IDO抑制剂调控MDSCs逆转PD-1抗体治疗恶性肿瘤耐药研究进展*

韩颖 任秀宝

·国家基金研究进展综述·

IDO抑制剂调控MDSCs逆转PD-1抗体治疗恶性肿瘤耐药研究进展*

韩颖 任秀宝

目前，程序性死亡受体-1（programmed cell death-1，PD-1）抗体已在一些特定肿瘤中被临床批准用于一线治疗，但耐药问题在很大程度上限制了免疫治疗的疗效。髓源抑制性细胞（myeloid derived suppressor cells，MDSCs）在肿瘤微环境中可以诱导免疫治疗耐药。吲哚胺2，3双加氧酶（indoleamine-2，3-dioxygenase，IDO）抑制剂则可以逆转PD-1抗体耐药，其与PD-1抗体的联合在多种恶性肿瘤临床试验中表现良好。本文就恶性肿瘤患者中MDSCs诱导PD-1抗体耐药机制，IDO抑制剂调控MDSCs逆转PD-1抗体耐药机制以及IDO抑制剂逆转PD-1抗体耐药临床研究等方面的研究进展进行综述。

吲哚胺2，3双加氧酶 髓源抑制性细胞 程序性死亡受体-1抗体 恶性肿瘤

免疫治疗作为癌症领域的突破性进展于2013年首次刊登在《科学》杂志［1］。自2014年免疫治疗正式被美国食品和药物管理局（FDA）批准上市以来，已经获批了多种恶性肿瘤适应症，包括非小细胞肺癌、黑色素瘤、肾细胞癌、霍奇金淋巴瘤、头颈部癌以及膀胱癌，同时在肝癌、胃癌、结直肠癌等也取得了较好的临床疗效［2］。2017年《科学》杂志刊登癌症免疫治疗的突破性研究使得FDA批准程序性死亡受体－1（programmed cell death-1，PD-1）抗体用于治疗携带微卫星不稳定性高（microsatellite instability-high，MSI-H）或错配修复缺陷（mismatch repair deficient，dMMR）的成人和儿童实体瘤患者［3］，这也是FDA首次不依据肿瘤来源，而是依据生物标志物区分批准的抗肿瘤疗法。但临床实践中只有约5%的癌症患者具有MSI-H或dMMR，更多的患者应用单一免疫治疗仍然无法获得最佳治疗效果。其中因肿瘤免疫耐受引发的原发性或继发性耐药是PD-1抗体疗效有限的最主要原因［4］。如何通过联合治疗来逆转免疫耐受，降低PD-1抗体耐药性，从而提高PD-1抗体在恶性肿瘤中的疗效成为癌症治疗的难点和热点［5］。吲哚胺2，3双加氧酶（indoleamine-2，3-dioxygenase，IDO）抑制剂联合PD-1抗体在多种恶性肿瘤中良好的协同作用，提示其可以纠正PD－1抗体耐药。本文就恶性肿瘤患者PD-1抗体耐药机制，IDO逆转PD-1抗体耐药临床实践以及IDO下调髓源抑制性细胞（myeloid derived suppressor cells，MDSCs）逆转PD-1抗体耐药机制等方面的研究进展进行综述。

作者单位：天津医科大学肿瘤医院生物治疗科，国家肿瘤临床医学研究中心，天津市肿瘤防治重点实验室，天津市恶性肿瘤临床医学研究中心（天津市300060）

1 恶性肿瘤患者微环境中MDSCs诱导PD-1抗体免疫治疗耐药机制

PD-1抗体治疗恶性肿瘤患者耐药的主要机制分为原发性免疫耐药，适应性免疫耐药和获得性免疫耐药［6］，以上三种PD-1抗体免疫治疗耐药的主要形式均与肿瘤免疫编辑学说相关［7］。免疫编辑学说即免疫系统对肿瘤细胞实行抵抗、塑形和选择，而肿瘤细胞则经过免疫消除、相持和逃逸三个阶段逃逸免疫监视。肿瘤细胞与宿主免疫系统相互作用过程中，为逃避细胞毒性T淋巴细胞的攻击而发生免疫原性改变，导致细胞毒性T淋巴细胞无法识别肿瘤细胞。同时，肿瘤细胞还通过分泌具有免疫抑制功能的细胞因子，以及募集具有免疫抑制功能的免疫细胞形成免疫抑制的肿瘤微环境，直接抑制细胞毒性T淋巴细胞的细胞毒作用［8-10］。

MDSCs是机体免疫耐受的主要细胞，可以通过多种途径抑制机体的获得性和天然性抗肿瘤免疫，使肿瘤细胞逃避机体的免疫监视和攻击，促进肿瘤发展。MDSCs同时也是诱导PD-1抗体耐药的主要细胞［4］，清除肿瘤微环境中的MDSCs可以有效提高PD-1抗体免疫治疗的疗效［6］，有研究证实清除MDSCs可以使对PD-1抗体耐药的肿瘤细胞消失［11］。肿瘤细胞同时可以通过分泌IL-6从而招募MDSCs发挥免疫抑制作用，增多的MDSCs也可以分泌白细胞介素（Interlukin，IL）-6来促进肿瘤发展［12］。有研究报道IL-6可以下调PD-1配体，从而诱导PD-1抗体耐药［13］。

MDSCs可以通过多种途径诱导免疫耐受导致PD-1抗体耐药，其中消耗肿瘤局部T细胞生长和分化的必需氨基酸IDO是其已经明确的主要作用途径之一［12，14-16］。IDO是人体色氨酸代谢的限速酶，IDO共有三个，其中IDO-1散布于胎盘、附睾、眼前房及胃肠道黏膜等免疫组织中，是与肿瘤关系最密切的IDO。IDO-1含量越高，肿瘤的恶性程度越高，也越容易扩散。IDO可以使色氨酸氧化成犬尿氨酸，而色氨酸是T细胞活化的必须氨基酸：1）当色氨酸被氧化，T细胞就失去了杀伤肿瘤的功能，导致肿瘤逃避机体免疫。2）色氨酸氧化的产物犬尿氨酸也会对T细胞活化起到抑制作用。3）在肿瘤引流淋巴结中，过度活跃的IDO还会促使树突细胞直接抑制和抵抗引起抗原反应的T细胞以及T细胞对抗原的识别，使得淋巴细胞无能，不能发挥抗肿瘤的作用。所以在肿瘤微环境中IDO可以直接抑制T细胞的功能，也可以增强调节性T细胞的免疫抑制作用，从而介导局部免疫耐受作用，促进肿瘤的免疫逃逸［17-19］。在乳腺癌免疫微环境中，肿瘤细胞通过分泌IL-6，激活肿瘤微环境中的MDSCs，上调其IDO通路，并最终促进肿瘤免疫逃逸［20-21］。

2 IDO抑制剂逆转MDSCs介导的PD-1抗体耐药机制

近期有研究指出［22］，MDSCs可以直接结合T细胞和B细胞，清除其表面的L-选择素从而阻止T、B细胞进入淋巴结，极大削弱了杀伤肿瘤细胞的保护性免疫反应。Chevolet等［23］在其临床研究中发现，在恶性黑色素瘤患者外周血MDSCs上均有不同水平的IDO表达。且IDO表达水平与临床分期呈正相关，即黑色素瘤患者分期越晚，其IDO蛋白表达水平越高（P=0.027）。提示有效抑制IDO表达，即可以有效调控MDSCs免疫抑制功能，纠正患者免疫治疗耐药。Pinton等［24］研究得出相似的结论，下调MDSCs可以抑制IDO的表达，从而增强T细胞的抗肿瘤活性，纠正免疫耐受。

IDO可以被肿瘤细胞产生，也可以被免疫细胞产生。Holmgaard等［25］研究证实，肿瘤细胞分泌的IDO通过调节性T细胞（regulatory T cells，Tregs）依赖途径介导MDSCs的富集和活化。Munn等［26］及Prendergast等［27］分别开展体内研究证实由免疫细胞分泌的IDO可以通过促进MDSCs和Tregs的数量和活性来发挥抑制免疫细胞的功能。而Weber等［28］研究指出经过PD－1抗体免疫治疗恶性黑色素瘤失败的患者，治疗12周时患者Tregs的数量与疾病进展呈正相关。IL-17A由Tregs产生，Akbay等［29］研究表明，IL-17A通过趋化中性粒细胞到达肿瘤部位从而促进肿瘤生长诱导PD－1抗体耐药。

Schafer等［30］在肺癌小鼠模型研究中指出，荷瘤小鼠予以IDO抑制剂后，肿瘤浸润MDSCs也显著减少，MDSCs凋亡更快，更重要的发现是IDO-/-CD8+T细胞显示了AMPK活性，使得T细胞功能显著增强。该研究通过体内试验再次证实了IDO抑制剂与免疫抑制剂联合的抗肿瘤增效作用，同时进一步揭示了其作用机制可能是通过AMPK通路下调MDSCs表达，逆转免疫耐受，纠正免疫治疗耐药，从而提高免疫治疗疗效。MDSCs在不同条件下可以通过不同途径发挥免疫耐受的作用，如乳腺癌中MDSCs通过STAT3-NF-κB-IDO 通路实现功能［31］。Holmgaard等［32］研究结果显示，用CSF-1R抑制剂靶向作用于MDSCs，从而逆转IDO过表达肿瘤的免疫治疗耐药。提示CSF-1R通路也可能是IDO抑制剂逆转PD-1抗体耐药的有效通路之一。

3 IDO抑制剂逆转PD-1抗体耐药临床实践

IDO抑制剂作为一种新兴的免疫治疗手段，其抗肿瘤作用机理主要为通过抑制色氨酸的降解，扭转树突状细胞对T细胞的抑制，从而激活T细胞产生免疫反应最终抑制或消灭肿瘤组织。基于上述理论，多项IDO抑制剂联合免疫治疗的临床试验在恶性黑色素瘤、肺癌、结直肠癌、头颈鳞癌等多种恶性肿瘤中开展。其中IDO抑制剂与PD-1抗体的联合治疗在多个实体肿瘤中表现出较好的临床疗效［33］。

目前epacadostat是唯一一个已经开展与PD-1抗体联合治疗实体瘤Ⅲ期临床试验的IDO抑制剂。Epacadostat的剂型为口服给药，2016年欧洲肿瘤内科学年会（ESMO）中其与PD-1抗体pembrolizumab联合的Ⅰ～Ⅱ期研究（Keynote 037/NCT02178722）中纳入了56例晚期恶性肿瘤患者，其中包括36例恶性黑色素瘤，20例肾癌，18例非小细胞肺癌。安全性分析提示此联合治疗耐受良好，没有观察到4级或4级以上与治疗相关的严重不良反应。其中36例恶性黑素瘤患者数据统计分析显示，其总体疾病控制率为74%，总体客观缓解率为53%，其中26%的患者达到完全缓解，32%患者达部分缓解。该联合方案的成功促成了Ⅲ期研究（NCT02752074）的开展。

Epacadostat联合PD-1抑制剂pembrolizumab在其他实体瘤中也起到了较好的疗效。正在进行的Ⅰ/Ⅱ期ECHO-202/KEYNOTE 037研究表明，在转移性或复发性头颈鳞癌患者中，epacadostat联合PD-1抑制剂可以达到34%的客观缓解率（13/38），进展期尿道细胞癌中为35%（14/40），转移性肾细胞癌为33%（10/30）。

Epacadostat联合PD-1抑制剂nivolumab在多个临床试验中也有较好的疗效。2017年美国肿瘤学年会（ASCO）报道的Ⅰ/Ⅱ期 ECHO-204研究（NCT 02327078）结果显示，在未接受过治疗的黑色素瘤患者中，epacadostat联合治疗的客观缓解率为63%，完全缓解率为5%。而在头颈部鳞癌患者中的客观缓解率为23%，完全缓解率为3%。在29例可评价的卵巢癌患者中，客观缓解率为14%，疾病控制率为31%，其中1例未经过治疗的BRCA阴性、PD-L1阳性患者获得完全缓解。在26例结直肠癌患者中，伴有MSI患者的疾病控制率为25%，而dMMR患者中未出现缓解。

另一个有前景的IDO抑制剂是indoximod。2017年美国癌症研究协会年会（AACR）上报道的一项indoximod联合keytruda治疗94例恶性黑色素瘤单臂研究，结果显示，中位随访时间10.5个月，60例患者完成肿瘤评估，总体客观反应率达到52%，其中包括6例完全缓解和25例部分缓解。值得关注的是，此项研究中包括了9例预后极差的眼部恶性黑色素瘤患者，在常规临床试验中眼部恶性黑色素瘤一般被排除在外，如果除去这9例患者，该联合治疗的客观反应率可以高达59%。安全性分析显示，所有入组患者对此联合方案耐受良好，主要的不良反应表现为乏力、头痛、恶心，没有4级或5级严重不良反应发生。

4 结语

PD-1抗体在恶性肿瘤中的耐药与MDSCs诱导的免疫耐受密切相关。IDO抑制剂体内外试验均证实其可以通过活化AMPK通路下调MDSCs从而逆转PD-1抗体免疫治疗耐药性。IDO抑制剂联合PD-1抗体为逆转免疫治疗耐药提供了一种崭新的高效安全的临床治疗模式。

综上所述，IDO抑制剂与PD-1抗体的联合应用为纠正PD-1抗体免疫治疗的耐药性提供了新的可能，使恶性肿瘤患者的生存时间更长、生存质量更高。但临床应用上仍存在很多问题，比如如何配伍、联合剂量、适合瘤种、更深层次联合机制等。今后应就以上问题进一步开展基础及临床研究，以进一步提高IDO抑制剂与PD-1抗体的联合治疗疗效，减轻联合治疗不良反应。

[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

*本文课题受国家自然科学基金（编号：81702268）资助

任秀宝 rwziyi@yahoo.com

（2017-08-23收稿）

（2017-09-13修回）

（编辑：武斌 校对：郑莉）

韩颖 专业方向为实体瘤免疫治疗的临床转化研究。

E-mail：13612190539@163.com