吲哚胺2，3-雙加氧酶的研究及應(yīng)用

呂雪明，王 琳，丁秋蓮，王繼偉，鄭 強(qiáng)

（佳木斯大學(xué)第一附屬醫(yī)院，黑龍江 佳木斯 154007）

1 吲哚胺2，3-雙加氧酶（簡稱IDO）概述

IDO 是一種催化限速酶，常在色氨酸沿犬尿酸途徑分解代謝中發(fā)生作用。在分解代謝色氨酸時(shí)，IDO以超氧陰離子為輔助因子，分解吡咯環(huán)，代謝色胺、色氨酸等幾種吲哚胺衍生物。在人體中，沿犬尿酸途徑，IDO 可降解90%左右的色氨酸，喹啉酸、鄰氨基苯甲酸、犬尿氨酸為主要代謝產(chǎn)物。IDO 活性一般通過高效液相色譜儀測量代謝產(chǎn)物的濃度來了解，在IDO培養(yǎng)皿中，可加入還原性比較強(qiáng)的物質(zhì)如維生素C、亞甲蘭等使IDO 中的超氧陰離子保持較高濃度，從而增加IDO 活性。人體IDO 概況如表1[1]。

表1 人體IDO 概況

2 IDO 的生物化學(xué)功能及作用機(jī)制

色氨酸（Trp）主要通過犬尿氨酸途徑（KP）降解，此途徑的關(guān)鍵酶是IDO，當(dāng)細(xì)胞中IDO 表達(dá)明顯增多時(shí)，越來越多的Trp 在KP 代謝，TRP 被大量消耗，其含量降低對(duì)效應(yīng)T 細(xì)胞的激活和增殖直接產(chǎn)生抑制。KP 的代謝產(chǎn)物如喹啉酸又進(jìn)一步增強(qiáng)了這種免疫抑制作用。Trp 合成血清素只占非蛋白色氨酸代謝的3%或更少。相比之下，色氨酸代謝的KP 分支約占90%。IDO 是除了肝臟以外唯一可以催化Trp 中吲哚環(huán)氧化裂解并且介導(dǎo)KP 代謝的限速酶。超氧陰離子作為Cofactor 被IDO 利用，輔助其對(duì)吡咯環(huán)產(chǎn)生酶解作用，生成代謝產(chǎn)物KYN 和N-甲酰犬尿氨酸。IDO是一種編碼降解Trp 和其他生物化合物的酶的基因，吲哚環(huán)是此酶的作用靶點(diǎn)，IDO 催化其氧化裂解。IDO可以損害Trp，且細(xì)胞增殖所必須的氨基酸是Trp，探討IDO 通過剝奪T 細(xì)胞的Trp 來誘導(dǎo)T 細(xì)胞抑制。

IDO 除了可以參與KP 還在免疫方面發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用。對(duì)免疫反應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，IDO 主要通過兩種機(jī)制：一方面，機(jī)體免疫系統(tǒng)基本組成物質(zhì)是Trp，它的分解代謝和炎癥反應(yīng)及免疫系統(tǒng)的激活關(guān)系密切。IDO 通過激活KP 途徑降解Trp，導(dǎo)致T 細(xì)胞以“色氨酸饑餓”狀態(tài)停滯在細(xì)胞分裂周期的G1 中期并對(duì)T 細(xì)胞的增殖進(jìn)行抑制；KP 代謝產(chǎn)物能對(duì)T細(xì)胞凋亡產(chǎn)生誘導(dǎo)作用，同時(shí)可以明顯抑制同種異基因T 細(xì)胞增殖。另一方面，樹突狀細(xì)胞（DCs）表面可特異性地表達(dá)IDO，IDO 與調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞之間相互作用促進(jìn)其不斷擴(kuò)增，通過調(diào)節(jié)細(xì)胞亞群Th1、Th2 來調(diào)控免疫穩(wěn)態(tài)。眾所周知，DC 衍生IDO 的產(chǎn)物KYN在CD4+T 細(xì)胞中促進(jìn)Treg 譜系定義轉(zhuǎn)錄因子FoxP3的表達(dá)并使Treg 生成[2]。IL-10 及TGF-β 主要由CD4+T 細(xì)胞亞群中的Treg 細(xì)胞分泌，共同表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子Foxp3 及CD25，進(jìn)而維持機(jī)體的免疫耐受作用。Treg 在維持機(jī)體免疫穩(wěn)態(tài)中扮演重要角色，可以有效防御、減弱和終止體內(nèi)各種炎癥反應(yīng)，同時(shí)可幫助維持腸道免疫耐受功能，抑制非正常激活的先天和適應(yīng)性免疫過程，進(jìn)而減輕因環(huán)境和食物過敏原所產(chǎn)生的腸道免疫反應(yīng)。Tregs 膜上表達(dá)的細(xì)胞毒性T 淋巴細(xì)胞抗原-4（CTLA-4）與樹突狀細(xì)胞（DC）上的B7 復(fù)合物之間的相互作用是IDO 調(diào)節(jié)的一個(gè)重要機(jī)制。這種連接誘導(dǎo)并激活DC 中的IDO，并通過核因子-κB（NFκB）的非規(guī)范作用通過轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β）和炎癥介質(zhì)維持。激活I(lǐng)DO 所需要的分子信號(hào)通路存在于樹突狀細(xì)胞中，當(dāng)DCs 向T 細(xì)胞提供抗原時(shí)，T 細(xì)胞表面表達(dá)的可溶細(xì)胞性T 細(xì)胞抗原4（CTLA-4）與其表面的CD80/CD86 結(jié)合激活相關(guān)信號(hào)傳導(dǎo)通路，從而對(duì)DCs 中IDO 表達(dá)的激活進(jìn)行誘導(dǎo)。Treg 細(xì)胞中GCN2-EIF2α 信號(hào)通路被表達(dá)過度的IDO 激活并參與Treg 激活。當(dāng)IDO 活性增強(qiáng)時(shí)，Trp 含量降低，Treg 細(xì)胞中的GCN2 被激活為eIF2a的激酶，eIF2a 發(fā)生磷酸化誘導(dǎo)CD4+CD25T 細(xì)胞向CD4+CD25+T 細(xì)胞轉(zhuǎn)化，促進(jìn)下游ATF4 參與靶基因的表達(dá)。

3 IDO 的應(yīng)用

潰瘍性結(jié)腸炎（UC）的發(fā)生發(fā)展離不開免疫因素。廣泛分布于機(jī)體胃腸道內(nèi)的IDO 是除了肝臟以外唯一能催化KP 分解代謝的限速酶。Trp 缺失和KYN 積累往往由過度表達(dá)的IDO 引起，前者通過使GCN2 激酶激活，進(jìn)而抑制其分化過程或誘導(dǎo)淋巴細(xì)胞停滯于G1 中期。后者激活芳香族化合物相關(guān)受體，從而抑制淋巴細(xì)胞分化。有研究報(bào)道指出，陽性的IDO 細(xì)胞可抑制T 細(xì)胞在體內(nèi)的激活和克隆增殖，誘導(dǎo)相應(yīng)的免疫耐受。CD4+淋巴細(xì)胞在免疫功能中扮演重要角色，當(dāng)炎癥因子激活它后以增殖活化自身細(xì)胞的方式來穩(wěn)定自身免疫耐受。在正常機(jī)體中，腸道菌群非正常侵入結(jié)直腸后，先天免疫系統(tǒng)可降低因膳食抗原和腸道共生菌所致的免疫應(yīng)答。但UC 患者自身的免疫耐受較差，CD4+等淋巴細(xì)胞被抑制過度，促進(jìn)機(jī)體內(nèi)的炎癥因子表達(dá)水平。研究表明，IDO 表達(dá)過度時(shí)，KYN 不斷積累對(duì)CD4+淋巴細(xì)胞的分化產(chǎn)生抑制，同時(shí)Trp 的消耗抑制CD4+淋巴細(xì)胞的增殖。很多研究已經(jīng)證實(shí)，在UC 的發(fā)生發(fā)展中炎癥效應(yīng)細(xì)胞Th17 產(chǎn)生的IL-17參與其中。Th17、IL-17 主要使細(xì)胞通透性不斷增強(qiáng)、促進(jìn)炎癥介質(zhì)招募和活化發(fā)揮著必不可少的作用?；顒?dòng)性UC 患者中IL-17 含量檢測明顯增多并與UC 嚴(yán)重程度呈正比。有研究表明，過度表達(dá)的IDO 可抑制CD4+的表達(dá)進(jìn)而減弱腸道耐受，激活Th 分泌炎癥介質(zhì)IL-17 誘導(dǎo)疾病的進(jìn)展。Th1 細(xì)胞通過產(chǎn)生IFN-γ增強(qiáng)結(jié)腸巨噬細(xì)胞的促炎表型，而Th17 細(xì)胞以IL-17依賴的方式促進(jìn)結(jié)腸浸潤的中性粒細(xì)胞的激活，促進(jìn)隱窩膿腫的形成和UC 的加重。IDO/KYN 途徑包括UC 中的大部分Trp 代謝。因此，IDO 表達(dá)細(xì)胞調(diào)節(jié)胃腸道中的Trp 依賴效應(yīng)，包括控制宿主微生物群相互作用、減輕腸道中有害的免疫反應(yīng)[3-4]。在UC 患者發(fā)炎黏膜內(nèi)潰瘍兩側(cè)或隱窩膿腫邊緣的上皮細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)IDO 的高表達(dá)。一些證據(jù)表明，表達(dá)IDO 的DC 和Treg之間的相互作用對(duì)于維持免疫耐受和腸道受損上皮細(xì)胞的再生至關(guān)重要[2-3]。結(jié)腸浸潤的調(diào)節(jié)性DC 以IDO/KYN 依賴方式促進(jìn)原始CD4+T 細(xì)胞中Treg 譜系定義轉(zhuǎn)錄因子FoxP3 的表達(dá)，從而產(chǎn)生免疫抑制性CD4+FoxP3+Treg[2]。在TCR 介導(dǎo)的靜止Tregs 激活過程中，通過蛋白激酶B（PKB/Akt）和雷帕霉素哺乳動(dòng)物靶點(diǎn)（mTOR）途徑發(fā)出的信號(hào)可以破壞Tregs 的免疫調(diào)節(jié)表型，導(dǎo)致其重新編程為促炎癥（“ex-Tregs”）表型，其特征是IFN-γ 和IL-17 的產(chǎn)生增強(qiáng)[3]。IL-17 是一種強(qiáng)促炎因子，能刺激抗原提呈細(xì)胞和上皮細(xì)胞進(jìn)而產(chǎn)生炎性介質(zhì)IL-1、IL-8 等。被激活的大量中性粒細(xì)胞聚集在一起，集體遷徙到炎癥反應(yīng)區(qū)，產(chǎn)生炎癥反應(yīng)。

4 結(jié)語

IDO 是與免疫關(guān)系密切的因子，近年來國內(nèi)外對(duì)于它的研究日益增多。大量研究證實(shí)，多種細(xì)胞均可產(chǎn)生IDO 高表達(dá)，從而影響T 細(xì)胞的活性和增殖。UC 的自身免疫學(xué)說已基本得到認(rèn)可。IDO 與機(jī)體免疫功能關(guān)系十分密切，其可通過抑制T 細(xì)胞的增殖與激活，促使炎性因子的產(chǎn)生，進(jìn)而誘導(dǎo)潰瘍性結(jié)腸炎的發(fā)生發(fā)展。本文通過對(duì)IDO 的研究，闡明IDO 在UC 發(fā)生發(fā)展中的作用，為相關(guān)工作研究人員提供參考。