作者：Guodong Shen, Liansheng Cheng, and Yan Zhang (沈国栋，程联胜，张燕)
靶向免疫检查点PD-(L)1抗体是近年肿瘤治疗领域的明星药物，但其存在单药治疗响应率较低等问题。4-1BB，又名CD137，属于TNFR超家族成员，是一种表达于T、B与NK等多种免疫细胞表面的共刺激分子。4-1BB单抗作为一种免疫激动型抗体显示出强大的抗肿瘤潜力，但已有研究显示获得一种高效、低毒的4-1BB单抗药物面临诸多挑战，多数临床研究趋向于用低剂量4-1BB单抗与靶向免疫检查点抗体或者化药联用，满足安全治疗的要求。
2023年5月，中国科学技术大学第一附属医院沈国栋研究员与合肥瀚科迈博生物技术有限公司程联胜博士团队联合在《Cellular & Molecular Biology Letters》期刊（IF=8.3）在线发表题为“An Fc-muted bispecific antibody targeting PD-L1 and 4-1BB induces antitumor immune activity in colorectal cancer without systemic toxicity”的研究论文。研究开发了一种工程化双特异性抗体HK010，该分子可阻断PD-L1/PD-1结合并且激活4-1BB共刺激信号，通过结合肿瘤细胞表面的PD-L1，将抗体药物富集到肿瘤微环境，并选择性激活PD-L1阳性肿瘤微环境中的免疫细胞，发挥精准靶向、高效治疗与安全可靠的抗肿瘤作用，提供给患者更大获益的同时，降低了可能存在的毒副作用（图1）。
图1 HK010抗体作用机制示意图
HK010抗体设计为IgG4亚型，并把Fc效应功能作了减弱处理。与抗PD-L1或4-1BB的亲本抗体相比，HK010对PD-L1保持了较高的亲和力，对4-1BB的亲和力有所降低。除此之外，对肿瘤坏死因子受体超家族及B7家族其他成员未显示有亲和力（图2）。
图2 HK010抗体设计及抗原结合活性分析
借助X射线晶体学分析，揭示了HK010抗体阻断PD-L1/PD-1相互作用的结构学基础，同时发现它与4-1BB的结合表位与4-1BB配体重叠，这可能是它能够模拟配体诱导受体聚集效应而发挥免疫激活作用的重要原因（图3）。通过体外实验，证实HK010抗体能够阻断PD1/PDL1信号，并能在严格依赖PD-L1表达条件下有效激活CD8+T细胞的4-1BB信号（图4）。
图3 HK010抗体与抗原结合界面结构分析
图4 HK010依赖PD-L1表达选择性激活CD8+T细胞
采用表达人PD-1/4-1BB的人源化C57BL/6小鼠皮下接种结肠癌细胞株建立荷瘤小鼠模型，通过1周2次、连续3周方式腹腔注射抗体药物来评估HK010抗肿瘤效果，结果显示相对于亲本抗体或者亲本抗体组合，HK010能够清除小鼠体内肿瘤，并能增强抗肿瘤的免疫记忆作用（图5）。
图5 在荷瘤小鼠模型体内HK010显示很强的抗瘤效果
在非人灵长类动物体内，HK010在2.5～10.0 mg/kg 剂量范围内，暴露量随剂量的提高而增加，Cmax增加呈剂量依赖性，T1/2范围为70.9 h～114.5h。不论是HK010单次给药剂量150mg/kg，还是5周重复给药剂量50mg/kg，均未观察到明显毒副作用（图6）。
图6 HK010抗体在非人灵长类动物模型体内具有很高的安全性
综上，该研究结果表明HK010不仅通过阻断PD-1/PD-L1抑制性信号传导，而且通过激活效应T细胞中的4-1BB共刺激信号传导，在动物肿瘤模型中显示了很强的抗肿瘤活性，在灵长类动物模型毒理学研究中展现了良好的安全性。目前HK010正在开展I期临床试验，采用的抗体药物制备技术获得了2022年安徽省科学技术进步奖。
中国科学技术大学附属第一医院（安徽省立医院）沈国栋研究员与安徽医科大学张燕副教授为共同通讯作者，合肥瀚科迈博生物技术有限公司程联胜副研究员、中国科学技术大学生命科学学院博士生朱敏、高岩与合肥瀚科迈博生物技术有限公司刘雯婷助理研究员为共同第一作者，中国科学技术大学附属第一医院（安徽省立医院）殷梧副研究员、中国科学技术大学生命科学学院牛立文教授团队以及合肥瀚科迈博生物技术有限公司周鹏飞等研发人员也参与了本研究。该研究得到安徽省重点研发计划(202004b11020019，202004j07020020)及合肥市自然科学基金项目(2021005)等课题的资助。
团队简介
沈国栋，男，博士，研究员，中国科学技术大学硕士研究生导师，老年免疫与营养治疗安徽省重点实验室（原名为肿瘤免疫与营养治疗安徽省重点实验室）副主任，入选第七批安徽省学术技术带头人，主要从事老年肿瘤免疫治疗研究。目前兼任安徽省细胞生物学会常务理事、安徽省循证医学学会常务理事与秘书长以及安徽省药理学会临床药理学专委会常务委员等，完成国家新药创制专项、安徽省科技攻关及自然科学基金等项目十余项，发表论文80余篇，获安徽省科学技术奖二等奖3项、三等奖1项以及安徽青年科技奖。
程联胜，男，博士，副研究员，合肥瀚科迈博生物技术有限公司CEO，老年免疫与营养治疗安徽省重点实验室抗体药物部主任，完成国家863项目、新药创制专项、中科院研究与发展重点项目、国家与安徽省自然科学基金以及科技攻关等项目十余项，发表论文30余篇。带领合肥瀚科迈博研发团队申请抗体类药物发明专利29项并已获得13项授权。
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An Fc-muted bispecific antibody targeting PD-L1 and 4-1BB induces antitumor immune activity in colorectal cancer without systemic toxicity
转自：“BMC科研永不止步”微信公众号
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