吲哚胺2,3-雙加氧酶
——多種肝病中發揮雙刃劍作用的重要介質

葉 森， 王宏賓， 付 永

1 青海大學 研究生院， 西寧 810016； 2 青海大學附屬醫院 肝膽胰外科， 西寧 810001；3 青海省畜牧獸醫科學院， 西寧 810016

吲哚胺2,3-雙加氧酶(indoleamine 2,3-dioxygenase，IDO)是肝外唯一可催化色氨酸(tryptophan，TRP)分子中的吲哚環裂解，從而沿犬尿氨酸(kynurenine，KYN)途徑(圖1)分解代謝的限速酶，最早被發現于兔腸道組織中[1-2]。IDO可通過IFNγ、腫瘤壞死因子、脂多糖等促炎細胞因子，在上皮細胞、樹突狀細胞(DC)和巨噬細胞中誘導，介導免疫逃逸和免疫應答等過程[3-4]，此外，細胞毒性T淋巴細胞相關抗原4(cytotoxic T lymphocyte associated antigen-4，CTLA-4)與CD 80/CD 86分子的結合也能夠促進IDO的表達[5]。不僅如此，肝內細菌和病毒感染以及肝纖維化、肝硬化、肝腫瘤和部分肝寄生蟲等非致病性炎癥也對IDO的表達有明顯的誘導作用，這也是IDO在肝臟相關疾病中發揮作用的原因[6]。肝臟是以代謝功能為主的重要人體器官，扮演著去氧化、儲存肝糖、分泌性蛋白質合成、制造消化系統所需的膽汁等角色。據估計[7]，我國超過1/5的人群正受到肝臟疾病的困擾，尤其是病毒性肝炎、肝纖維化、肝硬化、肝癌、非酒精性脂肪性肝病和肝寄生蟲病等。近年來，TRP降解過程中的重要代謝酶IDO被認為是在多種肝臟疾病發生發展中具有雙刃劍作用的重要介質，引起廣泛關注，本文分別闡述IDO在病毒性肝炎、肝纖維化、肝硬化、肝癌和肝棘球蚴病中的最新研究進展。

注：TDO，色氨酸2,3-雙加氧酶；KMO，犬尿氨酸-3-羥化酶；3-HK，3-羥基犬尿氨酸；KYNU，犬尿氨酸酶；3-HAA，3-羥鄰氨苯甲酸；3-HAO，3-HAA氧化酶；QUIN，喹啉酸；NAD+，煙酰胺腺嘌嶺二核苷酸；NADP+，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸；KATS，犬尿氨酸轉氨酶；KYNA，犬尿喹啉酸。

1 IDO與病毒性肝炎

肝炎病毒有多種，臨床常見為HAV、HBV、HCV、HDV、HEV 5種。據統計[8]，全球2019年仍有約2.96億HBV感染者，5800萬HCV感染者，這些病原體可引起急、慢性肝炎，并進展為肝硬化或肝細胞癌(HCC)。HBV、HCV均可利用多種途徑實現免疫逃逸，相關研究[9]表明，IDO參與乙型、丙型肝炎的發生發展，其與特異性細胞毒性T淋巴細胞(CTL)的表達密切相關，當HBV、HCV感染后，刺激CTL產生促炎細胞因子，特別是IFNγ，后者促使肝細胞高度表達IDO。

在乙型肝炎患者中，IDO是IFNγ誘導的人肝細胞源性細胞中抗HBV反應的主要介質，原因在于IDO不改變病毒RNA穩態水平的情況下可有效降低細胞內HBV DNA水平。此外，IDO失活突變體的表達并未抑制HBV復制，但培養中補充TRP卻完全恢復了表達IDO細胞中的HBV復制水平，二者對比表明，IDO的抗病毒作用是由TRP剝奪介導的[10]。Yoshio等[11]為了闡明IDO誘導機制及其對HBV復制的影響，使用一種由人類自然殺傷(NK)細胞、漿細胞樣DC和控制IDO表達的HBV轉染的Huh7細胞組成的培養模型，研究發現，在最終清除HBV的急性肝炎患者中，IDO活性、趨化因子(C-X-C基序)配體9(CXCL9)、CXCL10和CXCL11表達增加，IDO對HBV的這種抑制能力在IDO基因敲除細胞中消失，并通過IDO在細胞中重新導入而恢復，再次驗證了IDO是一種抗HBV效應劑，其在感染早期可作為后續免疫反應的效應指標。該團隊研究[12]進一步模擬了IDO在HBV感染中的具體作用機制：首先，DC識別HBV感染，導致CXCL9、10、11在肝臟中相繼被誘導，進而吸引DC、NK細胞和T淋巴細胞進入肝臟，NK細胞和漿細胞樣DC共同通過IFNγ的產生以非細胞病變機制增強IDO活性并抑制HBV復制，DC產生CCL19或CCL22，并誘導調節性T淋巴細胞(Treg)通過產生IL-10減輕肝臟炎癥。筆者認為，雖然該研究僅為模擬機制，但IDO對HBV復制的抑制作用已被證實，相信隨著研究的不斷深入，IDO參與HBV感染的機制將得到全面的解釋。

同乙型肝炎患者類似，HCV感染同樣可直接誘導IDO和IFN表達[13]。IDO在HCV感染的不同階段通過減緩病毒復制和調節宿主免疫發揮雙重作用。在HCV感染的早期階段，IDO的上調可能通過減緩HCV復制而有助于宿主的天然抗病毒防御機制，當HCV特異性T淋巴細胞被激活并在肝臟中積聚時，HCV感染的肝細胞中IFNγ誘導的IDO上調可能有利于誘導免疫耐受[14]。免疫耐受機制可能為DC通過誘導Treg而表達高水平IDO，其進一步作為誘導劑誘導免疫耐受，因此，評估IDO和TRP水平可用于平衡抗病毒作用和調節宿主免疫反應這一關鍵性問題[15]。此外，研究發現丙型肝炎患者的全身IDO活性與肝臟炎癥和纖維化程度有關。Asghar等[16]通過評估丙型肝炎患者IDO的表達和活性發現HCV感染進行性肝硬化患者肝臟中IDO的高表達可能與HCC的發生有關，提示IDO可能參與HCV感染-肝纖維化、肝硬化- HCC這一進程的發生發展，IDO可能是抗HCV的一個新的治療靶點。

通過回顧IDO在HBV、HCV中作用機制的相關研究不難發現，IDO可能有助于評價和治療病毒性肝炎相關疾病，但具體機制并未完全闡明，期待更進一步研究。目前，關于其他類型病毒性肝炎的相關研究較少，缺乏足夠的理論支持。

2 IDO與肝纖維化、肝硬化

肝纖維化和肝硬化是一個量變到質變的關系。肝纖維化是肝硬化的前兆，是細胞外基質蛋白沉積的結果，主要由活化的肝星狀細胞介導。大多數慢性肝病都會伴有肝纖維化，其中一部分患者會進展為肝硬化，而炎癥在肝纖維化的發展中起著重要作用。肝纖維化主要發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，抑制肝臟炎癥可以延緩肝纖維化的進展[17]。

IDO作為重要的免疫調節酶，與肝纖維化及肝硬化息息相關。研究[18]發現，肝硬化患者血清IDO 水平降低，但與肝硬化程度呈正相關，提示血清IDO水平可能是肝損傷和肝纖維化程度的一個潛在標志。近期，Ogiso等[19]提出IDO缺乏可加重CCL4誘導的肝纖維化模型，由于肝纖維化是一個動態過程，IDO可能在肝纖維化的不同階段發揮不同作用，炎癥狀態下IDO表達增強可能延緩肝纖維化的進展。前文已闡述HCV相關肝硬化中發現IDO高表達，提示IDO可能導致HCV相關肝硬化的發生發展，目前數據支持IDO創造的免疫抑制環境可能導致慢性HCV感染者逐漸進展為肝硬化的假設，IDO可能成為HCV致肝硬化的有效標志物。因此，筆者認為有必要對HCV信號轉導導致IDO升高的確切機制開展更多研究。Oh等[20]研究發現，IFNγ和IDO抑制劑1-甲基-L-色氨酸可使肝星狀細胞凋亡顯著增加，IFNγ和1-甲基-L-色氨酸的聯合治療可改善肝纖維化。Milosavljevic等[21]開展的肝纖維化過程中間充質干細胞介導的IL-17信號調節的分子和細胞機制研究發現，骨髓間充質干細胞以IDO依賴的方式抑制肝輔助性T淋巴細胞(Th)17細胞，從而減輕肝纖維化。上述幾項研究結果并不一致，提示IDO對肝纖維化的相反作用可能與不同的機體微環境有關，在一些情況下加重了肝纖維化和肝硬化，但在特定的情況下又可改善病變，此外也不排除偶然誤差導致錯誤結論的發生。當前相關研究雖然取得了一定成果，但仍存在一些問題有待深入探究。

3 IDO與肝癌

數百年來，免疫系統與癌癥之間的復雜關系一直是備受學界關注的重要課題。腫瘤細胞的免疫逃逸機制是腫瘤細胞誘導的免疫抑制微環境，早期研究[22]表明，TRP耗竭可抑制T淋巴細胞增殖并誘導其凋亡。最新研究[23]質疑了這種機制，認為KYN的免疫調節功能主要與芳基烴受體(AhR)的轉錄因子有關，TRP-KYN-AhR通路在腫瘤免疫抑制中的作用引起廣泛關注，具體機制為KYN通過L轉運蛋白進入T淋巴細胞和NK細胞，與AhR相互作用表達程序性死亡蛋白1，抑制二者增殖；KYN也可通過激活AhR和誘導叉頭轉錄因子3，誘導幼稚CD4+T淋巴細胞分化為免疫抑制Treg。因此，了解HCC誘導的免疫抑制機制對于設計新的HCC靶向免疫療法非常重要[24]。

前期研究[25]表明，HCC細胞及其周圍細胞中的IDO高表達/過表達與高轉移率顯著相關，且IDO過表達患者的預后更差，IDO可能是影響肝癌患者整體生存的獨立預后因素。相關研究[26]進一步證實，HCC中的缺氧誘導因子-1α/CCL20/IDO軸通過誘導上皮-間充質轉化和建立腫瘤免疫抑制微環境，加速腫瘤轉移。據此，筆者推測IDO的上調可能促進肝癌的發生發展，IDO過表達可能是造成炎癥和免疫抑制微環境的原因，因此，抑制IDO可能是抗肝癌新療法的可觀方向。Han等[27]研究為肝癌的免疫治療提供了一個新的靶點，即人CD14+CTLA-4+調節性DC亞群(CD14+DC)通過產生IDO抑制T淋巴細胞反應，這可能有助于HCC的進展。

另有研究[28]顯示，中性粒細胞百分比升高以及單核細胞與T淋巴細胞協同調節炎癥因子可使肝癌細胞中IDO的表達增加，且單核細胞、T淋巴細胞、中性粒細胞百分比均與肝癌細胞的存活密切相關。筆者認為上述3項指標均為臨床常用指標，藉此可較為容易反映肝癌嚴重程度及預后，應予以關注。Shibata等[29]探究IDO在二乙基亞硝胺誘導的肝癌中的作用發現，與IDO-野生型小鼠相比，IDO-敲除小鼠Treg浸潤較少且腫瘤病灶更少，表明IDO誘導和下游代謝產物KYN升高可能在肝癌發生的早期和晚期發揮關鍵作用。Brown等[30]進一步在肝癌模型中發現，使用免疫檢查點抑制劑治療時，產生IDO的腫瘤細胞可產生抗藥性，因此認為IDO抑制劑與免疫檢查點抑制劑聯合使用可能會使抗HCC治療額外獲益。后續大量研究證據也支持抑制IDO途徑與其他抗癌方式聯合的潛在效用，例如通過放療、化療等抑制IDO途徑后，治療效果較前明顯改善[31]。

綜上所述，IDO能夠幫助肝癌逃避免疫監視，促進腫瘤的發生發展，前文已經說明HBV、HCV感染可以引起IDO上調并誘導免疫抑制，在肝癌中也是如此，而乙型、丙型肝炎與肝癌的發生密切相關，因此可以進一步推測IDO可能增加HBV和HCV誘導的肝癌的風險。

4 IDO與肝棘球蚴病

肝棘球蚴病是由棘球屬的棘球絳蟲寄生于人和動物體內所引起的一種人獸共患病[32]，該病在世界范圍內廣泛流行。在我國流行地區中，感染人的棘球絳蟲主要為細粒棘球絳蟲(Echinococusgranulosus，Eg)、多房棘球絳蟲(Echinococusmultilocularis，Em)。二者主要侵犯人或動物的肝臟，其中Em如同腫瘤一樣呈浸潤生長，通過浸潤還可轉移至肺、腦等其他組織器官而形成轉移灶[33]。目前，關于棘球蚴病的免疫耐受機制尚不清楚，且相關文獻較少，其主要侵犯人或動物的肝臟，對其進行研究探討可以有助于尋找肝棘球蚴病新的免疫治療方法以及探索更為有效的防治思路。

研究[1]表明，如炎癥、腫瘤一樣，IDO也參與寄生蟲病的免疫逃逸。單驕宇等[34-35]使用重組抗原B和小鼠細粒棘球蚴囊液處理DC后發現，棘球蚴抗原的刺激可增強IDO的表達，引起TRP的減少，表明IDO的表達在棘球蚴感染過程的免疫調控中發揮重要作用，推測IDO可能通過降解局部組織中的TRP，導致T淋巴細胞抑制或凋亡。筆者團隊研究[36]發現，小鼠泡型包蟲囊液組小鼠骨髓來源DC(BMDC)表面IDO mRNA相對表達量、IDO蛋白相對表達水平及BMDC上清液中IDO濃度明顯高于陰性對照組，表明泡型包蟲囊液具有上調BMDC表面IDO表達的作用。上述研究分別以Eg、Em為研究對象，獲得了相似的結論，即Eg、Em各自的抗原成分——細粒棘球蚴囊液和泡型包蟲囊液均可誘導DC表面IDO高表達，表明Eg、Em感染致宿主DC高表達IDO具有相似性。因此，DC表面IDO高表達可能與Eg、Em免疫耐受分子機制的形成有關，但IDO在其中的具體調控機制并未完全闡明，筆者認為后續仍需進一步實驗以確認IDO是否參與Eg、Em慢性感染致宿主的免疫耐受過程。

此外，研究[35]發現囊型包蟲病感染過程中宿主DC表面IDO高表達可抑制Th1正常免疫功能，促使機體產生Th2型反應。進一步研究[37]證實，IDO可誘導Th1凋亡，推測在Eg慢性感染過程中，IDO通過限制Th1免疫反應，使Th1型反應向Th2型偏移，IDO這個調節宿主免疫反應開關的分子在Th2型反應中才真正發揮免疫抑制作用，促進細粒棘球蚴病的發生發展。目前，較少有研究關注Em感染過程中宿主DC表面IDO對Th1/2的影響，后續可在不同時期Em感染的實驗動物模型中開展進一步研究。雖然IDO并非是棘球蚴免疫逃逸過程中的唯一因子，但相關研究可幫助理解棘球蚴感染致宿主免疫耐受的作用機制。

5 小結與展望

目前，IDO被發現與感染性疾病、器官移植、自身免疫性疾病、抑郁癥及腫瘤相關，特別是其腫瘤發生發展中的作用及機制相關研究取得了重要進展，有數千種選擇性IDO抑制劑被相繼報道，雖然多數臨床研究以失敗告終，但IDO的研究價值依然不容小覷。近年來，IDO作為TRP降解過程中的重要代謝酶，被認為是在多種肝病中發揮雙刃劍作用的重要介質，期待IDO能夠早日在肝臟疾病的臨床防治中發揮重要價值。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻聲明：王宏賓對研究的思路、設計有關鍵貢獻；葉森負責研究內容的獲取、分析和解釋；付永負責審閱修改文章關鍵內容。