肿瘤免疫治疗之: IDO抑制剂研究进展

　　肿瘤免疫治疗近年来备受关注，是肿瘤治疗领域的研究热点。免疫系统和肿瘤的产生与发展有着密切联系，一方面免疫系统可以识别肿瘤并启动免疫应答机制将其清除，这也是肿瘤免疫治疗基础；另一方面，肿瘤细胞通过多种途径逃避或破坏免疫监视，如诱导抗原呈递减弱、免疫抑制因子上调等。

　　2010年FDA批准第一个肿瘤疫苗sipuleucel-T用于治疗转移性前列腺癌，此后肿瘤免疫疗法席卷全球。2011年第一个细胞毒T淋巴细胞相关抗原4（CTLA-4）抗体，ipilimumab，被批准用于黑色素瘤的治疗。程序性细胞死亡受体1（PD1）和其配体（PDL1）的抗体作为新一代免疫检查点抑制剂也在2016年5月罗氏Atezolizumab获FDA批准用于治疗膀胱癌而取得重大突破。嵌合T细胞抗原受体（CART）的免疫治疗技术也已在白血病和实体瘤（膀胱癌）的治疗中取得了显着成效。肿瘤免疫治疗具有突出的治疗效果，是继手术、化疗、放疗和靶向疗法后出现的一种新型疗法,被称为治疗肿瘤的“第五大疗法”。

　　吲哚胺-(2,3)-双加氧酶（Indoleamine 2,3-dioxygenase, IDO）是由IDO1基因编码的一类含亚铁血红素的氧化还原酶，能将色氨酸（TRP）降解为犬尿氨酸（KYN），是犬尿氨酸信号通路的限速酶。犬尿酸可直接抑制效应T细胞的功能并增强调节性T细胞（Tregs）的抑制活性，同时微环境中色氨酸耗竭也会抑制T细胞增殖，从而通过多途径发挥免疫抑制的作用。很多肿瘤细胞高表达IDO，IDO介导的色氨酸代谢通路被认为是导致肿瘤免疫逃逸的重要原因。因此，通过抑制IDO调节肿瘤微环境的色氨酸含量，避免肿瘤微环境中T细胞增殖受抑制，激活或增强自身免疫功能，使得IDO成为潜在的肿瘤免疫治疗靶点。

　　IDO与神经系统疾病也密切相关,它能降低5-羟色胺的水平而导致抑郁,也可造成脑中喹啉酸等具有神经毒性的代谢产物的累积等。IDO已被证实与阿尔茨海默病、白内障、癌症等多种人类重大疾病密切相关,因此IDO抑制剂作为重要的药物受到日益广泛的关注。

　　进入临床阶段的IDO抑制剂

　　目前，已有IDO小分子抑制剂进入Ⅰ或Ⅱ期临床研究；与化学药物或肿瘤疫苗、抗体药物等联合用药也在积极探索中，如Indoximod与紫杉醇、多西他赛等联合用药能够显著提高抗肿瘤活性；Epakadostat(INCB024360)与CTLA-4单抗Ipilimumab联合用药也表现出增效作用，目前处于I/II期临床研究。

　　可查临床信息中IDO小分子抑制剂均是上图所示四种小分子，联合用药居多。值得关注的两家公司Newlink Genetics和Incyte。

　　研发阶段的IDO抑制剂：

　　合成小分子和天然产物

　　IDO蛋白晶体结构的解析【Sugimoto等，2006】为基于结构的合理药物设计提供了依据，由此发现了一系列结构新颖、活性在uM水平的小分子IDO抑制剂（化合物1-5）。另一寻找IDO小分子抑制剂的策略是对化合物库进行高通量筛选。通过筛选，发现了非竞争性IDO抑制剂-苄基异硫脲衍生物 6（IC50=61uM）。接着对化合物6结构优化获得了化合物7，活性提高，其在A431细胞株IC50为100nM。构效关系研究表明，硫脲模块和苯环C-4位置卤素的距离对活性影响较大。高通量筛选结合分子对接手段发现了羰基-吲哚衍生物8具有IDO抑制活性。聚焦2-取代吲哚结构模块合成了一系列结构新颖的IDO抑制剂，从中发现了化合物9，IC50=13uM。初步构效关系研究表明，侧链含有铁离子螯合基团对保持活性很重要。甲基硫代海因色氨酸（10）是2005年发现的IDO抑制剂，基于该结构合成了一系列色胺衍生物，其中化合物11表现出较好抑制活性，IC50=46.1uM。Matsuno等发现抗高血压药坎地沙坦对IDO具有抑制活性（IC50=12uM），于是合成了一系列坎地沙坦衍生物，其中活性最好的是化合物12，IC50=1uM。构效关系研究及分子模拟结果显示，坎地沙坦衍生物与IDO结合位点在酶活性位点入口处，而非亚铁血红素。通过对苯磺酰肼衍生物13(IC50=167nM)结构修饰获得IDO抑制活性提高的化合物14 (IC50=61nM)，其在Hela细胞株EC50为172nM。构效关系研究表明，化合物14和IDO的相互作用包括氢键、疏水作用以及砜基-铁离子螯合作用。吡啶并[3,4b]吲哚衍生物15（Patent:CN 105616408 A）具有IDO抑制活性。氨基磺酸酯16(Patent:CN 105646389 A)是Epakadostat 类似物，抑制活性为33nM。

　　含有苯醌或奈醌结构的诸多天然产物如exiguamineA(17)和annulinB(18)显示出低微摩尔抑制活性，其中吲哚结构被认为是这些化合物的关键药效团。Bridewell等筛选了一系列含有吡喃奈醌结构的天然产物，发现了化合物19具有较好的IDO抑制活性，IC50=6uM。化合物20的C-3位置含有CH2OR结构，是海洋天然产物annulinA的类似物，IC50为0.24uM，在抑制浓度不会引起氧化应激反应。Pasceri等以2-氨基苯酚衍生物为底物，通过氧化-缩合反应合成了苯并恶嗪衍生物。化合物21（cinnabarinic acid）中苯并恶嗪母核上含有吸电子羧基取代，表现出抑制IDO作用，IC50=0.46uM。从海绵中分离得到的杂萜天然产物22对IDO抑制活性为0.11uM，构效关系分析显示，C-14/C-15骈合噻嗪环是活性必须结构，而在C-3位置若有羟基取代则会降低活性。这一研究扩展了基于天然产物的IDO抑制剂的结构类型。许多天然生物碱也被发现是结构新颖的IDO抑制剂，如从中药植物蓼蓝（Polygonum tinctorium）和菘蓝（Isatis tinctoria）中分离得到的化合物23表现出IDO抑制活性。合成的色胺酮衍生物24对IDO抑制活性为0.16uM，其结构中C-8位置被吸电子基团取代对活性有利。从真菌中提取分离的一些天然产物如benzomalvinE(25)、thielavinQ(26)、halicloic acid(27)均表现出IDO抑制作用。

　　IDO是十分有潜力的肿瘤免疫治疗靶标，其通过多种机制介导肿瘤免疫逃逸。在对IDO信号通路研究的同时，IDO抑制剂的开发也成为热点，近几年中，通过高通量筛选、天然产物筛选以及基于结构的药物设计发现了一系列结构新颖的IDO 抑制剂，目前三个小分子IDO抑制剂已进入临床研究阶段；同时研究表明IDO小分子抑制剂与化疗药物、抗体药物等联合治疗肿瘤可起到协同增效作用，IDO抑制剂在联合用药中的巨大潜力不容忽视。

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