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亲和力的艺术,原来双抗可以这样设计
2020-05-29 访问次数:1052

       来源:follow皮皮熊   药界小学生

       实体瘤治疗的三座高山“免疫抑制,T细胞浸润和抗体渗透”。每个点都有不同的解决方案,比如检查点抑制剂,IDO抑制剂,TGFβ抑制剂等等。这其中通过CD3双抗衔接T细胞和肿瘤细胞是最早也是最直接的解决T细胞浸润的手段。然而和CART治疗实体瘤类似,T细胞的功能是如此的强大(CD3×CD19在0.015mg/m2/day就可以PR或CR),以至于on-target off-tumor的毒性很多时候是致命的。在优质靶点严重缺失的今天,Genentech 通过亲和力改造降低Her2×CD3双抗与正常组织的结合能力,降低毒性,相关结果于近日发表在Science Translational Medicine上。

双抗
       在之前的研究中Genentech制备了HER2×CD3高亲和力双抗4D5,体内外结果显示4D5除了可以有效的杀伤HER2高表达的乳腺癌细胞,还会和正常组织上的HER2进行结合。而本研究的目的就是希望增加4D5的选择性,降低和正常组织上HER2的结合,提高治疗窗。通过突变4D5序列,获得亲和力在0.3-353nM范围内的8种抗体,体外杀伤实验显示当亲和力低于49nM时双抗几乎不能对乳腺癌细胞产生杀伤活性,这和抗体ADCC效应依赖于亲和力大小相一致。
亲和力
       之前有Zymeworks设计HER2×HER2双抗(ZW25),提高亲和力,有利于结合低表达乳腺癌细胞表面的HER2。出于类似的想法,Genentech设想通过串联两个低亲和力HER2 Fab来提高HER2×CD3双抗的活性。除此之外,亲和力是一个相对值,这个值依赖于受体或抗原的密度,因此Genentech使用不同HER2密度的SK-BR-3和MCF-7细胞(HER2密度SKBR3约为MCF7的100倍)对比了改造后双抗的结合能力以及杀伤活性。结果显示,在SKBR3细胞上4D5-H91A结合能力和4D5相当,杀伤活性也相当,说明通过串联低亲和力的Fab可以恢复其功能,而在MCF7细胞上,由于HER2密度低,4D5-H91A结合能力和杀伤能力要远低于4D5。同时Genentech也指出49nM是串联HER2 Fab的最小亲和力,更低亲和力的Fab串联后并不能恢复其活性。
时迈
       那造成这样的原因是什么?4D5和4D5-H91A蛋白水平亲和力相差超过150倍。但SKBR3细胞水平的结合能力是差不多的,无论是直接结合实验还是竞争结合实验,并且表观结合能力比Biacore结果提高10倍。这一结果也直观解释了串联两个Fab可以提高细胞水平的结合能力。然而对于低HER2拷贝的MCF7细胞,其直接结合的KD值要大于100nM,表明当细胞表面HER2密度较低时,这种低亲和力Fab串联结构并不能有效的结合。
HER2
       梯度浓度杀伤实验结果显示在SKBR3细胞中4D5-H91A的杀伤能力和4D5几乎一样,而在MCF7细胞中直到10ug/mL依然没有体现出杀伤活性。随后Genentech根据HER2的mRNA水平,分别在高,中,低三种HER2表达水平的肿瘤细胞中考察了4D5-H91A和4D5的杀伤活性,在50ng/mL时4D5可以有效杀伤低HER2细胞,而在50ug/mL时4D5-H91A依然对低HER2细胞没有明显的杀伤效果,从这个角度讲4D5-H91A的选择性提高了有1000倍。
肿瘤
       流式测定细胞表面HER2受体的数目,建立受体数目和杀伤活性的关系,结果显示当每个细胞表面HER2数目低于20万个时4D5-H91A对其不敏感,而当HER2数目高于20万个时4D5-H91A对其敏感。
活性
       分别在高低HER2移植瘤模型中评价4D5和4D5-H91A的体内活性。结果显示在HER2高表的KPL4模型中4D5和4D5-H91A单剂量均可有效抑制肿瘤生长,其中4D5活性要优于4D5-H91A(10倍,0.5mpk VS 0.05mpk)。但是在HER2低表达的HT55模型中,4D5在0.1mpk时可以诱导肿瘤缓解,而4D5-H91A即便在50mpk时也没有任何的抗肿瘤活性。从这个角度来讲,4D5-H91A的体内选择性至少提高了100倍。
T细胞
       通过Fc改造降低与FcR的亲和力后4D5-H91A即便在高浓度下也不都单独激活T细胞或者NK细胞。在猴MTD实验中,20mpk并未观察到任何异常和毒副反应,伴随TK血样中的4D5-H91A在体外依然具有杀伤活性。这些结果表明猴正常组织中低表达的HER2并不会引发4D5-H91A介导的T细胞的杀伤活性。
靶点

       常言单抗看靶点,双抗看平台,双抗的设计与最终双抗的成败有巨大的关系,在前面的文章中介绍过Genentech的这种非对称型双抗结构,今天Genentech在这种结构基础上通过亲和力的改造大大提高了HER2×CD3双抗的选择性。这种思路无论对于双抗还是CART都很有启发性,希望这样的研究越来越多,通过技术的创新改变靶点的先天缺陷,比如CD47,有可能吗?

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