综述：CD39和CD73：生物学功能、疾病与治疗

《Molecular Biomedicine》：CD39 and CD73: biological functions, diseases and therapy

本综述系统梳理了外核苷酸酶CD39（簇分化抗原39）和CD73在嘌呤信号通路中的核心作用。文章详细阐述了二者通过催化ATP（三磷酸腺苷）水解为ADP（二磷酸腺苷）、AMP（一磷酸腺苷）并最终生成具有免疫抑制作用的腺苷（eADO）的机制，及其在维持生理稳态和多种疾病（如癌症、自身免疫病、心血管疾病等）发生发展中的双重角色。同时，综述全面总结了靶向CD39/CD73的多种治疗策略（如单克隆抗体、小分子抑制剂、双特异性抗体及联合疗法）的临床前与临床研究进展，为未来药物研发和疾病治疗提供了重要见解。

　　

核苷和腺苷代谢

CD39和CD73在腺苷通路中介导免疫抑制的核心作用不容忽视。在缺氧等条件下，ATP被释放到细胞外环境中。CD39首先将ATP水解为ADP，进而转化为AMP。随后，CD73将AMP进一步水解为具有免疫抑制活性的细胞外腺苷（eADO）。除了这条经典通路，还存在CD39非依赖性的腺苷生成途径，例如由CD38和ENPP1（外核苷酸焦磷酸酶/磷酸二酯酶1）介导的途径，它们能将NAD⁺等底物代谢生成AMP，再由CD73转化为eADO。细胞外cGAMP（环GMP-AMP）也可被ENPP1水解为AMP，进而被CD73转化为腺苷，这一过程将原本免疫刺激性的cGAS-STING通路转变为免疫抑制性，从而促进肿瘤进展。一个复杂的酶网络，包括再生ATP的NDPK（核苷二磷酸激酶）和AK（腺苷酸激酶），以及灭活腺苷的ADA（腺苷脱氨酶）和PNP（嘌呤核苷磷酸化酶），与CD39、CD73和ENPP1协同工作，精密调控着细胞外核苷酸和核苷的水平。重要的是，eADO通过与其受体（A₁R, A_2AR, A_2BR, A₃R）相互作用，展现出显著的抗炎和免疫抑制效应，例如抑制NK（自然杀伤）细胞和效应T细胞的活性，从而营造有利于肿瘤生长的微环境。

CD39和CD73的生物学特性

CD39和CD73通过水解细胞外ATP并产生eADO，在免疫调节中扮演了关键角色。它们的表达模式遍布免疫细胞、成纤维细胞和肿瘤细胞，且同时存在膜结合型和可溶型，凸显了其多方面的调控潜力。

结构与分布

CD39是一种细胞表面糖蛋白，包含510个氨基酸，具有两个跨膜结构域和五个保守的ATP酶区域（ACRs）。其晶体结构显示，其活性位点裂隙能够吸引带负电荷的分子。CD73则是一个由548个氨基酸组成的同源二聚体酶，每个亚基包含一个N端结构域（负责磷酸水解酶活性）和一个C端结构域（包含底物结合位点并通过GPI锚定在细胞膜上）。其构象变化（开放I、开放II、闭合III、闭合IV）对其功能至关重要。

CD39和CD73在各种类型的血管内皮细胞上均有表达，它们产生的腺苷在保护组织免受缺氧和缺血损伤方面起着重要作用。CD73特别促进血管内皮而非淋巴管内皮的屏障能力和出芽。在免疫细胞中，CD39和CD73广泛表达于T细胞、B细胞、NK细胞、DC（树突状细胞）和MDSC（髓源性抑制细胞）等。值得注意的是，CD39在CD8⁺ T细胞上的表达与T细胞耗竭相关，而CD73在Treg（调节性T细胞）上的表达受HIF-1α（缺氧诱导因子1α）调控。在肿瘤细胞中，CD39和CD73在胃癌、卵巢癌、胆管癌、肺癌等多种癌症中过度表达，并与不良预后相关。此外，它们在各种成纤维细胞群体中也有表达，例如心脏成纤维细胞表达CD39，而癌症相关成纤维细胞（CAF）主要表达CD73。

酶活性与非酶活性

CD39遵循米氏动力学，对ATP/ADP的水解具有催化偏好，其活性需要Mg²⁺和Ca²⁺等二价阳离子，并在中性至碱性条件下（pH 7~9.5）保持高活性。在肿瘤微环境（TME）的弱酸性条件下（pH 6.8），CD39的表达水平和酶活性均高于ENPP1和TNAP（组织非特异性碱性磷酸酶）。CD73则对AMP水解具有底物偏好性，其活性需要Mg²⁺，并在碱性条件下（pH 9.5）达到最佳。

除了酶活性，CD73还表现出非酶功能。例如，在胶质瘤细胞中，CD73能增强细胞与细胞外基质的粘附；在宫颈癌中，其过表达能增强细胞增殖和迁移，且这些效应不依赖于其酶活性。CD73的非酶功能也显著参与内皮管形成。相比之下，CD39的非酶功能目前尚不清楚。

生物学功能

CD39和CD73通过其酶活性发挥多样的生物学功能。

免疫调节功能：在Tregs上，CD39和CD73的表达与效应T细胞上的A_2A受体共同构成了一个免疫抑制反馈回路。CD39^high Tregs在炎症条件下表现出增强的稳定性。B细胞群体中，一类产生eADO的CD39⁺CD73⁺调节性B细胞显示出免疫抑制特性。在NK细胞中，循环中的CD39⁺ NK细胞表现出显著增强的细胞毒性活性。CD39还调节中性粒细胞的趋化性和迁移。在巨噬细胞中，M2型巨噬细胞比M1型表达更高水平的CD39和CD73，导致前者快速将ATP转化为eADO。在DC中，IL-27诱导的CD39表达通过降低ATP水平来抑制Th1和Th17细胞的分化。

系统稳态功能：在血管系统，CD39和CD73通过产生腺苷来抵消ATP介导的血管收缩，并抑制血栓形成。在神经系统，它们调节神经元活动和突触可塑性，例如小胶质细胞CD39的缺失会导致纹状体eADO减少和神经元PKA信号增强。在骨骼系统，CD39和CD73通过腺苷及其受体调节成骨细胞和破骨细胞之间的平衡。在脂肪组织代谢中，内皮CD73产生的腺苷被脂肪细胞内化，通过激活AMPK（AMP激活的蛋白激酶）来抑制新生脂肪生成。

应激反应调节：CD39和CD73的表达受环境条件和代谢因素影响，如缺氧、氧化应激和营养剥夺。缺氧通过转录因子SP1（特异性蛋白1）和HIF-1α介导的信号通路上调CD39和CD73的表达。氧化应激会显著抑制CD39和CD73的酶活性，而它们的上调则通过产生腺苷来减轻氧化应激和细胞损伤。营养剥夺条件下，CD73的表达通过TGF-β（转化生长因子-β）/SMAD3信号通路的激活而增加。

CD39/CD73在疾病发病机制中的作用

基于其生物学功能，CD39和CD73通过催化产生eADO，在多种疾病中发挥免疫抑制、抗血栓形成、抗炎和神经保护作用。

癌症

在肿瘤微环境（TME）中，CD39和CD73广泛表达于肿瘤细胞、肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）、Tregs和CAFs。它们通过产生eADO促进肿瘤免疫逃逸和进展。除了免疫抑制，CD39还通过其与Annexin A2的相互作用和随后激活的PI3K/AKT通路促进肿瘤进展。CD73则通过EGFR（表皮生长因子受体）、MAPK和PI3K/AKT等信号通路促进肿瘤进展。CD39是耗竭的、肿瘤反应性CD8⁺ T细胞的标志物。CD73通过eADO的作用限制CD8⁺ T细胞的分化和代谢适应性。CD39^hiCD73^hi Tregs通过腺苷-A_2AR通路驱动免疫抑制。

许多临床前研究表明，抑制CD39和CD73可以减轻肿瘤生长和转移。CD39和CD73在肿瘤细胞中的高表达与多种癌症的不良临床结果相关，使其成为潜在的预后生物标志物。此外，CD39和CD73在获得性治疗耐药性中起关键作用。例如，CD39活性驱动急性髓系白血病中对阿糖胞苷的耐药性，而CD73表达促进胰腺导管腺癌（PDAC）中对吉西他滨的耐药性。CD73的表达也与对免疫检查点抑制剂（ICIs）、BRAF抑制剂和EGFR-TKIs（酪氨酸激酶抑制剂）的反应相关。

自身免疫和炎症性疾病

CD39和CD73通过将ATP转化为免疫抑制分子eADO，在类风湿性关节炎、狼疮、过敏性气道疾病、炎症性消化道障碍和酒精相关肝病等多种疾病的免疫调节中起关键作用。在克罗恩病中，CD39⁺ CD8⁺ T细胞亚群富集，而调节性CD39⁺ γδ T细胞减少。在狼疮中，CD39是狼疮易感小鼠中抗体分泌细胞的标志物。CD39⁺FOXP3⁺ Tregs在炎症部位积聚，有效抑制促炎细胞因子。CD73缺陷小鼠表现出明显加重的胃炎和关节炎。

CD39和CD73的表达模式和酶活性不仅与疾病活动性相关，还具有作为治疗反应预测指标的潜力。例如，类风湿性关节炎患者中CD39⁺CD73⁺ Tregs的频率降低，且与疾病活动评分呈负相关。

心血管疾病

CD39和CD73通过水解ATP产生抗炎和抗血栓的介质腺苷，对于维持血管稳态和协调对血管损伤的反应至关重要。在动脉粥样硬化小鼠中，CD39在动脉粥样硬化保护性血流区域显著表达，而在易发生动脉粥样硬化的区域表达减少。CD73的基因缺失会导致动脉粥样硬化病变形成增加。CD39在心肌缺血/再灌注损伤中起保护作用，CD39缺陷小鼠在缺血挑战后梗死面积显著更大。CD73在T细胞上的表达对于通过增强ATP水解和激活腺苷介导的A_2AR/A_2BR信号传导来调节心脏伤口愈合至关重要。

在心脏骤停后的啮齿动物模型中，CD39和CD73在CD11b⁺髓系细胞和CD19⁺ B淋巴细胞上表达上调，而在CD3⁺ T淋巴细胞上表达下调。淋巴细胞上的CD73通过抑制促炎髓系细胞的活化和增强VEGF（血管内皮生长因子）的分泌，对炎症产生保护作用。

感染性疾病

感染通过释放细胞外ATP触发炎症反应，随后ATP被CD39和CD73降解产生抗炎介质eADO。越来越多的证据表明，CD39和CD73在COVID-19（2019冠状病毒病）、HIV（人类免疫缺陷病毒）感染和败血症等多种感染性疾病中扮演双重角色——既有保护作用，也有致病作用。

在COVID-19患者中，核苷酸代谢失调表现为白细胞中CD39和CD73表达升高，血浆中可溶性CD39水平升高与住院时间延长和疾病严重程度相关。HIV感染时，Tregs上的CD39表达显著升高，且CD39⁺ Tregs的扩增与免疫激活增加和CD4⁺ T细胞计数下降相关。在败血症小鼠模型中，CD39和CD73表达的上调在减轻炎症、器官损伤、免疫细胞凋亡和细菌负荷方面起着至关重要的作用。

神经系统疾病

越来越多的证据表明，CD39和CD73参与脑血管疾病和癫痫谱系障碍等多种神经系统疾病的潜在机制。在遭受脑缺血的CD39转基因小鼠中，CD39的过表达能减轻脑缺血损伤。CD73缺陷小鼠则表现出明显更大的脑梗死和缺血后脑灌注受损。在缺血性卒中中，由CD39和CD73产生的eADO通过激活ARs发挥抗炎和神经保护作用。在癫痫脑中，神经元超兴奋性触发小胶质细胞活化并上调CD39表达，随后这些活化的小胶质细胞以CD39酶活性依赖的方式对神经元超兴奋性产生反馈抑制。

CD39/CD73的靶向治疗

鉴于CD39和CD73在多种疾病中介导免疫抑制、抗血栓、抗炎和神经保护作用，靶向这些蛋白已成为一种有前景的治疗策略。

CD39靶向疗法

针对CD39的治疗剂主要包括单克隆抗体、小分子抑制剂等。TTX-030是一种首创的全人源抗CD39单克隆抗体，作为非竞争性变构抑制剂发挥作用。AB598是一种Fc静默、人源化的抗CD39单克隆抗体，具有亚纳摩尔级的结合亲和力和强大的酶抑制活性。IPH5201是另一种人源抗CD39单克隆抗体，能特异性靶向膜结合型和可溶性CD39。SRF617是一种全人源抗CD39抗体，可降低ATP酶活性和CD39表达，同时增强TME内CD8⁺ T细胞的浸润。

小分子抑制剂如POM-1（多氧钨酸钠）和ARL67156也显示出治疗潜力。POM-1是一种非特异性的CD39小分子抑制剂，还能抑制NTPDase家族的其他成员、ENPP1和碱性磷酸酶。

先进的药物递送系统，例如共递送POM-1和免疫原性细胞死亡（ICD）诱导剂奥沙利铂的脂质体纳米平台，已被开发用于增强治疗效果。工程化的CD39融合蛋白，如糖蛋白VI-Fc和CD39融合蛋白、人血清白蛋白（HSA）-CD39融合蛋白和双功能CD39-CD73融合蛋白，代表了新兴的治疗策略。CD39靶向细胞疗法，例如表达抗CD39纳米抗体的CAR-T（嵌合抗原受体T）细胞，在免疫治疗领域显示出前景。

CD73靶向疗法

CD73抑制剂的开发格局更加多样化，包括单克隆抗体、小分子抑制剂等。Oleclumab（MEDI9447）是一种人源化IgG1λ单克隆抗体，可抑制CD73。Uliledlimab（TJ004309）通过非竞争性二聚体内结合模式完全抑制CD73。Sym024（S095024）与CD73酶上的一个独特表位结合，从而深度抑制CD73活性。HB0045是一种抗CD73抗体鸡尾酒疗法，由两种人源化IgG1抗体以1:1混合而成，能够稳定CD73的部分开放构象。

小分子抑制剂AB680（quemliclustat）是一种高效、选择性、可逆的CD73抑制剂，是首个进入临床开发阶段的小分子CD73抑制剂。与AB680需要静脉给药不同，ATG-037和ORIC-533具有口服生物利用度的优势。

各种药物递送和纳米治疗技术已被开发用于增强药物递送和促进CD73抑制。例如，CBO421是一种将小分子CD73抑制剂与人IgG1 Fc结合的药物-Fc偶联物。JAB-X1800是一种CD73靶向的STING免疫刺激抗体-药物偶联物（ADC）。

联合疗法

目前的证据表明，CD39/CD73抑制剂单药治疗的疗效有限，因此越来越多的临床试验集中在联合疗法上，包括与腺苷受体拮抗剂、靶向治疗、免疫疗法和化疗联合。

临床前研究表明，CD39/CD73抑制剂与A_2AR拮抗剂联合使用可提高抗肿瘤疗效并减少肿瘤负荷。将CD73抑制剂与EGFR-TKIs联合是一种有前景的策略。一项评估Oleclumab和EGFR-TKI奥希替尼联合治疗携带EGFR突变的晚期非小细胞肺癌（NSCLC）患者的Ib/II期研究显示，该组合具有可接受的耐受性。

许多临床前研究探索了CD39抑制剂与ICIs或化疗联合的疗效。相比之下，多项临床试验探索了CD73抑制剂与ICIs或化疗联合的治疗潜力。根据ARC-8研究的结果，在转移性PDAC患者中，AB680联合纳布-紫杉醇和吉西他滨显示出前景。根据COAST研究的结果，在不可切除的III期NSCLC患者中，在Durvalumab的基础上加用Oleclumab和Monalizumab可提高客观缓解率（ORR），延长中位无进展生存期（PFS）并改善2年总生存期（OS）率。

挑战与局限性

CD39/CD73抑制剂的开发面临几个重大挑战。这些抑制剂作为单药治疗时，由于CD39和CD73的广泛表达，其疗效可能有限。此外，由CD73重新激活T细胞可能带来脱靶效应和免疫相关不良事件（irAE）的潜在风险。某些CD39和CD73抑制剂由于酶抑制不完全、钩状效应（Hook Effect）和大分子体内作用缓慢等因素，显示出有限的疗效。一些小分子抑制剂表现出较差的药代动力学特性。

基于这些发现，未来开发CD39/CD73抑制剂的策略可能包括：（1）设计新型小分子；（2）结构优化；（3）创建针对不同抗原的双特异性抗体；（4）增强药物递送系统以确保高载药效率同时最小化毒性；（5）采用针对多个表位的鸡尾酒疗法；（6）提高肿瘤选择性；（7）探索用于患者分层的生物标志物；（8）与其他治疗方式联合。为了优化基于CD39/CD73抑制剂的联合疗法，必须解决几个关键因素：有效管理治疗相关不良事件（TRAE）以维持治疗可行性，改进治疗方案以增强治疗效果，制定生物标志物指导的给药策略，以及克服治疗耐药机制。

结论与展望

CD39和CD73研究的最新进展显著增进了我们对其生物学功能的理解，包括结构特征、酶学特性、免疫调节效应、生理和病理作用以及分子相互作用。CD39和CD73作为外核苷酸酶，在ATP依次水解为ADP、继而AMP并最终产生具有免疫抑制作用的腺苷（eADO）的过程中发挥着核心作用，并在各种生理过程（包括血管稳态、血栓形成调节、神经活动调节、神经血管耦合、骨代谢和脂肪组织代谢）以及病理条件（如癌症、自身免疫性疾病、炎症性疾病、心血管疾病、感染性疾病、神经系统疾病、呼吸系统疾病、代谢性疾病和皮肤疾病）中扮演着关键角色。迄今为止，针对CD39和CD73的抑制剂种类日益增多，包括小分子、单克隆抗体和双特异性抗体。针对CD39和CD73抑制剂的临床试验不断增加，不仅作为单药治疗，也与腺苷受体拮抗剂、靶向治疗、免疫疗法和化疗联合进行评估。

临床前和临床研究已经证明了靶向CD39和CD73在癌症治疗中的潜力。然而，对其在疾病发病机制中的机制作用仍需更全面的理解，其在其他疾病中的治疗潜力也相对未被充分探索。未来的研究应强调调控ATP-腺苷代谢的更广泛的外切酶网络，因为这可能会增强靶向CD39和CD73的干预措施的治疗效果。此外，CD39和CD73应作为预测和预后生物标志物进行评估。因此，需要进一步研究以确定涉及CD39/CD73抑制剂的最佳疗法和最有效的给药方案，从而充分利用其优势。