综述：嘌呤代谢对调节性T细胞稳定性与功能至关重要

本综述深入探讨了嘌呤代谢在调节性T细胞（Treg）稳定性与功能中的核心作用，系统阐述了细胞内外嘌呤代谢（如ATP/ADO信号）、关键酶（CD39/CD73）及受体（P2×7R/A2AR）如何通过调控Foxp3表达、代谢重编程（如OXPHOS/FAO）和免疫抑制性细胞因子（IL-10/TGF-β）影响Treg在自身免疫、肿瘤和移植微环境中的功能，为靶向嘌呤通路治疗免疫相关疾病提供了新视角。

　　

1 引言：调节性T细胞稳定性与功能的代谢调控

调节性T细胞（Tregs）以表达Forkhead盒蛋白P3（Foxp3）为特征，在维持免疫稳态和防止自身免疫中起关键作用。其稳定性和功能受转录、表观遗传和翻译后机制的精密调控，而这些过程均受细胞代谢的直接驱动。代谢重编程不仅是Treg活化的结果，更是决定其命运、功能及在不同微环境中适应性的核心因素。

Tregs表现出显著的代谢异质性：增殖性Tregs优先依赖脂肪酸氧化（FAO）而非糖酵解以维持长期抑制能力，而糖酵解对其迁移和扩增至关重要。线粒体代谢则支持其抑制功能。破坏这些代谢通路会损害Treg的分化与行为，可能导致其不稳定、抑制功能受损，并促进其转化为具有促炎特性的exTregs（Foxp3^loCD25^lo），从而加剧免疫失调。

除葡萄糖和脂质代谢外，嘌呤代谢作为免疫功能的关键调节器日益受到关注。嘌呤（包括ATP及其代谢产物）调控增殖、迁移、凋亡和免疫功能。在Tregs中，细胞外嘌呤通过嘌呤能受体发挥作用，并受外核苷酸酶CD39和CD73的调节，二者调控ATP-腺苷平衡，影响免疫抑制活性。近期研究还将嘌呤能信号与淋巴毒素介导的Treg迁移和功能联系起来，通过改变向exTregs的转化影响Treg稳定性，并影响同种异体移植物的存活。

1.1 嘌呤代谢物影响Treg扩增与功能

嘌呤超越其在核酸合成和能量生产中的经典角色，作为信号分子调控细胞行为和免疫应答。嘌呤能信号主要由三磷酸腺苷（ATP）和腺苷（ADO）驱动，调节Treg的活化、稳定性和细胞因子产生。这些代谢物通过细胞内从头合成和补救途径，以及细胞外ATP和NAD⁺代谢途径（涉及关键酶）进行精细调控。

1.2 细胞外ATP：在Treg稳定性与功能中的双重作用

细胞外ATP（eATP）由死亡、癌变、免疫或基质细胞释放，其对Tregs的影响具有情境依赖性，取决于浓度、受体结合和疾病背景。eATP通过促进促炎反应和抑制其抑制能力，损害Treg功能和稳定性。研究表明，ATP在体内下调Tregs中Foxp3的表达，将其转化为分泌IL-17的促炎细胞，并削弱其抑制功能。eATP还激活P2×7受体（P2×7R），导致ERK磷酸化增加，进一步 destabilize Tregs。eATP抑制Treg发育，同时促进Th17细胞分化，加剧小鼠T细胞介导的结肠炎和人类肥胖相关炎症。

然而，在某些条件下，eATP支持Treg增殖和抑制功能。例如，在化疗后的急性髓系白血病（AML）患者和小鼠中，ATP释放增加与表达PD-1的抑制性Tregs数量增多相关，该效应在缺乏P2×7R的小鼠中消失。另一项研究显示，eATP对活化和调节性CD4⁺ T细胞具有相反作用，取决于其浓度：高浓度ATP（1 mM）通过P2Y2受体（P2Y2R）增强Treg增殖和抑制功能，同时通过P2×7R和P2×4R诱导Teff细胞凋亡；而在较低生理浓度（1–50 nM）下，Teffs和Tregs均未受显著影响，表明ATP的作用具有阈值依赖性。

1.3 细胞外腺苷：Treg中的核心免疫调节信号

细胞外腺苷（eADO）主要由ATP、ADP和AMP通过CD39（ecto-NTPDase-1）和CD73（ecto-5′-核苷酸酶）的顺序酶解产生。Tregs高表达这些外酶，使其能够水解eATP并生成eADO，从而通过腺苷A2A受体（A2AR）抑制Teffs的增殖和功能。CD39缺陷的Tregs表现出功能受损，无法防止皮肤移植物排斥。在人和小鼠中，Treg产生的eADO抑制CD8⁺ T细胞介导的抗肿瘤免疫，促进肿瘤免疫抑制。

eADO与A2AR结合并增加Tregs中的环磷酸腺苷（cAMP）水平。cAMP升高可稳定Foxp3表达，增加CD39 mRNA表达，促进CD39和CD73活性，并增加ADO产生，形成ADO-cAMP反馈环路，增强Treg抑制功能。ADO对Tregs和效应T细胞的作用截然不同：在Tregs中，组织来源的ADO-A2AR信号促进增殖、增强抑制功能并增加Foxp3表达；在效应T细胞中，ADO刺激上调A2AR，增加cAMP水平，但诱导类似无能的低反应状态，抑制Th1和Th17活性。

肿瘤微环境（TME）中ADO的积累是免疫抑制的标志，可促进肿瘤进展。高ADO水平增强Treg扩增、稳定性和免疫抑制潜力，同时诱导代谢重编程。它促进糖酵解以满足迁移的能量需求，并促进乳酸生产，进一步支持Treg功能并通过酸化TME抑制效应T细胞。同时，A2AR信号将Treg代谢转向氧化磷酸化（OXPHOS），使其能够利用TME中丰富的脂肪酸和乳酸等替代能源，支持其长期存活和持续抑制功能。ADO还促进脂肪酸氧化（FAO），这是在氧化应激下的重要能源，并诱导脂质合成以支持膜生物合成和Treg增殖与抑制所需的信号。

ADO信号在Tregs中增强免疫抑制性细胞因子如白细胞介素-10（IL-10）和转化生长因子-β（TGF-β）的产生。这些细胞因子抑制Teffs和其他免疫细胞，营造免疫抑制性肿瘤环境，限制炎症性疾病和慢性感染的发展，降低自身免疫疾病风险，并促进对同种异体移植物的耐受。

eADO还是肠道免疫平衡的重要调节剂，深刻影响Treg驱动的黏膜耐受。微生物群衍生的嘌呤代谢在塑造肠道微环境的细胞外核苷酸景观中起关键作用，并直接影响Treg的代谢和功能稳定性。肠道驻留Tregs独特地富含对共生抗原特异的TCR，突出了它们对微生物信号发育和维持的紧密依赖。

在HIV和COVID-19等慢性病毒感染中，Tregs中ADO产生的高水平和CD39、CD73的高表达也被观察到。CD39⁺ Tregs比CD39^? Tregs更有效地抑制CD4⁺ T细胞功能，且这种抑制可通过靶向CD39或A2AR逆转。在COVID-19中，CD39⁺ Tregs的频率与疾病严重程度相关，表明嘌呤信号在维持免疫功能障碍中的作用。靶向ADO途径可能代表恢复慢性病毒感染中免疫平衡的治疗策略。

1.4 嘌呤代谢物与Foxp3调控的直接机制联系

尽管直接机制证据有限，但一些研究提供了相关见解。在脓毒症研究中，细胞外腺苷通过A2A受体 engagement 和下游转录因子CREB的激活促进Tregs中Foxp3的表达。类似地，早期研究表明腺苷及其类似物通过JNK/AP-1信号增强Foxp3表达，这可被腺苷受体拮抗剂或JNK阻断抑制。这些发现支持腺苷在炎症条件下可直接上调Foxp3转录的观点。此外，嘌呤代谢相关辅因子如NAD⁺通过表观遗传调控支持Foxp3转录活性和蛋白质稳定性，作为染色质修饰酶的重要底物。

1.5 嘌呤能受体调节Treg功能

嘌呤能受体通过感知细胞外嘌呤代谢物和调节关键调控通路来调节Treg功能。它们对eATP和eADO的动态水平作出反应，引发情境依赖性效应。嘌呤能受体分为两个亚家族：P1，由ADO激活；P2，响应ATP、ADP、UTP和UDP。

P1受体是G蛋白偶联受体（GPCRs），包括四种亚型：A1、A2A、A2B和A3受体。这些受体通过其与腺苷酸环化酶（AC）活性的耦合来调节细胞内cAMP水平。A1和A3受体与Gi蛋白耦合，抑制AC，导致cAMP水平降低。A2A和A2B受体与Gs蛋白耦合，增加AC活性和cAMP。A2AR对ADO具有高亲和力，在Tregs中高表达，而A2B受体（A2BR）亲和力较低，对cAMP调节影响较小。

A1R和A2AR是Tregs中的主要功能性ADO受体。Tregs产生eADO，通过A2AR依赖性信号抑制效应T细胞活化。在健康个体中，A2AR激活上调Tregs中T细胞免疫球蛋白和ITIM结构域（TIGIT）的表达，而这种诱导在自身免疫患者中缺失。在小鼠中，TIGIT⁺ Tregs存在于淋巴组织中，有助于抑制实验性自身免疫性葡萄膜炎（EAU）。Tregs中A2AR的存在对于这些免疫抑制性TIGIT⁺ Tregs的发育至关重要，因为A2A缺陷小鼠表现出TIGIT⁺ Treg形成受损。A1R和A2AR的激活增强Treg扩增，并触发cAMP–CREB（cAMP反应元件结合蛋白）和cAMP-AR（雄激素受体）信号通路，从而增加IL-10和Foxp3表达。A2AR激动剂如CGS21680或NECA可扩增CD25^hiFoxp3⁺ Tregs，这些Tregs表达CD39、CD73和CTLA-4。缺乏A2AR或用A2AR拮抗剂处理的Tregs对Teffs的免疫抑制能力降低。

A2BR也有助于Treg介导的免疫调节。在实验性自身免疫性肌炎中，A2BR激活降低Th17细胞频率，增加Treg数量，并防止Treg耗竭。在肺缺血再灌注损伤（LIRI）小鼠模型中，使用中和抗体阻断A2BR显著降低LIRI小鼠培养外周血中Treg的比例。A2BR缺陷小鼠在内毒素诱导的肺部炎症中表现出Treg诱导受损，促炎T细胞招募增强，炎症加剧伴气道液体渗漏增加。

P2受体包括两个亚家族：P2X受体（ATP门控离子通道）和P2Y受体（GPCRs）。两个亚家族在ATP信号传导中起关键作用，并调节Treg功能、存活和分化。

P2X受体响应细胞外ATP，包括七种亚型（P2×1R-P2×7R）。P2×7R因其对Treg稳定性和功能的影响而被广泛研究。ATP与P2×7R结合诱导离子流入（Ca²⁺、Na⁺和K⁺），降低Treg抑制能力。激动剂BzATP上调P2×7R表达，降低Foxp3水平，并促进Th17分化。相反，P2×7R的药理学拮抗在TCR刺激后促进初始CD4⁺ T细胞向Tregs转化。使用P2rx7^?/?小鼠或氧化ATP等药理学抑制剂的研究表明，P2×7R表达与Treg功能和稳定性负相关。ATP-P2×7R信号增强Treg在炎症部位对细胞死亡的易感性，降低其免疫抑制功能。NAD⁺在细胞损伤或炎症期间释放，通过ADP-核糖基化激活P2×7R，增加细胞对损伤的敏感性。由于P2×7R在Tregs中的表达高于常规T细胞，NAD⁺选择性清除75%–80%的Tregs。全身给予NAD⁺在几种小鼠肿瘤模型中促进抗肿瘤反应，表明P2×7R信号在Treg稳定性和功能中的直接作用。另一项研究表明，NAD⁺通过嘌呤能信号和转录因子STAT3和RORγt的激活促进Treg向Th17细胞转化。

P2Y受体包括八种亚型：P2Y1R、P2Y2R、P2Y4R、P2Y6R、P2Y11R、P2Y12R、P2Y13R和P2Y14R。这些受体与各种核苷酸结合，如ATP、ADP、UTP、UDP和UDP-糖，影响细胞内cAMP和Ca²⁺水平。在移植物抗宿主病（GVHD）模型中，P2Y2R缺陷的Tregs降低抑制活性， impair 预防GVHD和增强存活的能力 compared with control Tregs。近期报告表明P2Y12R影响Treg增殖和迁移，因为P2Y12R拮抗破坏血小板-Treg相互作用，减少小鼠脓毒症模型中的Treg扩增。

总之，嘌呤能受体及其下游信号通路对于调节Treg稳定性、代谢和抑制功能至关重要；因此，已开发出一系列靶向嘌呤能受体或关键酶的激动剂和拮抗剂以调节Treg功能。

1.6 嘌呤代谢酶影响Treg功能

嘌呤代谢酶调节Treg稳定性和功能。这些酶的失调影响促炎和免疫抑制信号，影响Treg增殖、迁移和抑制。

1.6.1 Tregs中的细胞外酶

由细胞坏死、损伤、缺氧和癌症触发的eATP升高显著影响炎症期间的细胞代谢、粘附和迁移。

Tregs表达外酶CD39和CD73，它们依次将eATP降解为eADO，调节嘌呤受体信号。CD39（也称为外核苷酸三磷酸二磷酸水解酶-1；ecto-NTPDase1）将eATP/ADP水解为AMP，CD73（也称为ecto-5′-核苷酸酶）进一步将其转化为ADO，使Tregs能够通过P2受体抵消ATP诱导的毒性和树突状细胞成熟。在人类中，Foxp3⁺ Tregs中的CD39表达受TCR engagement 调节，对其免疫抑制功能至关重要，CD39+ Treg数量减少与多发性硬化症（MS）等自身免疫疾病有关。大量研究证实Tregs中CD39高表达及其在免疫抑制中的关键作用。CD73将AMP转化为ADO，在Treg介导的抑制中起关键作用，这在CD73缺陷小鼠中得到证明，其缺失损害接触超敏反应和肾移植模型中的免疫耐受。抑制CD39和CD73不仅 impedes 肿瘤生长和转移，而且削弱Tregs和巨噬细胞的免疫抑制功能。因此，开发CD73抑制剂因其产生ADO和诱导免疫抑制效应的能力而受到 significant interest。

CD38、CD157和CD203a是细胞表面外酶，调节细胞外核苷酸池，特别是通过产生腺苷。这些酶还介导非经典NAD⁺信号，影响Treg活性。CD38将NAD⁺转化为钙动员第二信使如cADPR，对Treg迁移、稳定性和抑制至关重要。抗CD38疗法，如isatuximab，减少CD38⁺ Tregs并增强mRNA-COVID-19疫苗反应。CD157是CD38的旁系同源物和NAD糖水解酶，将NAD⁺水解为烟酰胺和ADP-核糖（ADPR），有助于产生ADO，支持Treg存活和稳定性。CD203a将细胞外核苷酸水解为AMP和无机焦磷酸（PPi），并与CD39和CD73一起 contribute to eADO生产，增强Treg介导的免疫抑制并促进肿瘤免疫逃逸。

1.6.2 嘌呤补救途径酶

嘌呤补救酶回收嘌呤碱基，如鸟嘌呤、次黄嘌呤和腺嘌呤，成为GMP、IMP和AMP，维持对Treg功能至关重要的核苷酸池。ADA存在两种同工酶，ADA1和ADA2，各具 distinct roles。ADA1在T、B和NK细胞中丰富，主要通过胞质活性和与CD26及ADO受体的相互作用调节ADO水平，并且对Treg分化和Foxp3表达至关重要。相反，ADA2主要在髓样细胞中表达，选择性结合CD39⁺ Tregs但不与CD26相关，调节Tregs功能而不影响其他免疫细胞。次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HPRT）补救次黄嘌呤和鸟嘌呤为IMP和GMP，维持细胞内嘌呤池。如Lesch-Nyhan综合征中所见，HPRT缺陷损害Treg功能，突出了其在Treg介导的免疫调节中的重要性。

1.6.3 嘌呤从头合成途径酶

嘌呤的从头合成利用来自葡萄糖代谢的磷酸核糖二磷酸（PRPP）产生IMP，IMP通过关键酶转化为AMP或GMP。IMP脱氢酶（IMPDH）利用NAD催化IMP向黄苷一磷酸（XMP）的转化。IMPDH抑制剂霉酚酸酯在移植患者中增强Treg扩增、功能、共抑制受体表达和免疫耐受，尽管IMPDH与Treg活性之间的直接机制联系有限。腺苷酸琥珀酸合成酶（ADSS）通过腺苷酸琥珀酸中间体将IMP转化为AMP。ADSS缺陷可能是致命的，并且与iTregs中Foxp3表达的调节有关，表明其在Treg功能中的潜在作用，尽管其具体机制仍未明确。

1.6.4 嘌呤降解酶

尿酸（UA）是嘌呤 catabolism 的终产物，嘌呤核苷磷酸化酶（PNP）和 xanthine oxidase（XO）作为影响Treg功能的关键酶。PNP催化嘌呤核苷分解为嘌呤碱基和 ribose-1-phosphate，调节ADO水平。人类PNP缺陷导致T细胞免疫缺陷和自身免疫表型。研究表明PNP作为代谢免疫检查点，影响T细胞发育过程中的SAMHD1表达，促进生发中心形成、细胞周期停滞和干扰素通路激活，与Treg功能有潜在关联。XO将次黄嘌呤转化为 xanthine，然后转化为UA。XO衍生的ROS增强T细胞增殖但损害Treg功能，可能导致免疫紊乱。虽然这些酶通过控制嘌呤代谢物和副产物如ROS影响Treg功能，但具体机制仍有待 fully elucidated。

1.7 小鼠与人类嘌呤能分子的差异

尽管对嘌呤能分子在各种病理条件下的治疗兴趣 significant，但理解它们在物种间差异表达和调控对于将小鼠研究发现转化为人类疾病至关重要。例如，CD73缺陷在小鼠中不产生明显病理，而在人类中导致血管钙化、动静脉迂曲和关节异常。CD39缺失小鼠表现出Treg功能受损，无法防止同种异体移植物排斥。CD39/CD73在Treg细胞上的协调表达和活化T效应细胞上的A2A受体对于有效的免疫抑制功能是必需的。在人类中，嘌呤能受体表达更为复杂。缓解期类风湿关节炎患者的CD4⁺ T细胞上调其他受体，如A2BR和A3R，表明存在小鼠中未反映的独特调控机制。配体结合特性 also vary；人P2×4受体比小鼠（565 nM）具有更高的ATP亲和力（747 nM），并且拮抗剂5-BDBD在人类中是有效拮抗剂，不抑制小鼠P2×4R。A3R表现出主要种间变异。MRS1220以0.6 nM结合人A3R，但与大鼠A3R的结合亲和力低50,000倍（30 μM）。人P2×7R对BzATP和ATP的敏感性（EC₅₀: 20 and 100 μM）高于小鼠P2×7R（295 and 850 μM）。参与免疫调节的P2Y11受体存在于人类中，但在小鼠和大鼠基因组中缺失，限制了利用小鼠模型研究该通路。

1.8 结论与未来展望

Several drugs targeting purine metabolism have been shown to modulate Tregs and alter immune responses. These include inhibitors of purine biosynthesis and salvage pathways (methotrexate, 6-mercaptopurine [6-MP], mycophenolate mofetil [MMF], and azathioprine [AZA]) as well as modulators of the ATP-adenosine axis (POM-1, APCP, SCH58261, and CPI-444 [ciforadenant]). While these drugs are used in autoimmune diseases, transplantation, and cancer therapy, challenges such as cancer metabolism heterogeneity, chemoresistance, and toxicity highlight the need for novel therapeutics with improved specificity and safety.

尽管缺乏特异性和脱靶效应仍然是主要限制，但新兴的生物工程策略可能通过实现 otherwise nonspecific drugs 向靶向细胞或组织的精确递送来帮助克服这些挑战。例如，纳米颗粒介导的小分子抑制剂（如POM-1或CPI-444）的递送， decorated with Treg-或肿瘤靶向配体，可以增强局部药物浓度同时减少全身暴露。将嘌呤代谢抑制剂与针对Treg相关表面标志物（如CD25或CTLA-4）的单克隆抗体连接的抗体-药物偶联物（ADCs）可以选择性耗尽或调节病理部位中的Tregs。脂质体封装制剂 of agents like methotrexate or MMF could facilitate preferential uptake in inflamed tissues or tumors。工程化的细胞外囊泡或外泌体装载A2A拮抗剂并用靶向肽修饰可以指导其被特定免疫细胞亚群或在 defined anatomical niches 内摄取，并 offer the potential to enhance therapeutic precision, minimize off-target effects, and reduce systemic toxicity, thereby improving the safety and efficacy of purine metabolism–targeting strategies.

未来转化需要精确方法来描绘情境特异性Treg反应、全面的人类Treg亚群分析以及优化剂量以平衡疗效和免疫相关不良事件。在人体试验中将代谢分析与免疫表型分析相结合，对于释放嘌呤代谢靶向策略在Treg中心疾病中的治疗潜力至关重要。

尽管积累的证据突出了嘌呤能信号在Tregs中的关键作用，并且对通过嘌呤途径靶向Tregs的兴趣日益增长，但一个经常被忽视的问题是缺乏对Treg亚群的精确定义， specifically thymus-derived Tregs (tTregs), peripheral Tregs (pTregs), and induced Tregs (iTregs)。这些亚群在起源、表观遗传编程和功能稳定性方面存在根本差异。tTregs在胸腺中响应自身抗原发育，表现出稳定的谱系特性， characterized by complete demethylation of the FOXP3 TSDR and sustained suppressive function even under inflammatory conditions。pTregs由 naive T cells 在周围组织中响应耐受性信号（如TGF-β和IL-2）产生，但其表观遗传和功能稳定性可能因环境线索而异。相比之下，iTregs在体外类似细胞因子条件下诱导， often display incomplete TSDR demethylation and are prone to phenotypic instability in vivo, especially in metabolically stressed or inflammatory settings。然而，许多关于Tregs中嘌呤代谢的研究，包括那些关注CD39/CD73表达、腺苷受体信号和细胞外ATP感应的研究，并不区分这些亚群。为提高清晰度和转化相关性，未来研究应采用严格方法，如TSDR甲基化分析、体内谱系追踪和应激适应性抑制 assay，以在评估嘌呤能信号时准确定义Treg identity。

将动物研究发现转化为临床应用面临挑战， due to species-specific differences in purine metabolism, gene expression variations between mice and humans, and the pleiotropic effects of purinergic signaling inhibitors。非免疫细胞中的脱靶效应 presents significant hurdles。具有增强特异性的小分子抑制剂、靶向嘌呤能酶或受体的生物制剂以及提高疗效同时最小化全身毒性的药物递送系统可能克服这些挑战。未来的转化努力应专注于细胞或组织特异性药物递送策略，以增强疗效同时减少 adverse effects。