CD39/CD73及其介导的腺苷信号通路在肺癌免疫调控中的作用及研究进展

肖文华，孙荣丽

1青岛市中心医院呼吸与危重症医学科，山东 青岛 266042

2青岛大学医学部，山东 青岛 266000

2018年国际癌症研究机构发布的报告显示，肺癌是发病率最高的恶性肿瘤，占全部恶性肿瘤的11.6%，肺癌患者死亡人数占恶性肿瘤死亡总人数的比例也最大（占死亡总人数的18.4%）[1]。肺癌是威胁人类健康且加重社会负担的重大疾病，目前肺癌的治疗方案如化疗、放疗及靶向治疗等均已取得了重大进展，但其局限性如明显的不良反应和高耐药率给肺癌的治疗带来诸多难题。免疫治疗的出现为恶性肿瘤提供了新的治疗方案，随着免疫检查点的发现及免疫检查点抑制剂（immune checkpoint inhibitor，ICI）的应用，肺癌患者的生存期获得了明显改善，不良反应也更少，为肺癌的治疗提供了新的方向[2-3]。有研究指出，肺癌的发生发展与CD39/CD73的表达增强有关，且与肺癌患者的预后密切相关，但完整的调控机制尚无定论。本文就CD39/CD73及其介导的腺苷信号通路在肺癌发生发展中的作用及研究进展做一综述。

1 CD39/CD73与肺癌发生发展的关系

1.1 CD39/CD73在肺癌中的表达

在一项有关A549和H1299肺癌细胞株的体外实验中，研究者检测了正常组织细胞、肺癌细胞、肿瘤相关成纤维细胞（cancer-associated fibroblast，CAF）和肿瘤浸润淋巴细胞（tumor infiltrating lymphocyte，TIL）中CD39和CD73的表达，结果发现其在正常支气管上皮细胞、肺泡细胞中不表达，而在肿瘤相关细胞中表达增强，其中CD39主要在CAF和TIL中表达，CD73在肺癌细胞和CAF中均有表达，并且其过表达与肿瘤组织中调节性T细胞（regulatory T cell，Treg）和程序性死亡受体配体1（programmed cell death 1 ligand 1，PDCD1LG1，也称PD-L1）的上调有关[4]。另一项研究结果显示，在从非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）组织中分离的CD4+和CD8+T细胞中，CD39、程序性死亡受体1（programmed cell death 1，PDCD1，也称PD-1）的表达明显高于从正常肺组织中分离的T细胞，且自然杀伤（natural killer，NK）细胞、B细胞、巨噬细胞等免疫细胞中CD39的表达均上调[5]。Schmid等[6]研究显示，CD39在NSCLC中高表达，且发生远处转移者更为明显，说明CD39不仅在肺癌发生过程中发挥促进作用，还可能促进肺癌的远处转移，但具体机制尚不清楚。

CD73在NSCLC中表达升高，这可能与肿瘤的进展、转移和免疫逃逸有关[7]。Rocha等[8]检测了106例接受手术治疗而未接受其他辅助治疗的肺腺癌患者的CD73表达情况，结果表明，CD73在正常肺组织、不典型腺瘤样增生、原位腺癌、微浸润性腺癌和进展期腺癌组织中的表达呈进行性增加趋势，并且与肿瘤细胞中PD-L1的表达增加有关。

PD-1信号通路是导致肺癌肿瘤微环境免疫抑制的重要途径，针对PD-1/PD-L1信号通路的免疫治疗给肺癌患者的治疗提供了新的方案[9]。由于CD73的表达上调与PD-1有关，因此CD39/CD73介导的信号通路可能在肺癌发生发展过程中发挥了关键的调控作用，是诱导肺癌免疫抑制的重要途径，针对该途径开发出新的治疗制剂也许能够为肺癌患者的免疫治疗提供新的思路，从而进一步改善患者的生存率及生活质量。

1.2 CD39/CD73表达上调与肺癌患者预后的关系

Chen等[10]研究显示，在小细胞肺癌（small cell lung cancer，SCLC）中，CD39在肿瘤细胞上不表达，而在TIL表面表达，并且TIL表面表达CD39是SCLC预后不良的危险因素。Inoue等[11]研究表明，CD73高表达提示NSCLC患者的临床预后不良，而腺苷A2A受体（adenosine A2A receptor，A2AR）则与之相反，可能与较好的临床预后有关。在一组NSCLC患者中，骨髓来源的抑制性细胞（myeloidderived suppressor cell，MDSC）中CD39和CD73的表达与患者的肿瘤分期、淋巴结转移和受累情况有关，并且随着肺癌的进展而增加，说明CD39/CD73的表达可能作为预后不良的预测指标[12]。一项研究纳入了67例表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）突变阳性NSCLC患者，发现CD73高表达患者的无进展生存期（progression-free survival，PFS）和总生存期（overall survival，OS）均短于CD73低表达患者，在EGFR突变阳性、对EGFR-酪氨酸激酶抑制剂（tyrosine kinase inhibitor，TKI）治疗耐药的患者中，CD73高表达可能提示较好的ICI临床疗效，CD73表达水平越高，接受ICI治疗后患者的PFS和OS越长[13]。一项纳入超过12 000例患者涵盖9种恶性肿瘤类型的荟萃分析证实，CD73高表达与预后不良有关，CD73高表达与较差的 OS（HR=1.28，95%CI：1.19～1.37）和无病生存期（disease-free survival，DFS）（HR=1.28，95%CI：1.01～1.62）密切相关[14]。

1.3 CD39/CD73表达上调的机制

Li等[12]研究证明了转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）可以通过激活雷帕霉素靶 蛋 白（mechanistic target of rapamycin kinase，MTOR）/缺氧诱导因子（hypoxia-inducible factor，HIF）-1α途径诱导 MDSC表达 CD39/CD73，阻断TGF-β后CD39/CD73的表达会减弱，应用雷帕霉素抑制MTOR通路也能够减弱TGF-β介导的CD39/CD73在MDSC亚群上的诱导表达，这表明MTOR和TGF-β之间存在联系。在低氧（1.5%O2、5%CO2）或模拟低氧的条件下，TGF-β能够上调MDSC上HIF-1α的表达，也能够促进CD39/CD73的表达，而HIF-1α抑制剂MeoE2可以降低MDSC上CD39/CD73的表达，提示TGF-β可能通过激活MTOR/HIF-1α途径诱导MDSC表达CD39/CD73。此外，TGF-β还可能通过TGF-βⅡ型受体基因发挥作用，引导MDSC分化为CD39+CD73+终末分化的髓样细胞，导致CD39/CD73的表达上调[15]。

Rao等[16]研究发现，Kirsten鼠肉瘤病毒癌基因同源物（Kirsten rat sarcoma viral oncogene homolog，KRAS）激活和自噬相关基因5（autophagy related 5，ATG5）失活有利于CD39的表达，KRAS基因表达和ATG5基因敲除相结合时，可以刺激依赖于HIF-1的CD39激活。另一项研究发现微小RNA（microRNA，miRNA）-30a-5p可以通过直接靶向CD73的3'-非翻译区（3'-untranslated region，3'-UTR）抑制CD73的表达，miRNA-30a-5p常在人类恶性肿瘤组织中表达下调，说明miRNA-30a-5p表达下调可能是CD73表达升高的原因[17]。此外，白细胞介素（interleukin，IL）-2、IL-6、IL-27等炎性因子也能够促进CD39/CD73的表达上调[18-19]，化疗可以导致肿瘤细胞环境处于低氧状态，也能够使肿瘤细胞表面CD39/CD73的表达增强[20]。

CD39/CD73在肺癌中表达增强，其表达上调的机制非常复杂，受多方面因素影响。大量证据表明，在肺癌以外的其他肿瘤（包括黑色素瘤、卵巢癌、食管癌、前列腺癌、结直肠癌和乳腺癌等）中也发现了CD39和CD73表达增强的现象[10,21-22]，且大多数与不良预后有关，但在不同的肿瘤中，其对预后的影响尚存在争议，已发表的文献中有互相矛盾的研究结果[23]，这表明需要进行更多深层次的研究，探明其在肿瘤发生发展中的具体作用机制，为进一步研究肿瘤患者的治疗策略提供理论基础。

2 CD39/CD73及其介导的腺苷信号通路在肿瘤发生发展中的作用

2.1 CD39/CD73的作用

CD39是腺苷生成途径的关键酶，可诱导细胞外的腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）去磷酸化生成腺苷二磷酸（adenosine diphosphate，ADP），再将ADP去磷酸化生成腺苷一磷酸（adenosine monophosphate，AMP）[24]。CD73将 AMP 水解为腺苷和磷酸[25]，在腺苷生成的整个过程中，尤其以CD73的作用更为重要。CD39能够抑制NK细胞的作用，减少γ干扰素（interferon-γ，INF-γ）的生成，进而导致肿瘤发生肺转移[26]。CD73介导T细胞活化的共刺激信号时不需要酶活性[27]，在肿瘤患者中，CD73可以促进血管生成[28]，也可以作为一种黏附分子参与肿瘤细胞的侵袭和转移[29-30]，并且与化疗药物耐药有关[31]。CD39/CD73表达增强导致肿瘤发生发展的机制包括促进肿瘤生长、血管生成、肿瘤转移和化疗耐药等，抑制或阻断CD39/CD73的表达能够减少肿瘤转移，增强抗肿瘤免疫治疗效果[32-35]。

临床数据显示，CD39/CD73的高表达与预后不良有关，提示CD39/CD73可能是另一个有希望的免疫治疗标志物，CD39[36]和CD73[8]的表达与PD-L1的上调有关。研究表明，PD-1/PD-L1、细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4（cytotoxic T-lymphocyte associated protein 4，CTLA4）、肿瘤突变负荷（tumor mutation burden，TMB）均是对免疫治疗敏感的标志物[9,37]，而与这些免疫标志物相比，关于CD39/CD73的研究相对较少，这凸显了进一步临床前研究的必要性。

2.2 腺苷的作用

细胞外腺苷由应激或损伤的细胞释放，也可以经胞外酶CD39和CD73共同作用于胞外腺嘌呤核苷酸产生，有文献报道CD38、CD203可以介导腺苷生成的替代途径，该途径最终也经CD73水解生成腺苷[38]。与参与代谢的细胞内腺苷不同，细胞外腺苷除了是维持各种组织内稳态的重要内源性介质，还具有强大的免疫抑制作用。腺苷通过结合其受体[腺苷 A1受体（adenosine A1 receptor，A1R）、A2AR、腺苷A2B受体（adenosine A2B receptor，A2BR）、腺苷 A3受体（adenosine A3 receptor，A3R）]发挥作用，通常认为A2BR是低亲和力受体，在病理条件下腺苷浓度较高时才能激活。腺苷与免疫细胞表面表达的受体结合后可以导致广泛的免疫抑制特性，参与形成免疫抑制的肿瘤微环境[39]，进而引起肿瘤免疫耐受，其机制主要包括减弱T细胞、NK细胞及树突状细胞的免疫活性，减少免疫刺激因子产生，增强主要免疫抑制细胞因子活性等[40]。肿瘤细胞表面也有腺苷受体的表达，不同组织来源的肿瘤细胞与腺苷结合后对肿瘤细胞的存活、增殖和迁移的作用也不同[41]。因此，细胞外腺苷信号除了能够建立免疫抑制的肿瘤微环境，还可以直接影响肿瘤细胞的增殖和转移，从而减弱免疫应答，降低免疫治疗的效果[15]。

腺苷在肿瘤免疫逃逸过程中发挥重要作用，肿瘤微环境中能够检测出高水平的腺苷，靶向腺苷生成通路或腺苷受体的治疗策略可以减弱免疫抑制，有效抑制肿瘤生长[42]。因此，针对CD39/CD73介导的腺苷信号通路的免疫治疗可作为抗肿瘤免疫治疗的新方向。

2.3 腺苷信号通路与上皮细胞-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）

Petruk等[43]研究发现，抑制CD73的表达可以减少肿瘤细胞增殖，增加上皮标志蛋白上皮钙黏素（E-cadherin）的表达，减少间质组织标志蛋白波形蛋白（vimentin）的表达，说明CD73可能通过促进EMT导致肿瘤进展。Lupia等[44]研究发现，在卵巢癌细胞中沉默CD73后导致EMT相关基因表达减少，并且这种减少可以被外源性腺苷重新上调，提示CD73的酶活性参与调节EMT的发生，但其具体机制尚不清楚。Xu等[45]研究证明，腺苷信号通过与细胞内Rho GTP酶激活蛋白32（Rho GTPase activating protein 32，ARHGAP32，又称 RICS）的相互作用，抑制ras同源基因家族成员A（ras homolog family member A，RHOA）/LIM 激酶（LIM domain kinase，LIMK）/丝切蛋白（cofilin，CFL）通路的磷酸化，促进β-连环蛋白（β-catenin）的激活，进而引起EMT的发生，促进胃癌转移。Ma等[46]研究发现，肝细胞癌组织中CD73与神经钙黏素（N-cadherin）的表达呈正相关，与E-cadherin的表达呈负相关，提示CD73是肝癌EMT的关键调节因子，CD73产生的腺苷与A2AR结合后能够激活Rap1，Rap1再将P110β募集到质膜上，诱导磷脂酰肌醇-3，-4，-5-三磷酸（phosphatidylinositol-3,4,5-trisphosphate，PIP3）的产生，从而促进肝癌细胞中蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又称AKT）磷酸化，这些结果表明，CD73介导的腺苷信号可以激活磷脂酰肌醇-3-羟激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）/AKT信号通路，促进EMT和肝癌发展。Yu等[47]研究发现，腺苷信号能够显著促进乳腺癌的生长和转移，并且在乳腺癌EMT中发挥作用，但其具体作用机制有待继续研究。此外，4种腺苷受体均与促分裂原活化的蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）和蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）途径的激活有关[48]，A2AR和A2BR与腺苷结合后可以刺激环磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）的产生和蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）的激活，A1R和A3R与PI3K途径的激活有关，A2BR可在腺苷的作用下激活cAMP/PKA和MAPK/胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）通路从而调节EMT[49]。

EMT被认为是肿瘤发生发展的关键步骤，其发生受到多个信号通路的调控[50]。目前关于腺苷信号通路通过促进EMT的发生导致肿瘤进展的机制研究相对较少，其具体机制仍需深入研究。

3 针对CD39/CD73腺苷通路的治疗现状

3.1 CD39

Zhang等[26]研究证明，CD39在MDSC上表达是保证CD39抑制剂POM-1治疗活性的前提。Yan等[51]研究显示，CD39在MDSC上的表达是抗CD39抗肿瘤活性所必需的，这与之前的研究结果一致。此外，细胞外ATP（extracellular ATP，eATP）/嘌呤能受体 P2X7（purinergic P2X 7，P2RX7）/凋亡相关微粒蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing CARD，ASC）/NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3（NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3，NALP3）炎症小体轴在阻断CD39后的抗肿瘤活性中发挥重要作用，P2RX7、ASC或NALP3基因缺失会导致阻断CD39介导的抗肿瘤效应消失，抗CD39单抗可通过刺激eATP/P2RX7/炎症小体/IL-18信号通路，减少肿瘤内巨噬细胞的数量，增强肿瘤内T细胞的效应功能，克服抗PD-1治疗的耐药性，并潜在地增强过继性T细胞治疗（adoptive T-cell therapy，ACT）的疗效[52]。Bastid等[53]研究发现，抑制CD39的表达可以减轻肿瘤细胞介导的对CD4+和CD8+T细胞的免疫抑制，还证实了抗CD39单抗（OREG-103/BY40）能够增强细胞毒性T淋巴细胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL）和NK细胞的活性，从而增强对肿瘤细胞的杀伤作用。另一项研究评估了抗CD39单抗IPH5201在小鼠临床前模型中的应用效果，发现IPH5201能够增加ATP诱导的奥沙利铂的抗肿瘤活性，并证实了其与ICI和化疗药物联合应用在恶性肿瘤治疗中的潜力[54]。

3.2 CD73

一项对接受免疫治疗的晚期或复发性NSCLC患者的研究显示，患者的PFS和OS与CD73的表达水平呈正相关，肿瘤细胞中CD73表达≥50%的患者PFS和OS明显改善，说明CD73高表达可能提示NSCLC患者对ICI应答，CD73是具有良好代表性的免疫标志物[12]。Jin等[7]开发了CD73抗体Ab001/Ab002和人源化版本Hu001/Hu002，并首次产生了抗体药物偶联物（antibody-drug conjugate，ADC）Hu001-MMAE，可以特异性靶向包括NSCLC在内的多种CD73高表达实体瘤并显示出良好的抗肿瘤效果，对正常增殖的人T细胞和CD73低表达的肿瘤细胞则无明显的细胞毒性。MEDI9447是一种针对胞外酶CD73的人类单克隆抗体，目前正在进行关于MEDI9447在恶性肿瘤患者中安全性、耐受性和临床活性的Ⅰ期临床试验[55]。BMS-986179是一种高亲和力抗体，能够抑制CD73酶活性并下调其在肿瘤细胞上的表达，Siu等[56]首次进行了BMS-986179+纳武单抗（nivolumab）在晚期实体瘤患者中应用的Ⅰ/Ⅱa期临床研究，结果显示出初步的抗肿瘤活性，且患者对该组合耐受良好。IPH5301是一种抗CD73单抗，可以单独使用，也可以与其他ICI、腺苷受体抑制剂、TKI以及治疗晚期实体瘤的化疗药物联合使用，初步数据显示出良好的抗肿瘤效果和安全性，目前正在进行联合PD-1/PD-L1抑制剂或A2AR的Ⅰ/Ⅱ期临床试验[54]。

3.3 腺苷受体抑制剂

针对CD39和CD73的治疗机制主要是阻断腺苷的产生，另一种治疗策略则是直接阻断腺苷与其受体结合。A2AR抑制剂已进入恶性肿瘤患者的临床试验，初步数据表明这些药物具有良好的耐受性，且显示出一定的应用潜力[57]。3种A2AR抑制剂目前正在Ⅰ/Ⅱ期临床试验中作为单一药物用于治疗实体瘤患者，分别是CPI444（NCT02655822）、AZD4635（NCT02740985）和NIR178（NCT02403193、NCT03207867）[41]。临床前研究结果表明，拮抗荷瘤小鼠A2BR的作用可抑制肿瘤的生长和转移，延长小鼠的存活时间，这为A2BR拮抗剂的开发提供了数据支持[58]。基于这些数据，Palobiofarma公司启动了一项剂量递增的使用选择性A2BR拮抗剂PBF-509治疗晚期NSCLC患者的第一阶段研究。AB928是一种新型A2AR/A2BR双重腺苷受体拮抗剂，Seitz等[59]进行了Ⅰ期安慰剂随机对照研究，评价AB928在健康志愿者中的安全性、耐受性、药代动力学，结果显示，AB928在测试的最高剂量下安全性、耐受性均良好，这些数据支持AB928的进一步临床开发。

CD39/CD73腺苷途径是促进肿瘤发生发展的关键途径，除了对肿瘤本身的影响，还影响与之相关的肿瘤微环境以及抗肿瘤免疫反应[60]。针对CD39和CD73及腺苷信号的免疫治疗能够增强对局部肿瘤的控制，减少肿瘤的远处转移，还能够增加放疗的获益[61]。早期临床试验的初步结果发现，现有的临床数据已经显示出针对CD39、CD73及腺苷信号的免疫治疗的应用潜力，单药治疗或联合其他药物治疗通常能够表现出良好的耐受性和抗肿瘤作用，并报道了一些常见的免疫相关不良事件[57]。Goueli和Hsiao[62]的研究中提出一种非常灵敏的监测CD39/CD73酶活性的分析方法，为筛选出可能更有效的新型制剂提供了便利，相信不久后就会有令人兴奋的结果出现。

4 小结与展望

综上所述，CD39/CD73的表达及其介导的腺苷信号通路可能与肿瘤的发生发展密切相关，随着免疫治疗的兴起，近年来CD39/CD73及腺苷信号通路成为了医学研究的重点，大量的证据表明CD39/CD73表达上调能够促进肺癌的发生发展，并与患者的预后不良密切相关，但其在肺癌免疫调控中的作用机制尚不完全清楚，其完整机制需进行更多的深入研究。针对CD39/CD73及腺苷信号的免疫阻断治疗为肺癌的免疫治疗提供了新的角度，关于抗CD39/CD73单抗及腺苷受体抑制剂的临床试验正在陆续进行中，人们正在积极探索多种有关恶性肿瘤免疫治疗的新方案，期待更多临床试验结果的公布。阻断CD39/CD73及腺苷信号的免疫治疗在临床中具有较好的应用前景，而制订合适的治疗策略，如何同放疗、化疗及其他免疫抑制剂联合应用，以及如何筛选适合治疗目标的肺癌患者将会成为新的临床研究方向。