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IDO抑制剂背后的故事(下)

2020-05-12  qqkingdom

作者:Jerry

肿瘤的免疫逃逸

在上一篇文章中笔者讲到了Munn发现IDO免疫抑制作用的过程。但Munn在进行巨噬细胞/T细胞培养的时候就觉得,色氨酸可能并不是一种单纯的营养物质,而更可能是一种信号分子。

对于很多人来说,这种观点确实难以接受。因为我们平常吃的食物中就存在着很多的色氨酸,所以色氨酸怎么可能成为一种抑制T细胞功能的信号分子呢?

Munn想要说服其他科学家接受这种观点确实并不容易,当时的很多科研工作者只会认为Munn实验室的人是一群疯子。而且当时只发现了色氨酸这一种能够影响T细胞功能的营养物质。

但后来科学家发现,包括血糖水平在内的其他的一些营养物质浓度也能够影响T细胞活化过程,于是人们才开始接受色氨酸也能够成为影响T细胞功能的信号分子。

尽管如此,色氨酸抑制T细胞功能的整个信号通路直到六年以后才解析清楚。但与此同时,研究人员也陆续发现很多种类型的肿瘤细胞也能够表达不同水平的IDO。

而且更重要的是,科研人员发现肿瘤中的IDO1过表达与肿瘤细胞中的Bin1状态相关。Bin1是肿瘤中最常出现抑制的抑癌基因之一,研究发现在癌变的细胞中Bin1的缺乏就足以使癌细胞仅利用细胞内部的信号通路,通过IDO1来介导免疫反应逃逸。

我想现在制药行业的多数人都已经很清楚,IDO实际上只是能够避免免疫系统攻击自身抗原或无害抗原的机制中的一种。在发现IDO功能的同一时期,科学家们就发现了其他一些参与免疫耐受过程的蛋白,比如CTLA4,以及PD1/PD-L1。

人的免疫系统确实非常的复杂。免疫系统能够持续监测外来抗原,但包括PD-1在内的一些蛋白却能够对T细胞的功能产生抑制。PD1和CTLA4能够在T细胞生命过程的不同时期进行表达,抑制免疫反应。而肿瘤细胞表面也能够表达PD-1的配体PD-L1来抑制免疫功能。

但这些检查点对某些特定的正常生理过程至关重要,而当时的科学家却发现IDO在其他组织中很少表达,敲除IDO1的小鼠并没有产生自身免疫病的症状,所以科学家觉得IDO1抑制剂的副作用相比PD-1/L1类药物可能更低。

也就是在这时,几家生物技术公司意识到了IDO在肿瘤免疫中的重要性,并开始研发IDO抑制剂。其实在早期的时候大型制药公司只是持观望态度,而且长久以来公开IDO研发项目的公司只有两家,Incyte以及NewLink Genetics。

制药公司入场

Incyte在2004年便开始了IDO抑制剂的研究项目。其实现在来看,从药物化学的角度来讲开发IDO1抑制剂并不十分困难。IDO1是一种只包含单链的具有催化活性的酶,而且只存在包括IDO2,TDO2以及TPH在内的几种其他类型的色氨酸分解代谢酶,可能不会像激酶抑制剂那样难以控制化合物选择性。

而且IDO1的组织表达特异性高,底物特异性强。至于化合物活性的评价,测量IDO的底物色氨酸以及产物犬尿氨酸也并不很困难。因此开发这类抑制剂似乎并不太难。

但事实却并非如此,至少Incyte一开始在做IDO1项目的时候并不十分顺利。其实Incyte在开始IDO项目的时候,人们对于IDO1的作用机制了解的并不是很多,当时也没有很好的小分子探针来研究IDO1的功能 (Munn使用的探针1-MT存在很大的问题)。

此外如何建立化合物评价体系,活性优化到何种程度都不清楚。他们当时筛了三十万个化合物才找到了一个适合药物化学家研究的先导化合物。

一年半之后,该公司的药物化学家基于该先导化合物合成了大约两千个化合物。通过筛选和优化临床前以及临床前实验最终将其中一个化合物Epacadostat推进了临床研究。

在Incyte开始研究IDO1抑制剂不久,2005年Newlink Genetics也开始了IDO1抑制剂的研发。但Newlink并没有选择从头筛选具有IDO1抑制活性的化合物,而是选择与Munn课题组达成合作协议,获得了Munn当初研究怀孕老鼠的时候使用的化合物1-MT (1-甲基-D,L-色氨酸)。

但Munn当初在使用1-MT作为探针研究IDO功能的时候,并没有对1-MT进行全面的研究,至少他没有分别测试D构型和L构型的化合物活性。对药物化学领域比较熟悉的人应该很清楚,这种类型的异构体其药理活性有时候会差别很大,甚至活性作用相反。

后来的研究发现,D构型的1-MT并不能够结合IDO1或者抑制其功能。而L构型与IDO1有比较弱的结合活性,因此当时人们认为L构型的1-MT才是其IDO1抑制活性产生的原因。

但随着研究的深入,科研人员又发现虽然1-MT对肿瘤细胞的生长具有微弱的抑制作用,但1-MT实际上并不是真正的IDO1抑制剂。

之后的抗肿瘤活性研究最终确定了其抗肿瘤活性其实是由D构型介导的,而其作用机制也比较独特,因为研究人员发现D构型的1-MT虽然不能够直接抑制IDO1的酶活性,但是能够解除T细胞功能抑制。

这其实是D构型的1-MT解除由于色氨酸缺失导致的mTORC1活性下降所产生的作用。其实D构型的1-MT也正是我们后来所熟知的化合物indoximod。

由于indoximod并不是真正的IDO抑制剂,因此Newlink之后又找到了一个选择性更好的化合物navoximod。Navoximod细胞水平的EC50值为75 nM,对于IDO1/TDO的选择性只有10到20倍。因此从这个角度来看,对于同时表达IDO1/TDO的肿瘤来说,navoximod可能会出现一些不同于 epacadostat 的,比较独特的抗肿瘤作用。

而Incyte的epacadostat的活性更强,为12nM,而且选择性更高。因此epacadostat以及Navoximod这两个化合物无论在临床前还是临床实验中,都可能会出现一些比较明显的差异。

也正是因为navoximod相比indoximod活性和选择性都更好,Genentech在2014年与Newlink达成合作协议,通过支付1.5亿美金首付款以及大约10亿美金里程碑付款的方式与Newlink合作,共同开发该化合物。

除了以上这两家公司,在2013年Terry Rosen和Juan Jaen两人共同成立的Flexus也是该领域的有力竞争者。他们当时成立这家公司的原因其实很简单,因为他们认为肿瘤免疫领域虽然出现了类似PD-1/L1这样的靶点,但是该领域依然有很多潜力的,而且被严重低估的靶点。

而他们在刚开始涉足IDO领域的时候,其实就已经有了很清晰的研发思路。因为已经有数据发现该类抑制剂需要很大程度地抑制IDO1活性,才能产生抗肿瘤作用。而Incyte公司开发的药物剂量很高,在下一次服药前血药浓度就已经大幅降低了,所以他们需要寻找半衰期更长的药物。

在完成了3800万美金的融资之后,Flexus的科学家就很快获得了一系列的IDO1抑制剂,这其中就包括作用机制比较独特的BMS-986205。该化合物是IDO1的不可逆抑制剂,而且相比epacadostat以及navoximod,其药代动力学性质确实更好。

而这也使他们成了很多制药公司收购的目标。在经过激烈的角逐之后,在2015年2月,BMS以惊人的12亿5千万美金的价格收购了这家刚成立才18个月的公司。

但Flexus公司的IDO项目其实存在很多争议。2015年9月,Incyte起诉了Flexus,Rosen以及Jaen。原因是Incyte认为Flexus的核心员工Jordan Fridman曾是Incyte的首席科学家,而Fridman曾是知晓Incyte的IDO临床试验项目结果的为数不多的几位员工之一。

Incyte曾与Fridman签订过保密协议,但他们依然认为Fridman曾利用这些商业机密帮助Flexus进行IDO项目的研究,最终使该公司在成立短短18个月之后便被BMS以天价收购。

除了BMS-986205,iTeos的 PF-06840003 (EOS200271)也是一个很有意思的化合物,因为这个化合物相比BMS-986205,epacadostat以及navoximod也存在着很大的作用机制差异:PF-06840003是色氨酸非竞争性抑制剂,而且不会结合IDO1中的血红素 (heme)。

其实从血红素的角度来讲,BMS的IDO抑制剂BMS-986205也是一种作用机制很独特的化合物,因为该化合物结合的是apo-IDO1,而非heme-IDO1。

部分在研的IDO抑制剂

由于存在活性,药代动力学性质,以及作用机制等方面的不同,在研的IDO抑制剂可能会相应地存在临床前/临床数据的差异。

但无论是indoximod的非IDO1直接抑制活性,epacadostat的高选择性,navoximod的TDO/IDO1的双重抑制,还是BMS-986205的不可逆抑制以及非血红素结合活性,又或者是PF-06840003的非竞争性,非heme结合活性,其疗效是否存在差异,差异有多大,甚至退一步讲,IDO1到底是不是一个有效的肿瘤免疫靶点,这些问题从临床前研究是很难得出确定性的结论的,只能通过大规模临床试验才能验证。

Incyte的 IDO1抑制剂 epacadostat (上)能够与IDO1中的血红素 (下)产生相互作用。而BMS的BMS-986205能够结合非血红素型的apo-IDO1。Source: ACS Med.Chem. Lett.

谜团

其实早在发现IDO1与肿瘤相互作用之后不久,科员人员就很清楚单纯抑制IDO1活性并不能有效解除免疫系统的抑制。而临床研究也证实了这一点,比如epacadostat的一项随机二期临床研究中发现,epacadostat虽然耐受性良好,但相比tamoxifen并没有疗效上的优势。

在2013年,肿瘤免疫学家James Allison的一项实验为IDO1与CLTA4或者PD1抑制剂的联用奠定了基础。检查点抑制剂通常只对很少一部分的黑色素瘤患者有效,而Allision发现在使用Yervoy之后,肿瘤细胞能够通过IDO1来逃避免疫系统监视。而CTLA4抑制剂与IDO1抑制剂联用则能够有效缩小黑色素瘤小鼠的肿瘤,使其生存期延长。

Allison之后发现,IDO抑制剂联用PD1或者PD-L1也会产生类似的抗肿瘤作用。熟悉肿瘤免疫疗法领域的人应该会很清楚,提高检查点抑制剂的有效率一直是肿瘤免疫领域研究的热点。

去年6月,Incyte在ASCO大会上公布了一项epacadostat联用pembrolizumab的临床试验的结果。数据显示该联用方案治疗晚期NSCLC可使ORR和疾病控制率分别达到35% (14/40) 和63% (12/40)。从疗效数据上看,该联用方案治疗晚期NSCLC的疗效似乎优于检查点抑制剂单药应用。但该项研究为非随机研究,而且样本量比较小。

去年9月,Incyte又在ESMO2017大会上公布了epacadostat联用pembrolizumab治疗晚期黑色素瘤的数据。ECHO-202研究评估了epacadostat联合默沙东的pembrolizumab对晚期黑色素瘤患者的安全性和疗效。数据显示患者的ORR达到了56%(35/63)。

但是仔细看一下临床试验的PFS数据的话,其实很难发现试验中的三类病人PFS有什么差别。单臂试验很难看清楚药物的疗效,而药物联用的单臂试验的数据分析起来就更困难了。

前几天公布的III期临床ECHO-301的数据可能更有说服力,epacadostat联合pembrolizumab治疗不可手术切除或转移性黑色素瘤,相比单独使用pembrolizumab未能明显改善PFS。而且预计该研究预计也无法达到改善总生存期的主要终点。这确实是一个非常危险的信号,因为如果黑色素瘤的疗效不好,其他类型肿瘤成功的概率可能会很低。

Navoximod以及iTeos的EOS200271的命运同样坎坷。去年6月,因为navoximod与atezolizumab联用在所有类型肿瘤中的总体应答率只有10%,Genentech选择将该药物退还给Newlink。今年一月,由于疗效存疑,辉瑞也选择终止与iTeos合作开发IDO抑制剂EOS200271。

以上临床试验的失败可能会有很多种解释。首先化合物可能本身就存在缺陷。但对于化合物本身而言,其实在研的这些药物作用机制各不相同,PK性质也存在差异。比如indoximod是非直接IDO1抑制作用,而EOS200271能够透过血脑屏障 (这也是辉瑞选择与其合作的主要原因之一),navoximod则对TDO/IDO1选择性作用较弱,BMS-986205为IDO1的不可逆抑制且不结合heme-IDO1。这些不同都很有可能引起其疗效/副作用方面的差异。

其次,合理的临床试验设计也非常的关键。比如通过有效的生物标志物来筛选潜在的能够产生应答的患者。这方面的内容可以参考笔者之前关于PARP抑制剂的文章。

但临床试验失败还有一个非常重要的原因,那就是靶点本身存在问题。这其实也是大家最担心的。关于这个问题我也没有答案,因为现在远没有到盖棺定论的时候。

可能很多人现在对于IDO的态度已经变得很悲观。其实新药研发本质上就是一种科研的探索,我们没法预知未来如何,即使大概率会失败,也同时会存在成功的可能性,还是那句话,always hope for the best。

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