吲哚胺2,3-雙加氧酶
——多種肝病中發(fā)揮雙刃劍作用的重要介質(zhì)

2022-06-23 00:53:14王宏賓

臨床肝膽病雜志 2022年6期

葉森，王宏賓，付永

1 青海大學(xué) 研究生院，西寧 810016； 2 青海大學(xué)附屬醫(yī)院肝膽胰外科，西寧 810001；3 青海省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院，西寧 810016

吲哚胺2,3-雙加氧酶(indoleamine 2,3-dioxygenase，IDO)是肝外唯一可催化色氨酸(tryptophan，TRP)分子中的吲哚環(huán)裂解，從而沿犬尿氨酸(kynurenine，KYN)途徑(圖1)分解代謝的限速酶，最早被發(fā)現(xiàn)于兔腸道組織中[1-2]。IDO可通過(guò)IFNγ、腫瘤壞死因子、脂多糖等促炎細(xì)胞因子，在上皮細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞(DC)和巨噬細(xì)胞中誘導(dǎo)，介導(dǎo)免疫逃逸和免疫應(yīng)答等過(guò)程[3-4]，此外，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CD 80/CD 86分子的結(jié)合也能夠促進(jìn)IDO的表達(dá)[5]。不僅如此，肝內(nèi)細(xì)菌和病毒感染以及肝纖維化、肝硬化、肝腫瘤和部分肝寄生蟲等非致病性炎癥也對(duì)IDO的表達(dá)有明顯的誘導(dǎo)作用，這也是IDO在肝臟相關(guān)疾病中發(fā)揮作用的原因[6]。肝臟是以代謝功能為主的重要人體器官，扮演著去氧化、儲(chǔ)存肝糖、分泌性蛋白質(zhì)合成、制造消化系統(tǒng)所需的膽汁等角色。據(jù)估計(jì)[7]，我國(guó)超過(guò)1/5的人群正受到肝臟疾病的困擾，尤其是病毒性肝炎、肝纖維化、肝硬化、肝癌、非酒精性脂肪性肝病和肝寄生蟲病等。近年來(lái)，TRP降解過(guò)程中的重要代謝酶IDO被認(rèn)為是在多種肝臟疾病發(fā)生發(fā)展中具有雙刃劍作用的重要介質(zhì)，引起廣泛關(guān)注，本文分別闡述IDO在病毒性肝炎、肝纖維化、肝硬化、肝癌和肝棘球蚴病中的最新研究進(jìn)展。

注：TDO，色氨酸2,3-雙加氧酶；KMO，犬尿氨酸-3-羥化酶；3-HK，3-羥基犬尿氨酸；KYNU，犬尿氨酸酶；3-HAA，3-羥鄰氨苯甲酸；3-HAO，3-HAA氧化酶；QUIN，喹啉酸；NAD+，煙酰胺腺嘌嶺二核苷酸；NADP+，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸；KATS，犬尿氨酸轉(zhuǎn)氨酶；KYNA，犬尿喹啉酸。

1 IDO與病毒性肝炎

肝炎病毒有多種，臨床常見為HAV、HBV、HCV、HDV、HEV 5種。據(jù)統(tǒng)計(jì)[8]，全球2019年仍有約2.96億HBV感染者，5800萬(wàn)HCV感染者，這些病原體可引起急、慢性肝炎，并進(jìn)展為肝硬化或肝細(xì)胞癌(HCC)。HBV、HCV均可利用多種途徑實(shí)現(xiàn)免疫逃逸，相關(guān)研究[9]表明，IDO參與乙型、丙型肝炎的發(fā)生發(fā)展，其與特異性細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞(CTL)的表達(dá)密切相關(guān)，當(dāng)HBV、HCV感染后，刺激CTL產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子，特別是IFNγ，后者促使肝細(xì)胞高度表達(dá)IDO。

在乙型肝炎患者中，IDO是IFNγ誘導(dǎo)的人肝細(xì)胞源性細(xì)胞中抗HBV反應(yīng)的主要介質(zhì)，原因在于IDO不改變病毒RNA穩(wěn)態(tài)水平的情況下可有效降低細(xì)胞內(nèi)HBV DNA水平。此外，IDO失活突變體的表達(dá)并未抑制HBV復(fù)制，但培養(yǎng)中補(bǔ)充TRP卻完全恢復(fù)了表達(dá)IDO細(xì)胞中的HBV復(fù)制水平，二者對(duì)比表明，IDO的抗病毒作用是由TRP剝奪介導(dǎo)的[10]。Yoshio等[11]為了闡明IDO誘導(dǎo)機(jī)制及其對(duì)HBV復(fù)制的影響，使用一種由人類自然殺傷(NK)細(xì)胞、漿細(xì)胞樣DC和控制IDO表達(dá)的HBV轉(zhuǎn)染的Huh7細(xì)胞組成的培養(yǎng)模型，研究發(fā)現(xiàn)，在最終清除HBV的急性肝炎患者中，IDO活性、趨化因子(C-X-C基序)配體9(CXCL9)、CXCL10和CXCL11表達(dá)增加，IDO對(duì)HBV的這種抑制能力在IDO基因敲除細(xì)胞中消失，并通過(guò)IDO在細(xì)胞中重新導(dǎo)入而恢復(fù)，再次驗(yàn)證了IDO是一種抗HBV效應(yīng)劑，其在感染早期可作為后續(xù)免疫反應(yīng)的效應(yīng)指標(biāo)。該團(tuán)隊(duì)研究[12]進(jìn)一步模擬了IDO在HBV感染中的具體作用機(jī)制：首先，DC識(shí)別HBV感染，導(dǎo)致CXCL9、10、11在肝臟中相繼被誘導(dǎo)，進(jìn)而吸引DC、NK細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞進(jìn)入肝臟，NK細(xì)胞和漿細(xì)胞樣DC共同通過(guò)IFNγ的產(chǎn)生以非細(xì)胞病變機(jī)制增強(qiáng)IDO活性并抑制HBV復(fù)制，DC產(chǎn)生CCL19或CCL22，并誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T淋巴細(xì)胞(Treg)通過(guò)產(chǎn)生IL-10減輕肝臟炎癥。筆者認(rèn)為，雖然該研究?jī)H為模擬機(jī)制，但I(xiàn)DO對(duì)HBV復(fù)制的抑制作用已被證實(shí)，相信隨著研究的不斷深入，IDO參與HBV感染的機(jī)制將得到全面的解釋。

同乙型肝炎患者類似，HCV感染同樣可直接誘導(dǎo)IDO和IFN表達(dá)[13]。IDO在HCV感染的不同階段通過(guò)減緩病毒復(fù)制和調(diào)節(jié)宿主免疫發(fā)揮雙重作用。在HCV感染的早期階段，IDO的上調(diào)可能通過(guò)減緩HCV復(fù)制而有助于宿主的天然抗病毒防御機(jī)制，當(dāng)HCV特異性T淋巴細(xì)胞被激活并在肝臟中積聚時(shí)，HCV感染的肝細(xì)胞中IFNγ誘導(dǎo)的IDO上調(diào)可能有利于誘導(dǎo)免疫耐受[14]。免疫耐受機(jī)制可能為DC通過(guò)誘導(dǎo)Treg而表達(dá)高水平IDO，其進(jìn)一步作為誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)免疫耐受，因此，評(píng)估IDO和TRP水平可用于平衡抗病毒作用和調(diào)節(jié)宿主免疫反應(yīng)這一關(guān)鍵性問(wèn)題[15]。此外，研究發(fā)現(xiàn)丙型肝炎患者的全身IDO活性與肝臟炎癥和纖維化程度有關(guān)。Asghar等[16]通過(guò)評(píng)估丙型肝炎患者IDO的表達(dá)和活性發(fā)現(xiàn)HCV感染進(jìn)行性肝硬化患者肝臟中IDO的高表達(dá)可能與HCC的發(fā)生有關(guān)，提示IDO可能參與HCV感染-肝纖維化、肝硬化- HCC這一進(jìn)程的發(fā)生發(fā)展，IDO可能是抗HCV的一個(gè)新的治療靶點(diǎn)。

通過(guò)回顧IDO在HBV、HCV中作用機(jī)制的相關(guān)研究不難發(fā)現(xiàn)，IDO可能有助于評(píng)價(jià)和治療病毒性肝炎相關(guān)疾病，但具體機(jī)制并未完全闡明，期待更進(jìn)一步研究。目前，關(guān)于其他類型病毒性肝炎的相關(guān)研究較少，缺乏足夠的理論支持。

2 IDO與肝纖維化、肝硬化

肝纖維化和肝硬化是一個(gè)量變到質(zhì)變的關(guān)系。肝纖維化是肝硬化的前兆，是細(xì)胞外基質(zhì)蛋白沉積的結(jié)果，主要由活化的肝星狀細(xì)胞介導(dǎo)。大多數(shù)慢性肝病都會(huì)伴有肝纖維化，其中一部分患者會(huì)進(jìn)展為肝硬化，而炎癥在肝纖維化的發(fā)展中起著重要作用。肝纖維化主要發(fā)生在慢性病毒性肝炎、酒精性肝炎、非酒精性脂肪性肝炎和自身免疫性肝炎患者中，大量研究表明，抑制肝臟炎癥可以延緩肝纖維化的進(jìn)展[17]。

IDO作為重要的免疫調(diào)節(jié)酶，與肝纖維化及肝硬化息息相關(guān)。研究[18]發(fā)現(xiàn)，肝硬化患者血清IDO 水平降低，但與肝硬化程度呈正相關(guān)，提示血清IDO水平可能是肝損傷和肝纖維化程度的一個(gè)潛在標(biāo)志。近期，Ogiso等[19]提出IDO缺乏可加重CCL4誘導(dǎo)的肝纖維化模型，由于肝纖維化是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，IDO可能在肝纖維化的不同階段發(fā)揮不同作用，炎癥狀態(tài)下IDO表達(dá)增強(qiáng)可能延緩肝纖維化的進(jìn)展。前文已闡述HCV相關(guān)肝硬化中發(fā)現(xiàn)IDO高表達(dá)，提示IDO可能導(dǎo)致HCV相關(guān)肝硬化的發(fā)生發(fā)展，目前數(shù)據(jù)支持IDO創(chuàng)造的免疫抑制環(huán)境可能導(dǎo)致慢性HCV感染者逐漸進(jìn)展為肝硬化的假設(shè)，IDO可能成為HCV致肝硬化的有效標(biāo)志物。因此，筆者認(rèn)為有必要對(duì)HCV信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)導(dǎo)致IDO升高的確切機(jī)制開展更多研究。Oh等[20]研究發(fā)現(xiàn)，IFNγ和IDO抑制劑1-甲基-L-色氨酸可使肝星狀細(xì)胞凋亡顯著增加，IFNγ和1-甲基-L-色氨酸的聯(lián)合治療可改善肝纖維化。Milosavljevic等[21]開展的肝纖維化過(guò)程中間充質(zhì)干細(xì)胞介導(dǎo)的IL-17信號(hào)調(diào)節(jié)的分子和細(xì)胞機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞以IDO依賴的方式抑制肝輔助性T淋巴細(xì)胞(Th)17細(xì)胞，從而減輕肝纖維化。上述幾項(xiàng)研究結(jié)果并不一致，提示IDO對(duì)肝纖維化的相反作用可能與不同的機(jī)體微環(huán)境有關(guān)，在一些情況下加重了肝纖維化和肝硬化，但在特定的情況下又可改善病變，此外也不排除偶然誤差導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)論的發(fā)生。當(dāng)前相關(guān)研究雖然取得了一定成果，但仍存在一些問(wèn)題有待深入探究。

3 IDO與肝癌

數(shù)百年來(lái)，免疫系統(tǒng)與癌癥之間的復(fù)雜關(guān)系一直是備受學(xué)界關(guān)注的重要課題。腫瘤細(xì)胞的免疫逃逸機(jī)制是腫瘤細(xì)胞誘導(dǎo)的免疫抑制微環(huán)境，早期研究[22]表明，TRP耗竭可抑制T淋巴細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)其凋亡。最新研究[23]質(zhì)疑了這種機(jī)制，認(rèn)為KYN的免疫調(diào)節(jié)功能主要與芳基烴受體(AhR)的轉(zhuǎn)錄因子有關(guān)，TRP-KYN-AhR通路在腫瘤免疫抑制中的作用引起廣泛關(guān)注，具體機(jī)制為KYN通過(guò)L轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)入T淋巴細(xì)胞和NK細(xì)胞，與AhR相互作用表達(dá)程序性死亡蛋白1，抑制二者增殖；KYN也可通過(guò)激活A(yù)hR和誘導(dǎo)叉頭轉(zhuǎn)錄因子3，誘導(dǎo)幼稚CD4+T淋巴細(xì)胞分化為免疫抑制Treg。因此，了解HCC誘導(dǎo)的免疫抑制機(jī)制對(duì)于設(shè)計(jì)新的HCC靶向免疫療法非常重要[24]。

前期研究[25]表明，HCC細(xì)胞及其周圍細(xì)胞中的IDO高表達(dá)/過(guò)表達(dá)與高轉(zhuǎn)移率顯著相關(guān)，且IDO過(guò)表達(dá)患者的預(yù)后更差，IDO可能是影響肝癌患者整體生存的獨(dú)立預(yù)后因素。相關(guān)研究[26]進(jìn)一步證實(shí)，HCC中的缺氧誘導(dǎo)因子-1α/CCL20/IDO軸通過(guò)誘導(dǎo)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化和建立腫瘤免疫抑制微環(huán)境，加速腫瘤轉(zhuǎn)移。據(jù)此，筆者推測(cè)IDO的上調(diào)可能促進(jìn)肝癌的發(fā)生發(fā)展，IDO過(guò)表達(dá)可能是造成炎癥和免疫抑制微環(huán)境的原因，因此，抑制IDO可能是抗肝癌新療法的可觀方向。Han等[27]研究為肝癌的免疫治療提供了一個(gè)新的靶點(diǎn)，即人CD14+CTLA-4+調(diào)節(jié)性DC亞群(CD14+DC)通過(guò)產(chǎn)生IDO抑制T淋巴細(xì)胞反應(yīng)，這可能有助于HCC的進(jìn)展。

另有研究[28]顯示，中性粒細(xì)胞百分比升高以及單核細(xì)胞與T淋巴細(xì)胞協(xié)同調(diào)節(jié)炎癥因子可使肝癌細(xì)胞中IDO的表達(dá)增加，且單核細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞百分比均與肝癌細(xì)胞的存活密切相關(guān)。筆者認(rèn)為上述3項(xiàng)指標(biāo)均為臨床常用指標(biāo)，藉此可較為容易反映肝癌嚴(yán)重程度及預(yù)后，應(yīng)予以關(guān)注。Shibata等[29]探究IDO在二乙基亞硝胺誘導(dǎo)的肝癌中的作用發(fā)現(xiàn)，與IDO-野生型小鼠相比，IDO-敲除小鼠Treg浸潤(rùn)較少且腫瘤病灶更少，表明IDO誘導(dǎo)和下游代謝產(chǎn)物KYN升高可能在肝癌發(fā)生的早期和晚期發(fā)揮關(guān)鍵作用。Brown等[30]進(jìn)一步在肝癌模型中發(fā)現(xiàn)，使用免疫檢查點(diǎn)抑制劑治療時(shí)，產(chǎn)生IDO的腫瘤細(xì)胞可產(chǎn)生抗藥性，因此認(rèn)為IDO抑制劑與免疫檢查點(diǎn)抑制劑聯(lián)合使用可能會(huì)使抗HCC治療額外獲益。后續(xù)大量研究證據(jù)也支持抑制IDO途徑與其他抗癌方式聯(lián)合的潛在效用，例如通過(guò)放療、化療等抑制IDO途徑后，治療效果較前明顯改善[31]。

綜上所述，IDO能夠幫助肝癌逃避免疫監(jiān)視，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展，前文已經(jīng)說(shuō)明HBV、HCV感染可以引起IDO上調(diào)并誘導(dǎo)免疫抑制，在肝癌中也是如此，而乙型、丙型肝炎與肝癌的發(fā)生密切相關(guān)，因此可以進(jìn)一步推測(cè)IDO可能增加HBV和HCV誘導(dǎo)的肝癌的風(fēng)險(xiǎn)。

4 IDO與肝棘球蚴病

肝棘球蚴病是由棘球?qū)俚募蚪{蟲寄生于人和動(dòng)物體內(nèi)所引起的一種人獸共患病[32]，該病在世界范圍內(nèi)廣泛流行。在我國(guó)流行地區(qū)中，感染人的棘球絳蟲主要為細(xì)粒棘球絳蟲(Echinococusgranulosus，Eg)、多房棘球絳蟲(Echinococusmultilocularis，Em)。二者主要侵犯人或動(dòng)物的肝臟，其中Em如同腫瘤一樣呈浸潤(rùn)生長(zhǎng)，通過(guò)浸潤(rùn)還可轉(zhuǎn)移至肺、腦等其他組織器官而形成轉(zhuǎn)移灶[33]。目前，關(guān)于棘球蚴病的免疫耐受機(jī)制尚不清楚，且相關(guān)文獻(xiàn)較少，其主要侵犯人或動(dòng)物的肝臟，對(duì)其進(jìn)行研究探討可以有助于尋找肝棘球蚴病新的免疫治療方法以及探索更為有效的防治思路。

研究[1]表明，如炎癥、腫瘤一樣，IDO也參與寄生蟲病的免疫逃逸。單驕宇等[34-35]使用重組抗原B和小鼠細(xì)粒棘球蚴囊液處理DC后發(fā)現(xiàn)，棘球蚴抗原的刺激可增強(qiáng)IDO的表達(dá)，引起TRP的減少，表明IDO的表達(dá)在棘球蚴感染過(guò)程的免疫調(diào)控中發(fā)揮重要作用，推測(cè)IDO可能通過(guò)降解局部組織中的TRP，導(dǎo)致T淋巴細(xì)胞抑制或凋亡。筆者團(tuán)隊(duì)研究[36]發(fā)現(xiàn)，小鼠泡型包蟲囊液組小鼠骨髓來(lái)源DC(BMDC)表面IDO mRNA相對(duì)表達(dá)量、IDO蛋白相對(duì)表達(dá)水平及BMDC上清液中IDO濃度明顯高于陰性對(duì)照組，表明泡型包蟲囊液具有上調(diào)BMDC表面IDO表達(dá)的作用。上述研究分別以Eg、Em為研究對(duì)象，獲得了相似的結(jié)論，即Eg、Em各自的抗原成分——細(xì)粒棘球蚴囊液和泡型包蟲囊液均可誘導(dǎo)DC表面IDO高表達(dá)，表明Eg、Em感染致宿主DC高表達(dá)IDO具有相似性。因此，DC表面IDO高表達(dá)可能與Eg、Em免疫耐受分子機(jī)制的形成有關(guān)，但I(xiàn)DO在其中的具體調(diào)控機(jī)制并未完全闡明，筆者認(rèn)為后續(xù)仍需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)以確認(rèn)IDO是否參與Eg、Em慢性感染致宿主的免疫耐受過(guò)程。

此外，研究[35]發(fā)現(xiàn)囊型包蟲病感染過(guò)程中宿主DC表面IDO高表達(dá)可抑制Th1正常免疫功能，促使機(jī)體產(chǎn)生Th2型反應(yīng)。進(jìn)一步研究[37]證實(shí)，IDO可誘導(dǎo)Th1凋亡，推測(cè)在Eg慢性感染過(guò)程中，IDO通過(guò)限制Th1免疫反應(yīng)，使Th1型反應(yīng)向Th2型偏移，IDO這個(gè)調(diào)節(jié)宿主免疫反應(yīng)開關(guān)的分子在Th2型反應(yīng)中才真正發(fā)揮免疫抑制作用，促進(jìn)細(xì)粒棘球蚴病的發(fā)生發(fā)展。目前，較少有研究關(guān)注Em感染過(guò)程中宿主DC表面IDO對(duì)Th1/2的影響，后續(xù)可在不同時(shí)期Em感染的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型中開展進(jìn)一步研究。雖然IDO并非是棘球蚴免疫逃逸過(guò)程中的唯一因子，但相關(guān)研究可幫助理解棘球蚴感染致宿主免疫耐受的作用機(jī)制。

5 小結(jié)與展望

目前，IDO被發(fā)現(xiàn)與感染性疾病、器官移植、自身免疫性疾病、抑郁癥及腫瘤相關(guān)，特別是其腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用及機(jī)制相關(guān)研究取得了重要進(jìn)展，有數(shù)千種選擇性IDO抑制劑被相繼報(bào)道，雖然多數(shù)臨床研究以失敗告終，但I(xiàn)DO的研究?jī)r(jià)值依然不容小覷。近年來(lái)，IDO作為TRP降解過(guò)程中的重要代謝酶，被認(rèn)為是在多種肝病中發(fā)揮雙刃劍作用的重要介質(zhì)，期待IDO能夠早日在肝臟疾病的臨床防治中發(fā)揮重要價(jià)值。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。