腫瘤的免疫逃逸

在上一篇文章中，作者談到了Munn發現IDO免疫抑制作用的過程。然而，Munn在培養巨噬細胞/T細胞時覺得色氨酸可能不是一種純粹的營養物質，而是一種信號分子。

對于很多人來說，這種觀點真的很難接受。因為我們平時吃的食物中有大量的色氨酸，色氨酸怎么會成為抑制T細胞功能的信號分子呢？

對于Munn來說，說服其他科學家接受這一觀點真的不容易。當時很多科研人員只認為Munn實驗室的人是一群瘋子。當時只發現了色氨酸這種可以影響T細胞功能的營養素。

但后來科學家發現，包括血糖水平在內的其他營養物質的濃度也會影響T細胞的激活過程，于是人們開始接受色氨酸也可以是影響T細胞功能的信號分子。

然而，直到六年后，色氨酸抑制T細胞功能的整個信號通路才被弄清楚。然而與此同時，研究人員發現許多類型的腫瘤細胞可以表達不同水平的IDO。

更重要的是，研究人員發現，IDO1在腫瘤中的過度表達與腫瘤細胞中的Bin1狀態有關。Bin1是腫瘤中最常被抑制的腫瘤抑制基因之一。研究發現，癌細胞中缺乏Bin1足以使癌細胞只利用細胞內的信號通路通過IDO1介導免疫反應逃逸。

我想大部分制藥業的人都很清楚，IDO其實只是能夠阻止免疫系統攻擊自身抗原或者無害抗原的機制之一。在發現IDO功能的同時，科學家發現了其他參與免疫耐受的蛋白質，如CTLA4和PD1/PD-L1。

人類的免疫系統真的非常復雜。免疫系統可以持續監測外來抗原，但包括PD-1在內的一些蛋白質會抑制T細胞的功能。PD1和CTLA4可在T細胞生命過程的不同階段表達，并抑制免疫反應。腫瘤細胞表面還可以表達PD-1的配體PD-L1，抑制免疫功能。

然而，這些檢查點對于一些特定的正常生理過程非常重要，而當時的科學家發現IDO在其他組織中很少表達，IDO1基因敲除的小鼠不會產生自身免疫性疾病的癥狀，因此科學家覺得IDO1抑制劑的副作用可能低于PD-1/L1藥物。

就是在那時，幾家生物技術公司意識到了IDO在腫瘤免疫中的重要性，開始研發IDO抑制劑。事實上，在早期，大型制藥公司只是持觀望態度，只有Incyte和Newlink Genetics兩家公司長期以來一直公開宣布其IDO R&D項目。

制藥公司入場

2004年，Incyte開始了IDO抑制劑的研究項目。實際上，從藥物化學的角度來看，開發IDO1抑制劑并不十分困難。I 1是一種具有催化活性的單鏈酶，只有包括IDO2、TDO2和TPH在內的幾種其他類型的色氨酸分解代謝酶，可能沒有激酶抑制劑那樣難以控制化合物的選擇性。

而且IDO1具有很高的組織表達特異性和很強的底物特異性。至于化合物活性的評價，測定底物色氨酸和IDO的產物犬尿氨酸并不困難。因此，開發這類抑制劑似乎并不太難。

但事實并非如此。至少Incyte在IDO1項目上的起步不是很順利。其實在Incyte啟動IDO項目的時候，人們對IDO1的作用機制還不是很了解，當時也沒有很好的小分子探針來研究IDO1的功能(Munn用的探針1-MT問題很大)。

另外，如何建立復合評價體系，活動優化到什么程度，也不清楚。當時，他們篩選了30萬種化合物，才找到一種適合藥物化學家的先導化合物。

一年半后，該公司的藥物化學家根據先導化合物合成了大約2000種化合物。通過臨床前和臨床前實驗的篩選和優化，最終將其中一個化合物——依帕卡司他推廣到臨床研究。

2005年，在Incyte開始研究IDO1抑制劑后不久，Newlink Genetics也開始了IDO1抑制劑的研發。但Newlink并沒有選擇從零開始篩選具有IDO1抑制活性的化合物，而是選擇與Munn的研究組達成合作協議，獲得了最初由Munn用于研究懷孕小鼠的化合物1-MT (1-甲基-D，L-色氨酸)。

而Munn在用1-MT作為探針研究IDO的功能時，并沒有對1-MT進行全面的研究，至少他沒有分別對D構型和L構型的化合物進行活性測試。熟悉藥物化學領域的人應該很清楚，這類異構體的藥理活性有時相差很大，甚至有相反的活性。

后來發現D構型的1-MT不能結合IDO1或抑制其功能。然而，L構型與IDO1之間的結合活性較弱，因此認為L構型中的1-MT是其具有IDO1抑制活性的原因。

然而，隨著研究的深入，研究人員發現，雖然1-MT對腫瘤細胞的生長有微弱的抑制作用，但1-MT實際上并不是IDO1的真正抑制劑。

經過抗腫瘤活性研究，最終證實其抗腫瘤活性實際上是由D構型介導的，其作用機制是獨特的，因為研究人員發現D構型的1-MT不能直接抑制IDO1的酶活性，但可以解除對T細胞功能的抑制。

其實這是D構型的1-MT緩解色氨酸缺失導致的mTORC1活性下降的作用。其實D構型的1-MT也是我們后來熟悉的化合物indoximod。

因為吲哚美辛不是一種真正的IDO抑制劑，Newlink后來發現了一種選擇性更高的化合物navoximod。Navoximod在細胞水平的EC50值為75 nM，其對IDO1/TDO的選擇性僅為10至20倍。因此，從這個角度來看，對于同時表達IDO1/TDO的腫瘤，navoximod可能具有一些不同于依帕卡司他的獨特抗腫瘤作用。

而Incyte的依帕卡司他具有更強的12nM活性和更高的選擇性。因此，在臨床前和臨床試驗中，依帕卡司他和那伏昔莫之間可能存在一些明顯的差異。

正是因為navoximod比indoximod具有更好的活性和選擇性，基因泰克在2014年與Newlink達成合作協議，通過支付首付1.5億美元和里程碑付款10億美元的方式與Newlink合作共同開發該化合物。

除了上述兩家公司，2013年由特里羅森(Terry Rosen)和胡安哈恩(Juan Jaen)創立的Flexus也是該領域的有力競爭者。他們當時成立這家公司的原因其實很簡單，因為他們認為雖然在腫瘤免疫領域有PD-1/L1這樣的靶點，但這個領域還有很多潛在的、被嚴重低估的靶點。

當他們剛開始涉足IDO領域的時候，其實已經有了非常清晰的研發思路。研究發現，這些抑制劑需要在很大程度上抑制IDO1的活性，才能產生抗腫瘤作用。而Incyte公司研發的藥物劑量很高，下一次用藥前血藥濃度已經大大降低，他們需要尋找半衰期更長的藥物。

在完成3800萬美元的融資后，Flexus的科學家們很快獲得了一系列IDO1抑制劑，包括作用機制獨特的BMS-986205。這種化合物是IDO1的不可逆抑制劑，其藥代動力學性質確實優于依帕卡司他和那伏昔莫德。

這也讓他們成為很多藥企的目標。經過激烈的競爭，2015年2月，BMS以12.5億美元的驚人價格收購了這家剛剛成立18個月的公司。

然而，Flexus的IDO項目實際上有很多爭議。2015年9月，Incyte起訴Flexus、Rosen和Jaen。原因是Incyte認為Flexus的核心員工Jordan Fridman是Incyte的首席科學家，Fridman是少數知道Incyte的IDO臨床試驗項目結果的員工之一。

Incyte曾與Fridman簽訂保密協議，但他們仍然認為Fridman利用這些商業秘密幫助Flexus進行IDO項目的研究，最終使得這家公司在成立僅18個月后就被BMS以天價收購。

除了BMS-986205，iTeos的PF-06840003 (EOS200271)也是一個有趣的化合物，因為它的作用機制與BMS-986205、依帕卡司他和navoximod相比有很大的不同：PF-06840003是一種色氨酸非競爭性抑制，它不與IDO1中的血紅素結合。

實際上，從血紅素的角度來看，BMS的抑制劑BMS-986205也是一種具有獨特作用機制的化合物，因為它結合的是Apo-IDO 1而不是血紅素-IDO 1。

正在研究的部分IDO抑制劑

由于活性、藥代動力學性質和作用機制的差異，正在研究的IDO抑制劑的臨床前/臨床數據可能存在差異。

但是，無論是吲哚美辛的直接抑制活性，依帕卡司他的高選擇性，對諾伏莫德的TDO/IDO1的雙重抑制作用，還是BMS-986205的不可逆抑制和非血紅素結合活性，還是PF-06840003的非競爭性和非血紅素結合活性，血紅素在療效上是否有任何差異，差異有多大，甚至退一步講，IDO1是否是有效的腫瘤免疫靶點，都很難從臨床前得出明確的結論

ICE的IDO1抑制劑依帕卡多司他(上圖)可以與IDO1中的血紅素(下圖)相互作用。而BMS的BMS-986205能結合非血紅素apo-IDO1。資料來源：列特ACS。

謎團

其實早在發現IDO1與腫瘤的相互作用后不久，工作人員就知道單純抑制IDO1活性并不能有效解除對免疫系統的抑制。臨床研究也證實了這一點。例如，在依帕卡司他的隨機II期臨床研究中，發現依帕卡司他雖然耐受性良好，但療效并不優于他莫昔芬。

2013年，腫瘤免疫學家James Allison的一項實驗為IDO1和CLTA4或PD1抑制劑的聯合應用奠定了基礎。檢查點抑制劑通常只對少數黑色素瘤患者有效，Allision發現使用Yervoy后，腫瘤細胞可以通過IDO1逃避免疫系統的監視。而CTLA4抑制劑和IDO1抑制劑的聯合使用可以有效地減少黑色素瘤小鼠的腫瘤并延長其存活時間。

Allison后來發現，IDO抑制劑與PD1或PD-L1的組合也產生了類似的抗腫瘤作用。熟悉腫瘤免疫治療領域的人應該清楚，提高檢查點抑制劑的效率一直是腫瘤免疫治療領域的熱點。

去年6月，Incyte在ASCO會議上宣布了epacadostat聯合pembrolizumab的臨床試驗結果。數據顯示ORR和疾病控制率分別為35% (14/40)和63% (12/40)。從療效數據來看，該聯合方案治療晚期非小細胞肺癌的療效似乎優于單用檢查點抑制劑。但本研究并非隨機，樣本量較小。

去年9月，Incyte在ESMO2017大會上公布了epacadostat聯合pembrolizumab治療晚期黑色素瘤的數據。ECHO-202研究評估了默沙東公司的依帕卡司他聯合彭布羅利珠單抗治療晚期黑色素瘤患者的安全性和有效性。數據顯示患者的完全緩解率達到56%(35/63)。

但如果仔細看臨床試驗的PFS數據，其實很難發現試驗中三類患者有什么不同。在單臂試驗中很難清楚地知道藥物的療效，結合藥物對單臂試驗的數據進行分析就更加困難。

前幾天公布的三期臨床ECHO-301的數據可能更有說服力。與單獨使用彭布羅利珠單抗相比，在治療不可切除或轉移性黑色素瘤時，依帕卡司他聯合彭布羅利珠單抗未能顯著改善PFS。此外，預計這項研究不會達到改善總體生存率的主要終點。這確實是一個非常危險的信號，因為如果黑色素瘤的療效不好，其他類型腫瘤的成功概率可能就低了。

Navoximod和iTeos的EOS200271的命運同樣坎坷。去年6月，由于navoximod聯合atezolizumab在所有類型的腫瘤中的總體有效率僅為10%，基因泰克選擇將該藥物退還給Newlink。今年1月，由于療效存疑，輝瑞也選擇終止與iTeos合作研發IDO抑制劑EOS200271。

上述臨床試驗失敗的原因可能有很多解釋。首先，化合物可能有其自身的缺陷。但是對于化合物本身來說，其實這些在研藥物的作用機制是不一樣的，PK性質也是不一樣的。比如吲哚美辛對IDO1有間接抑制作用，而EOS200271可以透過血腦屏障(這也是輝瑞選擇與之合作的主要原因之一)，而諾伏昔莫對TDO/IDO1的選擇性作用較弱，BMS-986205是對IDO1的不可逆抑制，不與血紅素-IDO1結合。這些差異很可能導致療效/副作用的差異。

其次，合理的臨床試驗設計也很關鍵。例如，通過有效的生物標志物篩選可能有反應的潛在患者。關于這方面的內容，可以參考作者之前關于PARP抑制劑的文章。

但是臨床試驗失敗還有一個很重要的原因，就是靶點本身有問題。其實這才是大家最擔心的。這個問題我也沒有答案，因為還遠沒有到下定論的時候。

可能現在很多人對IDO已經變得非常悲觀了。其實，新藥的研發本質上是一種科研探索。我們無法預測未來。即使有很大的失敗概率，也會有成功的可能。還是那句話，永遠抱最好的希望。