顯正相關(guān)[7]。IDO1?？勺鳛槟[瘤預(yù)后的評價因素之一。

1.2 IDO1的免疫調(diào)節(jié)機(jī)制IDO1可顯著抑制T淋巴細(xì)胞的增殖、分化及功能，主要通過：(1)IDO1活化可導(dǎo)致局部TRP缺乏，而TRP又是T淋巴細(xì)胞增殖、分化所必需的氨基酸，缺乏TRP的T細(xì)胞停滯在G1細(xì)胞周期；同時TRP含量降低，可使壓力應(yīng)答激酶(general control nonderepressible 2，GCN2)激活，下游真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄起始因子-2α(eukaryotic translation initiation factor-2α，eIF-2α)磷酸化，使其促轉(zhuǎn)錄功能減弱，從而抑制T細(xì)胞多種RNA轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)的生物合成，影響T細(xì)胞進(jìn)一步增殖和分化[8]；(2)TRP分解代謝產(chǎn)物，包括犬尿氨酸(Kynurenine，KYN)、砒啶甲酸、喹啉酸等對T細(xì)胞有直接毒性作用[9]；(3)IDO1還負(fù)責(zé)促進(jìn)初始T細(xì)胞分化為調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cell，Tregs)，該T細(xì)胞亞群具有免疫抑制或免疫無能特點，而直接抑制活化的效應(yīng)T淋巴細(xì)胞功能[10]。此外，IDO1還可使CD4+T淋巴細(xì)胞向Th17細(xì)胞分化受抑[11]，進(jìn)而CD8+T淋巴細(xì)胞活化受限；抑制自然殺傷(natural killer，NK)細(xì)胞的增殖與功能[12]等，從而多方面發(fā)揮免疫抑制功能。反過來，促炎細(xì)胞因子和來自T細(xì)胞的信號能夠影響IDO1的表達(dá)和活性，IDO1可在細(xì)菌脂多糖、IFN-γ存在時表達(dá)增加；同時研究發(fā)現(xiàn)，Treg細(xì)胞可以通過分泌INF-γ及其細(xì)胞表面的細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4，CTLA-4)與DC結(jié)合，體外誘導(dǎo)DC高表達(dá)IDO1，表達(dá)于DC表面的Toll樣受體4(Toll-like receptors 4，TLR4)與抗原物質(zhì)結(jié)合后反過來可促使DC高表達(dá)IDO1，IDO1、Tregs與DC之間相互作用并形成循環(huán)[13]。

2 H.pylori感染相關(guān)胃炎及胃癌

早在1983年就從慢性活動性胃炎患者的胃黏膜活檢中分離出H.pylori，目前全球約有一半人感染，H.pylori長期定植于胃，與慢性胃炎黏膜病理向高級別進(jìn)展有關(guān)，可起到促進(jìn)作用，加速胃腺體消失、腸上皮化生、上皮內(nèi)瘤變進(jìn)程，最終可導(dǎo)致胃癌的發(fā)生，國際癌癥機(jī)構(gòu)(International Agency for Research on Cancer，IARC)在1994年將其劃為胃癌第一類致癌物，流行病學(xué)研究顯示，H.pylori感染是致使約75%胃癌發(fā)生的危險因素[14]。

H.pylori致病機(jī)理尚未完全清楚，其可長期定植是引起慢性炎癥的先決條件。研究顯示，H.pylori本身獨特的特點如鞭毛外形，自身產(chǎn)生尿素酶而產(chǎn)氨，使其定居于黏液層與胃竇黏膜上皮細(xì)胞表面，同時中和胃酸，從而形成有利于長期定居黏附的微環(huán)境而難以被機(jī)體免疫系統(tǒng)清除；其次，H.pylori感染可通過多種途徑逃避宿主免疫應(yīng)答，使機(jī)體產(chǎn)生針對其固有免疫和適應(yīng)性免疫的反應(yīng)不足以清除細(xì)菌感染，例如H.pylori感染后在人胃黏膜中誘導(dǎo)普遍的Th1、Th17細(xì)胞反應(yīng)，有證據(jù)提示Th1、Th17反應(yīng)不足以對抗H.pylori定植，其可通過多種途徑如誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞表達(dá)精氨酸酶Ⅱ，抑制M1型巨噬細(xì)胞活化，加強(qiáng)巨噬細(xì)胞凋亡，抑制Th1和Th17免疫應(yīng)答，從而有助于H.pylori持續(xù)感染和相關(guān)疾病的發(fā)生[15]；而Tregs細(xì)胞介導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)作用也是H.pylori菌株持續(xù)存在的主要原因之一[16]。H.pylori感染后介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)模式也是多因素作用的結(jié)果，H.pylori本身的菌體細(xì)胞壁抗原、產(chǎn)生的氨及空泡毒素可促進(jìn)上皮細(xì)胞釋放炎癥介質(zhì)，此外如細(xì)胞毒力相關(guān)基因A、腫瘤壞死因子α、熱休克蛋白等，均參與了H.pylori的致病，與H.pylori誘發(fā)的胃黏膜炎癥損傷有關(guān)。

3 胃黏膜IDO1表達(dá)與H.pylori感染的關(guān)系

3.1H.pylori感染者中IDO1的表達(dá)Raitala等[17]使用Kyn/Trp表示IDO1活性，分析149例患者血清Kyn、Trp濃度與H.pylori相關(guān)IgG抗體關(guān)系，得出H.pylori感染者Kyn/Trp比值較高，推測H.pylori的存在顯著提高了IDO1表達(dá)水平；Larussa等[18]通過對比有胃腸道癥狀患者H.pylori感染者與未感染者胃黏膜組織中IDO1的表達(dá)強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)H.pylori感染者中胃黏膜IDO1表達(dá)增強(qiáng)；白燕南等[19]通過分析胃癌患者H.pylori的感染與胃黏膜組織中IDO1基因和蛋白表達(dá)水平的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)H.pylori感染者IDO1 mRNA、IDO1蛋白表達(dá)水平均較H.pylori未感染者高，證實在胃癌組織中H.pylori可上調(diào)IDO1的基因、蛋白表達(dá)水平，同時IDO1表達(dá)強(qiáng)度與較差的臨床分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移明顯相關(guān)。

3.2H.pylori相關(guān)胃炎疾病發(fā)展中IDO1的表達(dá)在H.pylori感染過程中出現(xiàn)的Th1極化已經(jīng)有很好的文獻(xiàn)記錄[20]，標(biāo)志細(xì)胞因子是IFN-γ，其在H.pylori感染的胃中被激活，IFN-γ過度表達(dá)的小鼠異型增生發(fā)生率更高，同樣壁細(xì)胞萎縮和腸化生的發(fā)生率也更高，這似乎是癌前病變所必需的[21]，內(nèi)源性IFN-γ又可刺激抗原遞呈細(xì)胞使IDO1的表達(dá)上調(diào)，間接證明了IDO1在H.pylori感染胃炎高級別病理類型中表達(dá)水平較高；El-Zaatari等[22]證實在人胃黏膜中IDO1 mRNA的表達(dá)在腸化生中增加，同時在IDO1基因缺陷型鼠中，通過感染H.pylori誘導(dǎo)的化生水平、壁細(xì)胞抗體陽性數(shù)目均比野生型鼠低，說明IDO1可增加壁細(xì)胞抗體，介導(dǎo)壁細(xì)胞丟失，促進(jìn)化生的發(fā)生。

3.3 IDO1對H.pylori感染胃黏膜炎癥的調(diào)節(jié)Larussa等[18]通過研究發(fā)現(xiàn)，H.pylori感染者中胃黏膜組織IDO1表達(dá)水平與胃炎炎癥等級(新悉尼系統(tǒng)的直觀模擬評分法)呈負(fù)相關(guān)，使用IDO1抑制劑1-mt治療后，IFN-γ、T-Bet和IL-17表達(dá)增強(qiáng)而IL-4表達(dá)減弱，推測H.pylori誘導(dǎo)的IDO1表達(dá)增強(qiáng)，進(jìn)一步可能改變Th1/Th2平衡，使Th1、Th17的免疫下調(diào)和Th2免疫反應(yīng)上調(diào)從而減輕胃黏膜炎癥；Larussa等[20]在其他實驗中也證實H.pylori感染可以促進(jìn)IDO1表達(dá)，IDO1可以下調(diào)IL-17的水平，而沈秉正等[23]研究顯示，H.pylori感染中Th17細(xì)胞反應(yīng)不理想，可能導(dǎo)致菌株持續(xù)存在導(dǎo)致根除失敗。說明IDO1可能導(dǎo)致機(jī)體對H.pylori的炎癥反應(yīng)不足，從而支持了H.pylori可能逃離黏膜免疫系統(tǒng)的機(jī)制。

3.4H.pylori感染對IDO1表達(dá)的調(diào)節(jié)機(jī)制IFN-γ在H.pylori感染的胃黏膜中被激活，而其對IDO1又具有最強(qiáng)的刺激潛能；同時，Raitala等[24]發(fā)現(xiàn)，H.pyloriIgG抗體陽性個體中的Kyn/Trp比值活性較陰性者高，但這種增加僅在CTLA4+49 AA基因型個體或TGFB1-509等位基因T攜帶者中檢測到，這表明H.pylori誘導(dǎo)的IDO1活性受TGFB1和CTLA4的調(diào)節(jié)；Lozano-Pope等[2]將感染H.pylori的MyD88基因敲除鼠與野生型小鼠相比，發(fā)現(xiàn)了一些新的基因，高度上調(diào)的基因包括IDO1，進(jìn)而可通過增強(qiáng)血管生成來促進(jìn)癌癥發(fā)生、發(fā)展，與胃癌發(fā)生風(fēng)險增加有關(guān)，MyD88基因可能影響了IDO1的表達(dá)；也有研究表明，H.pylori誘導(dǎo)的COX-2可能增加IDO1表達(dá)[25]。所以，H.pylori誘導(dǎo)的IDO1升高是多因素調(diào)節(jié)的結(jié)果。

4 小結(jié)

胃癌發(fā)病率在世界范圍內(nèi)居第四位，死亡率高居第二位，對人類生存危害極高，H.pylori作為胃癌第一類致癌物，及早發(fā)現(xiàn)、診斷H.pylori感染者，及時有效清除H.pylori，對預(yù)防和控制慢性胃炎、胃癌進(jìn)展有重大意義。因此，探究H.pylori的作用機(jī)制，對H.pylori相關(guān)性胃癌的早發(fā)現(xiàn)、早診斷及早治療有很大的意義。

免疫耐受/免疫逃逸往往是影響免疫治療療效的原因之一，所以抑制免疫耐受的負(fù)向調(diào)節(jié)作用而增強(qiáng)免疫正向調(diào)節(jié)作用常是免疫治療研究的目的。通過上述研究，證明H.pylori通過誘導(dǎo)IDO1表達(dá)，在減輕炎癥負(fù)擔(dān)的同時，這種協(xié)同機(jī)制促進(jìn)免疫耐受，幫助細(xì)菌逃避宿主監(jiān)測機(jī)制，可能降低了根除細(xì)菌的有效性，并促進(jìn)了慢性胃炎的進(jìn)展；而在胃癌中，IDO1升高促使腫瘤的免疫耐受，創(chuàng)造了腫瘤細(xì)胞生存及淋巴轉(zhuǎn)移的微環(huán)境。這也代表了一種新的機(jī)制，H.pylori可能通過上調(diào)IDO1表達(dá)增強(qiáng)其致病性，并有助于免疫耐受狀態(tài)，解釋了H.pylori可以作為唯一一個在胃部疾病中發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌，且可以長期存在而促進(jìn)了相關(guān)疾病的發(fā)展，包括胃癌可能機(jī)制之一。因此，對于研究H.pylori長期定植、致病原因及選擇IDO1抑制劑逆轉(zhuǎn)H.pylori感染相關(guān)疾病的發(fā)展、治療有一定價值。用IDO1選擇性抑制劑能否逆轉(zhuǎn)IDO在H.pylori感染過程中的作用，以及能否對H.pylori相關(guān)疾病的發(fā)展起到保護(hù)作用尚待進(jìn)一步研究。