吲哚胺2，3—双加氧酶的研究进展

[摘要] 吲哚胺2，3双加氧酶（IDO）是色氨酸沿犬尿酸途径分解代谢的限速酶，在多种肿瘤组织中均有较高的表达，其高表达是导致肿瘤免疫耐受的原因之一，与肿瘤患者的预后较差关系密切。目前，学者们观点比较一致的是，IDO可通过3种机制参与诱导肿瘤微环境中的免疫耐受。脂多糖和多种细胞因子等物质可调节IDO的表达，1-甲基色氨酸作为IDO的抑制剂在肿瘤患者的免疫治疗中显示出了积极的作用，因此对IDO如何参与肿瘤免疫耐受具体机制的进一步研究，将会对今后制定肿瘤治疗策略具有重要的指导意义。

[关键词] 吲哚胺2，3-双加氧酶；免疫耐受；肿瘤

[中图分类号] R730.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-0616（2013）24-42-03

The research progress of Indoleamine 2，3-dioxygenase

ZHAO Shuo LI Baosong CUI Yunfu WANG Ronghua

Department of Anorectal Surgery，Binzhou Medical University Affiliated Hospital，Binzhou 256600，China

[Abstract] Indoleamine 2，3-dioxygenase（IDO） is along the kynurenine pathway of tryptophan catabolism rate-limiting enzyme，have a higher expression in various tumor tissues，leading to its high expression of tumor immune tolerance one of the reasons for the poor prognosis of cancer patients closely. Currently，more consistent view of scholars is that，IDO through three mechanisms involved in the induction of tumor microenvironment immune tolerance.LPS and cytokines and other substances to adjust the expression of IDO，1-methyl-tryptophan as the IDO inhibitors in cancer immunotherapy of patients showed a positive effect，so how IDO involved in tumor immune tolerance further study of specific mechanisms will be an important guiding significance for the future development of therapeutic strategies.

[Key words] IDO；Immune tolerance；Tumor

在人类的多种肿瘤细胞及相关的某些免疫细胞中存在吲哚胺2，3-双加氧酶（Indoleamine 2，3-dioxygenase，IDO）的高表达现象，初步证实IDO与恶性肿瘤的免疫耐受密切相关，但在具体的不同肿瘤中以及相关的肿瘤转移组织中得到的结果并不一致；尤其是在IDO诱导肿瘤免疫耐受的具体机制方面，目前亦尚不确切。目前已有相关研究表明IDO的抑制剂1-MT能延缓肿瘤的生长，提高抗肿瘤的效果[1]，并已于2007年进入了I期临床试验[2]，但是确定IDO在具体肿瘤组织中的表达情况以及影响的相关因素，仍是今后的研究重点。这对于继续探讨其参与肿瘤免疫耐受的机制以及采取进一步有效的临床治疗新的靶点，亦有重要意义。因此，本文就近年来对于IDO的研究进展（尤其与肿瘤的关系）作一综述。

1 IDO简介

IDO作为肝脏以外催化色氨酸（Trp）沿犬尿酸途径分解代谢唯一的限速酶。其最早由Osamu Hayaishis研究组在兔的肠道中发现[3]，还广泛分布于人和动物（如大鼠等）除肝脏以外的组织中，特别是在抗原提呈细胞和胎盘组织。IDO在分解代谢色氨酸过程中，可以以超氧阴离子（O-2）作为辅助因子，酶解吡咯环，代谢多种吲哚胺的衍生物（色氨酸、色胺等），但L-色氨酸是其最适底物。在人类，IDO沿犬尿酸途径可降解约90%的色氨酸，其代谢产物主要为犬尿氨酸、喹啉酸、邻氨基苯甲酸等。可通过采用高效液相色谱仪检测底物或代谢产物的浓度来了解IDO的活性，并且在含有IDO的培养体系中加入亚甲兰、维生素C等还原性较强的物质使IDO的辅助因子（O2-）保持在较高的浓度从而增加其活性。而1-甲基色氨酸（1-MT）作为IDO的竞争性抑制剂，可降低IDO的活性。人类IDO的相对分子质量约42 000，由403个氨基酸残基组成，其编码基因位于第8号染色体，为单拷贝基因。其中在IDO基因的启动子序列中含有2个干扰素刺激反应元件（ISRE），这2个ISRE序列在IFN-γ诱导IDO基因转录表达中起重要作用。另外，在IDO基因的5’端除了包含X-box、Y-box以外，还有与干扰素调节因子-1（IRF-1）结合序列一致或互补的6个序列，表明IFN可通过结合5’端的基因表达调节区，来影响IDO的表达。值得一提的是IFN-γ具有很高的刺激潜能，可强烈地诱导IDO的表达[4]。

2 IDO与免疫耐受

免疫耐受是指免疫活性细胞接触抗原性物质时所表现的一种异常的无应答状态，在机体适应外界环境以及对自身组织的无免疫应答方面体现了有利的一面。因此，如何诱导免疫耐受已经成为人们研究攻克异常免疫应答所致的疾病（如自身免疫性疾病）的一个重要课题。同样，在肿瘤的发生、发展以及免疫治疗中，免疫耐受亦发挥了重要的作用。

健康人体中IDO表达水平较低，但在机体处于感染、炎症时，在脂多糖（LPS）、IFN-γ等细胞因子的作用下其表达可明显增加。其中IFN-γ在免疫反应中可体现出抗肿瘤的作用，Taylor等[5]曾认为IFN-γ是通过使色氨酸代谢加强从而对肿瘤细胞产生抑制作用，而IDO又是色氨酸沿犬尿酸途径分解代谢的限速酶，因此IDO与肿瘤之间的关系成为国内外近年来研究的热点。

IDO通过降解色氨酸使其浓度降低，从而抑制人体内病毒及其他病原体的增殖，参与免疫调节。IDO除了预防病原体外，还参与调节T细胞的免疫反应，从而参与免疫耐受。研究已表明在人体中，IDO与多种自身免疫病、移植免疫及母胎耐受的发病机制密切相关[6]。近年来研究亦表明，在肿瘤的局部微环境免疫耐受的机制中，多种细胞成分可高表达IDO（尤其是近年人们进一步通过对小鼠和人树突状细胞研究发现，其通过表达IDO可能参与了机体的免疫耐受），可使局部色氨酸耗竭及调节性T细胞（Tregs）形成，对T细胞的增殖和活性产生抑制作用，从而诱导肿瘤局部的T细胞免疫耐受，在恶性肿瘤的发生、发展过程中发挥了重要作用。

3 IDO诱导肿瘤免疫耐受的可能机制

总结目前国内外的大量研究，IDO在肿瘤微环境中可能通过以下3种机制来抑制局部T细胞的免疫反应，从而参与了肿瘤局部的免疫耐受：（1）Trp耗竭机制：Trp是T细胞活化增生过程中的必需氨基酸，IDO作为Trp沿犬尿酸途径分解代谢的限速酶，过度表达后必然导致Trp缺乏。T细胞对Trp浓度特别敏感，在较低浓度时，T细胞增殖会静止在Gl期，不能正常的增殖，造成T细胞的缺乏，并且T细胞的增殖一旦被抑制很难被再次激活[7]。而IDO抑制剂可使T细胞增殖抑制得到恢复，因此有望成为一种有效的抗肿瘤药物。（2）Trp产物的毒性机制：Trp的代谢产物（L-犬尿酸和吡啶甲酸）不仅可直接抑制T细胞增殖，还可诱导其凋亡。值得一提的是这种毒性作用仅对经历活化的T细胞产生抑制作用，对静息的T细胞无明显的影响[8]。（3）调节性T细胞（CD4+CD25+regulatory T cells，Tregs）：是近年来确定的一类独特的T细胞亚群，具有抑制效应T细胞的功能。IDO可通过诱导Tregs的增殖来抑制活化的T细胞，诱导局部免疫耐受的形成，从而为肿瘤细胞的侵袭和转移创造有利条件[9]。任宝柱等[10]通过检测乳腺癌髓系来源抑制细胞中IDO表达与Tregs的相关性分析，认为IDO的高表达可能促进Tregs的募集，从而参与肿瘤的免疫逃避。同时两者可以相互诱导、促进另一方的产生，在诱导肿瘤免疫耐受形成过程中起到协同作用。在调节免疫的具体机制方面，有学者称Tregs可通过自身表面表达的CTLA4与DC表面的B7-1/B7-2结合，而这种结合能力远远高于CD28与B7-1/B7-2的结合，从而使Tregs表现为无应答或免疫抑制。Tregs还可以通过刺激产生IFN-γ促进IDO的表达，从而诱导效应T细胞凋亡，维持免疫耐受状态[11]。并且有人认为Tregs细胞是造成肿瘤局部免疫耐受的主要原因[12]。对于IDO在肿瘤免疫耐受中升高的具体机制，目前尚不确切。已知在IDO升高中起重要作用的有IFN-γ依赖和非IFN-γ依赖两条途径，在IFN-γ依赖途径中，IFN-γ可通过激活STAT1相关通路从而引起IDO高表达[13]；在非IFN-γ依赖途径中，则通过激活NF-κB和MAPK通路来影响IDO的表达水平[14]。因此进一步探讨其他调节IDO表达的详细信号通路，对于阐明其在肿瘤免疫耐受中的具体机制具有指导意义。

4 IDO与肿瘤的关系

近年来越来越多的研究证明IDO与肿瘤的关系密切，国内外学者通过对多种恶性肿瘤细胞系采用免疫组化检测，证实均存在IDO的高表达现象，但IDO的活性与肿瘤的具体类型无相关性。另外对于IDO与肿瘤的分期之间的关系，目前仍未达成一致。Brandacher等[15]通过采用半定量免疫组化检测IDO在143例大肠癌患者的组织样本的表达情况，认为IDO不仅在结肠癌细胞中高表达，而且其强度与肿瘤的T分期和肝转移有关。IDO高表达的大肠肿瘤细胞可使某些癌症亚群躲避免疫攻击，在大肠癌患者的疾病进展和总生存期中起重要作用。并通过Cox多因素的分析，得出IDO高表达可作为一个独立的的预后变量。高艳芳等[16]通过免疫组化检测IDO在110例结肠癌原发灶、癌旁正常组织和区域淋巴结的表达发现IDO在结肠癌原发灶的表达水平与癌旁正常结肠上皮组织相似，这虽与Brandacher等的观察不一致，但同时也得出区域淋巴结IDO强表达者的5年生存率较低，并提出了在结肠癌细胞转移至区域淋巴结之前，淋巴结中的IDO的强表达已使其处于免疫抑制状态，利于肿瘤转移的结论。孙星等[17]也通过测定结直肠癌IDO基因表达水平进一步提出IDO可作为手术预后的一种判断指标。因此，肿瘤以及相关组织中IDO的高表达可能在肿瘤逃避免疫系统中扮演着关键角色。Kazuhiko等[18]通过对65例子宫内膜癌患者研究中指出，IDO的表达与肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）和自然杀伤细胞（NK）数量减少相关，IDO在的表达指出，可能有助于肿瘤的进展。并进一步提出针对IDO作为新的靶点来恢复机体的抗肿瘤免疫，可能是子宫内膜癌的一种新型治疗策略。

对于IDO在肿瘤演变和进展中的探讨，杨承纲等[19]采用免疫组化方法分析IDO在116例宫颈上皮内瘤变（CIN）及宫颈鳞癌患者中的表达得出，IDO的表达与癌组织分化程度无关，而与宫颈病变进展有关。从CINⅡ→CINⅢ→宫颈鳞癌ⅠA期～ⅠB期→ⅡA～ⅣB期，IDO表达强度显著增高。说明从CIN Ⅱ开始，肿瘤组织就能通过表达IDO来诱导机体的免疫耐受，促进病情的进展。

对于IDO与肿瘤患者预后的关系，目前大多数研究表明IDO的高表达与患者预后差显著相关[20]，并且多变量Cox回归分析显示IDO高表达为独立的不良预后指标[21]。肿瘤细胞的侵袭和转移是导致其疗效不佳以及患者预后差的主要因素之一。目前肿瘤细胞的侵袭和转移具体机制并不明确，主要有肿瘤细胞与细胞胞外基质的相互作用、新生血管的形成、局部微环境内免疫功能的抑制等[22]。其中新生血管的生成被认为在肿瘤细胞的侵袭和转移中起重要作用，并在临床的肿瘤治疗方面得到了应用，比如肝癌的栓塞治疗。刘俊田等[23]通过采用免疫组化检测乳腺癌组织中IDO的表达以及同时用CD31和CDl05对全部标本的肿瘤血管内皮细胞进行染色，提出IDO可能通过促进肿瘤新生血管的形成来促进肿瘤的进展和转移的结论，但对于其具体机制尚有待进一步研究。

总之，IDO在肿瘤局部微环境免疫耐受的机制中，可能通过其高表达，促使肿瘤局部微环境色氨酸的耗竭以及调节性T细胞（Tregs）形成，从而抑制T细胞的免疫效应，导致肿瘤局部免疫耐受形成。因此，在肿瘤的发生、发展过程中发挥了重要作用。

5 展望

目前虽然IDO与免疫耐受的研究刚刚起步，IDO在肿瘤及肿瘤旁组织中的表达来源及诱导免疫耐受的具体机制仍待进一步阐明，但IDO在移植免疫、自身免疫性疾病和肿瘤等研究中已获得重要进展，并将步入一个新的阶段，这为临床新型治疗策略的制定，提供了一定的理论依据。其中在IDO诱导肿瘤免疫耐受方面已经引起了国内外学者的广泛关注，应用IDO抑制剂（如1-MT）与化疗药物联合治疗肿瘤可起到协同作用，IDO抑制剂可能成为一种有效的治疗肿瘤的方法。因此，对IDO在肿瘤免疫耐受中具体信号通路的深入探讨以及如何打破这种免疫耐受状态可能成为今后肿瘤免疫治疗研究的重点。

[参考文献]

[1] Soliman H，Mediavilla-Varela M，Antonia S.Indoleamine 2，3-dioxygenase：Is it an immune suppressor？[J].The Cancer Journal，2010，16（4）：354-359.

[2] Prendergast GC.Immune escape as a fundamental trait of cancer：Focus on IDO[J].Oncogene，2008，27（28）：3889-3900.

[3] Takikawa O.Biochemical and medical aspects of the indoleamine 2，3-dioxyge- nase-initiated 1-tryptophan metabolism[J].Biochemical and Biophysical Research Communication，2005，338（1）：12-19.

[4] Jürgens B，Hainz U，Fuchs D，et a1.Interferon-gamma-triggered indoleamine 2，3-dioxygenase competence in human monocyte-derived dendritic cells induces regulatory activity in allogeneic T cells[J].Blood，2009，114（15）：3235-3243.

[5] Taylor MW，Feng GS.Relationship between interferon-gamma indoleamine 2，3-dioxygenase and tryptophan catabolism[J].FASEB J，1991，5（1）：2516-2522.

[6] Godin-Ethier J，Hanafi LA，Piccirillo CA，et al.Indoleamine 2，3-Dioxygenase expression in human cancers： Clinical and immunologic perspectives[J].Clinical Cancer Research，2011，17（22）：6985-6991.

[7] Bauer TM，Jiga LP，Chuang JJ，et al.Studying the immunosuppressive role of indoleamine 2，3-dioxygenase：Tryptophanmetabolites suppress rat allogeneic T-cell responses in vitro and in vivo[J].Transpl Int，2005，18（1）：95-100.

[8] Munn DH，Mellor AL.Indoleamine 2，3-dioxygenase and tumor-induced tolerance[J].J Clin Invest，2007，117（5）：1147-1154.

[9] 谢启超，王玲俐，陈正堂.IDO与肿瘤免疫逃逸[J].重庆医学，2007，35（13）：1327.

[10] 任宝柱，杨宝宏，于津浦，等.乳腺癌髓系来源抑制细胞中IDO表达与调节性T细胞相关性及其临床意义的研究[J].中华肿瘤临床，2012，39（14）：962-969.

[11] Harden JL，Egilmez NK.Indoleamine 2，3-dioxygenase and dendritic cell tolerogenicity[J].Immunological Investigations，2012，41（6-7）：738-764.

[12] Munn DH.Indoleamine 2，3-dioxygenase，Tregs and cancer [J].Current Medicinal Chemistry，2011，18（15）：2240-2246.

[13] Vera J，Rateitschak K，Lange F，et al.Systems biology of JAK-STAT signalling in human malignancies[J].Prog Biophys Mol Biol，2011，106 （2）：426-434.

[14] Curti A，Pandolfi S，Valzasina B，et al.Modulation of tryptophan catabolism by human leukemic cells results in the conversion of CD25-into CD25+ T regulatory cells[J].Blood，2007，109（7）：2871-2877.

[15] Brandacher G，Perathoner A，Ladurner R，et al.Prognostic value of indoleamine 2，3-dioxygenase expression in colorectal cancer：Effect on tumor-infiltrating T cells[J]. Clin Cancer Res，2006，12（4）：1144-1151.

[16] 高艳芳，彭瑞清，伍小军，等.吲哚胺2，3-双加氧酶在结肠癌及其区域淋巴结中的表达与临床意义[J].中国肿瘤临床，2007，34（14）：811-814.

[17] 孙星，王兆文，黄陈，等.结直肠癌恶性程度与吲哚胺2，3-双加氧酶基因表达的关系[J].中华实验外科杂志，2010，27（4）：458-460.

[18] Kazuhiko Ino，Eiko Yamamoto，Kiyosumi Shibata，et al.Inverse Correlation between tumoral indoleamine 2，3-dioxygenase expression and tumor-infil-trating Lymphocytes in endometrial cancer：Its association with disease pro-gression and survival[J].Clin Cancer Res，2008，14（8）：2310-2317.

[19] 杨承纲，陈琬玲.吲哚胺2，3-二氧酶在CIN及宫颈鳞癌中的表达及其意义[J].实用妇产科杂志，2010，26（12）：912-914.

[20] Godin-Ethier J，Hanafi LA，Piccirillo CA，et al.Indoleamine 2，3-dioxygenase expression in human cancers：Clinical and immuno logicperspectives[J].Clin Cancer Res，2011，17（22）：6985-6991.

[21] Pan K，Wang H，Chen MS，et a1.Expression and prognosis role of indoleamine 2，3-dioxygenase in hepatocellular carcinoma[J].Cancer Res Clin Oncol，2008，134：1247-1253.

[22] 谢启超，王玲俐，朱波，等.ID0基因转染对小鼠Lewis肺癌细胞侵袭和转移的影响研究[J].重庆医学，2007，36（20）：2026-2031.

[23] 刘俊田，魏丽娟，于津浦，等.吲哚胺2，3双加氧酶在乳腺癌中的表达及其与预后的关系[J].中华肿瘤杂志，2011，33（7）：513-516.

（收稿日期：2013-10-16）