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天然抗癌蛋白毒副作用太大需重设

2019年01月26日 11:48 39健康网 

  蛋白质仿生药物的开发研究具有重新定义蛋白质治疗领域的无限潜力,通过蛋白分子从头设计,可提高其治疗性能和减少副作用,这一技术不仅适用于细胞因子,也适用于所有具有已知或准确预测结构的生物活性分子。

  本研究以白介素-2(IL-2)为例,设计出了疗效更好且毒副作用更小的Neo-2/15分子。相信随着后续相关临床实验的开展,其良好疗效将得到进一步验证,该技术将得到更多的关注和应用,癌症的治疗道路将越来越宽敞!

  IL-2具有刺激T细胞增殖和活化NK细胞的作用[1],鉴于其具有的免疫调节和抗肿瘤的作用,目前IL-2已经得到了广泛的研究。美国食品药品监督管理局(FDA)已经批准IL-2应用于肾癌和转移性黑色素瘤的治疗。但是,其毒副作用限制了其在肿瘤治疗中的使用。

  来自西雅图华盛顿大学的生物化学家Daniel-Adriano Silva与其团队使用计算机建模设计出了一种功能类似于IL-2的蛋白Neo-2/15,并通过相关实验展示其良好特性及作为未来抗癌药物使用的潜能[2]。研究结果发表在近期的Nature杂志上,下面就让手指头滑动起来,一睹该研究对肿瘤治疗的临床意义吧~

  01

  走进细胞因子——IL-2/IL-15

  首先来了解下天然IL-2/IL-15的情况及其临床应用受限的原因。

  细胞因子普遍存在许多可以结合的受体亚基,但是自然条件下,细胞因子与受体的亚基形成的复合物往往无法在结构稳定性和功能发挥两方面保证上取得良好的平衡,IL-2也不例外。

  IL-2由4条蛋白螺旋链组成(H1、H2、H3、H4),其中,H3可结合β受体亚基,H4可结合γ受体亚基,H1则可同时结合β和γ受体亚基,H2可结合α受体亚基(也称为CD25)。即IL-2的受体亚基主要包括IL-2Rα、IL-2Rβ、IL-2Rγ。

  既往临床试验表明IL-2在晚期肾癌和黑色素瘤的治疗中具有良好的疗效,但其副作用显著,主要表现为广泛的血管渗漏综合征[3,4]。α受体亚基缺乏(CD25-)的动物模型中,使用IL-2的毒副作用显著减少,表明CD25的存在与毒副作用的产生密切相关。

  另一方面,IL-2结合CD25可介导Treg细胞的活化[5],Treg细胞在正常的机体内有下调免疫功能的作用,是避免自身免疫性疾病产生的好帮手。而在治疗肿瘤,需要免疫功能增强杀灭肿瘤的细胞的时候,过度免疫的抑制显然不是好事了,好帮手也变成了猪队友。

  IL-2虽然能通过激活T细胞而治疗肿瘤,但其固有的低稳定性和与CD25的紧密结合性,着实让人头疼,以往利用突变(如super-2)和聚乙二醇化(如NKTR-214)设计出的IL-2也不甚理想。

  为此,不少研究人员就曾对和IL-2功能有高度相似性的IL-15进行过研究。在结合上,IL-15与IL-2两者共用了β和γ受体亚基,但IL-15明显的优点是它与CD25没有亲和力,这样就能大大减少毒副作用的产生。

  然而,IL-15也并不完美,IL-15的活性依赖于NK细胞和抗原呈递细胞对IL-15Rα的反式呈递,并且其稳定性也比较差[6]。因此想对其直接进行改良并应用于临床也可谓是困难重重。

  02

  另辟蹊径——计算机建模设计蛋白

  既然前人靠替换氨基酸序列及突变改良的路子已经快要走进死胡同,那就只好另辟蹊径,这回让计算机平台先上!

  研究人员设想,既然在IL-2使用中,整出各种幺蛾子的罪魁祸首是CD25,而CD25主要IL-2的H2链结合,那就把它替换掉,换成一条没有CD25结合位点的螺旋链好了。

  于是本研究的科研人员借助名为Rosetta蛋白设计计算机平台进行了两代的蛋白设计,通过模拟结合,细菌体内扩增,温度测试等一波专业操作对设计出来的蛋白进行性能评估。最终,Neo-2/15在其中脱颖而出,Neo-2/15由100个残基蛋白构成,其拓扑结构和序列与人和小鼠IL-2的同源性分别为14%和24%。

  通过测试,研究人员发现Neo-2/15与人和小鼠的IL-2Rβγc的亲和力要高于IL-2与IL-2Rβγc的亲和力,同时,Neo-2/15不与IL-2Rα结合。

  在α受体亚基缺乏(CD25-)的动物模型中,Neo-2/15激活T细胞的能力要强于IL-2,同时也要优于IL-2的改造体super-2。

  此外,Neo-2/15的稳定性很强,对温度的耐受要明显优于IL-2和super-2,在80℃下孵育2小时与 IL-2Rβγc仍有结合活性;在体外,95℃的高温下沸腾60分钟Neo-2/15仍能驱动T细胞。

  以上特性和优点对Neo-2/15的储存、遗传融合、化学修饰、改善和开发新的治疗性能都有极大的帮助。

  03

  功不唐捐——Neo-2/15优点一一展现

  Neo-2/15与T细胞的激活

  剂量递增研究表明,对比IL-2,使用Neo-2/15的小鼠,Treg的表达更低而CD8+T细胞的表达更高。

  IL-2对Treg的表达的促进作用是可以预见的,因为IL-2优先结合于CD25+细胞。而Neo-2/15与 IL-2Rβγc 的亲和力更好,并且没有缺乏结合 CD25+细胞的倾向性。

  后续,研究人员在小鼠气道炎症模型进行了类似的实验,结果同样表明了Neo-2/15能促进组织原位的CD8+T细胞(Thy1.2-CD44+CD8+ )的富集,而不诱导抗原特异性Treg细胞(CD4+Foxp3+)的数量增加。

  Neo-2/15的免疫原性

  为了验证Neo-2/15是否具有免疫原性,研究人员分别给正常小鼠(持续4周)和荷瘤小鼠(持续2周)注射Neo-2/15。结果表明Neo-2/15在动物模型中几乎没有免疫原性,这可能与其分子量小、稳定性强有关。

  之后,研究人员对Neo-2/15和IL-2的交叉反应做了进一步的实验。通过给实验动物接种Neo-2/15的多克隆抗体,发现多克隆的Neo-2/15抗体不与人或小鼠IL-2发生交叉反应。

  这就说明了,使用Neo-2/15进行治疗时,即使机体对Neo-2/15产生免疫反应,该免疫反应也不会殃及内源性IL-2。在这一点上,Neo-2/15要优于既往研制的IL-2变体。(如super-2,聚乙二醇化的IL-2)

  Neo-2/15的抗癌疗效

  研究人员测试了Neo-2/15对B16F10(黑色素瘤)和CT26(结肠癌)小鼠模型的治疗效果。

  在只使用Neo-2/15的单药治疗时,两种癌症动物模型中肿瘤的生长都出现了剂量依赖性延迟。在结肠癌模型中,Neo-2/15单药治疗的疗效比使用IL-2效果更好。

  在B16F10黑色素瘤中,既往研究表明IL-2单药治疗仅部分有效,联合抗黑色素瘤细胞抗体TA99 (anti-TRP1单克隆抗体)则能发挥协同的抗癌作用。

  于是研究人员引入TA99进行联合用药的疗效评价实验。为期8周的生存实验结果表明,与IL-2联合TA99相比,Neo-2/15联合TA99的毒性明显降低,并且整体疗效优于IL-2联合TA99。

  同时使用IL2联合TA99的小鼠体重逐渐下降,总体健康下降到需要安乐死的程度,而结合使用Neo-2/15联合TA99的小鼠体重几乎没有下降。

  与治疗效果一致的是Neo-2/15治疗显著增加了瘤内CD8+:Treg的比值,CD8+:Treg比值的增加呈剂量-抗原依赖性。在使用高剂量Neo-2/15和使用Neo-2/15联合TA99治疗的动物模型中随产生的治疗效果进一步增强,该比值的提高也更为明显。

  综上所述,实验结果表明Neo-2/15具有类似IL-2的免疫激活作用,并且其带来的获益稳定并且没有与CD25+细胞优先结合相关的副作用。这些增强的特性和低毒性可使Neo-2/15治疗IL-2未广泛应用的适应证,如用于增强CAR-T细胞治疗效果。

                                       原标题:天然抗癌蛋白毒副作用太大?没关系,重新设计一个就行

 

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