吲哚胺2,3-双加氧酶——多种肝病中发挥双刃剑作用的重要介质

叶 森， 王宏宾， 付 永

1 青海大学 研究生院， 西宁 810016； 2 青海大学附属医院 肝胆胰外科， 西宁 810001；3 青海省畜牧兽医科学院， 西宁 810016

吲哚胺2,3-双加氧酶(indoleamine 2,3-dioxygenase，IDO)是肝外唯一可催化色氨酸(tryptophan，TRP)分子中的吲哚环裂解，从而沿犬尿氨酸(kynurenine，KYN)途径(图1)分解代谢的限速酶，最早被发现于兔肠道组织中[1-2]。IDO可通过IFNγ、肿瘤坏死因子、脂多糖等促炎细胞因子，在上皮细胞、树突状细胞(DC)和巨噬细胞中诱导，介导免疫逃逸和免疫应答等过程[3-4]，此外，细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4(cytotoxic T lymphocyte associated antigen-4，CTLA-4)与CD 80/CD 86分子的结合也能够促进IDO的表达[5]。不仅如此，肝内细菌和病毒感染以及肝纤维化、肝硬化、肝肿瘤和部分肝寄生虫等非致病性炎症也对IDO的表达有明显的诱导作用，这也是IDO在肝脏相关疾病中发挥作用的原因[6]。肝脏是以代谢功能为主的重要人体器官，扮演着去氧化、储存肝糖、分泌性蛋白质合成、制造消化系统所需的胆汁等角色。据估计[7]，我国超过1/5的人群正受到肝脏疾病的困扰，尤其是病毒性肝炎、肝纤维化、肝硬化、肝癌、非酒精性脂肪性肝病和肝寄生虫病等。近年来，TRP降解过程中的重要代谢酶IDO被认为是在多种肝脏疾病发生发展中具有双刃剑作用的重要介质，引起广泛关注，本文分别阐述IDO在病毒性肝炎、肝纤维化、肝硬化、肝癌和肝棘球蚴病中的最新研究进展。

注：TDO，色氨酸2,3-双加氧酶；KMO，犬尿氨酸-3-羟化酶；3-HK，3-羟基犬尿氨酸；KYNU，犬尿氨酸酶；3-HAA，3-羟邻氨苯甲酸；3-HAO，3-HAA氧化酶；QUIN，喹啉酸；NAD+，烟酰胺腺嘌岭二核苷酸；NADP+，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸；KATS，犬尿氨酸转氨酶；KYNA，犬尿喹啉酸。

1 IDO与病毒性肝炎

肝炎病毒有多种，临床常见为HAV、HBV、HCV、HDV、HEV 5种。据统计[8]，全球2019年仍有约2.96亿HBV感染者，5800万HCV感染者，这些病原体可引起急、慢性肝炎，并进展为肝硬化或肝细胞癌(HCC)。HBV、HCV均可利用多种途径实现免疫逃逸，相关研究[9]表明，IDO参与乙型、丙型肝炎的发生发展，其与特异性细胞毒性T淋巴细胞(CTL)的表达密切相关，当HBV、HCV感染后，刺激CTL产生促炎细胞因子，特别是IFNγ，后者促使肝细胞高度表达IDO。

在乙型肝炎患者中，IDO是IFNγ诱导的人肝细胞源性细胞中抗HBV反应的主要介质，原因在于IDO不改变病毒RNA稳态水平的情况下可有效降低细胞内HBV DNA水平。此外，IDO失活突变体的表达并未抑制HBV复制，但培养中补充TRP却完全恢复了表达IDO细胞中的HBV复制水平，二者对比表明，IDO的抗病毒作用是由TRP剥夺介导的[10]。Yoshio等[11]为了阐明IDO诱导机制及其对HBV复制的影响，使用一种由人类自然杀伤(NK)细胞、浆细胞样DC和控制IDO表达的HBV转染的Huh7细胞组成的培养模型，研究发现，在最终清除HBV的急性肝炎患者中，IDO活性、趋化因子(C-X-C基序)配体9(CXCL9)、CXCL10和CXCL11表达增加，IDO对HBV的这种抑制能力在IDO基因敲除细胞中消失，并通过IDO在细胞中重新导入而恢复，再次验证了IDO是一种抗HBV效应剂，其在感染早期可作为后续免疫反应的效应指标。该团队研究[12]进一步模拟了IDO在HBV感染中的具体作用机制：首先，DC识别HBV感染，导致CXCL9、10、11在肝脏中相继被诱导，进而吸引DC、NK细胞和T淋巴细胞进入肝脏，NK细胞和浆细胞样DC共同通过IFNγ的产生以非细胞病变机制增强IDO活性并抑制HBV复制，DC产生CCL19或CCL22，并诱导调节性T淋巴细胞(Treg)通过产生IL-10减轻肝脏炎症。笔者认为，虽然该研究仅为模拟机制，但IDO对HBV复制的抑制作用已被证实，相信随着研究的不断深入，IDO参与HBV感染的机制将得到全面的解释。

同乙型肝炎患者类似，HCV感染同样可直接诱导IDO和IFN表达[13]。IDO在HCV感染的不同阶段通过减缓病毒复制和调节宿主免疫发挥双重作用。在HCV感染的早期阶段，IDO的上调可能通过减缓HCV复制而有助于宿主的天然抗病毒防御机制，当HCV特异性T淋巴细胞被激活并在肝脏中积聚时，HCV感染的肝细胞中IFNγ诱导的IDO上调可能有利于诱导免疫耐受[14]。免疫耐受机制可能为DC通过诱导Treg而表达高水平IDO，其进一步作为诱导剂诱导免疫耐受，因此，评估IDO和TRP水平可用于平衡抗病毒作用和调节宿主免疫反应这一关键性问题[15]。此外，研究发现丙型肝炎患者的全身IDO活性与肝脏炎症和纤维化程度有关。Asghar等[16]通过评估丙型肝炎患者IDO的表达和活性发现HCV感染进行性肝硬化患者肝脏中IDO的高表达可能与HCC的发生有关，提示IDO可能参与HCV感染-肝纤维化、肝硬化- HCC这一进程的发生发展，IDO可能是抗HCV的一个新的治疗靶点。

通过回顾IDO在HBV、HCV中作用机制的相关研究不难发现，IDO可能有助于评价和治疗病毒性肝炎相关疾病，但具体机制并未完全阐明，期待更进一步研究。目前，关于其他类型病毒性肝炎的相关研究较少，缺乏足够的理论支持。

2 IDO与肝纤维化、肝硬化

肝纤维化和肝硬化是一个量变到质变的关系。肝纤维化是肝硬化的前兆，是细胞外基质蛋白沉积的结果，主要由活化的肝星状细胞介导。大多数慢性肝病都会伴有肝纤维化，其中一部分患者会进展为肝硬化，而炎症在肝纤维化的发展中起着重要作用。肝纤维化主要发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，抑制肝脏炎症可以延缓肝纤维化的进展[17]。

IDO作为重要的免疫调节酶，与肝纤维化及肝硬化息息相关。研究[18]发现，肝硬化患者血清IDO 水平降低，但与肝硬化程度呈正相关，提示血清IDO水平可能是肝损伤和肝纤维化程度的一个潜在标志。近期，Ogiso等[19]提出IDO缺乏可加重CCL4诱导的肝纤维化模型，由于肝纤维化是一个动态过程，IDO可能在肝纤维化的不同阶段发挥不同作用，炎症状态下IDO表达增强可能延缓肝纤维化的进展。前文已阐述HCV相关肝硬化中发现IDO高表达，提示IDO可能导致HCV相关肝硬化的发生发展，目前数据支持IDO创造的免疫抑制环境可能导致慢性HCV感染者逐渐进展为肝硬化的假设，IDO可能成为HCV致肝硬化的有效标志物。因此，笔者认为有必要对HCV信号转导导致IDO升高的确切机制开展更多研究。Oh等[20]研究发现，IFNγ和IDO抑制剂1-甲基-L-色氨酸可使肝星状细胞凋亡显著增加，IFNγ和1-甲基-L-色氨酸的联合治疗可改善肝纤维化。Milosavljevic等[21]开展的肝纤维化过程中间充质干细胞介导的IL-17信号调节的分子和细胞机制研究发现，骨髓间充质干细胞以IDO依赖的方式抑制肝辅助性T淋巴细胞(Th)17细胞，从而减轻肝纤维化。上述几项研究结果并不一致，提示IDO对肝纤维化的相反作用可能与不同的机体微环境有关，在一些情况下加重了肝纤维化和肝硬化，但在特定的情况下又可改善病变，此外也不排除偶然误差导致错误结论的发生。当前相关研究虽然取得了一定成果，但仍存在一些问题有待深入探究。

3 IDO与肝癌

数百年来，免疫系统与癌症之间的复杂关系一直是备受学界关注的重要课题。肿瘤细胞的免疫逃逸机制是肿瘤细胞诱导的免疫抑制微环境，早期研究[22]表明，TRP耗竭可抑制T淋巴细胞增殖并诱导其凋亡。最新研究[23]质疑了这种机制，认为KYN的免疫调节功能主要与芳基烃受体(AhR)的转录因子有关，TRP-KYN-AhR通路在肿瘤免疫抑制中的作用引起广泛关注，具体机制为KYN通过L转运蛋白进入T淋巴细胞和NK细胞，与AhR相互作用表达程序性死亡蛋白1，抑制二者增殖；KYN也可通过激活AhR和诱导叉头转录因子3，诱导幼稚CD4+T淋巴细胞分化为免疫抑制Treg。因此，了解HCC诱导的免疫抑制机制对于设计新的HCC靶向免疫疗法非常重要[24]。

前期研究[25]表明，HCC细胞及其周围细胞中的IDO高表达/过表达与高转移率显著相关，且IDO过表达患者的预后更差，IDO可能是影响肝癌患者整体生存的独立预后因素。相关研究[26]进一步证实，HCC中的缺氧诱导因子-1α/CCL20/IDO轴通过诱导上皮-间充质转化和建立肿瘤免疫抑制微环境，加速肿瘤转移。据此，笔者推测IDO的上调可能促进肝癌的发生发展，IDO过表达可能是造成炎症和免疫抑制微环境的原因，因此，抑制IDO可能是抗肝癌新疗法的可观方向。Han等[27]研究为肝癌的免疫治疗提供了一个新的靶点，即人CD14+CTLA-4+调节性DC亚群(CD14+DC)通过产生IDO抑制T淋巴细胞反应，这可能有助于HCC的进展。

另有研究[28]显示，中性粒细胞百分比升高以及单核细胞与T淋巴细胞协同调节炎症因子可使肝癌细胞中IDO的表达增加，且单核细胞、T淋巴细胞、中性粒细胞百分比均与肝癌细胞的存活密切相关。笔者认为上述3项指标均为临床常用指标，藉此可较为容易反映肝癌严重程度及预后，应予以关注。Shibata等[29]探究IDO在二乙基亚硝胺诱导的肝癌中的作用发现，与IDO-野生型小鼠相比，IDO-敲除小鼠Treg浸润较少且肿瘤病灶更少，表明IDO诱导和下游代谢产物KYN升高可能在肝癌发生的早期和晚期发挥关键作用。Brown等[30]进一步在肝癌模型中发现，使用免疫检查点抑制剂治疗时，产生IDO的肿瘤细胞可产生抗药性，因此认为IDO抑制剂与免疫检查点抑制剂联合使用可能会使抗HCC治疗额外获益。后续大量研究证据也支持抑制IDO途径与其他抗癌方式联合的潜在效用，例如通过放疗、化疗等抑制IDO途径后，治疗效果较前明显改善[31]。

综上所述，IDO能够帮助肝癌逃避免疫监视，促进肿瘤的发生发展，前文已经说明HBV、HCV感染可以引起IDO上调并诱导免疫抑制，在肝癌中也是如此，而乙型、丙型肝炎与肝癌的发生密切相关，因此可以进一步推测IDO可能增加HBV和HCV诱导的肝癌的风险。

4 IDO与肝棘球蚴病

肝棘球蚴病是由棘球属的棘球绦虫寄生于人和动物体内所引起的一种人兽共患病[32]，该病在世界范围内广泛流行。在我国流行地区中，感染人的棘球绦虫主要为细粒棘球绦虫(Echinococusgranulosus，Eg)、多房棘球绦虫(Echinococusmultilocularis，Em)。二者主要侵犯人或动物的肝脏，其中Em如同肿瘤一样呈浸润生长，通过浸润还可转移至肺、脑等其他组织器官而形成转移灶[33]。目前，关于棘球蚴病的免疫耐受机制尚不清楚，且相关文献较少，其主要侵犯人或动物的肝脏，对其进行研究探讨可以有助于寻找肝棘球蚴病新的免疫治疗方法以及探索更为有效的防治思路。

研究[1]表明，如炎症、肿瘤一样，IDO也参与寄生虫病的免疫逃逸。单骄宇等[34-35]使用重组抗原B和小鼠细粒棘球蚴囊液处理DC后发现，棘球蚴抗原的刺激可增强IDO的表达，引起TRP的减少，表明IDO的表达在棘球蚴感染过程的免疫调控中发挥重要作用，推测IDO可能通过降解局部组织中的TRP，导致T淋巴细胞抑制或凋亡。笔者团队研究[36]发现，小鼠泡型包虫囊液组小鼠骨髓来源DC(BMDC)表面IDO mRNA相对表达量、IDO蛋白相对表达水平及BMDC上清液中IDO浓度明显高于阴性对照组，表明泡型包虫囊液具有上调BMDC表面IDO表达的作用。上述研究分别以Eg、Em为研究对象，获得了相似的结论，即Eg、Em各自的抗原成分——细粒棘球蚴囊液和泡型包虫囊液均可诱导DC表面IDO高表达，表明Eg、Em感染致宿主DC高表达IDO具有相似性。因此，DC表面IDO高表达可能与Eg、Em免疫耐受分子机制的形成有关，但IDO在其中的具体调控机制并未完全阐明，笔者认为后续仍需进一步实验以确认IDO是否参与Eg、Em慢性感染致宿主的免疫耐受过程。

此外，研究[35]发现囊型包虫病感染过程中宿主DC表面IDO高表达可抑制Th1正常免疫功能，促使机体产生Th2型反应。进一步研究[37]证实，IDO可诱导Th1凋亡，推测在Eg慢性感染过程中，IDO通过限制Th1免疫反应，使Th1型反应向Th2型偏移，IDO这个调节宿主免疫反应开关的分子在Th2型反应中才真正发挥免疫抑制作用，促进细粒棘球蚴病的发生发展。目前，较少有研究关注Em感染过程中宿主DC表面IDO对Th1/2的影响，后续可在不同时期Em感染的实验动物模型中开展进一步研究。虽然IDO并非是棘球蚴免疫逃逸过程中的唯一因子，但相关研究可帮助理解棘球蚴感染致宿主免疫耐受的作用机制。

5 小结与展望

目前，IDO被发现与感染性疾病、器官移植、自身免疫性疾病、抑郁症及肿瘤相关，特别是其肿瘤发生发展中的作用及机制相关研究取得了重要进展，有数千种选择性IDO抑制剂被相继报道，虽然多数临床研究以失败告终，但IDO的研究价值依然不容小觑。近年来，IDO作为TRP降解过程中的重要代谢酶，被认为是在多种肝病中发挥双刃剑作用的重要介质，期待IDO能够早日在肝脏疾病的临床防治中发挥重要价值。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。

作者贡献声明：王宏宾对研究的思路、设计有关键贡献；叶森负责研究内容的获取、分析和解释；付永负责审阅修改文章关键内容。