癌症免疫治疗是建立在这样的基础上，即人体已经具备了攻击癌症的免疫系统，我们需要做的是释放这个系统从而让它能攻击肿瘤。但想做到这一点并不是简单的事，做的过了会伤害自身，做的不够又达不到预期效果。幸运的是，科学家在安全性和有效性精细的平衡机制方面已经获得令人瞩目的进展。免疫检查点抑制剂成为一类最具前景的癌症免疫治疗药物。目前，已经有3个这样的抗体进入市场，它们都属于检查点抑制剂，对于一些黑色素瘤和肺癌病人有奇特的疗效。例如，一个由两个检查点抑制剂组成的联合方案可以使晚期黑色素瘤病人的2年生存率由只有5%提高到了79%。但这一领域还有很大的提高空间，这一抗体鸡尾酒的副作用还很大。另外，人们还希望这类药物能对更常见的癌症有作用。
最近的动物研究，以及早期临床试验的数据显示，通过靶向一种称为吲哚胺 2,3-双氧酶（indoleamine 2,3-dioxygenase，IDO1）的酶可以增强检查点抑制剂的活性。科学家对这种酶在正常免疫监视中作用，以及这种酶如何令癌细胞逃脱免疫系统的攻击已经研究多年。今天，一系列小分子IDO1抑制剂已经或正准备进入临床试验。而大制药公司在过去半年已经花费了将近10亿美元来收购这类药物。
对于IDO1可作为抗癌药作用靶点的认识起始于1998年。当时乔治亚摄政大学的研究人员发现该酶具有免疫调控的作用。免疫系统会遇到各类无害抗原，如食物中，花粉中都含有抗原，事实上，胎儿对母体来说也算是一种抗原，但免疫系统不会对这类抗原发动攻击。这称之为免疫赦免。但免疫学家并不能完全解释这个现象。首先，不可能是整个免疫系统受到抑制。毕竟孕妇对感冒也还有免疫反应。那么免疫系统是如何确定哪些抗原应该被攻击，哪些可以放过呢？这个问题困扰了科学家几十年。通过研究妊娠的小鼠，乔治亚摄政大学的David H. Munn和他的同事Andrew L. Mellor发现，免疫系统并不是忽视了这类异体组织（胎儿），其实是胚胎细胞可以表达IDO1，而这个酶可以令T细胞产生赦免。IDO1通过犬尿氨酸（kynurenine）通路（用于降解氨基酸的最关键的通路）来降解色氨酸，所产生的色氨酸代谢物使T细胞对外来抗原产生赦免。在妊娠时这种免疫抑制作用是好事，但对癌症来说确是致命的。Munn 所做的动物实验说明这个酶可以成为抗癌药物的靶点。他给妊娠小鼠给药一种IDO1的抑制剂1-甲基色氨酸，结果免疫系统开始攻击胚胎。到2000年左右，很多实验室都证明IDO1在多种癌症细胞中表达。科学家认为癌细胞就是利用这种酶聪明地躲过了免疫系统的攻击。
IDO1是一种可以让免疫系统免于攻击自身抗原或无害异物的一种分子。在IDO1被发现的同时，科学家还发现了另一种称为检查点蛋白的分子，包括CTLA-4，PD-1和PD-L1，也具有类似作用。这类分子是T细胞的刹车。CTLA-4和PD-1都在T细胞中表达，可抑制免疫反应。PD-L1是PD-1的配体，常常在癌细胞中表达，与PD-1结合后也可抑制免疫反应。IDO1的独特之处在于，其他的检查点蛋白对于正常的人体免疫监控是至关重要的，而IDO1在大多数正常组织并不表达。因此理论上它是一个更为安全的靶点。IDO1基因敲除的小鼠并不会出现自身免疫问题。而肿瘤表达IDO1，这样就可以专门针对肿瘤而对正常组织没有影响。
这些发现促使制药商开始寻找可以阻断这个酶的药物，尽管几家大公司这几年都在默默的进行开发工作，但直到最近，公开开发进度的只有两家生物技术公司，Incyte和NewLink Genetics。Incyte公司是这一领域的先行者，他们从2004年就开始开发一种选择性IDO1抑制剂。由于这是一种全新类别的药物，并没有先例可循，Incyte公司的科学家必须建立一个数据库来了解和药物活性有关的药代动力学和药效学特性。此外，有关该靶点的生物学机制也并未完全清楚。科学家还需要搞清楚，一种IDO1抑制剂在单独给药时，以及和其他免疫治疗药物联合使用时是如何发挥作用的。Incyte的科学家筛选了大约30万种化合物来寻找具有足够活性并有希望成为药物的先导化合物。在找到先导化合物后，在1年半内，该公司的化学家合成了大约2000种以该先导化合物为基础的化合物。最后他们锁定了INCB24360。这个化合物在2010年进入临床试验阶段，现在正和其他免疫药物联合使用进行多项临床试验。
在Incyte公司开始开发IDO1抑制剂的几乎同时，NewLink Genetics通过两项授权交易也进入了这一领域。在2005年，NewLink公司得到了indoximod授权，这是Munn等在妊娠小鼠实验中使用的化合物的一种类似物。在同一年，该公司还收购了OncoRx公司。这家生物技术公司也致力于IDO1小分子抑制剂的开发。Indoximod实际上是1-甲基色氨酸的d-异构体，已经进行了多项临床试验，单独给药或者和其他抗癌药联合使用。但科学家逐渐认识到，indoximod并不是一个真正的IDO1抑制剂，它实际上可以抑制很多酶。NewLink公司的科学家开始寻找更具选择性的化合物，结果找到了NLG919，在去年10月，基因技术公司以1.5亿元收购了该化合物并更名为NLG919。基因技术公司看中了该化合物的活性，选择性，以及良好的口服生物利用度。
科学家很快就发现，单独抑制IDO1并不足够启动免疫系统攻击癌症。就像松开刹车并不能使车子前行，只不过是创造了条件，车子前进还需要踩油门。因此科学家开始把IDO1抑制剂和其他靶向检查点蛋白的抗体药物联合使用，其中一些已经上市。例如2011年，百时美施贵宝公司的抗CTLA-4抗体Yervoy被批准用于治疗黑色素瘤。去年，默克公司和百时美施贵宝公司的抗-PD1抗体药物都获得FDA的批准。
现在的焦点问题是如何组合来提高治疗效果。2013年，德克萨斯大学安德森癌症中心的免疫学家James P. Allison提出了将IDO1抑制剂和抗-CTLA-4，PD-1或PD-L1抗体药物联合使用的一个理论基础。就是Allison发现了Yervoy。他想弄清的一个问题是为什么只有一部分黑色素瘤病人对治疗有反应。他发现即使癌细胞暴露于Yervoy，它们也可用IDO1躲开免疫系统。但当黑色素瘤小鼠联合给药而同时阻断CTLA-4和IDO1，肿瘤就会消退，存活期更长。当IDO1抑制剂和抗PD-1或PD-L1抗体联合时也获得了类似效果。
当联合用药的效果被逐步验证时，一些新进公司开始把Incyte和NewLink的工作向前推进。他们主要是提高那些先驱化合物的药代动力学特性，从而使它们成为其他检查点抑制剂的更好的伙伴。例如Flexus Biosciences公司看到了Incyte公司INCB24360的公开数据，发现了改进该化合物的机会。数据显示，需要将IDO1完全阻断才能产生效果，为达到这一目的，病人需要每12小时服用600mg的INCB24360，而当病人在下一次服药之前，血药浓度已经急剧下降。改进的策略是延长药物的半衰期。另外药物的活性也还有提高空间。Flexus公司的科学家致力于寻找更强活性的化合物，他们最后发现了一类新化合物，活性提高了20-100倍，而半衰期也更长。其先导化合物可以做到每天给药一次，给药剂量降低到10-20mg。临床前研究获得了很好的数据，因此吸引百时美施贵宝公司花费8亿美元的头期款收购该公司的先导IDO1抑制剂以及一系列后续化合物。百时美施贵宝公司的信心不仅来自于Flexus公司的化合物所具备的良好特性，而且来自于该公司对于IDO1作为药物靶点巨大潜力的信心。该公司和Incyte公司已经签订了临床试验协议，来检验INCB24360和PD-1抑制剂Opdivo (nivolumab)联合使用的效果。
比利时的生物技术公司iTeos Therapeutics发现了一个作用时间更长的分子。这家私营生物技术公司是2012年成立的，致力于开发IDO1抑制剂和以色氨酸 2,3-双加氧酶（TDO2）为靶点的药物。TDO2存在于肝脏和脑组织，与IDO1类似，其功能也是降解色氨酸。IDO1是一个含有原血红素的氧化还原酶，并不是一个容易操纵的酶，因此虽然付出很多，所获得的能作为药物开发起点的化合物却很少。iTeos公司获得了一个小分子化合物，分子量小于250道，而且仍具有活性和选择性。在去年12月，辉瑞公司投入3000万美元以及股权投资以获得该公司的临床前IDO1和TDO2化合物的权利。
目前，关于IDO1抑制剂的临床数据还不多。去年在美国临床肿瘤学会年会上，发布了Incyte公司的INCB24360和百时美施贵宝公司的CTLA-4抑制剂Yervoy的联合给药的初步试验结果，表明联合给药相比于Yervoy单独用药，提高了对转移性黑色素瘤的治疗效果。遗憾的是，7名给药更高剂量INCB24360的病人中有5名病人因为肝酶升高而停止了治疗。何时以及如何安全的使用IDO1抑制剂仍是一项挑战。此外，和癌症基因突变不一样，IDO1并不总是存在，它只在某些特定情况下表达。可能在最初诊断时病理检查发现IDO1表达，而在用检查点抑制剂治疗后，该酶有可能不再表达。这又是另一个挑战。
明年会得到更多的临床试验结果。除了将IDO1抑制剂和靶向CTLA-4，PD-1和PD-L1的抗体联合使用外，大制药公司还将这些抗体与其他免疫调节剂组成联合方案，如OX40，LAG3和TIM-3。今年下半年或明年早些时候，基因技术公司将启动GDC919与其抗-PDL1抗体MPDL3280A，或与其抗OX40抗体MOXR0916联合应用的临床试验。百时美施贵宝则计划将IDO1抑制剂和该公司产品线上的一系列分子组成联合方案。特别是对Yervoy于IDO1抑制剂的联合应用寄予厚望。在Yervoy之前，只有大约5%的晚期黑色素瘤病人在诊断后能活过2年，Yervoy 延长了大约四分之一病人的生存期。而将Yervoy与PD-1抑制剂Opdivo联合应用后，2年生存率提高到了79%。而PD-1抑制剂也将肺癌的2年生存率提高到40%。现在的问题是，如果在联合方案中加入一种IDO1抑制剂，那将会产生什么样的效果？
相关阅读1：IDO合作协议
Flexus Biosciences：百时美施贵宝花费8亿美元头期款以及4.5亿美元阶段性付款获得IDO1和TDO2相关的资产。
iTeos Therapeutics：辉瑞公司花费3000万美元头期款，以及股权投资和阶段性付款，获得IDO1和TDO2相关资产。
NewLink Genetics：基因技术公司花费1.5亿美元头期款，以及超过10亿美元的阶段性付款，获得NLG919和其他IDO1/TDO2相关分子的授权。
Incyte:和其他多家公司签订了非排他性协议，致力于研究INCB24360与其他检查点抑制剂联合使用的效果，包括：默克公司的抗-PD1抗体pembrolizumab，治疗肺癌和其他癌症。阿斯利康公司的抗-PDL1抗体MEDI4736，用于治疗多种癌症。百时美施贵宝公司的抗-抗体nivolumab，用于治疗多种癌症。基因技术公司的抗-PDL1抗体MPDL3280A，用于治疗肺癌。
相关阅读2：IDO的生物学特性
IDO是一种细胞内酶，是色氨酸降解的犬尿氨酸通路的第一个也是限速酶。最初其作用被认为主要通过降低炎症环境中的必须氨基酸--色氨酸的水平来发挥抗微生物作用。Munn 等所做的突破性研究改变了这一观点。他们首次发现IDO在介导免疫赦免和防止T细胞对妊娠期间异基因胚胎组织的排斥机制中起中心作用。这项研究对IDO的免疫调节潜力的研究，特别是IDO对于肿瘤免疫逃逸所起作用的研究铺平了道路。
IDO的免疫调节机制并不完全清楚，目前有两个假说，即色氨酸代谢物假说和色氨酸饥饿假说。
色氨酸饥饿假说认为，IDO对T细胞的效应和其对细菌的效应类似。色氨酸的耗竭可以使T细胞的细胞周期阻断，使T细胞更倾向于凋亡。IDO诱导的色氨酸浓度的降低可以使T细胞内的不带电荷的tRNA水平升高，结果会激活GCN2（amino acid-sensitive general control nondepressible 2）应激激酶通路。这会导致细胞周期阻断和无反应力（anergy，外周T细胞的无反应状态）。Munn等发现色氨酸的浓度必须降低到0.5-1μM以下才能抑制T细胞增殖。但Frumento 等发现即使培养基中完全没有色氨酸也没有观察到T淋巴细胞增殖受到抑制。在细胞培养系统中，对于容量有限的培养基，可以表达IDO的细胞可以将色氨酸完全降解。但在在体环境中，人体血浆中的色氨酸水平达到50-100μM，局部色氨酸水平的降低是否能通过周围组织的弥散作用而迅速得到补偿，现在还没有一个明确的结论。而且，在炎症或肿瘤情况下，已经证明坏死细胞会释放细胞内容物，这样提供了色氨酸的额外的补充。综合上述研究，色氨酸饥饿在多大程度上解释了IDO介导的免疫耐受还不清楚。
色氨酸代谢物假说建立如下观察的基础上，即色氨酸的代谢产物，主要是犬尿氨酸，3-羟基犬尿氨酸，3-羟基邻氨基苯甲酸，对于淋巴细胞都有毒性。这些代谢物可以引起细胞周期阻断和凋亡，还可诱导幼稚T细胞[CD4.sup.+]向免疫抑制调节T细胞[T.sub.Reg]分化。但这些色氨酸代谢产物的作用机制和分子靶点也还不清楚。一项研究显示3-羟基邻氨基苯甲酸以3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1(PDK1，或被称为PDPK1)的磷酸化为直接靶点，阻断了T细胞抗原受体出发的核因子NF-κB的激活。对于活化的2型T辅助细胞([T.sub.H]2细胞) 这会导致细胞失活和死亡。
需要注意的是这两个假说并不互相排斥。因为低水平的色氨酸浓度可以增强某些色氨酸代谢产物的免疫抑制效应。因此两种机制可能在体内共同介导IDO的免疫抑制作用。
TDO于20世纪30年代被发现，既表达于真核细胞也表达与原核细胞，其结构和IDO有较大差别，因为这两种酶的氨基酸序列仅有10%的同源性。TDO的分子量是134千道，是一个同源四聚体，而IDO的分子量是45千道，为单体结构。活性结构分析表明TDO和IDO催化作用的残基是不同的。尽管结构不同，但两个酶的生物化学作用却一样，都是活化分子氧，然后将其加入到L-色氨酸，形成N-甲酰犬尿氨酸。两种酶都是犬尿氨酸途径的第一个和限速步骤。TDO可被色氨酸，酪氨酸，组氨酸，糖皮质激素和犬尿氨酸诱导，比IDO对底物的要求更严格。TDO的底物只有L-色氨酸以及一些5和6位取代的色氨酸衍生物。而IDO除了色氨酸外，还可裂解含有吲哚的化合物，如5-羟色胺和色胺等。TDO首先发现于肝脏，而且具有组成性活性。而IDO被炎症刺激诱导表达，在多种细胞，如内皮细胞，平滑肌细胞，纤维母细胞，巨噬细胞和树突状细胞表达。
（编译：樊小军 男，北京医科大学肿瘤学硕士，从事医药行业研究，医药市场分析，行业数据库设计与开发，医药产品数据分析，医药电子商务研究10余年。）