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IDO信号通路在非小细胞肺癌放疗的应用进展2022摘要哪朵胺-2 ,3-双加氧酶(IDO)是色氨酸(Trp)降解为犬尿氨酸(Kyn)的限速酶, 炎症因子IFN-y可以提高IDO活性，使Kyn/Trp即K/T比增加，从而降 低CD8+T细胞及调节性T细胞活性,介导肿瘤的免疫逃逸。放疗是非小 细胞肺癌综合治疗中的重要手段,可以双向调控机体免疫应答，协同免疫 抑制剂发挥抗肿瘤作用，同时机体免疫状态可以影响放疗疗效。近年来有 研究显示IDO活性在放疗前后发生变化，并与预后有关,但相关机制尚不 明确。本文阐述IDO信号通路在非小细胞肺癌放疗的应用进展。肺癌是中国发病率最高同时也是致死率最高的肿瘤疾病1。在肺癌综合治 疗中放疗是核心成分，早期患者体部立体定向放疗(stereotactic body radiation therapy , SBRT)起到重要作用，中晚期患者放化疗常常是标准 治疗手段；然而，尽管肿瘤患者已经接受了放化疗，5年生存率仍仅为 15%20%2。随着免疫时代到来,放疗联合免疫检查点抑制剂在中晚期 肺癌患者中显示优势3,4;与此同时，对一些新兴小分子免疫抑制剂的研 究如0引噪胺-2 ,3-双加氧酶 l(indoleamine 2 ,3-dioxygenase 1 JDO-l) 抑制剂风头正劲。ID0-1是人体内色氨酸沿犬尿氨酸途径(kynurenine pathway , KP)分解代谢的3种限速酶之一,其与肿瘤免疫耐受与逃逸密 切相关。ID0-1在正常人体内低表达，在肿瘤、自身免疫性疾病患者体内 高表达,其高表达与肺癌的不良预后密切相关5,6。本文回顾文献，系统 综述IDO信号通路在非小细胞肺癌(non-small cell lungcancer ,NSCLC) 放疗的应用进展。1、IDO信号通路与免疫逃逸有关肿瘤组织中IDO高表达与抑癌基因桥接整合子-1的缺失、肿瘤微环境 IFN-y的表达和环氧合酶-2促IDO表达等有关,其中IFN-y/Jak/STATl 是IDO活性的主要调节通路之一7,8,9。在肿瘤微环境中，激活的CD8+T 细胞释放炎症因子IFN-y，促进ID0-1表达增加。过表达的ID0-1可使 色氨酸分解为犬尿氨酸，一方面造成局部微环境”色氨酸饥饿”，机体内T 淋巴细胞及树突状细胞失去了增殖、分化所必需的氨基酸，养分不足，无 法分化成熟，处于功能抑制状态；另一方面,犬尿氨酸及KP途径中产生 的其他有毒代谢产物对CD8+的肿瘤浸润淋巴细胞和辅助性T淋巴细胞有 直接毒性作用,甚至诱导T淋巴细胞凋亡,营造了免疫抑制微环境10。此夕卜，犬尿氨酸的积累也可以诱导原始T细胞向有抑制作用的Treg细胞 分化、召集Treg细胞聚集,从而形成免疫负调控环路，最终造成免疫逃 逸11。2、IDO与放疗的关系、交互作用IDO通路可能是造成放疗抵抗机制之放射线可以在局部破坏细胞DN A 双链发挥杀瘤作用,也可以使非射线照射区域肿瘤体积缩小，产生远隔效 应。Demaria等12在2004年提出此效应缘于放疗能够调节免疫。近来 研究显示放疗可以通过增加肿瘤组织抗原释放、动员肿瘤特异性CD8+T 细胞（直接杀伤肿瘤组织的关键性T细胞）等机制正向调控免疫，这是放射 免疫疗法发挥协同作用的原理13,14。同时一些基础研究表明，放疗可以 激活炎症相关通路IFN-Y/Jak/STAT115,而STAT1正是导致放疗抵抗的 重要分子16,17,18。有趣的是，该通路正是IDO的上游调节通路之一, 能够激活IDO实现肿瘤的免疫逃逸19。孚L腺癌、黑色素瘤小鼠模型也显 示ID。的活性在放疗后相较于放疗前明显增加20。更具临床实践意义的 是，放疗或许能够增加IDO活性，促成免疫逃逸、放疗抵抗，从而降低患 者生存。用血浆中犬尿氨酸-色氨酸（kynurenine-tryptophane , KT）比值 （KT比）来代表ID0活性，Wang等21于2018年首次提出放疗可以改变 ID0活性从而影响患者预后：选取接受同步放化疗的m期NSCLC的高加 索人群，观察放疗前、放疗中（第2周及第4周）、放疗后3个月的KT比 动态变化，在部分患者中发现KT比在放疗中明显下降、放疗后回升，且 放疗后犬尿氨酸含量可有明显下降，而综合疗前低KT比、疗后低犬尿氨 酸水平两种有利因素的患者总生存时间明显延长。该团队后续类似研究发 现，在早期NSCLC中接受三维适形放疗患者相较于SBRT ,疗后犬尿氨酸 绝对含量更高，生存更差22。由此可见不同分割模式对ID0活性变化影 响不同。虽然放疗调节ID0活性的机制仍待探索，但ID0通路可能是放 疗抵抗机制之一；且ID0基线水平可以预测放疗疗效，这提示ID0是放 疗疗效生物标志物有力候选者，同时也为ID0分子作为免疫治疗新靶点提供了思路23。3、IDO活性检测手段一项Meta分析显示ID0-1蛋白表达水平与实体瘤不良预后有关24。所 以，在临床实践中可以采用免疫组化法检测ID0-1蛋白表达水平，从而指 导临床决策；然而有时珍贵的组织标本难以获得，寻找替代标志物更具实 用性。研究显示ID0-1活性与肿瘤不良预后有关，血浆中KT比被普遍用 来代表ID0-1活性6,21。前文中提到，20-1是人体内色氨酸沿KP分 解代谢的3种限速酶之一，当IDO-1活性升高时，将消耗底物色氨酸， 直接产生犬尿氨酸,从而使血浆中KT比上升。在临床应用中，可通过对 色氨酸及犬尿氨酸进行准确定量来计算IDO的活性水平，定量手段包括比 色吸收法、放射性分析、荧光测定、细胞测定及基于高效液相色谱 (high-performance liquid chromatography ,HPLC)的测定等5种方法， 前4种主要用于分析体外培养的细胞标本，HPLC则用于分析体内提取的 包含复杂生物基质成分(如人外周血浆)的标本25。HPLC包含液质联用、 气质联用法,其中液质联用法是现阶段检测犬尿氨酸代谢产物最为精准而 敏感的手段，且因其所需样品量少而具备独特优势，在临床研究中得到了 最为广泛的应用。4、ID0抑制剂联合其他抗肿瘤治疗的研究进展 ID。小分子是近年来新兴免疫治疗靶点。它与免疫检查点抑制剂不同,更 多的是作为炎症调节剂调节固有免疫、促进肿瘤新生血管形成26。早在 2002年,Friberg等27研究发现,IDO-1的竞争性抑制药 1-methyltryptophan (1-MT)能够延缓Lewis肺癌小鼠体内肿瘤的生长。 此夕卜，基础实验发现IDO抑制剂可以延缓KT代谢通路，促进效应T细胞 及自然杀伤T细胞增殖,从而将肿瘤微环境从免疫抑制状态转变为免疫应 答状态28。一些临床前试验发现，在IDO抑制剂的作用下，机体免疫激 活，效应T细胞增殖，联合免疫检查点抑制剂(immune checkpoint inhibitors , ICIs)相较单药ICIs能够更有效的抑制肿瘤生长29。相较于 PD-L1 z ID0-1在肿瘤组织中检测率更高，Schalper等30对552例HP IV期NSCLC治疗前的肿瘤标本使用免疫荧光检测PD-L1、ID0-1及 B7-H4分子时发现,PD-L1、B7-H4只在约20%的标本中被检测到，而 ID0-1却在高达45%患者中被检测到。另有研究显示ID0-1与PDL1(1%) 在NSCLC中普遍存在共同表达,共表达率约为27%31e I期临床研究 表明ID0-1抑制剂在实体瘤应用中安全性良好，但单药疗效不甚显著，这 可能与PD-L1作为免疫刹车点仍持续发挥作用有关32。故现阶段进行中 的大多数研究将其与放疗、化疗及ICIs联合应用,其中ID0-1抑制剂与 ICIs的搭配最为广泛。Epacadostat是目前研究最为广泛的一种针对 ID0-1的高效、高选择性口服抑制剂，鉴于现有免疫双药疗效好但副作用 强，因此开展的I、II期临床试验大多将重点放在联合应用的安全性，旨 在寻找其最佳可耐受剂量33 o 2019年Gibney等34报道了 Epacadostat与ipilimumab (CTLA-4抑制剂)联合应用于转移性黑色素 瘤患者的I、II期临床研究结果,显示未曾应用过免疫治疗的39例患者, 在联合治疗后的安全性良好，客观缓解率可达23% ,考虑到 Pembrolizumab本身在黑色素瘤疗效更优,故该研究者未进一步进行口 期试验。同期，Epacadostat联合Pembrolizumab治疗包括NSCLC在 内的进展期实体瘤的I、H期临床试验(ECHO202/KEYNOTE037)显示 此联合疗法对PD-L1阳性和阴性的患者均有效,报道的客观缓解率高达 55%35;然而遗憾的是m期临床试验ECHO-301/KEYNOTE-25中期评 估结果显示Epacadostat并不能明显改善黑色素瘤患者的无进展生存期, 该项目不得不提前终止。在2005年的鼠乳腺癌模型中,Muller等36将 ID0抑制剂配伍紫杉醇使用，在已耐药的肿瘤中也可以发挥作用,且出于 截然不同的抗肿瘤机制，化疗药相关不良反应并未增加。该研究较早的阐 述了 ID0抑制剂可以和DNA损伤疗法联合应用。近来一些I、II期研究 将ID0抑制剂配伍化疗药物使用。Indoximod是首次进入I期临床试验 的IDO抑制剂，无论是单药应用还是配伍化疗药物，安全性回报均良好, 其在现行的II期临床研究中较为常用37。ASCO2017会议上JDO-1抑 制剂Navoximod联合紫杉醇治疗转移性乳腺癌II期临床试验的数据显示 未能明显改善紫杉醇的疗效38。联合药物的大量I、II期临床试验正在 进行中。现阶段IDO-1抑制剂单药联合ICIs或化疗药物尚未取得理想的 结果，在总结经验的同时需要寻找更佳联合策略。IDO-1抑制剂联合放疗 前景明朗。在Lewis肺癌小鼠模型中予以IDO抑制剂1-MT和/或10 Gy 放疗，结果显示1-MT联合放疗组疗效优于任何单一治疗组39。在恶性 脑胶质瘤患者中放疗能够增加IDO-1抑制剂联合PD-1抑制剂的抗肿瘤作 用，获得更持久的生存获益40o Johnson等41应用ID0-1抑制剂/替 莫哩胺同步放疗治疗儿童脑部肿瘤,并在放疗后继续IDO抑制剂/替莫哩 胺维持，结果显示患儿可耐受，放疗后生活质量良好。现有越来越多的证 据支持 I DO/色氨酸双加氧酶(tryptophan 2 , 3-dioxygenase , TDO)通 路抑制剂可以作为DNA损伤治疗策略(包括放疗和化疗)的免疫调节剂 20,42,未来也终将是综合治疗的时代，我们期待ID0抑制剂联合放疗、 ID0抑制剂与ICIs联合放疗、ID0抑制剂联合放化疗等策略发挥更优越 的抗肿瘤作用。5未来挑战与展望ID0抑制剂联合放疗发展前景良好，但仍存诸多挑战。Wang等21证实 在高加索人群中放疗可以改变ID0活性，但亚裔人群尚无有效证据，且放 疗不同分割模式可以对ID0活性产生不同调节作用，相关调节机制不甚明 确。此夕卜，现大多研究集中在放疗联合ICIs、IDO抑制剂联合ICIs等联合 策略,包含IDO抑制剂联用放疗的临床试验开展较少,进展缓慢。同时, 有临床前研究显示即使将IDO基因敲除，KT途径的另两种限速酶TDO、 IDO-2也会发挥作用,使犬尿氨酸水平升高,这可能导致IDO-1抑制剂 发生耐药43,44;所以未来IDO/TDO双靶点抑制剂联合应用可能成为新 趋势。