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腺苷(Adenosine, ADO)是调节机体免疫反应及维持机体稳态的的重要信号分子。在正常机体条件下,细胞外腺苷维持在较低的浓度水平(低于1 微摩尔)。当机体组织出现损伤如炎症、缺血、低氧等情况下,细胞外腺苷浓度急剧上升(可达100微摩尔),从而抑制免疫反应,避免对机体组织造成过度伤害。
肿瘤的发生和转移与肿瘤所处的内外环境密切相关。肿瘤微环境(TME)不仅包括癌细胞本身,还包括周围的基质细胞、免疫细胞、内皮细胞、生长因子以及特殊的生理生化条件。肿瘤细胞缺氧的微环境限制了细胞能量的来源,导致胞外三磷酸腺苷(Adenosine triphosphate, ATP)的大量累积。ATP受肿瘤细胞胞膜核酸酶CD39和CD73的作用下,形成ADO(图1)。胞外ADO由核苷转运蛋白进入胞内,进一步由腺苷脱氨酶(Adenosine Deaminase, ADA)降解生成肌酐。
CD39为胞膜三磷酸/二磷酸核苷酸水解酶家族成员,催化ATP/ADP形成AMP。CD39为N端、C端两次跨膜结构,胞外部分为一个较大的疏水结构域,组成CD39的催化活性中心。CD39通常在脾、胸腺、肺及胎盘的内皮细胞及免疫细胞(B细胞、NK细胞、树突细胞、中性粒细胞、巨噬细胞及调节T细胞等)中组成型表达。同时,CD39在多种实体瘤(结肠癌、头颈癌、胰腺癌)和慢性淋巴性白血病等肿瘤(表一)中表达量也有所提高,预示着CD39在恶性肿瘤的形成发展过程中起着重要作用。
CD73为胞膜-5'-核苷酸酶,催化AMP形成ADO。CD73功能的发挥,依赖于同源二聚体的形成。CD73通过C端Ser523锚定在细胞膜糖基磷脂酰肌醇(Glycosylphosphatidyl Inositol,GPI)上。CD73广泛存在于各种组织中,包括结肠、脑、肾、肝、肺等。同时,CD73在多种肿瘤组织中表达量也有所提高,说明CD73同样参与了肿瘤的形成与发展。肿瘤微环境的低氧条件,导致低氧诱导因子-1α(Hypoxia Inducible Factor 1α,HIF1α)的累积。HIF1α进一步引起包括CD39、CD73在内的多种基因的转录,因此肿瘤细胞常处于高浓度ADO环境中。
在肿瘤发生发展过程中,肿瘤微环境与肿瘤细胞相互作用,共同介导了肿瘤的免疫耐受。在这一过程中,ADO起到了非常重要的作用。ADO通过P1型嘌呤受体(A1R、A2AR、A2BR、A3R)介导抗炎症效应。ADO受体属于G蛋白偶联受体家族,包括免疫细胞在内的多种细胞都有表达。
在先天性免疫反应体系中,ADO通过A2AR抑制NK细胞的成熟;通过A2BR抑制单核细胞分化成巨噬细胞,促进巨噬细胞由促炎症M1型转向抗炎症M2型;同样,ADO通过A2BR作用于树突细胞,使得树突细胞分泌促血管及免疫抑制因子等,进一步促进肿瘤细胞生长。
在后天免疫反应体系中,ADO通过A2AR及A2BR抑制CD4+ T细胞产生IL-17,并促进CD4+ T细胞转变为免疫抑制型细胞;高浓度的ADO通过A2AR及A3R抑制B细胞的增殖、分化、成熟及细胞因子的产生;ADO同样通过A2AR及A3R抑制CD8+ T细胞的增殖、分化成熟及IL-2、INF-γ、GM-CSF及granzyme B等细胞因子的产生。相反的,ADO通过A2AR或A2BR,对免疫抑制细胞(CD4+Treg、MDSC等)功能的发挥起着促进作用。
总体来说,ADO通过其受体抑制NK细胞、DC细胞、CTL等功能的发挥,同时增强免疫抑制细胞的活性,参与TME免疫耐受的形成。同时,ADO作用于血管内皮细胞及基质细胞,促进TME新生血管的形成,为肿瘤的转移提供必要条件。
综上所述,可以采用以下策略达到封闭TME中ADO作用的发挥:1)阻止ADO的合成;2)阻止ADO与其受体的结合;3)降解胞外高浓度ADO。这些方法在临床前实验中,都有不错的实验结果,少部分治疗方案已经进入了临床阶段研究(表二)。
近年来,针对CTLA-4、PD-1、PD-L1免疫检查点药物的成功,带来了肿瘤免疫治疗的一轮热潮。然而肿瘤的发生是多环节多因素的共同作用结果,导致靶向免疫检查点的单药有效率仍然较低,并且大量患者会对CTLA-4、PD-1/PD-L1的治疗产生耐药,因此多靶点联合治疗将是肿瘤治疗的一个趋势。2017年ASCO会议上,Corvus Pharmaceuticals报道了其CPI-444单药或联合Atezolizumab治疗肾癌及非小细胞肺癌的一期临床效果。CPI-444的单药疾病控制率为肾癌75%,非小细胞肺癌36%;CPI-444联合Atezolizumab的疾病控制率为肾癌100%,非小细胞肺癌71%;总体疾病控制率为肾癌86%,非小细胞肺癌50%;同时,对于PD-1/PD-L1耐药患者,疾病控制率为肾癌100%,非小细胞肺癌43%。
ADO途径会是接下来的热门“明星靶点”吗?值得期待。
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2. Targeting adenosine in cancer immunotherapy: a review of recent progress. Expert review of anticancer therapy, 2017, 17(6): 527-535.
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4. Immunity, inflammation and cancer: a leading role for adenosine. Nature Reviews Cancer, 2013, 13(12): 842.
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