IDO抑制劑調控MDSCs逆轉PD-1抗體治療惡性腫瘤耐藥研究進展*

韓穎 任秀寶

·國家基金研究進展綜述·

IDO抑制劑調控MDSCs逆轉PD-1抗體治療惡性腫瘤耐藥研究進展*

韓穎 任秀寶

目前，程序性死亡受體-1（programmed cell death-1，PD-1）抗體已在一些特定腫瘤中被臨床批準用于一線治療，但耐藥問題在很大程度上限制了免疫治療的療效。髓源抑制性細胞（myeloid derived suppressor cells，MDSCs）在腫瘤微環境中可以誘導免疫治療耐藥。吲哚胺2，3雙加氧酶（indoleamine-2，3-dioxygenase，IDO）抑制劑則可以逆轉PD-1抗體耐藥，其與PD-1抗體的聯合在多種惡性腫瘤臨床試驗中表現良好。本文就惡性腫瘤患者中MDSCs誘導PD-1抗體耐藥機制，IDO抑制劑調控MDSCs逆轉PD-1抗體耐藥機制以及IDO抑制劑逆轉PD-1抗體耐藥臨床研究等方面的研究進展進行綜述。

吲哚胺2，3雙加氧酶 髓源抑制性細胞 程序性死亡受體-1抗體 惡性腫瘤

免疫治療作為癌癥領域的突破性進展于2013年首次刊登在《科學》雜志［1］。自2014年免疫治療正式被美國食品和藥物管理局（FDA）批準上市以來，已經獲批了多種惡性腫瘤適應癥，包括非小細胞肺癌、黑色素瘤、腎細胞癌、霍奇金淋巴瘤、頭頸部癌以及膀胱癌，同時在肝癌、胃癌、結直腸癌等也取得了較好的臨床療效［2］。2017年《科學》雜志刊登癌癥免疫治療的突破性研究使得FDA批準程序性死亡受體－1（programmed cell death-1，PD-1）抗體用于治療攜帶微衛星不穩定性高（microsatellite instability-high，MSI-H）或錯配修復缺陷（mismatch repair deficient，dMMR）的成人和兒童實體瘤患者［3］，這也是FDA首次不依據腫瘤來源，而是依據生物標志物區分批準的抗腫瘤療法。但臨床實踐中只有約5%的癌癥患者具有MSI-H或dMMR，更多的患者應用單一免疫治療仍然無法獲得最佳治療效果。其中因腫瘤免疫耐受引發的原發性或繼發性耐藥是PD-1抗體療效有限的最主要原因［4］。如何通過聯合治療來逆轉免疫耐受，降低PD-1抗體耐藥性，從而提高PD-1抗體在惡性腫瘤中的療效成為癌癥治療的難點和熱點［5］。吲哚胺2，3雙加氧酶（indoleamine-2，3-dioxygenase，IDO）抑制劑聯合PD-1抗體在多種惡性腫瘤中良好的協同作用，提示其可以糾正PD－1抗體耐藥。本文就惡性腫瘤患者PD-1抗體耐藥機制，IDO逆轉PD-1抗體耐藥臨床實踐以及IDO下調髓源抑制性細胞（myeloid derived suppressor cells，MDSCs）逆轉PD-1抗體耐藥機制等方面的研究進展進行綜述。

作者單位：天津醫科大學腫瘤醫院生物治療科，國家腫瘤臨床醫學研究中心，天津市腫瘤防治重點實驗室，天津市惡性腫瘤臨床醫學研究中心（天津市300060）

1 惡性腫瘤患者微環境中MDSCs誘導PD-1抗體免疫治療耐藥機制

PD-1抗體治療惡性腫瘤患者耐藥的主要機制分為原發性免疫耐藥，適應性免疫耐藥和獲得性免疫耐藥［6］，以上三種PD-1抗體免疫治療耐藥的主要形式均與腫瘤免疫編輯學說相關［7］。免疫編輯學說即免疫系統對腫瘤細胞實行抵抗、塑形和選擇，而腫瘤細胞則經過免疫消除、相持和逃逸三個階段逃逸免疫監視。腫瘤細胞與宿主免疫系統相互作用過程中，為逃避細胞毒性T淋巴細胞的攻擊而發生免疫原性改變，導致細胞毒性T淋巴細胞無法識別腫瘤細胞。同時，腫瘤細胞還通過分泌具有免疫抑制功能的細胞因子，以及募集具有免疫抑制功能的免疫細胞形成免疫抑制的腫瘤微環境，直接抑制細胞毒性T淋巴細胞的細胞毒作用［8-10］。

MDSCs是機體免疫耐受的主要細胞，可以通過多種途徑抑制機體的獲得性和天然性抗腫瘤免疫，使腫瘤細胞逃避機體的免疫監視和攻擊，促進腫瘤發展。MDSCs同時也是誘導PD-1抗體耐藥的主要細胞［4］，清除腫瘤微環境中的MDSCs可以有效提高PD-1抗體免疫治療的療效［6］，有研究證實清除MDSCs可以使對PD-1抗體耐藥的腫瘤細胞消失［11］。腫瘤細胞同時可以通過分泌IL-6從而招募MDSCs發揮免疫抑制作用，增多的MDSCs也可以分泌白細胞介素（Interlukin，IL）-6來促進腫瘤發展［12］。有研究報道IL-6可以下調PD-1配體，從而誘導PD-1抗體耐藥［13］。

MDSCs可以通過多種途徑誘導免疫耐受導致PD-1抗體耐藥，其中消耗腫瘤局部T細胞生長和分化的必需氨基酸IDO是其已經明確的主要作用途徑之一［12，14-16］。IDO是人體色氨酸代謝的限速酶，IDO共有三個，其中IDO-1散布于胎盤、附睪、眼前房及胃腸道黏膜等免疫組織中，是與腫瘤關系最密切的IDO。IDO-1含量越高，腫瘤的惡性程度越高，也越容易擴散。IDO可以使色氨酸氧化成犬尿氨酸，而色氨酸是T細胞活化的必須氨基酸：1）當色氨酸被氧化，T細胞就失去了殺傷腫瘤的功能，導致腫瘤逃避機體免疫。2）色氨酸氧化的產物犬尿氨酸也會對T細胞活化起到抑制作用。3）在腫瘤引流淋巴結中，過度活躍的IDO還會促使樹突細胞直接抑制和抵抗引起抗原反應的T細胞以及T細胞對抗原的識別，使得淋巴細胞無能，不能發揮抗腫瘤的作用。所以在腫瘤微環境中IDO可以直接抑制T細胞的功能，也可以增強調節性T細胞的免疫抑制作用，從而介導局部免疫耐受作用，促進腫瘤的免疫逃逸［17-19］。在乳腺癌免疫微環境中，腫瘤細胞通過分泌IL-6，激活腫瘤微環境中的MDSCs，上調其IDO通路，并最終促進腫瘤免疫逃逸［20-21］。

2 IDO抑制劑逆轉MDSCs介導的PD-1抗體耐藥機制

近期有研究指出［22］，MDSCs可以直接結合T細胞和B細胞，清除其表面的L-選擇素從而阻止T、B細胞進入淋巴結，極大削弱了殺傷腫瘤細胞的保護性免疫反應。Chevolet等［23］在其臨床研究中發現，在惡性黑色素瘤患者外周血MDSCs上均有不同水平的IDO表達。且IDO表達水平與臨床分期呈正相關，即黑色素瘤患者分期越晚，其IDO蛋白表達水平越高（P=0.027）。提示有效抑制IDO表達，即可以有效調控MDSCs免疫抑制功能，糾正患者免疫治療耐藥。Pinton等［24］研究得出相似的結論，下調MDSCs可以抑制IDO的表達，從而增強T細胞的抗腫瘤活性，糾正免疫耐受。

IDO可以被腫瘤細胞產生，也可以被免疫細胞產生。Holmgaard等［25］研究證實，腫瘤細胞分泌的IDO通過調節性T細胞（regulatory T cells，Tregs）依賴途徑介導MDSCs的富集和活化。Munn等［26］及Prendergast等［27］分別開展體內研究證實由免疫細胞分泌的IDO可以通過促進MDSCs和Tregs的數量和活性來發揮抑制免疫細胞的功能。而Weber等［28］研究指出經過PD－1抗體免疫治療惡性黑色素瘤失敗的患者，治療12周時患者Tregs的數量與疾病進展呈正相關。IL-17A由Tregs產生，Akbay等［29］研究表明，IL-17A通過趨化中性粒細胞到達腫瘤部位從而促進腫瘤生長誘導PD－1抗體耐藥。

Schafer等［30］在肺癌小鼠模型研究中指出，荷瘤小鼠予以IDO抑制劑后，腫瘤浸潤MDSCs也顯著減少，MDSCs凋亡更快，更重要的發現是IDO-/-CD8+T細胞顯示了AMPK活性，使得T細胞功能顯著增強。該研究通過體內試驗再次證實了IDO抑制劑與免疫抑制劑聯合的抗腫瘤增效作用，同時進一步揭示了其作用機制可能是通過AMPK通路下調MDSCs表達，逆轉免疫耐受，糾正免疫治療耐藥，從而提高免疫治療療效。MDSCs在不同條件下可以通過不同途徑發揮免疫耐受的作用，如乳腺癌中MDSCs通過STAT3-NF-κB-IDO 通路實現功能［31］。Holmgaard等［32］研究結果顯示，用CSF-1R抑制劑靶向作用于MDSCs，從而逆轉IDO過表達腫瘤的免疫治療耐藥。提示CSF-1R通路也可能是IDO抑制劑逆轉PD-1抗體耐藥的有效通路之一。

3 IDO抑制劑逆轉PD-1抗體耐藥臨床實踐

IDO抑制劑作為一種新興的免疫治療手段，其抗腫瘤作用機理主要為通過抑制色氨酸的降解，扭轉樹突狀細胞對T細胞的抑制，從而激活T細胞產生免疫反應最終抑制或消滅腫瘤組織。基于上述理論，多項IDO抑制劑聯合免疫治療的臨床試驗在惡性黑色素瘤、肺癌、結直腸癌、頭頸鱗癌等多種惡性腫瘤中開展。其中IDO抑制劑與PD-1抗體的聯合治療在多個實體腫瘤中表現出較好的臨床療效［33］。

目前epacadostat是唯一一個已經開展與PD-1抗體聯合治療實體瘤Ⅲ期臨床試驗的IDO抑制劑。Epacadostat的劑型為口服給藥，2016年歐洲腫瘤內科學年會（ESMO）中其與PD-1抗體pembrolizumab聯合的Ⅰ～Ⅱ期研究（Keynote 037/NCT02178722）中納入了56例晚期惡性腫瘤患者，其中包括36例惡性黑色素瘤，20例腎癌，18例非小細胞肺癌。安全性分析提示此聯合治療耐受良好，沒有觀察到4級或4級以上與治療相關的嚴重不良反應。其中36例惡性黑素瘤患者數據統計分析顯示，其總體疾病控制率為74%，總體客觀緩解率為53%，其中26%的患者達到完全緩解，32%患者達部分緩解。該聯合方案的成功促成了Ⅲ期研究（NCT02752074）的開展。

Epacadostat聯合PD-1抑制劑pembrolizumab在其他實體瘤中也起到了較好的療效。正在進行的Ⅰ/Ⅱ期ECHO-202/KEYNOTE 037研究表明，在轉移性或復發性頭頸鱗癌患者中，epacadostat聯合PD-1抑制劑可以達到34%的客觀緩解率（13/38），進展期尿道細胞癌中為35%（14/40），轉移性腎細胞癌為33%（10/30）。

Epacadostat聯合PD-1抑制劑nivolumab在多個臨床試驗中也有較好的療效。2017年美國腫瘤學年會（ASCO）報道的Ⅰ/Ⅱ期 ECHO-204研究（NCT 02327078）結果顯示，在未接受過治療的黑色素瘤患者中，epacadostat聯合治療的客觀緩解率為63%，完全緩解率為5%。而在頭頸部鱗癌患者中的客觀緩解率為23%，完全緩解率為3%。在29例可評價的卵巢癌患者中，客觀緩解率為14%，疾病控制率為31%，其中1例未經過治療的BRCA陰性、PD-L1陽性患者獲得完全緩解。在26例結直腸癌患者中，伴有MSI患者的疾病控制率為25%，而dMMR患者中未出現緩解。

另一個有前景的IDO抑制劑是indoximod。2017年美國癌癥研究協會年會（AACR）上報道的一項indoximod聯合keytruda治療94例惡性黑色素瘤單臂研究，結果顯示，中位隨訪時間10.5個月，60例患者完成腫瘤評估，總體客觀反應率達到52%，其中包括6例完全緩解和25例部分緩解。值得關注的是，此項研究中包括了9例預后極差的眼部惡性黑色素瘤患者，在常規臨床試驗中眼部惡性黑色素瘤一般被排除在外，如果除去這9例患者，該聯合治療的客觀反應率可以高達59%。安全性分析顯示，所有入組患者對此聯合方案耐受良好，主要的不良反應表現為乏力、頭痛、惡心，沒有4級或5級嚴重不良反應發生。

4 結語

PD-1抗體在惡性腫瘤中的耐藥與MDSCs誘導的免疫耐受密切相關。IDO抑制劑體內外試驗均證實其可以通過活化AMPK通路下調MDSCs從而逆轉PD-1抗體免疫治療耐藥性。IDO抑制劑聯合PD-1抗體為逆轉免疫治療耐藥提供了一種嶄新的高效安全的臨床治療模式。

綜上所述，IDO抑制劑與PD-1抗體的聯合應用為糾正PD-1抗體免疫治療的耐藥性提供了新的可能，使惡性腫瘤患者的生存時間更長、生存質量更高。但臨床應用上仍存在很多問題，比如如何配伍、聯合劑量、適合瘤種、更深層次聯合機制等。今后應就以上問題進一步開展基礎及臨床研究，以進一步提高IDO抑制劑與PD-1抗體的聯合治療療效，減輕聯合治療不良反應。

[1]Couzin-Frankel J.Breakthrough of the year 2013.Cancer Immunotherapy[J].Science,2013,342(6165):1432-1433.

[2]Alsaab HO,Sau S,Alzhrani R,et al.PD-1 and PD-L1 checkpoint signaling inhibition for cancer immunotherapy:mechanism,combinations,and clinical outcome[J].Front Pharmacol,2017,8:561

[3]Le DT,Durham JN,Smith KN,et al.Mismatch repair deficiency predicts response of solid tumors to PD-1 blockade[J].Science,2017,357(6349):409-413.

[4]O'Donnell JS,Long GV,Scolyer RA,et al.Resistance to PD1/PDL1 checkpoint inhibition[J].Cancer Treat Rev,2017,52:71-81.

[5]Mahoney KM,Rennert PD,Freeman GJ.Combination cancer immunotherapy and new immunomodulatory targets[J].Nat Rev Drug Discov,2015,14(8):561-584.

[6]Sharma P,Hu-Lieskovan S,Wargo JA,et al.Primary,adaptive,and acquired resistance to cancer immunotherapy[J].Cell,2017,168(4):707-723.

[7]Shankaran V,Ikeda H,Bruce AT,et al.IFNgamma and lymphocytes prevent primary tumour development and shape tumour immunogenicity[J].Nature,2001,410(6832):1107-1111.

[8]Schreiber RD,Old LJ,Smyth MJ.Cancer immunoediting:integrating immunity's roles in cancer suppression and promotion[J].Science,2011,331(6024):1565-1570.

[9]Vesely MD,Schreiber RD.Cancer immunoediting:antigens,mechanisms,and implications to cancer immunotherapy[J].Ann N Y Acad Sci,2013,1284:1-5.

[10]DuPage M,Mazumdar C,Schmidt LM,et al.Expression of tumourspecific antigens underlies cancer immunoediting[J].Nature,2012,482(7385):405-409.

[11]Kim K,Skora AD,Li Z,et al.Eradication of metastatic mouse cancers resistant to immune checkpoint blockade by suppression of myeloid-derived cells[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2014,111(32):11774-11779.

[12]Gabrilovich DI,Ostrand-Rosenberg S,Bronte V.Coordinated regulation of myeloid cells by tumours[J].Nat Rev Immunol,2012,12(4):253-268.

[13]Bommarito D,Hall C,Taams LS,et al.Inflammatory cytokines compromise PD-1-mediated T cell suppression in inflammatory arthritis through upregulation of soluble PD-1[J].Clin Exp Immunol,2017,188(3):455-466.

[14]Schmielau J,Finn OJ.Activated granulocytes and granulocyte-derived hydrogen peroxide are the underlying mechanism of suppression of t-cell function in advanced cancer patients[J].Cancer Res,2001,61(12):4756-4760.

[15]Hoechst B,Gamrekelashvili J,Manns MP,et al.Plasticity of human Th17 cells and iTregs is orchestrated by different subsets of myeloid cells[J].Blood,2011,117(24):6532-6541.

[16]Munn,DH.Blocking IDO activity to enhance anti-tumor immunity[J].Front Biosci(Elite Ed),2012,4:734-745.

[17]Medzhitov R,Shevach EM,Trinchieri G,et al.Highlights of 10 years of immunology in Nature Reviews Immunology[J].Nat Rev Immunol,2011,11(10):693-702.

[18]Smith C,Chang MY,Parker KH,et al.IDO is a nodal pathogenic driver of lung cancer and metastasis development[J].Cancer Discov,2012,2(8):722-735.

[19]Mougiakakos D,Jitschin R,von Bahr L,et al.Immunosuppressive CD14+HLA-DRlow/neg IDO+myeloid cells in patients following allogeneic hematopoietic stem cell transplantation[J].Leukemia,2013,27(2):377-388.

[20]Yu J,Du W,Yan F,et al.Myeloid-derived suppressor cells suppress antitumor immune responses through IDO expression and correlate with lymph node metastasis in patients with breast cancer[J].J Immunol,2013,190(7):3783-3797.

[21]Yu J,Wang Y,Yan F,et al.Noncanonical NF-κB activation mediates STAT3-stimulated IDO upregulation in myeloid-derived suppressor cells in breast cancer[J].J Immunol,2014,193(5):2574-2586.

[22]Ku AW,Muhitch JB,Powers CA,et al.Tumor-induced MDSC act via remote control to inhibit L-selectin-dependent adaptive immunity in lymph nodes[J].Elife,2016,5:e17375.

[23]Chevolet I,Speeckaert R,Schreuer M,et al.Characterization of the in vivo immune network of IDO,tryptophan metabolism,PD-L1,and CTLA-4 in circulating immune cells in melanoma[J].Oncoimmunology,2015,4(3):e982382.

[24]Pinton L,Solito S,Damuzzo V,et al.Activated T cells sustain myeloid-derived suppressor cell-mediated immune suppression[J].Oncotarget,2016,7(2):1168-1184.

[25]Holmgaard RB,Zamarin D,Li Y,et al.Tumor-expressed IDO recruits and activates MDSCs in a Treg-dependent manner[J].Cell Rep,2015,13(2):412-424.

[26]Munn DH,Mellor AL.Indoleamine 2,3 dioxygenase and metabolic control of immune responses[J].Trends Immunol,2013,34(3):137-143.

[27]Prendergast GC,Smith C,Thomas S,et al.Indoleamine 2,3-dioxygenase pathways of pathogenic inflammation and immune escape in cancer[J].Cancer Immunol Immunother,2014,63(7):721-735.

[28]Weber JS,Kudchadkar RR,Yu B,et al.Safety,efficacy,and biomarkers of nivolumab with vaccine in ipilimumab-refractory or-naive melanoma[J].J Clin Oncol,2013,31(34):4311-4318.

[29]Akbay EA,Koyama S,Liu Y,et al.Interleukin-17A promotes lung tumor progression through neutrophil attraction to tumor sites and mediating resistance to PD-1 blockade[J].J Thorac Oncol,2017,12(8):1268-1279.

[30]Schafer CC,Wang Y,Hough KP,et al.Indoleamine 2,3-dioxygenase regulates anti-tumor immunity in lung cancer by metabolic reprogramming of immune cells in the tumor microenvironment[J].Oncotarget,2016,7(46):75407-75424.

[31]Yu J,Wang Y,Yan F,et al.Noncanonical NF-kappaB activation mediates STAT3-stimulated IDO upregulation in myeloid-derived suppressor cells in breast cancer[J].J Immunol,2014,193(5):2574-2586.

[32]Holmgaard RB,Zamarin D,Lesokhin A,et al.Targeting myeloid-derived suppressor cells with colony stimulating factor-1 receptor blockade can reverse immune resistance to immunotherapy in indoleamine 2,3-dioxygenase-expressing tumors[J].EBioMedicine,2016,6:50-58.

[33]Prendergast GC,Smith C,Thomas S,et al.Indoleamine 2,3-dioxygenase pathways of pathogenic inflammation and immune escape in cancer[J].Cancer Immunol Immunother,2014,63(7):721-35.

Research progress on the mechanism and clinical data of IDO inhibitor in reversing the resistance of malignancies to PD-1 antibody by regulating MDSCs

Ying HAN,Xiubao REN

Department of Immunology,Biotherapy Center,Tianjin Medical University Cancer Institute and Hospital;National Clinical Research Center for Can-cer;Tianjin Key Laboratory of Cancer Prevention and Therapy,Tianjin's Clinical Research Center for Cancer,Tianjin 300060,China
This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(No.81702268)

PD-1 antibody immunotherapy has been used as a first-line treatment against various malignancies,but resistance to this treatment limits its efficacy.For instance,myeloid derived suppressor cells,myeloid derived suppressor cells induce resistance to PD-1 antibody in a tumor microenvironment.A few combination regimens of an IDO inhibitor plus PD-1 antibody are currently subjected to ongoing clinical trials in the US,and preliminary results have shown that this inhibitor can reverse the resistance of malignancies to PD-1 antibody.This study reviewed the research progress on the resistance mechanism of malignancies to PD-1 antibody and revealed that IDO inhibitor regulates MDSCs to reverse the resistance to PD-1 antibody.This study also described the clinical efficacy of this inhibitor plus PD-1 antibody.

IDO inhibitor,MDSCs,PD-1 antibody,malignancy

Xiubao REN;E-mail:rwziyi@yahoo.com

10.3969/j.issn.1000-8179.2017.18.960

*本文課題受國家自然科學基金（編號：81702268）資助

任秀寶 rwziyi@yahoo.com

（2017-08-23收稿）

（2017-09-13修回）

（編輯：武斌 校對：鄭莉）

韓穎 專業方向為實體瘤免疫治療的臨床轉化研究。

E-mail：13612190539@163.com