腫瘤抗原特異性CD8+T細胞是抗腫瘤免疫反應的重要組成部分。然而，許多癌癥患者盡管顯示出了內源性抗腫瘤T細胞反應，但僅靠這種程度的反應并不能完全清除腫瘤。研究發現，這種自發的免疫介導的腫瘤清除之所以失敗，是因為免疫檢查點抑制了腫瘤浸潤T細胞的功能。以PD-1/PD-L1抗體為代表的檢查點阻斷療法被證明在克服腫瘤誘導的T細胞抑制方面非常有效，然而，當患者本身缺乏自發T細胞反應時，檢查點阻斷療法的療效就會很差。而先天免疫激動劑可能能夠促進腫瘤特異性CD8+T細胞的啟動和招募，因此是一種極具治療潛力的癌癥免疫療法。

環狀GMP-AMP合成酶(cGAS)-干擾素基因刺激因子(STING)信號通路是一種胞質DNA傳感通路，在先天免疫反應中起著關鍵作用。當腫瘤來源的DNA被胞質中的 DNA 感受器——cGAS識別時，cGAS 會催化連接兩個核苷酸,形成環狀二核苷酸(CDNs，如2′,3′-cGAMP)，之后CDNs 作為第二信使與STING結合并將其激活。STING下游的信號傳導會導致抗原遞呈細胞（APCs）激活以及炎性細胞因子的產生，進而促進T細胞的啟動和招募。

基于STING在促進抗腫瘤免疫方面的重要作用，大量團隊啟動了STING激動劑的研發。科學家們認為，STING外源性激動劑可能具有觸發先天免疫激活的潛力，進而在單藥治療或聯合檢查點阻斷療法使用時導致可控制腫瘤生長的適應性免疫應答。

部分處于臨床及臨床前開發階段的STING激動劑

然而由于機體內STING天然的激活劑（配體）——環狀二核苷酸（CDNs）是一類無法在血液中持續存在很長時間的、不穩定的分子，給基于這類分子來開發合成的STING激動劑帶來了非常大的阻礙。由于第一代STING激動劑都是CDNs的衍生物，穩定性差，且系統性給藥時也會誘導正常組織產生炎性細胞因子（STING在免疫細胞和非免疫細胞中廣泛表達），因此，目前正在進行臨床試驗的基于CDNs的STING激動劑只能通過瘤內注射給藥，這限制了它們的應用。為了攻克更廣泛的癌癥，科學家們正致力于開發可系統性給藥且優先靶向腫瘤的穩定型STING激動劑。

來源：Science

8月21日，發表在Science雜志上的一項研究中，來自制藥巨頭默沙東的研究團隊報道了他們所研發一款新型口服非核苷酸STING激動劑——MSA-2。MSA-2以非共價二聚體的形式與STING結合，誘導出封閉構象。療效研究顯示，MSA-2能夠清除結直腸癌小鼠的腫瘤。在對PD-1阻斷響應較差的腫瘤模型中，MSA-2聯合PD-1抑制劑在控制腫瘤生長、延長生存方面優于單藥治療。

（來源：Science）

STING激動劑MSA-2 | MSA-2以非共價二聚體的形式與STING結合。大量的實驗分析表明，MSA-2需要預先二聚才能結合STING。酸性腫瘤微環境有利于MSA-2發揮作用，MSA-2可優先激活瘤內的STING。在小鼠中，MSA-2口服給藥耐受良好，單藥治療和聯合PD-1抗體均表現出依賴于STING的抗腫瘤活性。

具體來說，在結直腸癌小鼠模型中，MSA-2通過瘤內、皮下或口服途徑給藥（下圖）。結果顯示，MSA-2耐受性良好，可誘導80%至100%接受治療的小鼠腫瘤完全消退。即使給沒有癌癥跡象的小鼠再次移植惡性細胞，95%的動物可繼續保持無腫瘤的狀態，這表明它們具有長期的抗癌免疫力。

MSA-2是一款具有體內抗腫瘤活性的口服生物可利用 STING激動劑（來源：Science）

此外，在對PD-1阻斷無響應的4個晚期結直腸癌、黑色素瘤和肺腫瘤小鼠腫瘤模型中，與PD-1阻斷或MSA-2單藥治療相比，PD-1阻斷與MSA-2聯合治療能更好地抑制腫瘤生長，延長小鼠的生命。

在小鼠腫瘤模型中，MSA-2系統性給藥聯合PD-1阻斷的治療活性（來源：Science）

事實上，除了MSA-2，默沙東在研的MK-1454也是一款STING激動劑。該項目目前已進入臨床開發階段。不過，在針對晚期實體瘤或淋巴瘤的I期試驗中，這款一代STING激動劑單藥治療未能產生任何反應，而當與PD-1抗體帕博利珠單抗聯合使用時，患者響應率為24%。如前文所述，諸如MK-1454這樣的一代STING激動劑是CDNs的類似物，很不穩定，且系統性給藥時會存在毒性，因此只能直接注射到腫瘤內，這限制了它們只能應用于少數幾種癌癥類型。

而模擬和實驗分析預測，MSA-2可能在酸性的腫瘤微環境中比在正常組織表現出更高的效力。這種優先靶向腫瘤的特性對于系統性給藥的STING激動劑的抗腫瘤活性和耐受性非常關鍵。

來源：Science

除了來自默沙東研發團隊的這項成果，同日發表在Science雜志上的另一篇論文也描述了由Scripps研究所的科學家團隊所發現的一種能夠激活STING的新型穩定分子——SR-717。這也是一款可口服或系統性給藥的非核苷酸小分子STING激動劑。

結構分析顯示，SR-717是一種cGAMP（STING蛋白天然配體）模擬物，與cGAMP結合在STING上的相同位置，并可誘導STING發生相同的形狀改變（形成“封閉”構象）。

SR-717系統性給藥誘導了依賴于STING的藥效動力學和抗腫瘤活性（來源：Science）

在侵襲性黑色素瘤動物模型中，SR-717顯著抑制了腫瘤生長，阻止了轉移，誘導了免疫系統對腫瘤分子的識別，極大提高了腫瘤周圍CD8+T細胞和自然殺傷（NK）細胞的水平。SR-717也促進了樹突狀細胞的激活。此外，在這種有效劑量下，SR-717未對動物模型表現出明顯的不良副作用。

（來源：MELISSA THOMASBAUM/SCIENCE）

新型先天免疫激動劑 | 兩篇最新的Science論文報道了兩款非核苷酸STING激動劑——MSA-2和SR-717。STING的激活可誘導炎性細胞因子（如FN-β和IL-6）的表達，腫瘤微環境中這些細胞因子的分泌會促進cDC1樹突狀細胞的成熟和活化，然后通過啟動腫瘤引流淋巴結中的腫瘤抗原特異性CD8+T細胞促進抗腫瘤免疫。

STING一直是腫瘤免疫治療領域一個熱門但充滿挑戰的靶點。研究者們認為，這些新發現是腫瘤領域的關鍵進展，大大增加了通過STING激動劑抑制多種癌癥的可能性。Science雜志針對以上兩項突破成果配發的觀點文章也指出，能夠系統性給藥的非核苷酸小分子STING激動劑可能代表了靶向cGAS-STING通路的一種有前途的策略，經過進一步的優化，有可能會改變癌癥治療。

專家點評

阿諾醫藥 高級藥化總監 陳宇鋒博士

• Merck & Co的非環雙核苷酸（non-CDN）STING蛋白激動劑的開發

Merck & Co的首個STING激動劑是對標Aduro-S100的MK-1454，于2017年2月開始臨床試驗，采用瘤內注射（IT）給藥。同年9月，Merck & Co又悄然開始了第二個STING激動劑MK-2118的臨床試驗，這次的臨床試驗設計，包含了3組IT給藥和1組皮下注射（SC）給藥。相比于修改STING蛋白天然配體cGAMP衍生出的MK-1454，MK-2118一直比較低調，至今還沒有臨床試驗結果公開。

2018年4月，Merck & Co公開了一類苯并噻吩類的小分子STING激動劑的化合物專利。2019年2月，Merck &Co繼續公開了2篇苯并噻吩類結構的相關專利，分別保護這類結構在腫瘤治療上的用途，和與PD-1抗體聯用在腫瘤治療上的用途。這次公開的用途專利中包含了臨床試驗的設計方案，此外在這兩個專利文件權利要求部分最后都羅列了一組約20個苯并噻吩類結構作為保護范圍，所以能猜測MK-2118會是其中之一。從藥物化學開發的角度來說，噻吩環或者苯并噻吩環，由于其結構的富電子特征，一直不是藥物化學家的首選。而且Merck & Co在18年公開的結構，其苯環上連接的多是推電子基團，所以芳環骨架上的富電子特征比較明顯。當時很多同行可能都會好奇，“MK-2118會不會不是其它結構類型？” 然而從2019初公開的專利應當能看出MK-2118就是苯并噻吩類小分子結構。

2019年10月，Merck & Co繼續公開了缺電子雜環（如吡啶，吡嗪）并噻吩或噻唑的小分子STING激動劑專利。在同一天，Merck & Co還公開了苯并噻吩和類似缺電子雜環單體（Monomer）改造出的二聚化結構（Dimer）作為STING激動劑的專利。Dimer結構的公開能佐證2018年最初公開的苯并噻吩Monomer與STING蛋白可能的結合方式。新的Dimer化合物的分子量重新回到600-700左右的區間。專利中公開的數據顯示，在體外實驗中Dimer結構與STING蛋白的結合能力較Monomer結構有大的提高，但分子跨越細胞膜的能力預計會降低。此外，Dimer分子中高度平面化的芳環片段，加上分子內存在類似鏡面對稱的構象，容易產生分子與分子間的密集有序排列，所以預計會導致化合物的溶解度降低。

此次，Merck & Co的研究人員在Science雜志發表了題為“An orally available non-nucleotide STING agonist with antitumor activity”的論文，總結了苯并噻吩類結構發現和開發過程。文章公開了小分子單體MSA-2在小鼠MC-38模型（結腸癌）模型中單藥的動物實驗結果。其中，通過三種給藥方式（瘤內注射，皮下注射和口服），在瘤內和血漿中都能檢測到可比的藥物濃度和相似的代謝速度，從而顯示出小分子結構良好的吸收和跨膜轉運能力，以及一定的代謝穩定性。在藥效上，三種給藥途徑都展現出了劑量依賴性的治療效果。而且經過三種給藥途徑治愈后小鼠再接種腫瘤細胞的rechallenge實驗，證實了治愈后的小鼠已經對腫瘤產生了免疫記憶。文章還公開了MSA-2兩種給藥途徑（皮下注射，口服）與PD-1抗體聯用在四種小鼠腫瘤模型B16F10（黑色素瘤），LL-2（肺癌），advanced MC38（進展期，結腸癌）和CT-26（結腸癌）的藥效實驗結果。在四種腫瘤模型中，與MSA-2單用和PD-1抗體單用相比，在小鼠生存期延長方面，MSA-2和PD-1抗體聯用顯示出了明顯的協同作用。

• STING蛋白激動劑系統性給藥方式的開發

2017年底，當Merck & Co的苯并噻吩小分子MK-2118以IT+SC給藥進入臨床試驗的時候，業內的主流思路還是基于STING靶點治療學的第一代假設，即通過局部給藥激活DC，DC通過淋巴管到達淋巴結啟動（prime ）腫瘤特異性的T細胞，然后T細胞在淋巴結增殖后遷移到腫瘤部位殺傷腫瘤。隨著2018年Aduro-S100和MK-1454的I期臨床試驗結果公開，第一代思路的臨床試驗效果遭到質疑。隨后第二代治療學假設開始興起，這就是把藥物運輸到多發的腫瘤部位來發揮具體的藥效。皮下注射（SC）是當時折中的思路，從某種意義上來說，瘤內注射也是類似于SC給藥。當代謝較穩定的、容易被吸收的分子被注射進腫瘤組織，藥物分子可以被吸收進周邊血管，然后隨著血液循環進行全身遞送。從Merck & Co在2018年AACR中公開了環雙核苷酸類工具分子MSA-1在小鼠雙側瘤模型中單側瘤內給藥后的PK數據可以看出，MSA-1單側瘤內注射4小時后，在對側瘤內還能檢測到與注射側瘤相當的藥物濃度。各公司后期開發差異化的環雙核苷酸類結構在血液循環系統中的穩定性也大為提高，這使得經過血液循環遞送大分子量的環雙核苷酸類藥物到不同部位的腫瘤組織成為可能。BMS在2018年SITC公開了環雙核苷酸衍生物BMS-986301通過肌肉注射（IM）給藥的小鼠藥效學實驗，就是這樣一種嘗試。

2018年11月，GSK在Nature雜志上發表了題為“Design of amidobenzimidazole STING receptor agonists with systemic activity”的論文，第一次將non-CDN類的苯并咪唑二聚分子以靜脈注射（IV）的方式用于小鼠CT-26模型（結腸癌），開始把業內的注意力拉向STING激動劑更為直接的IV給藥方式。2019年2月，GSK開始了IV方式給藥的苯并咪唑二聚分子STING激動劑GSK3745417的臨床試驗。同年9月，SpringBank開始了以IV方式給藥的環雙核苷酸衍生物前藥分子SB11285的臨床試驗。

• 系統性給藥模式下開發化合物對腫瘤組織的靶向性

由于STING蛋白在組織中無差別的表達，隨著STING激動劑系統性給藥嘗試的開展，如何避開無差別的遞送，而選擇性在腫瘤組織激活STING蛋白產生炎癥因子，已經成為大家關注的主題。在最新發表的這篇Science文章中，Merck & Co的科研人員發現他們的苯并噻吩類分子MSA-2，在小鼠腫瘤模型中，經皮下注射給藥后，化合物在腫瘤組織中的富集量要高于正常的血液、脾臟和股四頭肌中的藥物量。MSA-2類分子中的羧基官能團，被認為是產生這一現象的原因。大家都知道腫瘤微環境跟正常組織相比偏弱酸性，而MSA-2這種弱酸性的分子在偏酸性的環境中會主要以游離態形式存在。游離態的分子在被動擴散穿越細胞膜時，比離子化的分子形態更有優勢。所以，相比于正常組織，在腫瘤組織中會有更多的MAS-2類分子被轉運到胞內而被富集下來。而且，Merck & Co科研人員用細胞實驗證實，在pH 6、6.5、7和7.5的溶媒中培養的THP1（人單核細胞）和小鼠巨噬細胞對MSA-2刺激產生炎癥因子的響應是不一樣的，MSA-2在pH=6的溶媒中對THP1（人單核細胞）和小鼠巨噬細胞的刺激能力最強，隨著pH值升高刺激能力會依次降低。在小鼠模型中也發現，MSA-2經口服和皮下注射給藥，在腫瘤組織中產生的干擾素-?的量要顯著高于在正常的肺、脾臟和肝臟中刺激產生的干擾素-?的量。這是一個非常有意義的發現。

在Science文章中，為了驗證這個腫瘤微環境pH-依賴型的吸收和刺激模型，Merck& Co科研人員還對比了STING蛋白內源性配體cGAMP在不同pH溶媒中對THP-1細胞的刺激能力，結果是幾乎無差別。cGAMP分子中的兩個磷酸基團即使在弱酸性pH6的溶媒也是完全離子化的，而且cGAMP是典型的大分子量和大極性化合物，它的跨膜運輸可能會依賴細胞膜上的轉運蛋白（transporter）或者以細胞內吞的方式來進行。相比之下，小分子量的化合物進入細胞膜主要還是依賴經典的由于細胞內外濃度差異產生的被動擴散模式。所以cGAMP做不出pH依賴型的跨膜和在胞內刺激STING蛋白的差異也屬于正常的預期。不同類型的分子需要根據其特征開發不同的靶向作用模式。除了DMXAA，MSA-2是迄今為止公開的具有動物模型藥效的最小分子量的化合物，Merck & Co科研人員基于MSA-2類結構特征，開發出一種小分子簡單依賴腫瘤微環境特征，選擇性被富集和刺激腫瘤組織STING蛋白的作用模式。這種作用模式能否轉化成MSA-2類分子系統性給藥后的安全窗口，我們期待Merck & Co后續做更多的公開。

參考資料：

1# Emily N. Chin et al. Antitumor activity of a systemic STING-activating non-nucleotide cGAMP mimetic. Science(2020).

2# Molecule that activates immune protein STING shows promising results against tumors（來源：The Scripps Research Institute）

3# Merck's oral cancer drug targeting STINGboosts PD-1 immune blockade in mice（來源：FierceBiotech）

4# Bo-Sheng Pan et al. An orally availablenon-nucleotide STING agonist with antitumor activity. Science(2020)

5# Immunotherapy with a sting(來源：Science)

6 # 孫 印等. STING 激動劑研究進展（來源：中國藥物化學雜志）