【Gene of the Week】免疫治疗热门靶点CD39

想调整研究方向，获得学术研究突破口？想获得论文选题思路，提高发文命中率？你需要了解学科发展态势和未来走向！赛业生物专栏《Gene of the Week》每周二会根据热点研究领域介绍一个基因，详细为您介绍基因基本信息、研究概况和应用背景等，助您保持学术研究敏锐度，提高科学研究效率，期待您的持续关注哦。今天我们要讲的主角是免疫研究热门基因之CD39。

基因基本信息

备注：标有√的意为赛业红鼠资源库有该种保存状态的小鼠

CD39的功能简介

CD39，也称为膜外三磷酸腺苷二磷酸水解酶-1（Ectonucleoside triphosphate diphosphohydrolase-1），由ENTPD1基因编码而成。CD39是一个跨膜蛋白，具有两个跨膜结构域和一个胞外结构域。CD39的活性中心在胞外结构域上，但有研究表明两个跨膜结构域之间的互相作用也会影响酶活性^[1]。功能上，CD39能与胞外ATP（extracellular ATP，eATP）结合，并将其水解为AMP；另一种胞外核酸酶CD73则会将AMP水解为腺苷（adenosine，ADO）。在ATP-ADO通路中，CD39是eATP水解的限速酶，而CD39是AMP水解的限速酶（图1）。此外，CD39也能将水解ADP，但效率较低^[3]。

图1. TME中的ATP-ADO通路^[2]。

在肿瘤微环境（tumour microenvironment，TME）中，累积的eATP能通过P2嘌呤受体 (P2XRs和P2YRs) 刺激细胞炎症反应，或通过胞外核苷酸酶CD39和CD73被降解为免疫抑制性的ADO。在缺氧的TME中，CD39和CD73在多种细胞类型中广泛表达，且表达量上调。在特定组织或肿瘤类型中，ADO也能通过其它途径产生，例如碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）介导的ATP分解，或由CD38、CD203a 和CD73对NAD+进行顺序分解代谢产生。此外，高浓度的胞外ADO能通过腺苷受体(A2A、A2B等）促进TME中的免疫抑制性微环境，且胞外ADO浓度由腺苷脱氨酶（adenosine deaminase，ADA）调控，ADA能将ADO转化为肌苷。

CD39的表达

CD39在多种免疫细胞和非免疫细胞（e.g., 内皮细胞和成纤维细胞）中均有表达，且CD39和其下游的ADO受体在受到包括组织损伤、缺氧和组织重塑等多种刺激下，也会上调表达水平。此外，肿瘤细胞也进化出了通过上调CD39表达量来消耗具有免疫激活作用的eATP的免疫逃逸机制。在淋巴瘤、肉瘤、肺癌等多种肿瘤中，研究人员都观测到了CD39表达水平升高。在肿瘤微环境（tumour microenvironment，TME）中，血管内皮细胞和一些免疫细胞亚群也会高表达CD39，例如NK细胞、CD4⁺ CD25⁺ 调节性T细胞 (Treg)、巨噬细胞等。其中，血管内皮细胞上CD39的表达在血管生成（angiogenesis）和原代肿瘤生长中都扮演了重要角色^[4]。

eATP和ADO在TME中的作用

eATP和ADO已被证明在TME中分别有促炎作用和免疫抑制作用^[5]。在TME中，它们间的平衡调控着多种细胞的免疫应答反应（图2）。CD73拮抗剂或A_2ARi都只注重逆转ADO的免疫抑制作用，而低估了eATP在其中起到的功效；靶向CD39的疗法则有从多方面调控肿瘤免疫反应的潜力^[2]。

图2. TME中ATP与ADO的“阴”与“阳”^[2]。

TME中，eATP与胞外ADO一起调控多种细胞的免疫应答反应：促炎（pro-inflammation）或促肿瘤生长（pro-tumor）。eATP通过嘌呤受体在多种细胞类型中发挥免疫激活作用；而ADO通过ADO受体介导的多种机制在同样的细胞中抑制免疫反应。

CD39抑制剂的抗肿瘤免疫机制

理论上，在ATP-ADO通路中抑制CD39具有双重抗肿瘤免疫效果：①通过抑制ATP的水解，提高TME中有促炎和促细胞增殖作用的ATP水平；②通过抑制下游产物ADO的累积，逆转ADO受体直接介导的免疫抑制作用及长期建立的免疫抑制性TME^[2]。此外，还有研究人员发现了一些其他的机制（图3）。

图3. 在TME中治疗性抑制CD39胞外核苷酸酶活性能通过多种机制提升抗肿瘤免疫效果[2]。

（a）TME中的多种细胞表达CD39，从而促进胞外核苷酸酶介导的eATP分解代谢，包括CD4⁺ CD25⁺ Treg、耗竭T细胞、髓系来源抑制细胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）、内皮细胞、B细胞、巨噬细胞、树突状细胞（dendritic cells，DCs）、NK细胞和肿瘤细胞。由于缺氧，细胞损伤或细胞死亡而导致的eATP持续释放，以及通过抑制CD39来抑制ATP降解，都会导致TME中eATP含量的增加。

（b）除了提高eATP的累积量以外，抑制CD39的酶活性也会减少ADO的累积量，从而降低各种驻留和浸润免疫细胞的免疫抑制作用，例如表达A2A和/或A2B受体的NK细胞和T细胞。

（c）eATP水平上调能激活髓系细胞中的P2X7，促进炎症小体（inflammasome）介导的包括IL18和IL-1β在内的促炎细胞因子的释放，从而支持效应T细胞（Teff）和NK细胞介导的细胞毒性作用。eATP水平上调也能诱导P2X7+ 巨噬细胞的细胞焦亡（pyroptosis）。

（d）此外，eATP与DCs上的P2X7结合能增强抗原呈递作用，并促进DC的成熟，进一步支持抗肿瘤免疫作用。

靶向CD39的联合免疫疗法

除了单药免疫疗法，利用疗效“1+1>2”的联合免疫疗法也越来越火热。目前，也有多种靶向CD39的联合免疫疗法处于实验及临床试验阶段（图4）。

图4. 靶向CD39的联合免疫疗法[2]。

（a）同时阻断CD39和其他ATP-ADO通路中的蛋白（CD73, A2A/A2B受体和CD38）可以通过①提高具有免疫激活作用的eATP水平、②抑制具有免疫抑制作用ADO的生成，来提高治疗效果。此外，阻断ATP-ADO通路中的多种蛋白能降低可能存在的代偿机制的影响，以及降低靶向单一蛋白可能无法完全阻断该通路的风险。

（b）同时阻断CD39和其他免疫检查点（例如PD-1、PD-L1和CTLA-4等）在临床前模型中显示出了联合抗肿瘤疗效。此外，在一些靶细胞中，CD39与免疫检查点共表达。例如，在耗竭T细胞中，CD39与PD-1共表达；在巨噬细胞中，CD39与PD-L1共表达。

（c）由化疗或放疗引起的肿瘤细胞死亡会增加eATP和肿瘤抗原的释放，而同时进行CD39阻断能维持TME中eATP 的高含量，提高DCs的抗原呈递效果，增强抗肿瘤免疫作用。

（d）过继性细胞疗法（例如CAR-T）的抗肿瘤效果可能会被适应性耐药机制所限制，包括CD39的上调或形成低eATP/高ADO的TME。靶向CD39、CD73和/或PD-1能减弱这种耐药机制，提高抗肿瘤免疫效果。

（e）降低胞外ADO水平也能提高表达Fc受体的效应细胞的效应作用。降低对巨噬细胞和NK细胞的抑制作用可以分别提高肿瘤抗原介导的抗体依赖性细胞毒性（antibody-dependent cellular cytotoxicity，ADCC）和抗体依赖性细胞吞噬作用（antibody-dependent cellular phagocytosis，ADCP)。

小结

靶向TME中的ATP-ADO通路是一种非常有前景的疗法。而其中，CD39抑制剂在TME中具有双重抗肿瘤免疫效果：①提高具有免疫激活性的eATP水平；②减少具有免疫抑制性的ADO累积。目前，多种CD39抑制剂已进入临床试验阶段：例如，由Innate Pharma/Astrazeneca公司研发的IPH5201、由Tizona Therapeutics公司研发的TTX-030和由Surface Oncology公司研发的SRF617。此外，由科望医药(Elpiscience) 研发的ES002、由Secarna公司研发的靶向CD39的反义寡核苷酸（antisense oligonucleotide，ASO）等也正处于临床前研究阶段。

参考文献：

[1] Grinthal, A., Guidotti, G. CD39, NTPDase 1, is attached to the plasma membrane by two transmembrane domains. Why? Purinergic Signal 2, 391-8(2006).

[2] Moesta, A.K., Li, XY. & Smyth, M.J. Targeting CD39 in cancer. Nat Rev Immunol 20, 739–755 (2020).

[3] Antonioli, L., Pacher, P., & Vizi, E. S., et al. CD39 and CD73 in immunity and inflammation. Trends in molecular medicine, 19(6), 355–367(2013).

[4] Jackson, S.W., Hoshi, T. & Wu Y., et al. Disordered purinergic signaling inhibits pathological angiogenesis in cd39/Entpd1-null mice. The American journal of pathology 171, 1395–1404(2007).

[5] Stagg, J., Smyth, M. Extracellular adenosine triphosphate and adenosine in cancer. Oncogene 29, 5346–5358 (2010).

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