STING激动剂的前世今生和未来 发布时间：2021-04-06

近年来，免疫疗法成为肿瘤治疗领域的新秀，以免疫疗法为基础的药物快速进入临床试验，肿瘤治疗实现了进入免疫治疗时代的突破，这为更多的肿瘤患者带来了福音。从2011年上市的CTLA-4抗体到2014年上市的PD-1抗体，不少靶向免疫检查点的单抗已经成为“重磅炸弹”。靶向肿瘤免疫的单抗主要能够提高T细胞免疫反应，但其局限性是对肿瘤局部免疫环境的依赖，临床上患者对免疫检查点抑制剂的响应率一般在10%-35%之间。

Jérôme Galon根据CD3+、CD8+淋巴细胞的浸润等免疫状态将肿瘤分类（图一），其中“热肿瘤”中存在大量的浸润T细胞，免疫检查点抑制剂才能有的放矢，显示出较好的响应。针对于另外三种T淋巴细胞浸润较少的肿瘤，当激活肿瘤中的固有免疫时，能够将“冷肿瘤”转变成“热肿瘤”，是提高肿瘤免疫治疗响应的一种重要策略。小分子类免疫激动剂则有可能实现较高肿瘤分布的独特优势，不仅有望激活肿瘤中的免疫响应，同时也能减少蛋白多肽类免疫激动剂的系统毒副作用。

图一：肿瘤的免疫分型（Jérôme Galon, 2019, Nature Reviews Drug Discovery）

STING在肿瘤免疫调控中的作用

微生物释放到细胞质中的DNA被环化GMP-AMP合成酶（cGAS）结合，就会产生cGAMP信号分子。cGAMP充当着信使的角色，能通过间隙连接传递到临近的树突状细胞、巨噬细胞等免疫细胞。作为真核STING蛋白的天然激动剂，cGAMP与STING蛋白二聚体结合后引发STING构象改变，STING发生高聚化并聚集到细胞核附近的高尔基复合体，招募TBK1、IKK等激酶；另外，STING的磷酸化能够激活IRF3、NF-κB等通路，促进I型干扰素和其他细胞因子的转录。

图二：cGAS-STING 信号通路（Lorenzo Galluzzi，2018，Cell）

放疗、化疗后肿瘤细胞凋亡释放的DNA能够激活STING通路，是肿瘤细胞免疫激活途径中的重要节点。STING一方面能够通过cGAS通路识别外源DNA或自身释放DNA启动固有免疫，另一方面能够通过激活树突状细胞刺激抗原递呈，促进T细胞激活。因此STING是连接固有免疫和适应性免疫的重要一环。STING通过激活免疫系统，抑制肿瘤免疫逃逸，甚至有望增强PD-1等免疫检查点抑制剂的药效。

图三：STING通过激活树突状细胞抗原递呈促进T细胞激活

STING激动剂的研究进展

早在STING被发现之前，CDNs（环二核苷酸）就已经作为一种佐剂来增强疫苗的免疫活化作用。2008年STING被首次报道，2012年底STING上游通路的关键分子cGAS和第二信使cGAMP被揭示。2013年，专注于肿瘤免疫领域的Aduro公司在SITC的年会上展示了其环二核苷酸类（CDN）STING激动剂ADU-S100的临床前研究数据，紧接着与Novartis达成共同开发ADU-S100的合作协议，使得该化合物在2016年便进入一期临床。

2017年初，默沙东启动了Keytruda联合STING激动剂MK-1454的临床研究。2017年8月，BMS与IFM Therapeutics公司达成了一项针对STING激动剂的收购交易。根据协议，IFM Therapeutic可从BMS获得3亿美元预付款和20亿美元里程金。

2018年9月，诺华与IFM Therapeutics公司达成了一项8.4亿美元的合作，共同开发用于治疗罕见疾病的STING靶向药物，拟开发适应症包括Aicardi-Goutires综合征(一种罕见的幼年自体免疫疾病)、发病于婴儿期的STING相关血管病(SAVI)以及系统性红斑狼疮(SLE)。

随着STING作用机制的阐明和转化医学的研究，BMS、GSK、Merck等药企纷纷开始了STING激动剂药物的临床开发，目前国内已报道有成都先导、海和生物、阿诺医药三家药企正在布局STING激动剂（表1）。STING激动剂从成为科研热点到进入临床开发这一路可谓走得顺风顺水，但是新药研发往往道阻且长。2019年Aduro公布ADU-S100瘤内注射给药的一期临床试验结果不佳，年底Novartis则宣布终止了ADU-S100的合作开发，Aduro后续也停止了二期临床试验，但这个结果无疑还是给STING激动剂的开发蒙上了一层阴影。

表 1：STING激动剂在研产品情况

资料来源：Informa数据库

STING激动剂的临床转化

想要实现肿瘤免疫小分子药物的临床转化，最亟需解决的则是其ADME属性的问题。STING天然配体属于环二核苷酸化合物，能够通过瘤内注射达到抑制肿瘤生长的效果，但由于其磷酸二酯在体内容易被ENPP1和SVPD等磷酸酯酶降解，PK属性差，限制了其临床应用。基于CDN结构，对磷酸酯酶不敏感的环二核苷酸化合物被设计出来。在目前已公布结构的在研药物中，大多数STING激动剂都是CDN类化合物，其中的代表就是Aduro公司开发的ADU-S100。根据其临床前结果来看，ADU-S100尽可能地优化了其PK属性，通过瘤内注射能够实现肿瘤生长抑制直至完全消失，并且给药对侧的肿瘤生长也被抑制。

图四：ADU-S100（ML-RR-S2 CDA）的结构（A），以及在小鼠4T1肿瘤模型中的药效（B）和肿瘤消退后重新接种的免疫记忆效应（C）（Corrales，2015，Cell Reports）

但是ADU-S100一期临床试验结果发现，ADU-S100/spartalizumab组合在一期临床只产生了9%的应答率，ADU-S100/Yervoy组合在PD-1耐药恶性黑色素瘤也只产生了7%的应答率，低于了人们最开始对于它的高期待。

经分析，CDN类化合物的临床应用确实存在一系列无法逃避的问题：

1. 由于CDN带负电、有较高的水溶性、有较高极性表面积（PSA），因此该类化合物跨膜能力差，不足以支持其进行静脉注射、口服等系统给药方式实现药效。对于携带多种异质性远端肿瘤的患者，想要实现CDN类似物在远端肿瘤内分布、并达到激发免疫反应的浓度是一个巨大挑战。瘤内注射也给药物的开发和在不同适应症中的应用带来一定的困难。

2. ADU-S100在双侧荷瘤小鼠的实验中发现直接瘤内注射给药的肿瘤和远端未注射的肿瘤产生的免疫反应是不一致的。低剂量（10ug）ADU-S100瘤内注射给药足以诱导被注射给药的肿瘤附近灌流淋巴结（TDLN）内肿瘤特异性T细胞激活，但该剂量下远端未注射的肿瘤灌流淋巴结没有产生免疫反应。当提高给药剂量至500ug，远端未注射的肿瘤灌流淋巴结开始出现肿瘤特异性T细胞显著激活，而此时给药侧肿瘤灌流淋巴结中淋巴细胞则出现凋亡，肿瘤特异性T细胞的产生被一定程度抑制。回顾ADU-S100和MK-1454的临床试验入组标准便会发现，两者都要求入组病人有一个以上的远端肿瘤，因此实现药效是需要局部和系统T细胞两者的激活。以此推测，临床开发中ADU-S100的剂量必须受到严格的调控。

3. STING激动剂的治疗窗口与肿瘤/血浆细胞因子水平相关。血浆中较高的IFN-β水平将导致一系列的免疫激活相关不良反应，如何平衡肿瘤内STING激动剂的分布浓度和血浆中的IFN-β水平，对于药物的治疗窗至关重要，而CDN类似物的PK属性限制了其治疗窗口。

图五：瘤内注射给药后ADU-S100在注射给药的肿瘤和远端未注射的肿瘤中的浓度（A）和肿瘤特异性体细胞数量（B）（Kelsey E. Sivick，2018，Cell Reports）

非CDN类小分子STING激动剂的研究现状

瘤内给药的CDN类STING激动剂的临床转化面临着挑战，新一代STING激动剂的研发方向便是实现系统给药，提高化合物的肿瘤分布浓度，提升药物的治疗窗口。比如通过脂质体纳米颗粒等方式增强CDN类STING激动剂的跨膜能力，改善PK属性；将CDN与靶向肿瘤抗原的抗体结合制备抗体偶联药物（ADC），提升药物的治疗窗口。

直到2018年GSK报道了一类氨基苯并咪唑化合物二聚体（dinerized amidobenzimidazole，diABZI），实现了系统给药的药效，开启了非核苷酸类STING激动剂的新篇章。GSK通过高通量筛选发现了一类氨基苯并咪唑化合物，通过与蛋白共结晶结构的分析将氨基苯并咪唑化合物设计成二聚体，使其能够与STING二聚体分别结合，进而将活性提高了1000倍。同时，该类化合物展现了较好的PK属性，在小鼠模型中实现了通过三次静脉注射完全抑制肿瘤生长直至消失。对于给药后肿瘤和血浆药物浓度和细胞因子的研究发现，diABZI能够在肿瘤内保持高于血液中的浓度，同时瘤内能够产生比血浆中更高的IFN-β等细胞因子释放，提示有相对较宽的治疗窗。diABZI类化合物实现系统给药克服了环二核苷酸化合物只能进行瘤内或局部给药的不足，能够抑制多个转移肿瘤的生长。

图六：diABZI化合物的结构（A）、PK属性（B）以及抗肿瘤药效（C，D）（Joshi M. Ramanjulu，2018，Nature）

Takeda、Curadev、Ryvu、Trillium、成都先导等药企也报道了能用于系统给药的非核苷酸类STING激动剂。在2020年AACR年会上，强生也展示了可系统给药的STING激动剂JNJ-6196能够将PD-1抗体抵抗的模型转化为PD-1抗体应答模型。可见，非核苷酸类小分子化合物已经开启了新一代STING激动剂的竞争。

以STING激动剂为代表的小分子肿瘤免疫药物是否将产生“重磅炸弹”，为肿瘤免疫领域带来下一个重大变革呢？抑或是STING激动剂与免疫检查点抑制剂的联用将大大扩展应答瘤种？未来可期，我们将拭目以待。