CD13、CD28、ARG-1的生物学特性与消化道恶性肿瘤之间的关系研究进展

Research Progress on the Relationship between the Biological Characteristics of CD13, CD28, and ARG-1 and Digestive Tract Malignant Tumors

摘要: 消化系统恶性肿瘤(含食管癌、胃癌、肝癌等)发病率与死亡率一直居高不下，2022年结直肠癌、胃癌、肝癌三者发病率占全球恶性肿瘤18.8%、死亡率占23.9%，当前，在消化道恶性肿瘤的免疫相关机制研究中，CD13、CD28、ARG-1三大分子已成为领域内的核心研究热点，本文系统综述三者的分子结构、表达分布、生理功能及病理关联，重点分析三者在胃癌、肝癌、结直肠癌等消化道肿瘤中的表达特征、作用机制及临床意义，旨在为消化系统恶性肿瘤的早期诊断、预后评估及靶向治疗提供理论依据与研究方向。

Abstract: The incidence and mortality rates of malignant tumors of the digestive system (including esophageal cancer, gastric cancer, liver cancer, etc.) have remained consistently high. In 2022, the incidence of colorectal cancer, gastric cancer, and liver cancer accounted for 18.8% of global malignant tumors, while their mortality accounted for 23.9%. Currently, in research on the immune-related mechanisms of digestive tract malignant tumors, three key molecules—CD13, CD28, and ARG-1—have become core research hotspots in the field. This article systematically reviews the molecular structure, expression distribution, physiological functions, and pathological associations of these three molecules, with a focus on analyzing their expression characteristics, mechanisms of action, and clinical significance in digestive tract tumors such as gastric cancer, liver cancer, and colorectal cancer. The aim is to provide a theoretical basis and research directions for the early diagnosis, prognostic evaluation, and targeted therapy of malignant tumors of the digestive system.

1. 前言

随着环境因素变化及人类饮食结构调整，癌症发病率逐年上升，已成为威胁居民健康的重大疾病。其中，消化系统恶性肿瘤(涵盖食管癌、胃癌、肝癌、胆囊癌、胰腺癌、结直肠癌等)的发病率与死亡率均位居恶性肿瘤前列。2022年全球恶性肿瘤发病数据显示，结直肠癌、胃癌、肝癌的发病率均位列前六位，三者合计占比18.8%；死亡率均位列前五位，合计占比23.9%，在六种主要消化系统癌症中，大肠癌的发病率和死亡率负担最重，在欧洲、北美洲、拉丁美洲和大洋洲，其是消化系统肿瘤中死亡率最高的主要原因，这与这些地区发达国家的生活方式(如久坐不动)和饮食习惯(如高脂饮食、过度摄入红肉)及吸烟、饮酒等因素密切相关[1]。而在亚洲和非洲，肝癌死亡率最高，肝炎病毒感染及黄曲霉素暴露是低至中等发展水平地区肝癌的主要危险因素[2] [3]。1988~2012年数据显示，胃癌、食管癌、肝癌等消化系统癌症发病率呈下降趋势，这主要得益于高风险因素预防措施的有效实施及癌症筛查项目的成功开展[4]。然而，全球消化系统癌症的整体负担仍存，需进一步加强一级预防、筛查、早期发现与治疗，以降低其发病率和死亡率，减轻对公共卫生的影响。

2. CD13的生物学特性及其与胃癌、肝癌、结直肠癌的关系

2.1. CD13的生物学特性

2.1.1. 分子结构

CD13 (Cluster of Differentiation 13 or Aminopeptidase N)，又称白细胞表面分化抗原CD13，同时也是膜丙氨酰氨基肽酶(APN/CD13/ANPEP)。它是一种II型依赖锌离子的膜结合外肽酶，在结构上主要以两种形式存在：一是位于细胞膜上的II型膜内在蛋白(160-kDa)，二是被认为是成熟膜结合形式细胞内前体的细胞质同种型(110~130 kDa) [5]。其能优先水解蛋白质和肽的N-末端酰胺键，对中性氨基酸的作用尤其明显[6]。

2.1.2. 表达分布

CD13广泛表达于多种细胞和组织，涵盖肾脏、小肠、神经系统、胎盘、脑、肝脏的突触膜、乳房以及支气管腺分泌上皮等[7]。它在骨髓单核细胞谱系的细胞中尤为强烈，包括单核细胞、前体细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞和中性粒细胞，因此可作为淋巴瘤、白血病诊断中的常规生物标志物[8]。

2.1.3. 生理功能

CD13因其广泛的表达范围和底物特异性，被誉为多功能酶，参与多种生理和病理过程。它的功能与其表达位置密切相关，生理功能包括肽调节、代谢(如肠道中促进肽降解和氨基酸清除以助氨基酸重吸收，肾脏中参与谷胱甘肽代谢)、抗原呈递(参与MHC II类分子上抗原肽的细胞外修剪，降解DC上合成I类肽以降低抗原活性)、细胞分化、免疫调节、造血功能、炎症反应、血压调节、胆固醇代谢，以及在大脑中与CD10合作参与神经肽(脑啡肽、血管紧张素III)代谢，影响血管加压素释放等[9] [10]。

2.1.4. 病理关联及作为预后标志物和治疗靶点的潜力

CD13不仅在正常的生理表达和功能上发挥作用，其过度表达、失调和改变也与癌症及其他多种人类疾病紧密相关。自1958年N. Engl等首次提出氨基肽酶活性与肿瘤进展之间的联系以来，近年来的研究文献不断报道CD13在肿瘤诊断及鉴别诊断中的广泛应用[11]，尤其在胃癌[12]、胰腺癌[13]和肝癌[14]等消化道恶性肿瘤中，CD13的表达水平及活性变化与肿瘤细胞增殖、侵袭、转移等进展过程密切相关。因其在多种恶性肿瘤中呈现异常高表达，且与肿瘤进展、耐药及不良预后密切相关，使其成为极具潜力的预后标志物和治疗靶点，基于CD13在肿瘤中的特异性高表达及功能必要性，目前已开发多种靶向策略，涵盖小分子抑制剂[15]、单克隆抗体(mAb) [16]、抗体药物偶联物(ADC) [17]等，部分已进入临床前或早期临床试验。

2.2. 与胃癌、肝癌、结直肠癌的关系

2.2.1. 胃癌

Nohara 等通过研究观察到，CD13在硬化性胃癌细胞上高表达，在高分化管状腺癌细胞、低分化腺癌细胞、印戒细胞癌上不表达，且引发致命癌性腹膜炎和血性腹水的胃癌患者CD13表达水平极高[12]。张朝阳等对117例胃癌根治术患者标本进行免疫组化检测，数据显示胃癌组织中CD13表达水平显著高于癌旁组织，且与肿瘤病理分级、区域淋巴结转移、脉管浸润、浸润程度等进展指标相关，CD13高表达患者术后5年生存率显著低于低表达组[18]。汤小龙等对100例胃癌患者(分淋巴结转移组与非转移组)的研究亦证实，胃癌组织CD13表达高于正常胃组织，且有淋巴结转移者表达水平更高[19]。LIU等进一步研究发现，靶向抑制CD13可影响胃癌细胞迁移和侵袭能力，从而抑制胃癌转移[20]。综上，CD13在胃癌发展中起重要作用，可为胃癌进展判断、预后评估及分子治疗靶点选择提供参考。

2.2.2. 结直肠癌

Ye等对49例早发性结直肠癌(EoCRC，年龄 < 50岁)和50例迟发性结直肠癌(LoCRC，年龄 > 70岁)患者标本进行RNA测序，结果显示，相较于正常组织，EoCRC和LoCRC肿瘤组织CD13表达均显著升高，但EoCRC早期时CD13表达水平显著低于邻近正常组织[21]。Hashida等对47例淋巴结阳性结肠癌患者的研究中，APN/CD13表达阴性患者的生存率显著高于阳性患者，据此可认为APN/CD13阳性表达可能成为结肠癌淋巴结阳性患者预后不良的指标[22]。然而，Saxena等的研究证明，结肠癌患者血清APN水平较低，且APN通过抑制结肠上皮杯状细胞分化，减少慢性炎症诱发结肠癌的可能[23]；Lukanova等也发现血清CD13水平与结直肠癌无关联[24]。目前研究结果存在差异，推测与研究对象的性别、年龄、营养状况等因素相关。

2.2.3. 肝癌

Yamanaka等对86例接受根治性肝切除术的肝细胞癌(HCC)患者标本检测发现，CD13高水平组患者复发时间更早、生存时间更短、平均肿瘤大小更大[14]。翟梦颖也研究证实，肝癌组织中APN表达高于癌旁组织，且与肿瘤大小、肝硬化发生、肝癌迁移侵袭能力及患者年龄呈正相关[25]。机制上，CD13过度表达会激活P38/Hsp27/CREB信号通路，限制细胞毒性药物疗效(如阻断P38或CREB可使HCC细胞对5-氟尿嘧啶敏感)；而CD13抑制剂乌苯美司可通过提高细胞内活性氧水平、促进细胞凋亡，增强5-氟尿嘧啶、顺铂和多柔比星的治疗效果[26] [27]。鉴于CD13与肝癌发生发展、化疗耐药的密切关联，深入研究其与肝癌的关系，有望增加肝癌治疗方案并改善预后。

3. CD28的生物学特性及其与胃癌、肝癌、结直肠癌的关系

3.1. CD28的生物学特性

3.1.1. 分子结构

CD28，称为Cluster of Differentiation 28 (a T-cell co-stimulatory molecule)，是一种糖蛋白受体，由四个外显子编码，表达于细胞表面时为44 kDa的糖基化二硫键连接同型二聚体，共含220个氨基酸[28]。CD28是共刺激分子亚家族的创始成员，亚家族的其他成员包括ICOS，CTLA4，PD1，PD1H，TIGIT和BTLA。CD28家族成员有许多共同特征，这些受体由连接到单个跨膜结构域和含有关键信号基序的细胞质结构域的配对的V型免疫球蛋白超家族(IgSF)结构域组成[29]。

3.1.2. 表达分布

CD28在大约80%的CD4⁺ T细胞和50%的CD8⁺ T细胞上表达，人类CD28阳性T细胞的比例随着年龄的增长而下降[30]。虽然在其他细胞系中也发现了CD28的表达，包括骨小梁基质细胞、浆细胞、中性粒细胞和嗜酸性粒细胞，但对这些细胞上CD28的功能重要性尚不明确[31]。

3.1.3. 生理功能

CD28的功能主要体现在免疫调节方面：一是作为T细胞受体信号的放大器，二是传递独特信号以控制细胞内生物化学事件(如翻译后蛋白质磷酸化)，并产生对T细胞长期扩增和分化至关重要的细胞因子、趋化因子及存活信号，现在的实验证实CD28和CTLA-4对T细胞刺激具有相反的作用，CD28提供激活信号，CTLA-4提供抑制信号，二者共同参与免疫检查[32] [33]。CD28可能调节浆细胞产生抗体或存活，但具体作用仍需进一步研究[34]。

3.1.4. 病理关联及作为预后标志物和治疗靶点的潜力

CD28的作用具有细胞类型和环境依赖性：在促进常规T细胞增殖和效应功能的同时，也可促进调节性T细胞的抗炎功能，因此兼具促炎与抗炎作用[35]。CD28的表达水平、功能状态或相关通路活性，可直接反映T细胞的免疫功能状态，进而预测肿瘤、自身免疫病等疾病的预后及治疗响应。据既往研究来看，在自身发生炎症的情况下，如多发性硬化症、类风湿性关节炎及慢性肾移植排斥反应等，CD28的表达会升高[36]，同时CD28在肿瘤细胞中表达并参与了免疫逃逸，其被认为与胃癌[37]、骨髓瘤[31]、肝癌[38]等恶性肿瘤的进展有着密切的关联。基于CD28“共刺激开关”的功能，通过激活型药物增强免疫(抗肿瘤)或抑制型药物抑制免疫(治疗自身免疫病/移植排斥)，是CD28靶向治疗的核心策略[39] [40]。

3.2. 与胃癌、肝癌、结直肠癌的关系

3.2.1. 胃癌

Li等对54例胃腺癌患者临床标本的分析表明，远处转移患者T淋巴细胞上CD28表达水平显著低于局部晚期患者，且随转移恶化表达进一步减少；同时，病情未进展患者的CD28水平高于病情进展患者[37]。人类的免疫功能在中老年以后是呈逐渐下降趋势，所以相关研究亦证实，T细胞上CD28表达水平与年龄呈负相关[41]。Li等对120例早期胃癌患者(分内镜下粘膜切除术(EMR)组和手术根治组)的术前术后CD28水平展开研究，发现两组术后CD28水平均显著高于术前[42]。上述研究提示，正常免疫功能的严重抑制是胃癌发生的重要负面机制，肿瘤根治性切除可改善免疫功能。

3.2.2. 肝癌

Maki等对53例肝细胞癌(HCC)患者标本的免疫组化染色，结果显示HCC患者CD28表达显著低于正常人，提示其免疫功能明显受损[43]。Hsu等对45例乙型肝炎病毒相关性肝癌患者的检测数据表明，肝细胞癌浸润淋巴细胞(TIL)中PD-1表达高于外周血淋巴细胞(PBL)，而CD28表达低于PBL，表明CD28与PD-1表达相互影响(PD-1高表达常伴随CD28低表达，反之亦然) [38]。由于免疫刺激通路(CD28)与抑制通路(PD-1)的平衡决定病毒感染肝细胞的命运(如TIL过度表达PD-1会导致肿瘤清除效果差)，且已有研究证实HCC患者PD-1阳性表达与肿瘤大小、转移、腹水相关[44]。因此可推测CD28表达水平可能也与肝细胞癌临床病理特征存在关联，但需进一步验证。

3.2.3. 结直肠癌

国内刘波等对48例结肠癌患者肿瘤组织及切缘组织(按淋巴结转移与否分组)的免疫组化染色显示，淋巴结转移组肿瘤浸润淋巴组织中CD28表达显著低于未转移组，提示CD28⁺ T细胞减少可能与结肠癌发生发展相关[45]。KUCUKHUSEYTIN等对比80例结直肠癌患者与115名健康志愿者的血清CD28水平，发现健康个体血清CD28水平显著高于患者[46]。MAO等对103例结直肠癌患者、30名正常人和30名腺瘤息肉患者的血清标本研究结果表明，结直肠癌患者中包括CD28在内的共刺激性受体水平低于正常人和腺瘤息肉患者，但尚未发现CD28表达与结肠癌患者病理特征的强相关性，需长期随访以明确其与临床结局的关联[47]。总体来看，随结直肠癌进展、扩散及转移，细胞毒T细胞活性降低、抑制性T细胞活性升高，机体免疫功能受抑，进而促进肿瘤扩散转移。

4. ARG-1的生物学特性及与胃癌、肝癌、结直肠癌的关系

4.1. ARG-1的生物学特性

4.1.1. 分子结构

精氨酸酶(Arginase-1)，是一种存在于很多组织的酶，是一种锰金属酶，它催化L-精氨酸向L-鸟嘌呤和尿素的转化。它存在于细菌、酵母、植物、无脊椎动物和脊椎动物中，被认为最初出现在细菌[48]。大多数无脊椎动物、植物、细菌和酵母只有一种形式的精氨酸酶，定位于线粒体，即为ARG-2。而脊椎动物及其他以尿素形式代谢多余氮的动物，还表达第二种细胞质异构体，即ARG-1。这两种胞质和线粒体精氨酸酶异构体分别命名为ARG-1 (A1)和ARG-2 (A2) [49]。人类A1由322个氨基酸组成，这两种亚型都由3个相同的亚基组成，在15 Å深的裂隙底部有一个活性位点。对酶活性至关重要的锰离子位于裂隙底部。每个亚基的整体折叠属于α/β家族，由一个平行的8链β片组成，两侧各有许多α-螺旋[50]。这两种精氨酸酶亚型具有相似的机制，需要锰作为辅因子，并且代谢产物相同。

4.1.2. 表达分布

在一些脊椎动物中，A1在肝脏、红细胞和特定免疫细胞群体中表达，而A2在肾脏中高度表达，并且还在一些其他组织中表达，包括大脑和视网膜[51]。精氨酸酶可在多种细胞类型中表达，且其表达可被多种药物和条件诱导，具体取决于组织和物种。

4.1.3. 生理功能、病理关联及作为预后标志物和治疗靶点的潜力

精氨酸酶在细胞增殖和生长中起着重要作用，同时也是炎症、伤口愈合、组织修复、神经元发育的必需物质[52]。肝脏精氨酸酶缺陷可能导致氨毒性积累，引发尿素循环紊乱，进而出现精神障碍、癫痫发作甚至死亡[53]。但是精氨酸酶的过度增加也可能导致血管和气道的增厚、纤维化和硬化，心脏和肾脏的肥大和纤维化，神经退行性疾病和肿瘤的生长等影响[54]。据既往研究表明，由ARG-1产生的L-鸟氨酸进一步代谢成多胺，而多胺是细胞分化和增殖的必需成分并促进肿瘤生长[50]，ARG-1在宫颈癌[55]、胃癌[56]、肝癌[57]等多种恶性肿瘤中高表达及与肿瘤分期、淋巴结转移及较差的预后相关，提示其可能作为早期预警标志物及存在相关靶向治疗的潜力。目前ARG-1作为靶向治疗的研究进展主要包括ARG-1抑制剂[58]、疫苗治疗[59]及联合治疗[60]三个方面，深入研究其与恶性肿瘤的关系，有望增加恶性治疗治疗方案并改善预后。但ARG-1的表达水平及功能在不同肿瘤类型和患者中存在异质性，需通过生物标志物筛选(如ARG1表达、精氨酸水平)优化治疗方案。

4.2. 与胃癌、肝癌、结直肠癌的关系

4.2.1. 胃癌

郑威强等对92例胃癌患者临床标本的免疫组化检测，结果表明ARG-1表达与胃癌TNM分期、局部浸润、分化程度、淋巴结转移及远处转移相关，提示ARG-1高表达与肿瘤侵袭性、恶性程度及转移密切相关；同时，ARG-1高表达是胃癌患者预后的独立危险因素，高表达患者无瘤生存率和总生存率显著低于低表达患者[61]。李雪等也认为，早期胃癌组织中ARG-1高表达与肿瘤大小、组织分化相关，且其表达水平是肿瘤浸润深度的影响因素[62]。然而，Wu等研究呈现不同结果，尽管胃癌组织中ARG-1水平显著高于正常胃粘膜组织，但与肿瘤大小、类型、侵袭性、细胞分级及临床阶段无关，推测差异可能源于标本数量少或个体差异[56]。鉴于胃癌组织中精氨酸酶增加可能伴随多胺水平升高，且肝外精氨酸酶可作为多胺生物合成途径的一部分，其有望成为抑制胃癌发生及肿瘤生长的药物开发靶点[50] [63]。

4.2.2. 结直肠癌

Gao等在结肠炎相关结直肠癌小鼠模型中，观察到ARG-1表达显著增加[64]。MA等对236例结肠癌患者病理标本开展检测，结果显示结肠癌组织中ARG-1表达水平明显升高，且与肿瘤分期、淋巴结转移及血浆白蛋白浓度 < 35 g/L显著相关；ARG-1过表达与患者总生存期(OS)和无病生存期(DFS)不良预后相关，高表达患者OS和DFS显著缩短，提示ARG-1过表达是结肠癌患者OS和DFS的独立预后因素[65]。WANG等通过实验证实，精氨酸酶活性参与人类结肠癌细胞迁移，ARG-1在结肠癌患者恶性肿瘤中表达，其激活可促进结肠癌细胞迁移、定植及转移，抑制ARG-1活性可能抑制结肠癌细胞恶性改变[66]。由此可见，ARG-1不仅是结直肠癌潜在的生物标志物，也可能是晚期结肠癌患者的治疗靶点。

4.2.3. 肝癌

王斌生对78例原发性肝癌(PHC)和45例肝转移癌(HM)患者细针穿刺活检标本的免疫组化染色显示，ARG-1在原发性肝癌中呈高阳性表达，在转移性肝癌中阳性表达率极低，提示ARG-1是鉴别PHC与HM的高敏感度、高特异性免疫标记物，但因标本量较少，结果需大样本、多中心实验进一步确证[67]。曹梦等也报道，ARG-1在原发性肝细胞性癌中高表达，在肝脏转移癌中仅1例胰腺癌转移灶局灶表达，其余均无阳性表达[67]；国外ATTA等也发现ARG-1在胰腺癌中呈局灶弱阳性表达[68]。与AFP及Herpar-1相比，ARG-1鉴别原发性肝癌与肝脏转移癌的特异度和敏感性更高，但由于其在良性肝细胞和肝细胞性肝癌中均有表达，仅对鉴别低分化肝细胞性肝癌与转移癌有意义[69]。

5. 展望

CD13在多种人体的细胞和肿瘤细胞中表达，目前已知CD13在多种消化系统恶性肿瘤中高表达，参与了肿瘤的分级、区域淋巴结转移、脉管浸润、浸润程度等肿瘤进展，而目前唯一认可的CD13抑制剂乌苯美司可影响5-氟尿嘧啶、顺铂和多柔比星的治疗效果，所以继续深入研究CD13有助于改善消化系统恶性肿瘤患者的预后，增加治疗的有效方案。但是CD13在小肠绒毛上皮细胞、肾脏细胞、血管内皮细胞等正常人体细胞均有生理性表达，CD13的靶向治疗可能导致胃肠道毒性及可能存在的“脱靶”损伤。但尽管存在正常细胞毒性、异质性等挑战，但通过标准化检测、新型药物设计及联合治疗策略的优化，CD13靶向疗法有望在未来成为肿瘤精准治疗的重要组成部分，在难治性癌症中发挥关键作用。

CD28主要在淋巴T细胞上表达，消化系统恶性肿瘤的患者免疫力下降明显，由此CD28明显低表达，CD28在多种消化系统恶性肿瘤中与肿瘤的进展、扩散和转移相关联，但免疫系统存在平衡，刺激通路(CD28)的抑制，那么抑制通路(PD-1)就会激活，但其两者具体互相作用机制还有待进一步研究而为治疗肿瘤提供新思路。目前的激活型药物(如CD28激动剂、双抗)为PD-1耐药肿瘤提供新策略，抑制型药物(如阿巴西普)已成为自身免疫病和移植排斥的标准治疗之一，但是目前CD28激动剂可非特异性激活全身T细胞，导致出现严重多器官衰竭，未来需通过“靶向递送”(如肿瘤微环境特异性激活)和“信号精准调控”(如下游通路选择性抑制)解决相关问题。

ARG-1主要在正常的肝细胞及多种消化系统肿瘤中高表达，与AFP及Herpar-1相比，其特异度及敏感性更高，所以在HCC的鉴别诊断中起着重要的作用，同时有研究认为其高表达与消化系统癌症患者的预后息息相关。ARG-1作为预后标志物和治疗靶点具有显著潜力，尤其在肝癌、结直肠癌等恶性肿瘤中。尽管目前的临床试验显示出一定疗效，但仍需进一步研究以明确其作用机制、优化治疗方案并解决耐药性问题。随着精准医学和联合治疗策略的发展，ARG-1有望成为癌症和纤维化疾病治疗的新靶点。

NOTES

^*通讯作者。