CD73在临床疾病中的研究进展

王琰 赵育洁 李琼 郭志坤

目前人体内5'-核苷酸酶有7种，存在于质膜外、线粒体基质和胞质中，其中CD73是附着在质膜外的核苷酸酶。CD73在体内参与以下几方面的生理作用：（1）影响嘌呤核苷酸的补救合成过程。 CD73介导产生的腺苷，通过CD39和 CD73来控制嘌呤核苷酸的生成，进而调控核苷酸的信号传递。（2）催化 5'-AMP，生成的腺苷与 A1、A2A、 A2B、 A3腺苷受体结合，通过生物信号转导作用，产生不同的生理作用。（3）参与T细胞活化。CD73水解产生的腺苷可活化免疫细胞，对免疫细胞增殖产生影响，且可调节CD4+CD25+Treg细胞，降低T细胞的免疫作用。CD73对机体的作用是多方面的（图1）。 CD73 对缺血心肌有保护作用[1]，CD73可促进多种肿瘤细胞的增殖[2]，此后 CD73在肿瘤治疗，免疫抑制等研究较多，以上效应多是 CD73介导腺苷与腺苷受体作用。CD73可影响体内心血管、神经、视觉器官、内分泌和呼吸系统等（图1）。目前临床上已利用CD73作为辅助检查指标，如根据 CD73表达判断患者生存时间[3]、肿瘤侵袭性、预后和诊断[4]，临床也利用 CD73相关的腺苷和腺苷受体的抑制剂或激动剂，治疗肝硬化，消化道、弓形体、细菌感染，风湿性关节炎和败血症等。本文就国内外关于CD73在临床疾病方面的作用进行综述。

一、CD73与肿瘤疾病

CD73存在于肿瘤组织且参与多种肿瘤细胞的生长、转移和恶化，同时也是肿瘤发生发展中血管再生和免疫抑制的主要分子[5]，CD73以上作用与其酶活性相关。CD73可促使人Hela和SiHa细胞的增殖，且在Hela和SiHa细胞高表达CD73会增强EGFR/Akt和VEGF/Akt通路蛋白表达，而CD73的促细胞增殖作用与酶活性无关[2]。CD73在肿瘤发生发展中的机制见图2。

图1 CD73在临床疾病中的应用研究

CD73在肿瘤形成、迁移中通过细胞间或者细胞与基质间作用，发挥免疫抑制、耐药性的效应，协助肿瘤细胞的增殖和侵袭，而与CD73酶活性相关的腺苷是参与免疫逃逸作用中的重要分子[6]。CD39和CD73协同产生腺苷与CD8+T细胞作用，抑制其产生 IFN-γ和细胞毒性作用；腺苷与内皮细胞作用，促其产生血管细胞粘附分子（vascular cell adhesion molecule，VCAM），细胞间黏附分子（intercellular cell adhesion molecule，ICAM）和凝集素（selectin），进而抑制T细胞归巢；腺苷作用于幼稚性 CD4+T 细胞，降低 Th1/Th2作用，但可促进Tre细胞和Th17作用[3]。体内存在高效的腺苷失活机制维持腺苷浓度在1 ～ 2 μmol/L以下，在组织细胞缺氧、损伤时，释放ATP水解为腺苷，高浓度的腺苷与A2A 亚型结合，可抑制 T 细胞的抗肿瘤活性、生存和效应功能[7]。腺苷可以通过释放炎性因子，抑制树突状细胞的分化和功能，进而抑制自然杀伤细胞（natural killer cells，NK）的生长和免疫作用。腺苷也可直接作用于NK细胞，抑制NK细胞释放 TNF-α和INF-γ，并降低其溶解作用。A2aR、CD73 双基因敲除小鼠可增强肿瘤控制，减少肿瘤形成、增殖和侵袭[8]。

图2 CD73在肿瘤中的作用机制示意图

肿瘤细胞的快速代谢需充足的血运，CD73在肿瘤环境中可明显促进肺部微血管内皮细胞形成类毛细管样结构[9]，在CD73高表达的小鼠，肿瘤血管形成的数量和分布较CD73未表达的小鼠更多更广，证实CD73可促进肿瘤环境中的内皮细胞生成血管。CD73在小鼠黑色素瘤中可增强新生血管形成，而APCP抑制CD73后，新生血管生成减少，成熟被抑制。CD73介导的腺苷与内皮细胞作用，可使 VEGF、bFGF、IL-8表达增加，TSP-1表达降低，进而促血管形成[10]。在肿瘤小鼠，A2B受体表达可刺激血管平滑肌细胞、内皮细胞、免疫细胞和肿瘤细胞释放 VEGF，促使血管再生[11]。有研究发现内皮相关的促血管形成与CD73的非酶活性有关。由此CD73的酶功能与非酶功能均参与肿瘤血管的形成。

在乳腺癌细胞中干扰CD73表达，可影响细胞周期和细胞凋亡，同时CD73上调EGFR分子表达，考虑是由于转录因子PPARγ等的调节来促细胞增殖[12]。在CD73参与宫颈癌细胞Hela和SiHa增殖时，此增殖作用不能被 APCP（＜ 100 µmol/L）减弱，CD73高表达会增强 EGFR/Akt 和VEGF/Akt通路蛋白表达，这种促增殖作用与酶活性无关[2]。CD73可通过 MicroRNA-30a降低结直肠癌肿瘤的生长，加快凋亡[13]。CD73缺失小鼠的黑色素瘤生长会受到限制，而在小鼠前列腺腺癌中抑制CD73表达时，可延缓腺癌肿瘤的进展[14]，因此外源性CD73和宿主原有CD73，在肿瘤细胞增殖中均发挥作用。

CD73与肿瘤细胞转移关系密切。前列腺癌转移者体内CD73的表达高于未发生转移者。CD73的促转移机制可能与EGFR通路有关，过表达CD73可促使EGFR和IL-8的表达，进而促进肿瘤细胞在细胞间的转移[15]。CD73的酶作用与肿瘤细胞的转移有关，而非酶作用则通过活化黏着斑激酶，促使肿瘤细胞在细胞间的移动和附着能力。在乳腺肿瘤模型中，CD73的表达高低与其恶化程度有关，而CpG岛甲基化的丢失水平与CD73表达增高相一致，二者间调控可能与转移相关[16]。肿瘤转移与预后关系密切，通过CD73调控肿瘤转移水平，可改善肿瘤患者预后。

二、CD73与心肌损伤

CD73对缺血心肌有保护作用[3]，本课题组发现CD73+MSCs是心肌的优势亚群，其改善心功能作用高于CD73-MSCs 和混合群 MSCs，其作用可能通过：（1）CD73提高MSCs的心肌转化；（2）CD73在MSCs心肌修复中的促血管形成等作用；（3）CD73对心脏免疫细胞的调控；（4）CD73对心脏相关细胞的增殖影响。目前研究较多的是CD73对心脏免疫细胞的作用。

CD73对心脏的保护作用对维持心脏功能很重要，小鼠心脏缺乏CD73来源的腺苷，易发炎性反应，增强心脏水肿发生，影响收缩功能，易形成未成熟瘢痕并增强远端心室纤维化，导致心衰加重[17]。CD73基因缺乏小鼠，心脏巨噬细胞高表达 M1基因，如 TNF-α，IL-1β，IL-6，而 M2基因如精氨酸酶-1，IL-10，TGF-β表达降低。CD39参与心肌缺血再灌注时的心脏保护功能，主要通过CD73水解产生的腺苷与腺苷受体作用，此作用可能与 Akt，ERK1/2和GSK-3β的磷酸化水平升高有关。由CD73介导的腺苷与T细胞作用，可抑制心肌炎症和心肌纤维化，并可保护主动脉缩窄性心力衰竭的收缩功能，这些作用可能与活化腺苷A2A受体有关，同时还揭示了T细胞表面的CD73分子对于主动脉弓缩窄诱导的心力衰竭起着重要的抗炎效应，这可能是CD73 与A2A受体作用，产生抗纤维化活性和降低炎性因子生成有关[18]。腺苷通过与成纤维细胞、内皮细胞、平滑肌细胞和白细胞上的膜受体相互作用而恢复组织内稳态，但它们的调节仍不完全清楚。在心脏瓣膜病左室功能不全患者心肌成纤维细胞中CD39、CD73和腺苷受体同时表达升高[19]，提示可能在心脏瓣膜病变时，由CD39和CD73共同作用产生的腺苷在病变进展中发挥保护作用。目前CD73对心脏保护作用的具体机制，尚有待深入研究，但CD73的酶活性在心肌损伤的保护中发挥一定作用，这为基础或临床研究心肌损伤提供新的方向。

三、CD73与弓形体感染

弓形体是胞内生长和增殖的寄生虫，其自身没有CD73表达，因此不能利用ATP或AMP水解生产腺苷，只能利用宿主产生的腺苷，来满足自身生长发育需要。缺乏CD73基因小鼠的免疫细胞，如淋巴细胞、巨噬细胞和树突状细胞等，不易引起弓形体入侵和胞内生长。

CD73分子在弓形体侵袭宿主中的作用，主要通过以下几方面介导：（1）提供能量。弓形体进入机体可形成寄生液泡膜（parasitophorous vacuole membrane，PVM），主要由宿主胞膜和自身构成。有研究发现SCA-1、CD55是构成PVM的关键分子[20]，且作为胞膜表面的糖基-磷酰肌醇蛋白，其与CD73表达部位一致。弓形体通过PVM与宿主交换物质，获取自身生长所需物质。CD73的缺乏，可影响弓形体在宿主体内的生长发育。宿主细胞可利用补救合成途径合成腺苷，此过程与CD73介导生成腺苷的方式不同，由HGPRT和APRT参与补救合成过程，APRT可催化PRPP合成AMP，来满足自身的生长和代谢[21]。与弓形体依赖CD73合成腺苷不同，机体本身可利用补救合成途径来满足自身对腺苷的需求，这也是未来临床预防弓形体感染的新靶点。（2）免疫调节作用。研究表明，CD73和由其产生的腺苷可调控中性粒细胞对弓形体入侵所引起的机体排斥反应，尤其在弓形体入侵的早期[22]。CD73作为一种膜蛋白，调控细胞黏附和细胞间信号传导，也是关键的免疫分子，CD73介导的腺苷与受体结合，可作用于免疫细胞，产生免疫抑制效应：如影响 T淋巴细胞的生长、分化和激活，影响淋巴细胞和中性粒细胞的移动、侵袭过程。有研究观察到CD73+/+小鼠感染弓形体肠内CD3、CD4、CD45和中性粒细胞表达低于CD73-/-小鼠，且由于CD73的免疫抑制作用，可协助弓形体的免疫逃逸，影响宿主细胞的排斥反应，进而促使弓形体在宿主体内的免疫逃避，且弓形体感染后，影响抗原递呈细胞的作用，影响胞内弓形体清除[23]。（3）旁分泌作用。弓形体进入机体，可引起机体体内的免疫反应，其中原发免疫反应主要由巨噬细胞等参与，宿主的继发免疫反应中，CD4-Th1发挥了重要作用，主要由其旁分泌作用在弓形体感染的免疫反应中起重要作用。Th1细胞分泌的IFN-γ，TNF-α，是参与防止弓形体侵袭机体的关键分子，若宿主缺失IL-10，感染弓形体可引起致命性死亡，考虑可能与IFN-γ，TNF-α，IL-12的大量分泌有关。CD73介导的腺苷与其受体作用，可引起一系列细胞因子的分泌，如：IL-6，IL-10，IL-17，IL-1β，IFN-γ，TNF-α，还可产生NO、巨噬细胞炎症蛋白1等化学因子，同时还可调控T淋巴细胞分化为Th1和Th17细胞[24]。Wang等[23]发现感染弓形体的CD73+/+小鼠产生较多的IL-6，IL-10，IFN-γ。其中CD73介导产生的IL-17，在宿主体内产生两种作用，一方面可以防护机体感染弓形体后导致的致死威胁，另一方面还可以抑制弓形体在机体体内引起的生长，有助于机体对弓形体的清除。旁分泌在宿主抗弓形体感染过程中，主要通过调控免疫作用来发挥作用，二者之间作用互相协调，对弓形体在体内生长、繁殖产生影响。

四、CD73与消化系统疾病

在结肠炎病变时，CD73分子水平表达约高于平时的4 倍。Mills等[25]研究发现CD73敲基因小鼠慢性结肠炎模型，与对照组相比，有更严重的消化道症状，如：腹泻、便血和体重下降等。另有实验表明，CD73敲基因小鼠感染幽门螺杆菌时胃炎更严重，同时促炎因子分泌增多[26]。CD73可调控组织屏障功能，活化结肠HIF-α，可使HIF-α调节的CD73、肠三叶肽因子等具有屏障保护功能的基因表达上调，从而增加结肠炎时肠道的屏障功能[27]。由此，肠道损伤时，HIF-α可能与CD73处于同一信号通路，调节性保护机体肠道。CD73缺乏小鼠和正常小鼠相比，JAM4基因表达降低，而有人研究也发现，JAM缺乏小鼠，更易发生严重的慢性结肠炎，说明在肠道的炎症调控中，CD73与JAM之间存在一定关联。CD73介导的腺苷与腺苷受体结合，可以调控免疫反应，并分泌一系列分子如：IL-1β、IL-17等，还可增加NO的分泌，这些分子和化学物质能够保护肠道内的菌群稳定[28]。CD73介导的腺苷还参与肠道黏膜的分泌及肠道上皮细胞水电离子转运。CD73目前在消化系统中研究较少，具体作用机制有待作进一步深入探讨。

五、CD73与神经系统疾病

图3 CD73 在弓形体感染中的作用机制示意图

CD73敲基因小鼠的自体免疫脑脊髓炎发生较少或病情较轻，揭示CD73参与神经系统疾病进展。在脑缺血缺氧时，可破坏机体血脑屏障而导致血管源性脑水肿，CD73可介导腺苷与其受体结合生成cAMP而降低血脑屏障通透性，同时腺苷可作为一种内源性神经保护因子保护缺血脑组织。在神经系统中，腺苷与腺苷受体结合发挥作用，CD73敲基因小鼠脑血管内皮细胞上多种腺苷受体表达水平增高。干扰动物A1基因，可引起自体免疫脑脊髓炎动物血管中促炎因子生成增多，而抗炎因子的生成降低，而多发性硬化患者在临床检测中A1受体表达下降，而在活化A1受体时，则可观察到自体免疫脑脊髓炎动物的神经损伤减弱[29]。体外培养中，在动物脑缺血模型中活化A1受体，则可缓解炎症损伤和降低脑细胞死亡，而体外细胞培养可检测到同样结果。也有人发现腺苷的A3受体在神经系统损伤中，也参与其中。腺苷的A3受体可降低PI3K的作用，抑制小胶质细胞分泌TNFα，其通路可能与NF-kB途径有关[30]。同时A3受体也可以作用于巨噬细胞，进而抑制其产生TNFα。其信号通路可能与胞内Ca2+的降低有关，从而降低NF-kB或ERK1/2表达。研究也发现用咖啡因饲养小鼠，很少发生自体免疫脑脊髓炎，咖啡因对小鼠神经系统的功能发挥，可能是通过与腺苷受体结合，从而阻止腺苷发挥作用[31]。咖啡因可预防减轻小鼠发生 MS 的风险，可为未来临床预防 MS 提供新思路。

六、CD73与器官移植

近年来临床上各种脏器移植技术发展迅速，但脏器移植过程中的各种免疫排斥作用不可避免，免疫排斥也是手术失败的重要因素。Crikis等[32]提出CD73的表达增多能够缓解肾移植术后的免疫排斥反应，在CD73敲基因小鼠心脏移植过程中，可加重免疫作用，影响心肌功能，同时各种免疫细胞的局部聚集也升高，由此推测CD73的表达可以防护移植后免疫排斥反应。在对小鼠进行气管移植[33]过程中，发现CD73敲基因小鼠易发气管狭窄，且移植气管中的CD3+细胞和炎性细胞因子的表达也增加很多。此外，有研究发现，CD39和CD73可能与移植排斥反应中的免疫调控有关，二者调节急性免疫反应和GVHD，通过两个方面作用：（1）分泌腺苷降低内皮细胞的功能，进而导致炎性环境的形成；（2） T淋巴细胞分泌的腺苷及其相关的免疫作用。在肝移植损伤的研究中，CD39和CD73协同介导腺苷与腺苷受体作用，可增加细胞内cAMP的浓度，cAMP浓度的升高能降低炎性因子TNF-α和IFN-γ的是释放，由此减少T细胞激活导致的肝脏损害[34]。另一方面，腺苷可影响中性粒细胞和巨噬细胞的功能，避免细胞损伤。

CD39和CD73介导腺苷可调控移植免疫反应和GVHD。CD39和CD73影响T淋巴细胞的活化和腺苷的作用是调控T淋巴细胞免疫抑制功能的关键作用途径。T淋巴细胞表面CD39和CD73的协同作用，也是它免疫抑制物抵抗的关键途径，可降低GVHD的危害水平。由此，CD73可在未来器官移植防护和治疗中发挥作用。

七、CD73与其他疾病

CD73除与以上疾病有关外。还与糖尿病、系统性红斑狼疮、视网膜血管新生和耐药性等均有关系。有实验发现在糖尿病视网膜病变的血液检测中CD73表达含量增高，且CD73的水平与疾病的发生情况间有一定的相关关系，提示CD73能够作为DR诊疗、预后判断的临床标准[35]。CD73与机体免疫反应关系密切，系统性红斑狼疮属于抗核抗体的一种，CD73可能参与其疾病的发生发展。研究发现，CD73能够成为Treg的标志物，它在Treg中的高水平考虑与系统性红斑狼疮的致病有关。有研究表明[36]，当视网膜在氧气不足条件下，可引起病理性血管形成，CD73及腺苷的表达均升高，CD73在视网膜血管中的功能，有学者认为可能是由于CD73介导的腺苷影响视网膜血管内皮细胞的生长、迁徙和管腔生成，从而在血管生成演变中体现其关键作用，在CAM研究中已发现腺苷能够促进血管的生成增多，这种作用可能与各种受体亚型均有关系。

八、问题与展望

CD73存在于生物体大部分细胞表面，分布的广泛性决定功能的多样性，目前许多临床疾病的进展，与CD73的酶活性和（或）非酶活性有关。CD73目前的研究多侧重于基础研究中的动物模型，临床应用尚不成熟，但CD73与临床多数疾病的联系，决定其巨大的临床应用潜能。目前临床上多用CD73作为临床检查指标，如CD73的表达可作为甲状腺乳头状癌的辅助诊断和判断结肠癌患者的预后[37]。而与CD73相关抑制剂、腺苷受体激动剂或者抑制剂目前在临床已经制成药物，用于临床相关疾病的治疗，如5'-α、β-亚甲基-二磷酸腺苷（adenosine 5'-alpha，beta-methylene-diphosphate，APCP）目前被用来治疗肺水肿、肝硬化、胃肠道感染，腺苷A2B受体抑制剂治疗肺纤维化[38]，A1受体激动剂用于治疗阵发性室上性心动过速，A3受体拮抗剂被用于治疗高血压、青光眼和哮喘等。这些临床药物的使用，进一步说明了CD73及其介导的腺苷作用强大，但由于CD73及腺苷受体在体内分布广泛，未来临床适用需考虑以下问题：（1）不同疾病，CD73的表达高低存在治疗矛盾，如下调CD73的表达，可降低肿瘤血管形成、弓形体感染、自身免疫疾病发生等，但同时可增加心肌损伤、消化系统感染、器官移植免疫排斥等；（2）同一疾病，CD73的表达高低也存在治疗矛盾，如心肌损伤中，上调CD73的表达，可增加心肌修复、血管形成、旁分泌、免疫抑制效应，但可潜在增加感染风险；在神经疾病中，下调CD73表达，可降低自体免疫脑脊髓炎发生，但在脑缺血模型中，可能潜在增加炎症损伤、细胞死亡风险等；（3）同一疾病的不同阶段，CD73的表达高低也存在治疗矛盾，如在弓形体感染前，CD73和腺苷的对免疫细胞的调控，可抑制弓形体入侵，而在弓形体入侵后，CD73和腺苷的免疫抑制调控，可促进弓形体的免疫逃逸，避免弓形体清除等。这些问题是CD73临床应用需兼顾的重点。目前靶向肿瘤治疗可考虑特异性携带CD73作用于肿瘤或其它组织局部，以增加CD73的作用效果，同时避免其引起的副作用，课题组前期关于CD73治疗心肌损伤研究中，利用慢病毒载体特异作用于心脏局部，其所提高的心功能修复优势高于其潜在的风险，未来考虑利用纳米粒载体携带CD73治疗心肌损伤，这种局部针对性治疗也可考虑用于其它系统疾病，可避免治疗矛盾问题。总之，在临床广泛应用研究CD73时，需寻求合适作用方式及途径，降低其潜在风险，以使其更好适用临床。