帕金森、阿尔茨海默症等中枢神经系统(CNS)疾病的治疗长期受限于血脑屏障(BBB)这一天然防线,BBB虽然能维持大脑稳态,但也阻挡了绝大多数大分子治疗药物的入脑之路。以治疗性抗体为代表的生物制剂穿越BBB的效率极低,主要原因在于脑内皮细胞的囊泡运输能力有限,且药物内化后易被溶酶体降解;此外,药物进入脑组织后还多依赖扩散作用,分布仅局限于脑表面及血管周围间隙,难以触及深层病变部位。目前,利用受体介导的转胞吞作用(RMT)、吸附介导的转胞吞作用(AMT)及载体介导的转胞吞(CMT)等技术穿越BBB是常见的策略,其中,RMT是当前研究最广泛的方向之一[1]。
受体介导的转胞吞作用(RMT)
受体介导的转胞吞作用(RMT)利用脑内皮细胞上高表达的特异性受体作为药物入脑的转运入口,借助大脑丰富的血管网络,将药物递送至脑实质各处,从而大幅提升药物脑内暴露量与靶点结合率。蛋白组学研究表明,转铁蛋白受体(Transferrin Receptor,TfR)和CD98重链(CD98hc)在脑内皮细胞上呈高表达,是理想的脑穿梭靶点。
穿越BBB的转胞吞作用示意图[2]
1
TfR
TfR分为TfR1和TfR2,TfR2较为少见,主要表达于肝细胞,而TfR1广泛表达且与配体Transferrin(Tf)的亲和力更高。TfR1是一种II型跨膜糖蛋白,以二聚体形式通过二硫键连接存在于细胞表面,其单体由一个大的胞外C端结构域、跨膜结构域和胞内N端结构域组成。C端胞外域由顶端结构域(A)、螺旋结构域(H)和蛋白酶样结构域(P)三部分组成。
TfR通过与全铁转铁蛋白(holo-Tf)相互作用在细胞铁摄取过程中发挥关键作用。holo-Tf结合于TfR1的螺旋结构域和蛋白酶样结构域共同形成的“基底部分”,在细胞表面形成配体-受体复合物,该复合物通过网格蛋白介导的内吞作用被持续内化。在内体中,由内体膜质子泵介导的质子流入导致pH降至5.5(内体酸化),触发Tf和TfR1发生构象改变,随后铁从Tf中释放。铁进一步通过STEAP3酶的还原作用从Fe3+转化为Fe2+,并通过二价金属转运蛋白1(DMT1)泵出内体。然后TfR1/apo-Tf(脱铁转铁蛋白)复合物被循环回细胞表面,apo-Tf从受体上释放,之后再与细胞外的Fe3+重新结合进行下一轮转铁。
TfR1的结构示意图[3]
除了参与细胞铁摄取过程外,TfR1因在脑内皮细胞表面的高表达特性,近年来也被广泛开发为介导药物穿越BBB的脑穿梭靶点,在CNS疾病治疗领域展现出广泛的应用前景[4]。
2
基于TfR的BBB-crossing药物
目前,JCR Pharma、Roche、Denali Therapeutics等多家药企已建立了差异化的TfR技术平台,各平台采用了独特的结构设计策略,已推动多款药物取得了突破性进展。
部分基于TfR穿越BBB的技术平台[5]
其中,进展最快的是JCR基于J-Brain Cargo®技术平台开发的Pabinafusp alfa(JR-141),该药物已在日本获批上市,它是一种抗体/酶融合形式,适应症为II型粘多糖贮积症(MPSII,是一种由于缺乏艾杜糖醛酸-2-硫酸酯酶(IDS)导致糖类在体内(尤其是CNS)积累的遗传病)。该药物由IDS与抗TfR抗体融合而成,抗TfR抗体部分结合于TfR1的顶端结构域,不与Tf的结合位点重叠,避免影响TfR的转铁功能且能触发TfR介导的转胞吞作用[6],IDS部分携带含6-磷酸甘露糖(M6P)的多糖链,能够识别6-磷酸甘露糖受体(M6PR)。Pabinafusp alfa与TfR结合后,会与TfR一同经历内吞作用,随后在细胞内转运至对侧,通过胞吐作用进入脑实质,之后通过识别M6PR被神经元、星形胶质细胞及周细胞摄取,从而将IDS递送至脑内以产生疗效。
Pabinafusp alfa的结构及其细胞摄取途径示意图[7]
Trontinemab是Roche基于其独有的BrainshuttleTM技术平台开发的的一款双特异性2+1结构Aβ抗体,该技术将抗Aβ的单克隆抗体与TfR1穿梭模块(具有1个TfR1结合位点)融合。由于其独特的结构设计,Trontinemab能实现高效穿越BBB,靶向Aβ的聚集形式并清除脑中的淀粉样斑块,在低剂量下即可实现CNS暴露,在阿尔茨海默症患者体内快速减少Aβ,延缓疾病进展[8]。在2025年CTAD大会上,Roche公开了Trontinemab在治疗阿尔茨海默症患者的中期临床数据,在接受3.6 mg/kg剂量治疗的患者中,92%的患者在28周时Aβ降至阳性阈值以下;ARIA-E发生率低于5%,整体安全性和耐受性表现良好。
Trontinemab的作用机理[9]
此外,Denali开发的Transport VehicleTM(TV)平台同样具有代表性,该平台通过对human IgG1 Fc结构域的loop区进行工程化改造,嵌入TfR结合位点并优化亲和力,从而有效驱动药物的脑内分布。作为一种模块化平台,该设计无需引入额外序列,在保留 IgG1 天然结构及 FcRn 结合能力的同时,可灵活偶联抗体、酶或寡核苷酸,构建成抗体转运载体(ATV)、酶转运载体(ETV)及寡核苷酸转运载体(OTV),实现各类生物大分子的脑内高效递送[4]。
Denali TV技术平台[10]
Trividenotusp alfa/DNL310是Denali基于ETV平台开发的首款候选药物,该药物为IDS-TfR的融合蛋白,已于2025年提交BLA申请,适应症为MPSII。该药物通过与脑内皮细胞上的TfR结合,经由转胞吞作用将IDS递送至脑内,从而分解MPSII患者CNS中积累的糖类,以缓解MPSII引发的神经认知与躯体症状。
3
CD98hc
CD98hc是II型跨膜蛋白,可与LAT1等多种大型氨基酸转运蛋白形成共价异二聚体,参与大脑中氨基酸和肽类物质的转运。已有研究证实,CD98hc在脑内皮细胞上高表达,且在小鼠与食蟹猴体内均被验证可作为脑穿梭的靶点。目前,在CD98hc RMT技术领域,Denali 公司的推进速度最为显著。
与基于TfR的TV平台相比,CD98hc TV平台通过对CH3结构域的β折叠表面进行工程化改造(TfR TV是对Fc的loop区进行改造),再将经修饰后的的Fc与Fab融合,最终生成抗体转运载体(ATV)。研究证实,ATVCD98hc 与ATVTfR在清除率、摄取动力学及体内分布特征上存在显著差异,ATVCD98hc 摄取速度更慢且脑内暴露更持久[4]。
ATVCD98hc结构示意图[5]
不同的RMT技术平台具有不同的体内分布特征、药代动力学行为及脑内暴露特性:靶向TfR的递送平台可实现药物快速脑内摄取,核心优势在于内化速度快;而靶向CD98hc的递送平台则能为生物疗法的脑内递送提供相对更长的暴露时间。因此,针对不同类型的CNS疾病,需匹配适配的递送平台,以更好地保障治疗疗效。
恺佧生物供应CNS药物相关的重组蛋白
得益于脑穿梭技术的发展,CNS药物逐渐走出研发黑洞,近几年来相关的管线持续增长。恺佧生物开发出一系列BBB-crossing递送相关蛋白,如Tf、TfR和CD98以及CNS疾病相关的靶点蛋白,如tau、alpha synuclein、Aβ等,蛋白均通过严格的质量检测,助力CNS药物的开发。
产品数据
Human Transferrin, His Tag immobilized on CM5 Chip can bind Human Transferrin R, His Tag with an affinity constant of 11.26 nM as determined in SPR assay (Biacore T200).
Immobilized Human Transferrin R, His Tag at 2μg/ml (100μl/well) on the plate. Dose response curve for Biotinylated Human Transferrin, His Avi Tag with the EC50 of 14.3ng/ml determined by ELISA (QC Test).
Loaded Anti-Transferrin R Antibody, hFc Tag on ProA-Biosensor can bind Human Transferrin R, His Tag with an affinity constant of 0.65 nM as determined in BLI assay (Gator® Prime).
Immobilized Human CD98, His Tag at 0.5μg/ml (100μl/well) on the plate. Dose response curve for Anti-CD98 Antibody, hFc Tag with the EC50 of 14.2ng/ml determined by ELISA (QC Test).
产品列表
产品货号
产品名称
TFN-HM101
Human Transferrin, His tag
TFN-HM401B
Biotinylated Human Transferrin, His-Avi tag
TFN-HM101F
FITC-Labeled Human Transferrin, His tag
TFR-HM102
Human Transferrin R Protein, His tag
TFR-HM102-UL
Human Transferrin R, Ultra Low Endotoxin, His tag
TFR-HM201
Human Transferrin R, hFc (IgG1) tag
TFR-HM401B
Biotinylated Human Transferrin R, His-Avi tag
TFR-MM101
Mouse Transferrin R, His tag
TFR-MM101-UL
Mouse Transferrin R, Ultra Low Endotoxin, His tag
TFR-CM101
Cynomolgus Transferrin R, His tag
TFR-CM101-UL
Cynomolgus Transferrin R, Ultra Low Endotoxin, His tag
CD9-HM198
Human CD98, His tag
CD9-HM198-UL
Human CD98, Ultra Low Endotoxin, His tag
CD9-HM298
Human CD98, hFc (IgG1) tag
CD9-HM298-UL
Human CD98, Ultra Low Endotoxin, hFc (IgG1) tag
CD9-HM498B
Biotinylated Human CD98, His-Avi tag
CD9-MM198
Mouse CD98, His tag
CD9-CM198
Cynomolgus CD98, His tag
TAU-HEK18
Human Tau K18, No tag
ALS-HE001
Human Alpha Synuclein, No tag
ALS-HE002
Human Alpha Synuclein (A53T), No tag
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参考文献
[1] Johnsen KB, Burkhart A, Thomsen LB, Andresen TL, Moos T. Targeting the transferrin receptor for brain drug delivery. Prog Neurobiol. 2019 Oct;181:101665. doi: 10.1016/j.pneurobio.2019.101665. Epub 2019 Jul 31. PMID: 31376426.
[2] Zhao P, Zhang N, An Z. Engineering antibody and protein therapeutics to cross the blood-brain barrier. Antib Ther. 2022 Nov 9;5(4):311-331. doi: 10.1093/abt/tbac028. PMID: 36540309; PMCID: PMC9759110.
[3] Candelaria PV, Leoh LS, Penichet ML, Daniels-Wells TR. Antibodies Targeting the Transferrin Receptor 1 (TfR1) as Direct Anti-cancer Agents. Front Immunol. 2021 Mar 17;12:607692. doi: 10.3389/fimmu.2021.607692. PMID: 33815364; PMCID: PMC8010148.
[4] Chew KS, Wells RC, Moshkforoush A, Chan D, Lechtenberg KJ, Tran HL, Chow J, Kim DJ, Robles-Colmenares Y, Srivastava DB, Tong RK, Tong M, Xa K, Yang A, Zhou Y, Akkapeddi P, Annamalai L, Bajc K, Blanchette M, Cherf GM, Earr TK, Gill A, Huynh D, Joy D, Knight KN, Lac D, Leung AW, Lexa KW, Liau NPD, Becerra I, Malfavon M, McInnes J, Nguyen HN, Lozano EI, Pizzo ME, Roche E, Sacayon P, Calvert MEK, Daneman R, Dennis MS, Duque J, Gadkar K, Lewcock JW, Mahon CS, Meisner R, Solanoy H, Thorne RG, Watts RJ, Zuchero YJY, Kariolis MS. CD98hc is a target for brain delivery of biotherapeutics. Nat Commun. 2023 Aug 19;14(1):5053. doi: 10.1038/s41467-023-40681-4. Erratum in: Nat Commun. 2023 Sep 7;14(1):5516. doi: 10.1038/s41467-023-41355-x. PMID: 37598178; PMCID: PMC10439950.
[5] https://investors.denalitherapeutics.com
[6] Yamamoto R, Yoden E, Tanaka N, Kinoshita M, Imakiire A, Hirato T, Minami K. Nonclinical safety evaluation of pabinafusp alfa, an anti-human transferrin receptor antibody and iduronate-2-sulfatase fusion protein, for the treatment of neuronopathic mucopolysaccharidosis type II. Mol Genet Metab Rep. 2021 Apr 18;27:100758. doi: 10.1016/j.ymgmr.2021.100758. PMID: 33981582; PMCID: PMC8081988.
[7] Fukatsu T, Morio H, Furihata T, Sonoda H. Transferrin receptor-targeting property of pabinafusp alfa facilitates its uptake by various types of human brain-derived cells in vitro. Front Drug Deliv. 2023 Jul 3;3:1082672. doi: 10.3389/fddev.2023.1082672. PMID: 40838062; PMCID: PMC12363330.
[8] Roche presents novel therapeutic and diagnostic advancements in Alzheimer’s at AD/PD 2025
[9] Brainshuttle™ AD: New interim results of a randomized, placebo-controlled Phase Ib/IIa proof-of-concept study with trontinemab, a novel anti-amyloid monoclonal bispecific antibody for the treatment of Alzheimer’s disease - CTAD-2025-presentation-kulic-brainshuttle-tm-ad-new-interim-results.pdf
[10] Denali Therapeutics_DNLI CORPORATE PRESENTATION - SEPTEMBER2025
KACTUS
400-614-0008
www.kactusbio.cn
support@kactusbio.com