腺苷通路在腫瘤免疫中的作用研究進展

俞陽，張安琪，高磊，尹振宇，劉乾，白玉萍，劉樂，齊文博，陳昊

1蘭州大學第二醫(yī)院腫瘤外科，蘭州 730030；2蘭州大學第二臨床醫(yī)學院腫瘤外科，蘭州 730030；3北京大學第六醫(yī)院/北京大學精神衛(wèi)生研究所/國家衛(wèi)生健康委員會精神衛(wèi)生學重點實驗室(北京大學)/國家精神心理疾病臨床醫(yī)學研究中心(北京大學第六醫(yī)院)，北京 100191

腫瘤的發(fā)生發(fā)展與機體免疫狀況密切相關(guān)，抗腫瘤免疫有賴于體內(nèi)的T細胞、樹突細胞(dendritic cells，DCs)、自然殺傷細胞(natural killer cells，NK)以及巨噬細胞等的識別和清除。人體免疫系統(tǒng)具有多種調(diào)節(jié)機制，可調(diào)節(jié)免疫反應的持續(xù)性和強度[1-2]。其中，免疫檢查點為免疫系統(tǒng)中的抑制性調(diào)節(jié)信號，可保護正常組織免受自身免疫的攻擊或免疫的過度激活。而腫瘤利用這一特點，通過過度表達免疫檢查點分子，傳遞抑制信號，從而逃避免疫系統(tǒng)的識別和殺傷[3]。近年來，針對免疫檢查點阻斷劑的研究取得了重大進展[4]。多種免疫檢查點抑制劑(如抗PD-1、PD-L1和CTLA-4抗體等)已被批準上市，在非小細胞肺癌(non-small cell lung carcinoma，NSCLC)、腎細胞癌、膀胱癌、頭頸部癌、黑色素瘤，以及微衛(wèi)星不穩(wěn)定腫瘤等多種腫瘤中展現(xiàn)了確切的療效[5-6]。盡管免疫檢查點抑制劑具有強大的療效，但研究發(fā)現(xiàn)僅少部分患者能從中獲益，大部分患者仍然療效不明[7]，亟需尋找新的分子通路以為腫瘤的免疫分型、免疫治療與預后分析等提供新思路。腺苷通路是一條與腫瘤免疫逃逸相關(guān)的重要通路，腫瘤主要通過增高微環(huán)境中的腺苷水平來產(chǎn)生免疫抑制信號[8]。本文系統(tǒng)回顧了相關(guān)文獻，對腺苷通路在腫瘤免疫中的作用機制及其潛在的臨床應用價值進行綜述，旨在為腫瘤免疫的臨床和基礎(chǔ)研究提供參考。

1 CD39-CD73-腺苷通路

1.1 組成與信號轉(zhuǎn)導 腺苷是調(diào)節(jié)外周免疫反應并維持機體穩(wěn)態(tài)的重要分子。腺苷主要由胞外三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)代謝產(chǎn)生，在生理情況下，正常組織的細胞外腺苷和ATP維持著較低的濃度，但在病理條件下，如機體組織出現(xiàn)炎癥、缺血或缺氧時，組織中各類細胞可快速釋放ATP到細胞外，造成胞外短暫的ATP高濃度[9-10]。作為刺激信號，ATP可激活免疫反應。隨后，進入胞外的ATP很快被外核酸酶CD39和CD73去磷酸化，形成腺苷。不同于ATP的作用，腺苷主要產(chǎn)生抑制免疫反應的信號。這些病理生理過程共同調(diào)節(jié)機體恢復穩(wěn)態(tài)(圖1)。

圖1 腺苷的產(chǎn)生及其作用信號通路Fig.1 Adenosine production and action signaling pathways

在腫瘤微環(huán)境中，細胞外存在高濃度的ATP，這主要是由于腫瘤微環(huán)境的缺氧特征可導致死亡的細胞(主要為腫瘤細胞)破裂釋放大量ATP，造成ATP過度累積[11]。ATP隨即在外核酸酶CD39和CD73的作用下產(chǎn)生腺苷。外核酸酶CD39和CD73是腺苷通路中的關(guān)鍵分子，前者水解胞外ATP和二磷酸腺苷(adenosine diphosphate，ADP)轉(zhuǎn)化成單磷酸腺苷(adenosine monophosphate，AMP)，隨后在后者的作用下生成腺苷。CD39和CD73表達于腫瘤微環(huán)境中的各類細胞，包括基質(zhì)細胞、腫瘤細胞、浸潤免疫細胞及上皮細胞等，尤其在腫瘤細胞和部分浸潤免疫細胞中高表達[12-13]，協(xié)同誘導產(chǎn)生高濃度腺苷環(huán)境[14]。同時，缺氧可激活缺氧誘導因子-1(hypoxia-inducible factor-1，HIF-1)，進一步上調(diào)各細胞表面CD39和CD73分子的表達[13,15]。因此，腫瘤微環(huán)境中腺苷通路被過度激活，腫瘤細胞處于高濃度腺苷環(huán)境中。

1.2 腺苷通路的促腫瘤免疫逃逸功能 在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中，腺苷對于腫瘤獲得免疫逃逸起到了重要作用。腺苷通過P1型嘌呤受體[腺苷A1受體(adenosine A1 receptor，A1R)、腺苷A2A受體(adenosine A2A receptor，A2AR)、腺苷A2B受體(adenosine A2B receptor，A2BR)、腺苷A3受體(adenosine A3 receptor，A3R)]發(fā)揮相應的功能。腺苷受體屬于G蛋白偶聯(lián)受體家族，主要表達于各種類型的免疫細胞。目前認為，腺苷誘導的腫瘤免疫抑制主要與A2AR和A2BR密切相關(guān)，前者為高親和性受體，表達于T細胞、NK細胞、單核細胞、巨噬細胞和DCs；后者為低親和性受體，主要表達于巨噬細胞和DCs[16]。腺苷與各類免疫細胞上的腺苷受體(A2AR和A2BR)結(jié)合后，導致胞內(nèi)環(huán)腺苷酸(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)水平增高，從而減輕機體炎癥效應，抑制免疫反應。

首先，腺苷可抑制或影響效應免疫細胞的成熟、分化及其功能。腺苷通過A2AR和A2BR抑制單核細胞分化成巨噬細胞，促進巨噬細胞由促炎的M1型轉(zhuǎn)向抗炎的M2型[17]。對于DCs，腺苷通過A2AR和A2BR抑制其抗原提呈能力，同時誘導DCs分泌促血管及免疫抑制因子[如白介素10(interleukin 10，IL-10)、轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、精氨酸酶和3-雙加氧酶(indoleamine 2,3-dioxygenase，IDO)等][18]。腺苷通過A2AR抑制NK細胞的成熟，使其殺傷活性顯著下降。對于T細胞，腺苷激活A2AR可抑制CD4+T細胞產(chǎn)生IL-2，繼而引起T細胞上CD28等共刺激分子的表達下調(diào)[19]；腺苷通過A2AR抑制CD8+T細胞的增殖、分化和成熟，以及IL-2、干擾素-γ(interferon gamma，INF-γ)和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)等細胞因子的產(chǎn)生[16,20-21]。類似地，高濃度的腺苷通過A2AR抑制B細胞的增殖、分化、成熟及細胞因子的產(chǎn)生。其次，對于免疫抑制細胞，如調(diào)節(jié)T細胞(regulatory T cells，Tregs)和髓源抑制性細胞(myeloid-derived suppressor cells，MDSC)等，腺苷可促進這些細胞抑制免疫反應的功能。激活的A2AR通過叉頭狀轉(zhuǎn)錄因子3(forkhead box protein 3，F(xiàn)OXP3)和淋巴細胞活化基因3(lymphocyte activating 3，LAG3)通路促使更多的T細胞轉(zhuǎn)化為免疫抑制性Tregs，而Tregs本身可高表達CD39和CD73，構(gòu)成了正反饋的閉合通路，進一步抑制免疫反應。最后，A2AR激活可增加免疫細胞表面免疫檢查點的表達，包括程序性死亡受體-1(programmed death-1，P D-1)、細胞毒性T 淋巴細胞抗原4(c y to to x i c T lymphocyte associated antigen-4，CTLA-4)和LAG3[13,16,21]?？傊珻D39-CD73-腺苷通路在腫瘤微環(huán)境中顯著表達，通過腺苷受體抑制效應免疫細胞的殺傷功能，增強免疫抑制細胞的活性，從而為腫瘤細胞的免疫逃逸提供了重要的支持。

2 腺苷通路分子在腫瘤中的表達及臨床意義

腺苷通路分子的表達水平在一定程度上可以反映腫瘤微環(huán)境的特征，單獨或聯(lián)合應用這些分子進行腫瘤分型可為藥物治療、病情監(jiān)測及預后評估提供指導。

2.1 CD39 CD39在腫瘤微環(huán)境中表達于多種細胞表面，可作為生物標志物。多項研究對CD39在肺癌、黑色素瘤、胰腺癌、淋巴瘤、胃癌及結(jié)直腸癌等多種腫瘤中的表達進行了檢測和分析[22-25]。張斌[25]發(fā)現(xiàn)，CD39在胃癌和結(jié)直腸癌組織中的表達水平較正常組織高，但與腫瘤臨床病理特征及患者總生存期(overall survival，OS)并無明顯關(guān)系，可能是該研究樣本量較小導致檢驗性能不足所致。另有研究發(fā)現(xiàn)，CD39高表達與腫瘤的不良結(jié)局有關(guān)[22-23]。

2.2 CD73 與CD39類似，CD73亦廣泛表達于腫瘤微環(huán)境中的多種細胞。多項研究分析了CD73與多種腫瘤(包括乳腺癌、肺癌、胃癌、黑色素瘤、頭頸部癌、婦科腫瘤和泌尿系統(tǒng)腫瘤等)的相關(guān)性[6,22,26-36]，結(jié)果顯示，腫瘤微環(huán)境中CD73高表達與不良預后密切相關(guān)[6,22,26-28,30-31,33,35]。Morello等[36]證實了黑色素瘤患者外周血中CD73的活性與腫瘤結(jié)局的關(guān)系，可溶性CD73高活性患者的生存時間明顯短于低活性患者。另有研究發(fā)現(xiàn)，CD73高表達為臨床結(jié)局的有利因素，尤其在腫瘤早期階段[29,32,34]。這與腺苷通路的免疫抑制機制并不相符，一種解釋是CD73誘導產(chǎn)生的高濃度腺苷可作為血管內(nèi)皮的屏障，減少腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移。此外，有研究探討了CD73分子預測免疫治療效果的潛能：Morello等[36]和Capone等[37]分別評估了黑色素瘤患者外周血中CD73活性和CD73+T細胞比率與抗PD-1抗體療效的關(guān)系，結(jié)果提示，CD73可作為免疫治療效果的預測指標。

2.3 A2AR 作為腺苷通路產(chǎn)生免疫抑制信號最重要的受體，A2AR在腫瘤中的表達具有重要意義。李風偉[38]和Wu等[39]分別探討了A2AR在肝癌和結(jié)直腸癌中的表達及意義，發(fā)現(xiàn)A2AR在肝癌和結(jié)直腸癌組織中呈高表達，且A2AR高表達與患者的OS呈負相關(guān)，可作為OS的獨立預測因子。Kamai等[40]檢測了腎細胞癌患者腫瘤組織中A2AR的表達，發(fā)現(xiàn)A2AR表達增加與腎細胞癌轉(zhuǎn)移、免疫靶向治療抵抗和患者OS縮短明顯相關(guān)。Wang等[41]發(fā)現(xiàn)，腫瘤浸潤淋巴細胞上A2AR的表達與淋巴瘤患者的OS明顯相關(guān)，A2AR+患者具有更短的OS。

3 腺苷通路的靶向治療

目前，腫瘤的免疫檢查點抑制劑研究在臨床上取得了巨大進展?；谙佘胀吩谀[瘤免疫逃逸中的重要作用，阻斷腺苷通路在腫瘤免疫治療中具有重要意義。靶向腺苷通路的藥物主要包括阻斷腺苷與受體結(jié)合的A2AR阻斷劑、抑制腺苷生成的CD73抑制劑和CD39抑制劑。基于臨床前研究的結(jié)果，已有多種腺苷通路阻斷劑進入了臨床試驗階段，以檢驗這些藥物單獨應用或聯(lián)合其他抗腫瘤藥物的有效性和安全性。

3.1 A2AR阻斷劑 阻斷腺苷與其受體的結(jié)合是抑制腺苷通路效應的最直接方法。目前已有7種A2AR阻斷劑進入臨床試驗階段，包括CPI-444、AZD4635、AB928、PBF-509、CS3005、MK-3814和EOS100850(表1)。其中CPI-444和AZD4635已有初步的臨床數(shù)據(jù)公布，均得到了積極的結(jié)果。這些試驗的干預策略包括單藥治療、與PD-L1抗體聯(lián)合、與CD73抗體聯(lián)合等。CPI-444在NSCLC中的應用已進入Ⅱ期臨床試驗，可獲得的臨床證據(jù)主要來自一項Ⅰa和Ⅰb研究(NCT02655822)。該研究主要包括兩個部分：第一部分初步探討了CPI-444的治療劑量和具體方案；第二部分驗證了最佳劑量方案在多種實體瘤中的安全性和臨床活性，包括黑色素瘤、NSCLC、三陰性乳腺癌(triple-negative breast cancer，TNBC)和腎細胞癌等。第一部分研究招募了48名受試者，最終確定最佳治療方案為100 mg/次，2次/d，共28 d，總的疾病控制率[定義為完全緩解(complete response，CR)、部分緩解(partial response，PR)或疾病穩(wěn)定(stable disease，SD)的患者]達45%，常見的不良反應為惡心(13%)和疲乏(19%)[42]。隨后，研究者在一項更大樣本的腎細胞癌隊列研究中進一步檢驗了CPI-444的臨床有效性，該研究共納入68例腎細胞癌患者，其中33例采用CPI-444單藥治療，35例接受CPI-444聯(lián)合PD-L1單抗(atezolizumab)治療[43]。結(jié)果顯示，CPI-444單藥治療組和聯(lián)合治療組分別有1例和4例患者達到CR，中位無進展生存期(progression-free survival，PFS)分別為4.1個月和5.8個月。AZD4635在前列腺癌與NSCLC等腫瘤中的應用已進入了Ⅱ期臨床試驗，最新公布的數(shù)據(jù)來自一項針對實體瘤的Ⅰ期臨床試驗(NCT02740985)，共納入38例晚期實體瘤患者，其中15例接受AZD4635單藥治療，23例接受AZD4635聯(lián)合PD-L1單抗(durvalumab)治療。結(jié)果顯示，AZD4635最大耐受劑量在單藥和聯(lián)合用藥時均為100 mg/次，1次/d，常見的不良反應包括惡心、疲乏、嘔吐和頭暈。在納入的8例前列腺癌患者中，經(jīng)AZD4635單藥和聯(lián)合治療后各有1例達到CR；納入的頭頸癌、膀胱癌、胃癌和肉瘤等患者中，接受治療超過6個月的患者均達到SD[44]。

3.2 CD73抑制劑 抑制CD73分子的活性可顯著降低腫瘤微環(huán)境中腺苷的水平，進而解除抗腫瘤免疫抑制。CD73抑制劑包括單抗和小分子抑制劑兩類，目前已有7種藥物進入臨床試驗階段，包括MEDI9447、BMS-986179、NZV930、CPI-006、AB680、LY-3475070和TJ004309(表1)。大多數(shù)臨床試驗處于患者招募階段，僅MEDI9447和BMS-986179公布了初步的有效性和安全性。一項關(guān)于MEDI9447的Ⅱ期臨床試驗(NCT02503774)初步披露了其在結(jié)直腸癌和胰腺癌中的數(shù)據(jù)。該研究中分別有21例晚期結(jié)直腸癌患者和20例胰腺癌患者接受了MEDI9447與durvalumab聯(lián)合治療，最終1例晚期結(jié)直腸癌患者和2例胰腺癌患者達到PR，2例晚期結(jié)直腸癌患者和3例胰腺癌患者達到SD；報告的不良反應包括腹瀉(8.7%)、發(fā)熱(8.7%)、疲勞(6.5%)、谷丙轉(zhuǎn)氨酶升高(6.5%)、谷草轉(zhuǎn)氨酶升高(6.5%)和堿性磷酸酶升高(6.5%)等[45]。目前BMS-986179僅有一項在研的臨床試驗(NCT02754141)，初步研究結(jié)果在2018年ACCR會議上進行了報告。截至2017年12月，研究共招募59例實體瘤患者，接受了BMS-986179單藥或與nivolumab聯(lián)合治療，結(jié)果提示，單藥治療及后續(xù)的聯(lián)合療法均有良好的耐受性，未見4級治療相關(guān)不良反應及治療相關(guān)的死亡。在納入的頭頸癌、胰腺癌、前列腺癌、肛門癌和腎癌患者中，有7例最終達到PR，10例達到SD[46]。

3.3 CD39抑制劑 與CD73類似，目前已開發(fā)出CD39抑制劑，進入臨床試驗階段的有IPH5201、TTX-030和SRF617等(表1)。這類抑制劑的研究相對較少且處于早期階段，均為Ⅰ期臨床試驗。目前尚無臨床試驗公布研究結(jié)果，其安全性和有效性仍有待評估。

表1 腫瘤領(lǐng)域腺苷通路靶向藥物的臨床試驗Tab.1 Clinical trials of adenosine-pathway-related targeted drugs in tumor treatment

4 總結(jié)與展望

腺苷通路在腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中起著重要作用。腫瘤特殊的微環(huán)境導致腺苷通路被過度激活，從而誘導抗腫瘤免疫抑制反應，腫瘤由此逃避免疫系統(tǒng)的監(jiān)視和清除。在腺苷通路中，CD39、CD73和A2AR是產(chǎn)生腺苷和發(fā)揮作用的3個關(guān)鍵分子。作為腫瘤的生物標志物，腺苷通路相關(guān)分子的表達水平與腫瘤的臨床病理特征及預后存在明顯相關(guān)性。此外，腺苷通路在免疫治療反應的評估中具有廣闊的應用價值。針對腺苷通路的不同分子已開發(fā)出多種靶向抑制劑，包括A2AR阻斷劑、CD73抑制劑和CD39抑制劑等，其中多種藥物展現(xiàn)出了令人振奮的臨床活性。然而，這些靶向腺苷通路的藥物研究剛剛起步，其抗腫瘤效益有待更多大樣本研究進一步證實。鑒于腺苷的產(chǎn)生有賴于低氧環(huán)境和細胞更新，未來可考慮將腺苷通路抑制劑與誘導低氧和細胞死亡的抗腫瘤藥物聯(lián)合。此外，還可探討與其他免疫治療的協(xié)同作用，如聯(lián)合PD-1、PD-L1和CTLA-4抗體等?？傊?，腺苷通路在腫瘤免疫中扮演了重要角色，隨著研究的不斷深入，腺苷通路將顯示出巨大的臨床轉(zhuǎn)化潛力。

(續(xù) 表)