【mAbs】靶向GDF15的纳米抗体，可有效缓解恶质代谢疾病

生长分化因子 15 (GDF15，Growth differentiation factor 15) 可通过与GFRAL 受体结合来抑制食欲并调节能量平衡。作为代谢疾病的非常有潜力的靶点。近期，科兴生物披露了其开发的靶向GDF15的纳米抗体，有可能改善恶病质患者的临床结果和生活质量。

１.背景介绍

恶病质（cachexia）是一种代谢综合征，其特征是体重意外减轻、肌肉萎缩和身体机能下降，传统的营养支持通常无法完全解决该问题。恶病质是由代谢紊乱、全身炎症和其他病理生理因素引起的严重并发症，常与慢性疾病（包括晚期恶性肿瘤）相关。癌症恶病质 (CC) 临床表现为厌食、骨骼肌萎缩和多器官功能障碍，对预后产生负面影响，占所有癌症相关死亡的 20−30%。目前，CC 尚无有效治疗方法。根据非小细胞肺癌患者临床试验的报告(NSCLC), 据报道，阿拉莫林（anamorelin，一种生长素释放肽受体的小分子激动剂）可显著增加总体重和去脂体重，但没有改善以握力为代表的身体功能，它目前仅在一个国家（日本）销售。因此，CC 仍然是一个未满足的主要医疗需求，需要通过更有效的药物干预来解决。

GDF15 是TGF-β 超家族的远亲成员，是一种应激反应性细胞因子。GDF15 在食欲控制中发挥着重要作用，被认为是主要的代谢调节剂；然而，在慢性疾病状态下，它直接参与 CC 的发病机制。GDF15 通过激活 GFRAL 调节能量平衡并抑制食欲，GFRAL 选择性表达于后脑孤束核后部区域。血清中高GDF15 水平是许多类型癌症预后不良的预测指标，并且与 CC 患者体重减轻相关。在小鼠模型和非人类灵长类动物中进行的临床前研究表明，GDF15 的产生GDF15 促进 CC 的发生和发展，而中和 GDF15 可改善厌食、体重减轻和总体生存率。总之，GDF15 阻断是 CC 治疗的一种有前途的方法。

与传统抗体相比，纳米抗体（Nbs，Nanobodies）已成为癌症治疗的替代治疗剂。Nbs，也称为重链抗体可变域 (VHH，variable domain of heavy-chain antibodies)，是骆驼科动物或鲨鱼中产生的单结构域抗体。它们尺寸紧凑、稳定性好、溶解度高、抗原结合亲和力高、组织渗透性好且成本低，使 Nbs 有潜力成为下一代生物药物。在过去的几十年中，许多基于 Nbs 的疗法已在临床研究中进行了评估，其中一些已获得批准，包括 caplacizumab（VWF）、ozoralizumab（TNFα）、和 envafolimab（PD-L1）。

这里报道了一种 Fc 融合的抗 GDF15 纳米抗体 (GB18-06)，并评估了其体外和体内活性。结果表明，GB18-06 显着减少了体重减轻并恢复了肌肉功能，逆转了恶病质的症状。此外，GB18-06 具有理想的临床前候选者的特征，并且有可能成为治疗恶病质的新型抗体疗法。

２.　GB18-06 和 GB18-25 的设计和特性

从羊驼VHH的免疫噬菌体展示文库（2×10⁹）中，经过三轮淘选后，选出针对GDF15的VHH纳米抗体。从多轮活性筛选中，选择了 24 个阳性命中，然后通过将它们与人 IgG1 重链的第二和第三恒定结构域 (CH2-CH3) 框内克隆转化为重链抗体 ( 图 1a )。为了降低免疫原性，重链抗体通过互补决定区（CDR）移植和回复突变进行人源化，其中VHH标志的残基进行回复突变以保留CDR构型并维持VHH骨架的稳定性。在分析的抗体中，通过流式细胞分选 (FACS) 和酶联免疫吸附测定 (ELISA) 进行初始 GDF15 结合和中和筛选后，选择 GB18–06 和 GB18–25 进行进一步表征。两种抗体均以较高的产量表达，纯度均在97%以上（ 图1b ）。

首先评估两种抗体对 GDF15 的结合特异性。ELISA结果显示GB18-06和GB18-25能够特异性结合人GDF15，并且未检测到与TGF-β超家族的其他同源蛋白的结合（ 图1c ）。接下来，使用生物层干涉测量法 (BLI) 和 ELISA 阻断测定法评估与其他物种的 GDF15 的交叉反应性。除了人GDF15之外，GB18-06和GB18-25也与食蟹猴GDF15、小鼠GDF15和大鼠GDF15结合（ 图1d ）。

在配体受体阻断试验中，GB18-06和GB18-25对hGDF15、cGDF15、mGDF15的IC50与辉瑞公司的GDF15抗体PF-06946860相似（ 图1e ）。使用过表达人 GFRAL-RET 的 HEK293 细胞，通过 ELK1 驱动的荧光素酶报告基因测定，并通过检测ERK1/2 或AKT磷酸化的激活（ 图 1f ）。结果显示，GB18-06 和 GB18-25 均成功阻断 GDF15 对 ERK 通路的激活，其 IC50 值与 PF-06946860 相当。

３.纳米抗体在大鼠和食蟹猴体内的药代动力学

将每种抗体以1mg/kg的剂量皮下注射到Sprague-Dawley(SD)大鼠或食蟹猴中。通过夹心 ELISA 测定血清抗体浓度。在 SD 大鼠中，GB18-06 和 GB18-25 的半衰期分别为 81.0 ± 70.0 h 和 86.0 ± 17.0 h（ 图 2a）。由于在 672 小时时间点检测到的 GB18-06 血清浓度突然下降（0.99 ng/mL），可能是由于大鼠体内产生了抗药物抗体，这对于基于抗体的药物来说很常见，然后 GB18-06 和 GB18-25 在食蟹猴中进行进一步的药代动力学评估。如图2b所示，GB18-06和GB18-25的半衰期分别为166.7±52.0小时和105.8±64.0小时。基于这些数据，决定将 GB18-06 向前推进以进行体内研究。

４.GB18-06 缓解动物模型体重减轻和肌肉萎缩、恢复身体机能

为了评估 GDF15 中和在改善体重和肌肉质量损失方面的效果，通过皮下移植 HT-1080（人纤维肉瘤）、Renca（鼠肾肿瘤）或MC38－过表达人 GDF15（鼠结肠癌）。当荷瘤小鼠体重平均下降 5% 时开始 GB18-06 治疗。如图3ａ－ｃ所示，GB18-06在各种癌症模型中可有效对抗恶病质引起的体重减轻。此外，GB18-06小鼠的腓肠肌重量增加，附睾脂肪重量显着增加( 图3d－e )。总之，与 PF-06946860 相比，GB18-06 在各种癌症的恶病质模型中表现出逆转体重减轻的能力，并且在减轻肌肉萎缩方面具有更好的功效。

图 3. GB18-06 减轻了 CC 小鼠模型的体重减轻并恢复了身体功能。

与 PBS 组相比，GB18-06 治疗组小鼠的行走活动增加了 77%。值得注意的是，GB18-06治疗组比PF-06946860治疗组更活跃，表明GB18-06在恢复身体功能方面更有效（ 图4c ）。

化疗通常作为癌症患者的第一线治疗，已知会诱发恶病质。GB18-06 还显著改善了顺铂给药引起的恶病质小鼠的体重减轻并提高了总体存活率。

５.GB18-06的可开发性评估

除了功效之外，从先导化合物成功转变为候选药物以供进一步开发还取决于抗体本身固有的生物物理和生化特性。考虑到施用途径和剂量，希望抗体治疗剂可以配制为高浓度。鉴于纳米抗体由于其独特的框架而通常比传统抗体更可溶，通过动态光散射测试 GB18-06 的“集中性”。当浓度从2 mg/mL增加到100 mg/mL时，GB18-06的聚集温度变化保持在5度以内，揭示了该抗体显著的胶体稳定性（ 图6a ）。在配方筛选过程中，GB18-06 很容易浓缩至 150 mg/mL 以上。

对GB18-06进行了可开发性评估，其中GB18-06受到一系列应激条件，包括温度、光照、氧化、pH和反复冻融。在 SEC 和 nrCE-SDS 确认的一系列应激条件下，GB18-06 的纯度并未受到影响（ 图 6b、c ）。荧光素酶报告基因检测显示，在这些胁迫条件下，GB18-06的活性没有明显变化（ 图6d ）。GB18-06 结合其靶标的能力保持不变，亲和力在 0.4 nM 至 1 nM 之间（ 图 6e ）。总而言之，GB18-06 可能是进一步开发的优秀临床前候选药物。

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参考：

https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/19420862.2024.2416453?src=exp-la#d1e645