PD1-IL2,这居然还有高手?

文摘   2024-10-03 09:31  
本文作者:沧漠的余烬
再生元近期在Cell reports medicine发布了一篇文献,对他们设计的一款PD1-IL2Rα-IL2融合蛋白相关研究进行了描述。
对比信达那篇“毫无诚意”、离成品IBI363十万八千里的Nature,再生元这次在文章里可以说下足了料。
鉴于分析这篇文章的高手已经很多,今天咱们聊一点轻松的,通过这篇非常扎实的文献里、丰富的内容、以及精心挑选的一部分图片,对它的这条关心的研发思路与分子特征行专业的解构!


1、融合蛋白概念

首先,映入眼帘的是这张,看似简单,实则也不太复杂的图,定为图1:

再生元融合蛋白的设计是在抗体的Fc两条链的末端通过Linker串联IL-2受体α,然后再串联IL-2蛋白分子。

这样的结构设计,使得末端IL-Rα和互补链的IL-2结合,此时IL-2被结合,不发挥生物学功能,正所谓Mask的掩蔽状态。

但由于IL-2R和IL-2的结合并非永恒的,因此还存在一种解离的状态,Unmask的非掩蔽状态,这种状态下,IL-2分子是有作用的。

这种融合蛋白在Mask⇌unMask之间动态转换,但是大部分时间是无功能的Mask状态,少部分时间是IL-2有功能的unMask状态。

基于上述原理,在非靶向的情况下NT-IL2Ra-IL2不激活STAT5,即此时IL-2无功能(因为unMask状态太短,细胞IL-2R无法捕捉暴露出来IL-2)。

当组装为PD1-IL2Ra-IL2时,PD1抗体和靶细胞表面的PD1分子结合,unMask状态的PD1-IL2Ra-IL2能够被细胞表面的IL-2R结合,从而执行IL-2的生物学功能。

这个设计的要点在于通过靶向性,以及通过IL2Ra的掩蔽降低了IL-2分子的毒性,即PD1靶向性降低IL2蛋白毒性的同时提升了IL2的有效靶向活性。不过,这种设计可能对IL-2的活性造成较大负面影响!



2、IL-2蛋白的设计

图2:IL2wt、IL2v-Fc的PBMC细胞亚型stat5激活实验

图2A-C,再生元做了2个融合蛋白,分别串联了两个不同的IL-2蛋白,一个是野生型IL2+Fc;一个是突变的IL2v+Fc,这里的IL2v是类似罗氏的IL2v分子。

在Treg、CD8+T、NK三种细胞中,对两种融合蛋白激活细胞stat5信号通路的能力进行测试。结果可见,两个IL-2对CD8+T、NK的激活能力相似,而野生型IL-2激活Treg细胞的能力更优。
D图是三种细胞IL-Rα的本地表达的流式数据,可以看出Treg的IL2Ra表达略高于CD8+T细胞。这个数据仅供参考,免疫细胞表面marker会因为不同条件而发生变化,类似某种动态表达的状态,在研究与实验中对于免疫细胞的表面marker认知不能太固定。

图2E-F:动物荷瘤试验

研究者又在小鼠肿瘤模型上对两种蛋白进行测试(图E-F),结果非常令人惊奇,野生型IL-2的抑瘤效果非常明显,而突变型的IL-2对肿瘤的增殖几乎没有任何作用,这一数据也体现在了存活率上(图G)。

图2H-I:细胞激活的组织差异研究

基于动物试验的得结果,研究者探讨了两种IL-2激活正常淋巴细胞和肿瘤浸润淋巴细胞的能力,结果发现两种IL-2都能刺激CD8+细胞增殖,但是野生型IL-2可以刺激肿瘤特异的CD8+细胞,而突变IL-2则能力远远不够。

结果表明,偏向IL-2Rβ/γ的IL-2可导致 CD8+ T 细胞和 NK 细胞的全身扩增,但这些细胞不一定是肿瘤特异性的。因此,IL-2蛋白的设计非常重要,要能够有效刺激肿瘤反应性 T 细胞,并控制肿瘤生长。

这也可能是后续再生元选择野生型IL-2进行后续药物设计的重要原因之一!



3、融合蛋白的设计

图3 分子设计与IL2亲和力

图3 再生元这个分子的形式,PD1抗体+Fc段连着的IL2Ra再加上一个IL2(Fc-(G4S)3-IL2Ra-(G4S)5-IL2)。总的来说比较复杂,体积也很大,亲和力显示常规情况下不与IL2Ra结合(因为IL2被IL2Ra阻碍了),同时由于这个设计使得它的IL2Rβ、IL2Rβγ亲和力也较弱。
基于上述研究,从分子特性上可以将它定义为一个PD1抗体与IL2βγ的融合蛋白,最终结果类似于罗氏的那款偏向性融合蛋白,但IL2端亲和力低。

图4 stat5细胞实验、细胞因子释放

图5-细胞实验

图4、图5,是文献中的一系列的细胞实验,从图4通过不同细胞系对PD1-IL2Ra-IL2及其对照品的stat5活化、TNFα释放来判断分子对于T细胞的功能,到图5中动物模型中特异性CD8T细胞的活化与增殖。

这两个数据,非常明确的展现出分子的PD1靶向性与对CD8+T细胞明确效果。

图6(IL2-Fc、IL2v-Fc动物实验)

图7(PD-1-IL2Ra-IL2多个模型的动物实验)

图6和图7是各种不同给药设计的动物实验,我这里把IL2、IL2v和PD-1-IL2Ra-IL2的动物实验放一起的原因是让各位能更加直观的看出PD1在这个分子中的重要性,在很多动物模型中PD-1-IL2Ra-IL2展现出了很好的抑瘤效果。但请注意这里的剂量存在一些对比之后才能察觉的魔鬼细节,比如B16F10、MC38两个细胞荷瘤的hPD-1鼠的剂量都不高。

那么为什么PD1那么重要呢?让我们来看看下面的图8。

再生元检测了各个区域的CD8+细胞中IL2Rα、与PD1表达,这里可以发现在肿瘤中CD8+T的PD1、IL2Rα表达均出现了比较高的表达,这种变化是他们认为的PD1抗体与IL2融合后会有更好效果的一种证据。

文章还将PD-1-IL2Ra-IL2与TCE、CAR-T分别联用,也做出了很不错的结果,请感兴趣的同学自行翻阅。



4、沧漠说药

从这篇文章中,我们可以看出从最初的分子设计与分子每一段上的功能,再生元均仔细的设计了大量实验去验证,充分的确切了这个分子的功能,确切地将CD25+ PD1+CD8+T细胞作为药物的重要靶细胞。

本文还设计实验与PD1抗体、TCE、CAR-T联用,设想药物后续更广阔的用途。

图9再生元制作的各种IL2-PD1-IL2Ra融合蛋白

这篇文章作为一个细胞因子融合药物研发的入门思路学习很不错,从图9就可以体会到作者在这一篇文章里付出的心血,文章中很多实验细节非常好,举个例子比如图5流式图坐标中的CELL/mg,他们为什么要这样标我甚至可以感同身受,文中很多同类实验在近似思路下我亲手做过,他们的严谨与精确是能透过这些数据与细节感受到的。他们是一群非常高水平的研究者,这篇文章的内容与实验思路值得我去好好学习与思考…….

这篇文章作为一个细胞因子融合药物研发的入门思路学习很不错,但在最后我要指出,药物研发一定要多看文献!

比如我仔细看完信达专利以后,对比图9中信达专利中的2149,再生元难道没有发现两者所采用动物模型几乎一致的情况下,超过十倍的最高剂量差距么?这是因为什么呢???

这是个巨大的魔鬼细节,信达的IL2α-PD1在进入临床变身IBI363的时候剂量到了3mg/kg,再生元这个东西动物模型只到1.5mg/kg,他们的临床剂量会是什么样呢,它的效果怎么样呢?这值得持续追踪。

在最后补上原文链接,建议各位有兴趣的可以多看看原文,学习其中实验设计细节,再对比罗氏和信达的专利,仔细揣摩不同IL2性能的细节。

原文DOI:org/10.1016/j.xcrm.2024.101747

信达专利号:WO2023045977A1
罗氏专利号:WO2024153722A1


5、敬请期待!

沧漠老师正在准备面向一线研究与实验人员的系列虚拟课题,提供一系列可以交流与学习的题目,争取演化为一个可以让研究人员在一线工作中更好的学习成长的讨论平台!

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