Urelumab

摘要:过去20年中，疫苗显著改善了慢性疾病的检测和管理。根据世界卫生组织（WHO）的数据，预计到2020年，癌症将成为全球主要的死亡原因，造成近1000万人死亡，约占每六例死亡中的一例。因此，人们越来越关注癌症疫苗（CV）的开发，将其作为一种预防手段而不仅仅是治疗方法。由于在管理、稳定性和设计方面的进步，使用蛋白质和肽作为疫苗传递载体引起了持续的兴趣。本综述关注该领域的最新进展，并探讨基于蛋白质和肽的疫苗治疗各种类型癌症的潜力。 1.引言 尽管经过数十年的科学研究和临床研究，以及对有前景的新治疗方法的临床试验，癌症仍然是导致发病率和死亡率的主要原因。不受控制的细胞分裂是癌症的特征，这些细胞侵入其他组织导致肿瘤肿块的形成、血管生成和转移（癌症在全身的扩散）。血管生成是从已有血管形成新血管的过程，对正常生长和发育至关重要，但它在良性肿瘤向恶性肿瘤的转变中也起着重要作用。化疗是治疗癌症的主要方法之一，涉及向癌细胞施用细胞毒性物质。 尽管近年来取得了重大进展，但大多数癌症治疗仍然涉及手术或相对不变的化疗、放疗和激素疗法。例如，传统的化学预防剂（如DNA烷化剂）针对活跃增殖的息肉可能也会损害健康生长的细胞，并且可能无法完全消除静止或不增殖的癌细胞。现代药物的开发也与药物抗性的出现有关，这可能是由于影响药物与其靶标的相互作用的药物转运蛋白或解毒酶的缺陷引起的。癌症中的药物抗性也可能是由于DNA修复过程和程序性细胞死亡途径的缺陷导致的。即使在成功的初始治疗后，患者仍然面临癌症复发的风险。小分子药物的开发推动了寻找新的癌症治疗方法的努力，但意外的副作用促使人们探索替代策略。 2.疫苗免疫学的关键概念 疫苗利用人体发展对微生物的防御机制的能力。免疫系统能够迅速识别并消除以前遇到过的病原体细菌。疫苗包含被破坏或灭活的病原体，它们触发的免疫反应与人体对细菌的自然反应非常相似。由于疫苗中的病原体被杀死或灭活，它们不会引起疾病，这使得接种疫苗成为建立免疫力的低风险方法。 疫苗和良好的卫生习惯是预防传染病传播的最有效方法。如果不加以控制，一些传染病已被证明是致命的。 2.1.免疫系统 免疫系统能够区分自身分子和结构以及非自身分子和结构。通过识别和消除它们，这种技能旨在保护有机体免受疾病传播的影响。免疫系统由两个主要部分组成：先天（天生）免疫系统和适应性（特定）免疫系统。 2.1.1.先天免疫系统 先天免疫系统对入侵病原体提供快速反应。当细胞和分子识别出病原体的特定分子结构时，就会触发先天免疫系统。先天免疫系统的作用是防止或限制这些病原体的复制和传播。炎症是先天免疫系统对脊椎动物感染的最早反应之一。受感染和受伤的细胞产生特定化学物质，如组胺和前列腺素，这些物质引发炎症。这种反应增加了对疼痛的敏感性，扩张了局部血管，并吸引称为中性粒细胞的白细胞，它们可以将病原体作为最初的防御吞噬。中性粒细胞可以释放趋化因子和细胞因子，吸引其他免疫细胞，如巨噬细胞和自然杀伤细胞（NK细胞）。巨噬细胞存在于组织中，既能吞噬也能杀死感染。NK细胞使用一种称为凋亡的过程来识别和破坏受感染的细胞和一些癌细胞。凋亡的特征是DNA和蛋白质的分解以及细胞的解体。 先天免疫系统以多种方式对疾病早期阶段的病原体做出反应，但它不提供持久的免疫力。当病毒能够绕过这一最初的防线时，无脊椎动物的先天免疫系统激活适应性免疫系统。 2.1.2.适应性免疫系统 适应性免疫系统具有增强病原体识别、定制针对病原体实际结构的特定反应，并记住该反应以备将来再次遇到相同或密切相关的病原体时的显著能力。适应性免疫系统激活骨髓和胸腺，分别产生B细胞和T细胞，以产生体液免疫和细胞免疫。通常，T细胞攻击被病原体感染的体细胞或发展成癌症的细胞，而B细胞产生直接对抗病原体的抗体（Abs）。在对抗原（被识别为非自身的分子）的反应中，B细胞在被激活时产生Abs。抗原可以包括细菌毒素（B.T）、癌性结构或细菌本身。产生的Abs特定于该特定抗原。Abs的主要作用是中和（使无效）入侵者以防止其繁殖，或标记它们以供消除（由其他免疫细胞执行）。与B细胞类似，T细胞具有抗原特异性表面受体。T细胞可以专门化于各种角色，如吸引和激活巨噬细胞，刺激B细胞产生Abs，或直接消除感染细胞（细胞毒性T细胞，也称为杀手细胞）。即使在感染被清除后，这种增强的反应也通过免疫记忆得以维持。每当病毒再次进入体内时，免疫系统能够更快速地响应。这种能力由记忆细胞维持，它们保留了以前遇到的病原体的某些特征，并在再次识别病原体时能够触发强烈的反应。 2.1.3.肿瘤免疫学 有大量证据表明，免疫系统经常在肿瘤变得可见之前就消除它们，这个过程被称为免疫监视。对肿瘤的免疫反应非常复杂，尚未完全理解，并且受到各种因素的影响，特别是肿瘤的类型。有效的肿瘤控制需要细胞毒性T细胞和NK细胞的参与。另一个重要特征是肿瘤细胞的高凋亡率。凋亡细胞可以释放蛋白质片段，激活NK细胞和其他细胞，如果合成率高并且有比巨噬细胞能吞噬的更多的凋亡细胞，就会诱导干扰素的产生。干扰素通过增强抗肿瘤T细胞识别肿瘤细胞的能力，在免疫监视中发挥作用。肿瘤细胞能够产生肿瘤相关抗原（TAAs），这些蛋白质在肿瘤细胞表面比正常细胞更丰富。作为响应，免疫系统利用T细胞在识别这些抗原为外来物后消除肿瘤细胞。 3.疫苗的免疫学要求 3.1.被识别后选择最佳抗原 疫苗旨在阻止由病原体感染导致的疾病指标。大多数情况下，这是通过最小化疾病的影响而不是完全预防它来实现的。因此，在选择合适的抗原作为疫苗基础时，了解疾病的病原学和自然免疫控制是非常有帮助的。疫苗中包含的来自病原体的复杂材料可以变化。我们对基础免疫学和选择技术的改进理解，导致了比以往任何时候都更彻底的疫苗表征，激发了更逻辑的疫苗创造方法。 3.2.诱导先天免疫反应 如前所述，一系列因素和刺激可以激活免疫系统。因此，在开发疫苗时，特别是在使用高纯度或精炼的抗原时，重要的是要考虑不仅仅是“外来”抗原的存在以引发免疫反应。一些灭活全病毒和高纯度成分抗原配方可能缺乏某些分子特征和防御触发因素，这些因素对于先天免疫系统的功能是必要的。这些抗原可能没有预期的那么免疫原性，但它们的设计是为了减少过度的炎症反应。在这种情况下，使用佐剂可以通过模拟它们来替代缺失的先天触发因素，恢复保护反应需求与其可耐受性之间的适当平衡。 3.3.有益的CD4 T细胞诱导 CD4 T细胞的激活主要由早期炎症反应的性质决定。因此，疫苗中使用的佐剂可以影响CD4 T细胞的激活和随后的发展，这反过来又影响适应性免疫系统反应的幅度和性质。 3.4.效应细胞选择与靶向 必须意识到，并非所有针对特定病原体或抗原的免疫反应都能最佳地激发保护；一些感染已经进化出逃避或操纵免疫反应的策略。尽管抗体滴度常被认为是免疫保护的充分指标，但它们实际上可能并非获得最佳保护的手段。可能不存在免疫相关性和保护力，或者我们对它们的理解还不够充分。现代疫苗开发中，临床试验仍被用来了解临床效果，如果可能的话，了解受保护者的免疫学特征。 4.传统疫苗与基于蛋白质和肽的疫苗的比较 传统疫苗与基于蛋白质和肽的疫苗的比较在表7.1中进行了解释。 5.基于蛋白质和肽的疫苗的考虑因素 蛋白质、单克隆抗体（mAbs）和肽作为“生物制剂”方法的一部分用于癌症治疗。与肽不同，单克隆抗体和大型蛋白质配体在某些浓度下可能对骨髓和肝脏有毒，这可能由于它们非选择性地进入网状内皮系统而导致这些器官受损。此外，它们的大尺寸使得它们难以被输送到肿瘤中。因此，这些生物分子主要用于血液恶性肿瘤，并且它们被输送到肿瘤黏膜表面的动脉靶标。另一方面，肽提供了几个优势，包括它们的小尺寸、合成和修改的便捷性、穿透肿瘤的能力以及高生物相容性。化学修饰，如D-氨基酸的引入或环化，可以防止肽被蛋白酶降解。 在临床前和临床环境中，有许多肽候选物正在开发中。自2000年以来，肽在临床试验中最常被研究用于癌症症状（18%）和代谢疾病症状（17%）。肽可以以多种方式用于治疗癌症，包括作为药物（如血管生成抑制剂）、激素和疫苗。它们也可以作为靶向肿瘤和输送放射性物质和细胞毒素药物（靶向化疗和放疗）的代理。由于肽能够结合不同的受体并参与多种代谢途径，它们可以作为癌症研究中的诊断工具和生物标志物。过去十年中，癌症疫苗的概念已经发展，临床研究集中在基于特定抗原的疫苗输送上，以增强抗癌免疫。 这种方法涉及使用从潜在肿瘤组织或特殊抗原的蛋白质序列中衍生的肽制成的疫苗。肿瘤相关抗原（TAAs）由肿瘤细胞产生，并且可以被宿主的免疫系统，特别是T细胞识别。这些TAAs可以静脉注射给癌症患者，目的是触发广泛的免疫反应，可能导致各种器官组织中的癌细胞被消除。主动免疫疗法，通常称为疫苗接种，涉及在宿主中诱导有效的、肿瘤特异性的免疫反应，这最终可能导致肿瘤的退化。肿瘤细胞产生的任何具有突变结构的蛋白质或肽都可以作为肿瘤抗原。相关基因的突变导致这种异常蛋白质的产生。许多临床试验已经调查了TAA肽疫苗接种或主动免疫在转移性癌症个体中的治疗潜力。 细胞毒性T细胞（CTL，CD8+ T细胞或杀手T细胞）表位是最常见的TAAs。通常，肽抗原长度为8到10个氨基酸，具有2-3个主要锚定残基，这些残基与MHC I类分子结合，以及2-3个与T细胞受体（TCR）连接的残基。由于它们专注于由MHC I类分子产生的肽，CTLs是对抗肿瘤细胞的有效免疫系统效应器。T细胞上的T细胞抗原受体（TCR）可以识别位于MHC分子表位口袋中的小肽。MHC的两个亚型是I类和II类，I类分子存在于所有有核细胞上，II类分子发现在特定的抗原呈递细胞上。MHC分子也被称为人类白细胞抗原。 如前所述，MHC II类分子在能够吞噬抗原或将它们与表面抗体结合的抗原呈递细胞（APCs）上表达。CD4+ T细胞可以识别与这些分子相关的抗原。 癌胚抗原（CEA）（乳腺癌、结肠癌、胃癌、胰腺癌和非小细胞肺癌（NSCLCs）），HER-2/neu免疫优势肽（肺癌、乳腺癌或卵巢癌），前列腺特异性膜抗原（PSMA）（黑色素瘤）和Mucin-1是几个已经经历了I期、II期和III期研究的突出肽疫苗。GV-1001，一种由端粒酶逆转录酶的催化组分制成的替代疫苗，目前正在研究中。它是一种注射形式的广泛MHC II类肽。GV-1001目前正在用于II期临床试验，以治疗胰腺癌、NSCLC和肝癌。 6.所有疫苗面临的挑战 所有旨在为癌症、致病微生物或自身免疫介质的遭遇而激活免疫系统的免疫接种都存在一些问题。 6.1.选择合适的抗原 历史上有效的疫苗接种通常使用活体、减毒的有机体。这些疫苗虽然在群体层面上取得了成功，但存在中等但显著的激活风险，可能会导致疾病或其他不利的副作用。早期的癌症疫苗（CVs）是使用经过辐射治疗或其他形式灭活的完整肿瘤细胞开发的，因为当时没有可用的肿瘤抗原。这种疫苗接种方法在小鼠模型中导致了肿瘤排斥，并引发了针对肿瘤的特异性免疫反应。这些早期疫苗要么没有使用经过多次体内或体外传代并累积了许多突变的肿瘤组织系，要么使用了。整个肿瘤细胞注射带来了与基于整个病毒的疫苗相似的重大健康风险，引发了关于重新激活和疾病进展的担忧。主要关注的是潜在的自身免疫发展。未成熟的树突状细胞（DCs）处理死亡细胞和组织中的自身抗原，没有强烈的激活信号，如病原体提供的信号，免疫系统不会对这些抗原作出反应。为了产生强大的免疫力，肿瘤细胞疫苗需要激活DCs的化学物质。然而，在完整肿瘤细胞的情况下，预计激活的DCs不仅会启动免疫，还会呈现肿瘤特异性抗原和其他抗原（自身抗原），这些抗原通常受到外周耐受性的影响。使用动物模型和临床试验的研究积累了疫苗接种后发生自身免疫反应的证据，证实了这一情况的现实性。 免疫疗法与其他疗法相比的主要优势在于其提供的特异性。然而，当使用整个癌细胞或复杂的肿瘤衍生物混合物时，这种优势可能会受到损害。免疫系统有能力识别肿瘤表达的表位并靶向肿瘤细胞，同时保留健康的细胞。在过去二十年中，为了开发能够从这种特异性中受益的肿瘤抗原，已经做出了巨大的努力。已经鉴定出许多肿瘤抗原，并且临床前调查表明，基于这些抗原的癌症疫苗可以促进长期记忆和肿瘤特异性免疫，而不诱发自身免疫疾病。实际上，广泛的研究表明，包含来自MAGE3、HER2/NEU17、粘液1或其他MAGE基因家族成员、mammaglobin或CEA的表位的疫苗是免疫原性的，而不会引起自身免疫疾病。尽管有确立的肿瘤抗原可用，但癌症疫苗领域的最新发展再次集中在使用整个肿瘤细胞或整个细胞裂解物作为抗原。这些复杂的混合物可能更具免疫原性，并能引发比小鼠化学致癌肿瘤中发现的单独抗原更强的抗肿瘤免疫反应，因为它们可能包含对每个肿瘤都独特的特定肿瘤抗原。对转基因常见肿瘤抗原的小鼠进行的研究表明，这些抗原可以引发同样强大的抗癌反应，并导致肿瘤排斥。 对目前临床成功率的不满是一个令人关注的问题，可能会阻碍基于公认的抗原的癌症疫苗的使用。在低估基于定义的肿瘤抗原疫苗的潜力并回归可能导致自身免疫的未定义肿瘤混合物之前，至关重要的是要记住，基于抗原的疫苗在动物模型中已经显示出成功，主要是在肿瘤预防方面。目前，这些疫苗仅被测试用于严重疾病，通常是在传统疗法失败的情况下。因此，它们尚未有机会在人类中复制同样的成功水平。 6.2.刺激适当类型的免疫反应 系统性免疫旨在监测被称为转移性癌症的系统状况。然而，许多原发性肿瘤起源于粘膜，粘膜免疫系统首先在这里遇到它们。越来越多的注意力被放在可以有效地增强粘膜和系统免疫的疫苗的抗原、佐剂和递送系统上。粘膜免疫系统已经进化到在对病毒的快速反应、对食物或其他环境抗原的不敏感性以及非致病性细菌菌群之间保持健康的平衡。粘膜疫苗必须仔细维持这种调节平衡，同时也增强保护性反应。 目前有一个问题，即免疫反应是否能有效治疗器官恶性肿瘤，如肺、肝或脑组织。使用现有动物模型进行的大多数研究，特别是那些源自皮下（SC）部位的可移植肿瘤的研究，并没有为这个问题提供新的知识。治疗性癌症疫苗预计将加强已经存在、活跃但不成熟免疫反应，而不是引发全新的免疫反应。这进一步证明了考虑是否应该进行特定疫苗接种以促进粘膜免疫而不是系统免疫的合理性。当针对具有粘膜起源的肿瘤时，如膀胱癌、结肠癌（CC）、宫颈癌、头颈鳞状细胞癌（SCCHN）、肺腺癌或宫颈癌，粘膜免疫途径可能在增强反应方面更有效。癌症疫苗的未来开发将需要更深入地理解粘膜免疫。 6.3.长期记忆的诱发 部分疫苗具有刺激免疫记忆的能力，这是一种至关重要的防御机制，而其他疫苗则没有。理解免疫记忆是什么以及其发展和维持所需的条件，最近已成为研究的焦点。缺乏能够区分记忆T细胞和其他T细胞的明显标志物一直是该领域的一个主要障碍。然而，最近在使用趋化因子受体方面的进展已成功地允许区分记忆细胞和其他功能性T细胞亚群。此外，开始有报道称存在类似粘液的糖蛋白等指标。这些标志物将有助于确定肿瘤抗原、佐剂和注射途径如何影响它们引发的免疫反应，不仅在复杂性和强度方面，而且在它们触发的记忆反应类型方面。普遍共识认为，强烈的初次免疫反应对于产生大量记忆细胞是必要的。然而，关于抗原在这一过程中的重要性存在持续的争论，记忆T细胞的寿命受哪些因素影响仍然不清晰。这些问题对于治疗性癌症疫苗尤其相关。基于特定抗原的疫苗预计在这些抗原存在的情况下增强免疫力，因为癌症患者的免疫系统长时间暴露于肿瘤抗原。在接种疫苗之前，患者已经具有肿瘤特异性T细胞，但目前尚不清楚这些细胞是效应细胞还是效应和记忆细胞的组合。根据一些研究，记忆细胞对癌症是独特的，并且可以在癌症中识别。然而，尚不确定癌症患者中有多少T细胞是肿瘤特异性的，以及疫苗如何影响它们，因为区分效应细胞和记忆细胞以及肿瘤抗原的持续性存在挑战。目前还不清楚在癌症等疾病条件下是否能够恢复长期记忆。正在慢性病毒疾病背景下开发一些标准，对癌症来说较少，特别是对TH细胞激活和先天免疫的需求。最近的研究指出，T细胞记忆的发展是分阶段进行的。它始于在抗原存在时发展为效应细胞的初始细胞，然后在抗原受限时发展为效应记忆细胞，最后在抗原完全消除时发展为中心记忆细胞。即使作为一种预防措施，也假定癌症免疫接种将在健康的年轻人中实现这一点。然而，在慢性抗原的背景下，尚不清楚治疗性疫苗如何触发整个分化过程。 6.4.癌症疫苗的额外困难 6.4.1.免疫系统老化 胸腺停止产生初始T细胞已经过去很长时间，癌症疫苗目前正在对65至80岁的老年癌症患者进行测试。因此，为了使效应细胞群体能够对疫苗做出反应，患者T细胞库中至少有一个或多个记忆T细胞必须能够识别疫苗抗原。“最佳匹配”T细胞本应在早年从多样化的初始克隆池中被选中，但可能或可能不会出现在对疫苗反应的T细胞中。动物模型表明，年轻小鼠与老年小鼠相比展现出更强的初次反应，这是经验上的真实情况。随着个体年龄的增长，他们产生初始反应并将其转化为记忆的能力受损。这归因于衰老引起的免疫系统功能的改变。利用小鼠模型的临床前研究和癌症疫苗的临床试验目前显示出显著差异。大多数研究不使用老年小鼠，而那些使用老年小鼠的研究报告称，在诱导有效的抗肿瘤免疫反应方面存在挑战，以及由于T细胞亚群模式的转变，癌症易感性随年龄增长而增加。鉴于这些疫苗将主要在老年患者中进行管理，因此至关重要的是要更加重视设计能够至少部分解决与年龄相关关切的癌症治疗性疫苗。例如，已经证明激活共刺激分子4-1BB（CD137）可以增强老年小鼠的T细胞反应。可能的是，失活有害调节因子如细胞毒性T淋巴细胞抗原4（CTLA4）或激活尚未测试的其他共刺激分子将具有类似的效果。此外，虽然大量佐剂在年轻小鼠中可能有益，但少量佐剂可能增强老年人的免疫反应。在老年大鼠中，CpGDNA似乎在增强细胞和体液免疫方面更有效。与衰老相关的免疫功能下降表明，与成人相比，患有癌症的儿童可能对治疗性癌症疫苗更敏感。然而，此类实验很少进行。与老年患者的临床研究相比，针对3至17岁患有复发性神经母细胞瘤、肉瘤和肾脏恶性肿瘤的儿童的基于DC的疫苗试验的结果不幸并不十分乐观。这表明免疫抑制标准疗法和/或先前的治疗对即使是年轻患者的免疫系统也产生负面影响。这意味着有效的疫苗接种方法将需要在疾病早期阶段进行疫苗接种，并且在没有免疫抑制常规药物的情况下进行。 6.4.2.免疫逃逸和肿瘤诱导的免疫抑制 当发现肿瘤时，免疫系统和肿瘤之间已经发生了多次相互作用。如果肿瘤发展缓慢且没有显著破坏附近健康组织，免疫系统可能无法识别肿瘤。在这段时间里，肿瘤细胞经历了额外的突变，其中一些突变促进了增殖和侵袭。除了伤口愈合和凝血等防御机制外，由于树突状细胞（DCs）已被激活，当肿瘤扩大并开始破坏组织时，适应性免疫系统得到通知。这些细胞将肿瘤和组织碎片“运送”到引流的淋巴结，T细胞可能在那里暴露它。癌症患者中独特的针对肿瘤的细胞和体液反应表明，免疫系统已经识别了肿瘤。当肿瘤细胞停止表达特定的肿瘤抗原或MHC分子时，免疫系统已尝试消除肿瘤。然而，持续的肿瘤生长表明，免疫系统可能最终无法识别肿瘤。“癌症免疫编辑”一词指的是这种修改肿瘤但不完全根除它的免疫监视过程。肿瘤可以以多种方式影响免疫系统，并且已经发现许多免疫效应途径存在功能缺陷。癌症患者经历了树突状细胞发育和活性的抑制。T细胞的激活和功能也明显异常，这最初在携带肿瘤的小鼠中观察到，后来在患有各种肿瘤类型的人类中发现。这些效应可能由肿瘤细胞产生的细胞因子介导，如转化生长因子（TGF）、白细胞介素10（IL-10）和其他细胞因子，以及其他较少知名的可溶性化学物质或细胞表面分子。此外，先天免疫的不适当激活可能会阻碍适应性抗肿瘤免疫。研究表明，肿瘤诱导的巨噬细胞和多形核细胞的激活导致癌症患者的氧化应激，导致T细胞功能显著降低。此外，已观察到激活NKT细胞，这些细胞可以产生高水平的IL-13，可能会抑制对癌症的免疫反应。为了促进治疗干预，正在努力在分子水平上更好地理解这些免疫抑制途径。有令人鼓舞的报告称，在有限的情况下，免疫接种已经能够部分逆转这些问题。需要进一步的研究来理解调节性T细胞（TRegs）在癌症免疫中的作用。CD4+ CD25+ T细胞的一个亚群已经显示出抑制自身免疫的能力，这表明这些淋巴细胞在肿瘤进展期间自身抗原呈现增加时可能成为非常强大的免疫细胞。有限的动物研究表明，去除这些细胞可能会带来一些好处。在尝试使用治疗性癌症疫苗调节患者的免疫系统之前，至关重要的是要彻底了解患者的免疫系统。由于许多免疫抑制过程在各种肿瘤类型中是共享的，因此可能更有效的做法是开发一个治疗计划，包括在治疗性疫苗接种之前解除免疫抑制。 7.蛋白质和肽疫苗的佐剂和配方 无论是由完整的细胞、某些蛋白质还是肽组成，所有癌症疫苗都必须含有佐剂。目前，只有两种佐剂，即角鲨烯-油水乳液（MF59）和基于铝的盐类（明矾），被授权用于临床试验。然而，已经研究并证明了许多其他增强疫苗免疫原性的化合物在动物模型和人类中都是有效的。随着它们被识别为分子，许多新型佐剂的佐剂效应背后的机制得到了更好的理解。佐剂可以激活T细胞、NK细胞和其他先天系统细胞以释放细胞因子，以促进抗原特异性T细胞的存活。白细胞介素-2（IL-2）、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）、IL-12、IL-4和其他几种细胞因子已被用作癌症疫苗中的佐剂。此外，细菌产品长期以来一直被用作有效的佐剂。来自沙门氏菌的单磷脂A（MPL）和来自革兰氏阴性细菌的脂多糖（LPS）是两个最著名的例子。最近，发现细菌DNA由于存在未甲基化的CpG二核苷酸而具有显著的免疫刺激性活性。这些和其他细菌化学物质被DCs、巨噬细胞可能还有NK细胞和其他先天系统细胞产生的各种独特受体识别。因此，这些细胞发育、激活并开始产生促炎细胞因子。这些受体中的许多属于Toll样受体（TLR）家族，可以识别入侵的病原体，并存在于某些细胞内或细胞表面。由于它们激活细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）的卓越能力，细菌化合物引起了肿瘤免疫学家的关注。 不同抗原处理途径控制着抗原肽如何由MHC类I分子呈现给CD8+ T细胞（内源性途径）或由MHC类II分子呈现给CD4+ T细胞（外源性途径）的发现，促进了一类能够将抗原传递到期望的处理途径（外源性途径）的佐剂的发展。含有除核酸外所有抗原类型的疫苗主要通过外源性途径将抗原传递给抗原呈递细胞（APCs），这促进了抗体的产生和CD4+ T细胞的激活。在细胞质中的抗原被运输到内质网（ER）并附着到MHC类I分子之前，必须首先被蛋白酶体分解。像聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）微球、类病毒颗粒（VLPs）和免疫刺激性复合物（ISCOMs）这样的佐剂，它们是由胆固醇和Quil A组成的胶束，是能够有效传递抗原到细胞质的小颗粒。为了成功地将抗原传递给APCs，并通过MHC类I和类II分子呈现，疫苗配方中的佐剂必须是颗粒状的。热休克蛋白（HSPs）也可能是这些佐剂之一。抗原成功地被传递到MHC类I途径，激活APCs 。 7.1.微贮库递送系统 微贮库（微粒）载体常常可以作为可溶性聚合物载体的一个可行的替代品。脂质体、胶束、聚合物微粒和细胞幽灵是这类系统的一些例子。与“直接”分子共轭相比，使用这些载体的结果是在活性成分与载体的比例上显著更高。此外，由于在注射给药期间，药物分子与其周围环境被载体壁完全隔离，它们提供了更高水平的保护，以防止酶解降解和其他有害化学物质的侵害。这些载体的另一个优点是，单个载体可以运输多种药物。然而，应该注意的是，并非所有微粒都能通过肾脏过滤排出，因为它们的大小。微贮库载体的主要缺点是它们倾向于被RES细胞吸收，特别是在肝脏和脾脏。 7.2.胶束和脂质体 脂质体是被最广泛研究和最适合的颗粒状药物载体，用于包裹肽和蛋白质。脂质体由同心的球形磷脂双层构成，包围着一个水性空间，形成囊泡。这些颗粒具有最小的毒性或抗原反应，并且完全生物相容和生物不活跃。肽和蛋白质可以被包裹在脂质体的水性腔室中。脂质体的制备方法多种多样，只需要进行不损害肽或蛋白质完整性的调整。传统的脂质体被RES细胞迅速清除，类似于其他微粒递送技术。为了延长脂质体的循环寿命，人们已经做出了努力，允许开发可以向除了RES之外的目标递送药物的脂质体。这是通过将灵活的亲水性聚合物与修饰的表面结合，通常是PEG，到长循环脂质体上实现的。这阻止了血浆蛋白附着在脂质体表面，从而阻碍了RES的识别和吸收。类似于大分子，脂质体可以由于EPR效应而在各种来源的肿瘤中积累。修改长循环脂质体以递送基于肽和蛋白质的药物到肿瘤是一个简单的过程。然而，使用不同的小尺寸递送方法，如添加药物的胶束或肽和蛋白质与聚合物的共轭，可能被证明更有效。在各种药理学胶束中，由两亲性PEG-磷脂共轭制成的聚合物胶束特别有趣，因为它们的耐用性。与脂质体不同，这些微小颗粒缺乏内部水性空间。通过在这些颗粒的表面化学附着疏水“锚”，可以将药物物质如肽或蛋白质并入胶束。 8.世卫组织推荐的合成肽疫苗生产和质量控制的指令是什么？ 为了确保人类使用的肽疫苗的安全性和有效性一致性，本指南作为其开发、生产和控制的基础。这些指南包括： • 起始材料的控制，包括有关合成感兴趣肽的背景数据； • 生产过程的控制； • 最终产品的控制。 8.1.生产控制指南 8.1.1.肽合成和表征 肽合成过程应该被充分描述，包括任何过程中的控制。描述应该包括使用的原材料的来源和具体信息、采用的方法、偶联和脱保护条件、进入合成下一步骤的要求，以及任何集成的组（如糖基或脂质）。如果合成是在溶液中进行的，应提供流程图和中间肽的细节。应该提供证据支持以下内容： • 正确的氨基酸以所需顺序添加，并且进行了适当数量和种类的修改（如脂质或糖基部分的并入），从而使得主肽序列具有预期的结构。 • 检测和表征了肽单体的主要以及在可能的情况下次要杂质。 • 在连续几批中，肽保持一致的质量水平。 8.1.2.共轭物 共轭产品应满足以下要求： • 需要建立共轭证明； • 应以减少副作用（例如载体交联）为目标； • 重要的是要收集证据证明共轭不会改变抗原序列； • 残留试剂和副产品水平应保持在最低限度。 8.1.3.载体 载体可能与肽共轭或整合到其中。由于对载体的免疫反应可能超过对肽的反应，在选择载体时应小心。最好避免可能引发自身免疫以及那些可能在目标人群中引起预先存在的超敏反应的载体。 8.1.4.聚合、环化或载体合成肽 应特别注意以下几点： • 产品从一批到另一批的相对分子质量分布保持一致。 • 当适当时，各种肽的相对比例保持一致。 • 借助合适的补充分析程序，清楚地识别产品的性质。 • 借助合适的补充分析程序，清楚地识别产品的性质。 8.1.5.防腐剂 如果添加了防腐剂，应确定防腐剂的含量，并证明所使用的量不会对个别疫苗组分产生有害影响，也不会在人类中引起任何意外的不良反应。不应在单剂量制剂中添加防腐剂。 8.2.配方最终产品的指南 8.2.1 与佐剂的相互作用 重要的是要明确各种疫苗组分如何与佐剂相互作用，并证明这种相互作用在不同批次之间是一致的。例如，聚合物制剂中不同种类与佐剂的结合程度可能受到分子质量、疏水性或pH等因素的影响。因此，配方过程可能会无意中导致制剂的分级。 8.2.2.稳定性研究 充分的稳定性研究是疫苗开发的关键组成部分。这些结果用于确定产品在理想储存条件下的最大货架寿命。为了验证产品直到有效期内的免疫原性和无毒性，应对声称有效的每个组分进行实时稳定性测试。加速稳定性研究可以提供产品稳定的初步证据，但它们不能取代用于许可目的的实时测试。 8.2.3.效力 疫苗的功能活性或其在人类中的作用方式不一定反映在效力测定中。在适当的情况下，应包括适当的疫苗效力测试。效力测定的主要目标是使用部分依赖于生物活性的技术来证明批次间的一致性。因此，考虑适当的体外或体内免疫原性或抗原性测定是很重要的。在这样的测定中，应对照参考材料进行比较，并且结果应经过统计验证。由于疫苗的作用机制可能存在差异，这些测定的具体内容必须逐个案例确定。 9.癌症的抗原性和免疫原性 肿瘤引发能够停止其生长的免疫反应的能力被称为肿瘤免疫原性。然而，关于这一复杂过程的功能还有很多需要了解的地方。免疫系统可能阻止癌症扩散的概念最初由Paul Ehrlich在1909年提出。Burnet后来提出了一个理论来解释这一点，建议肿瘤释放新抗原，触发能够根除新癌症的免疫反应。Lewis Thomas采取了一种进化的观点，假设生物体拥有高度发达的防御机制，类似于移植排斥过程，阻止癌症的发展。癌症免疫监视和免疫编辑的概念受到了这些假设的启发。免疫系统区分自身抗原（正常组织表达的抗原）和非自身抗原，以消除逃避免疫识别的恶性肿瘤。最初，人们认为这种机制可以解释肿瘤的免疫原性。然而，尽管有大量相反的证据，但宿主免疫系统未能消除产生非自身抗原的癌症的出现，无法用提出的方法来解释。此外，它也无法解释肠道微生物产生的大量外来抗原与宿主和谐共存的情况。 Pradeu & Carosella认为免疫原性取决于癌细胞呈现与免疫受体通常接触的不同的独特抗原表位，而不是抗原是否被识别为非自身，他们试图解释这些差异。他们描述了表位表达如何“突然”改变。然而，Pradeu & Carosella令人信服地表明，仅凭免疫原性不足以解释因表位呈现变化引起的免疫耐受。根据新抗原与其他经常暴露的抗原一起呈现的方式，它可以导致免疫或耐受。当新抗原以小剂量和逐渐变化的方式引入时，会发生免疫耐受。因此，免疫原性要求肿瘤细胞表达足够水平的肿瘤细胞专有的抗原，而不是从肿瘤形成的正常细胞。此外，肿瘤细胞必须成功地传递抗原，以导致免疫激活，而不是免疫耐受。最近的实验和观察为这一结论提供了一些证据支持。 抗原性，或称免疫原反应性，指的是病毒与特定抗体分子结合的能力。包膜病毒并非通过衣壳蛋白的抗原位点或B细胞表位来具有抗原性，这些位点被抗体结合位点所识别。蛋白质表位的连续性或不连续性由构成多肽链的氨基酸的接近程度决定。大多数表位的免疫原反应性依赖于蛋白质的天然构象，因为它们由肽链折叠带来的表面残基聚集在一起。病毒衣壳的四聚体结构，也称为新类型表位，是由病毒衣壳形成的。新类型表位的发展涉及衣壳蛋白的亚单位间相互作用，这些相互作用引起衣壳蛋白的构象变化，以及相邻亚单位残基的排列，从而形成特定的表位。 宿主对生物材料的反应受到免疫系统的抗原性和免疫原性的影晌，它们具有不同的功能。一种物质附着或与身体最终细胞介导反应的副产品（如B细胞或TCRs）相互作用的能力称为抗原性。这些抗原具有称为抗原决定簇或表位的结构组分，它们与B细胞受体（也称为抗体或免疫球蛋白）结合。当一个主要组织相容性复合体（MHC）分子与蛋白质抗原的线性氨基酸序列（表位）结合时，TCRs能够识别它们。当一个“免疫原”通过激活先天免疫系统然后是适应性（获得性）免疫系统来引发免疫反应时，身体对外国抗原变得更加敏感。生物材料，特别是来自自然的同种异体或异种材料，可以作为免疫原。所有抗原性材料也是免疫原性的，而反之则不然。因此，有些分子本身是抗原性的但不是免疫原性的。这些分子被称为“半抗原”，如金属离子。它们在术后金属超敏反应中扮演着至关重要的角色。因此，免疫原性和抗原性都影响宿主免疫系统对自然和人造生物材料的反应。 10.目前发展 10.1.基于细胞的癌症疫苗 目前正在进行的临床试验中，GVAX与CRS-207、PD-1或urelumab（NCT03190265，NCT02451982）联合使用。成功治疗癌症的方法包括阻断免疫检查点以及癌症疫苗。当PD-1/CTLA-4被加入GVAX疫苗时，CD8+/Treg比率和IFN-+ TNF-+ CD8+肿瘤浸润细胞的数量显著增加。此外，还加入了一种基因改造，有可能将恶性细胞转变为类似于癌症干细胞（CSCs）的细胞，被纳入到全面癌症细胞疫苗中。已经证明，AGI-101H，一种模仿黑色素瘤干细胞的基因改造疫苗，在治疗黑色素瘤患者方面取得了成功。AGI-101H在两项针对黑色素瘤患者的II期研究中显示出了有希望的结果，导致生存率增加。 10.2.基于病毒的癌症疫苗 在临床前和临床试验中，免疫刺激腺病毒基础疫苗或TAAs已被用来展示显著激活抗肿瘤免疫。基于病毒载体表达HER2的VRP-HER2疫苗，在临床前和临床测试中显示出了有希望的结果。hHER2+乳腺癌小鼠模型在接受VRP-HER2疫苗后肿瘤生长得到改善。VRP-HER2在乳腺癌临床试验中也显示出了疗效。患者的HER2特异性免疫反应与他们的无进展间隔长度密切相关。探索了VRP-HER2和抗PD-1疗法的组合以增强总体疗效，展示了这一想法的可行性。此外，试验（NCT03632941）仍在进行中。在非肌层浸润性膀胱癌的治疗中，nadocagene firadenovec，一种非复制型腺病毒载体疫苗，显示出了有希望的结果。根据一项临床试验的结果，该药物在治疗BCG耐药非肌层浸润性膀胱癌方面的疗效，53.4%的患者在初次剂量的Nadofaragene firadenovec后实现了完全反应。此外，需要考虑BT-001，一种有可能表达抗CTLA4抗体和GM-CSF的溶瘤病毒疫苗。之前进行了一项临床试验（NCT04725331）以评估其疗效。在II期研究中，溶瘤病毒疫苗T-VEC被施用。患有IIIB-IVM1a期疾病的患者表现出32%/18%的目标/完全反应率，与普通人群中的28%/14%（112名参与者）相比。 10.3.基于肽的癌症疫苗 多肽IMU-131和白喉毒素通过HER2的细胞外域的B细胞表位连接。IMU-131已被证明在发表的I期临床研究中产生HER2特异性抗体和细胞反应。NeuVax，另一种针对HER2的肽疫苗，是已经进入III期临床试验的CVs之一。最近来自III期临床研究的发现表明，单独的NeuVax对乳腺癌没有明显影响。此外，两项II期临床试验（NCT02297898和NCT01570038）目前正在研究NeuVax和Trastuzumab联合治疗HER2阳性乳腺癌的效果。Boston Biomedical开发了一种名为DSP-788的新型癌症多肽疫苗。DSP-7888（WT1）中的肽激活了针对Wilm肿瘤基因1的辅助T细胞和CTLs。由于WT1在各种血液学和实体恶性肿瘤中表达，DSP-7888很可能会针对表达WT1的癌细胞。在复发或晚期恶性肿瘤患者中，DSP-7888显示出良好的耐受性和没有剂量限制效应。三项I/II期试验评估了DSP-7888作为单药治疗的安全性和有效性，但尚未报告临床结果（NCT02436252，NCT02750891，NCT02498665）。此外，DSP-7888正在一项II期临床研究中被评估用于急性白血病患者（NCT04747002），以及在一项III期临床试验中与Bevacizumab联合用于复发性胶质母细胞瘤患者（NCT03149003）。SurVaxM是另一种针对胶质母细胞瘤的有效肽疫苗，显著延长了这种状况下患者的生存时间。在II期临床试验中，SurVaxM正在被评估与Pembrolizumab联合治疗胶质母细胞瘤（NCT04013672）。 10.4.DNA疫苗 宫颈癌一直是DNA疫苗研究的重点。目前，两项III期临床试验（NCT03185013，NCT03721978）正在进行中，以评估针对HPV的DNA疫苗VGX-3100的安全性和有效性。INOVIO公司发布了VGX-3100针对宫颈癌前病变（NCT03185013）的首个III期研究的积极发现。VGX-3100，连同COVID-19疫苗“ZycoV-D”，有潜力成为第一个可供销售的DNA药物。另一种针对宫颈癌的DNA疫苗GX-188E结合了多个表位，专门针对并激活DCs。在GX-188E针对宫颈癌的II期试验中，52名患者中有67%在36周治疗后显示病变减少。GX-188E联合治疗的临床试验显示出光明的前景。 10.5.mRNA疫苗 TriMix mRNA在各种临床试验中显示出良好的免疫原性和耐受性。两项最近发表的II期临床试验表明，TriMix和TAA mRNA疫苗在III期或IV期黑色素瘤患者中诱导强烈的CD8+ T细胞反应，导致显著的肿瘤反应率。mRNA-2752是另一种免疫刺激mRNA疫苗的例子。mRNA-2752，由Moderna开发用于淋巴瘤治疗的脂质纳米颗粒（LNP），包含人类OX40L、IL-23和IL-36 mRNA。目前正在临床试验中进行评估（NCT03739931）。几种编码TAA的mRNA疫苗组合也在各种临床试验中用于转移性黑色素瘤的治疗。例如，mRNA疫苗BNT111包括四种TAAs（NY-ESO-1、MAGE-A3、酪氨酸酶和TPTE）。BNT111展示了非突变常见肿瘤抗原靶标的广泛应用，并已成功治疗接受CPI的黑色素瘤患者。新抗原编码的mRNA疫苗是最广泛使用的个性化疫苗形式。定制的mRNA CVs在临床试验中被证明是安全且耐受性良好的。BioNTech和Moderna开发的个性化疫苗的临床试验显示出有希望的抗肿瘤益处。例如，Moderna开发了mRNA-4157，一种包含多达34个新抗原编码的个性化疫苗。在无法切除的实体瘤患者中，mRNA-4157单独或与Pembrolizumab联合使用，显示出强大的抗肿瘤效果。mRNA-4157的临床试验目前处于II期。利用mRNA定制平台，BioNTech创建了BNT122新抗原CV。BNT122编码多达20个患者特异性新抗原。在之前的Ia/Ib期试验中，BNT122被单独或与抗PD-L1抗体Atezolizumab联合用于实体瘤患者（NCT03289962）。实验研究表明，BNT122诱导了特定的临床反应和针对新抗原的T细胞反应。BNT122目前正在进行II期临床试验，用于治疗结直肠癌（CRC）（NCT04486378）。 11.结论 疫苗开发过程困难且复杂。与传统免疫接种相比，蛋白质和肽疫苗提供了许多好处。与由灭活毒素、死亡或减毒微生物以及重组成分组成的传统疫苗相比，这种方法安全且经济。由于它们的简单性和易于合成，蛋白质和肽疫苗可以以相对较低的成本生产。此外，肽疫苗不包含对宿主具有高反应原性的不必要的脂多糖、脂质和毒素成分。此外，肽疫苗可以结合来自多个抗原的表位，创建一个包含T细胞和B细胞的单一抗原配方。肽提供了许多好处，但单独给药时，它们通常不是很免疫原性的。为了解决这个问题，需要下一代佐剂。肽疫苗的未来递送技术可能集中在配方中佐剂的组合、提高抗原摄取的技术、促进先天免疫的创新佐剂，以及产生特定适应性免疫反应的佐剂。然而，人们对佐剂的安全性仍有重大关注。佐剂和粒子肽疫苗递送方法的使用存在安全问题，这些问题可以解决，可能允许肽疫苗技术推进到下一代亚单位疫苗。随着医学进入一个新时代，疾病管理策略正在基因和蛋白质数据层面上设计，这些数据构成了所有生物学的基础。在这种情况下，蛋白质治疗越来越重要。在仔细选择最佳抗原和抗原递送系统以及应用适当的联合治疗的情况下，治疗性癌症疫苗（CVs）的开发具有很大的希望。这种选择应该基于已经发生的免疫编辑知识和每个癌症患者特有的免疫抑制机制。肽疫苗，由于其已知的结构、低成本、易于生产和操纵，以及由于其合成性质而缺乏批次间差异，提供了一个有利的替代方案。 识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入 生物制品微信群！ 请注明：姓名+研究方向！ 版 权 声 明 本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。

变构代表了蛋白质调节的基本机制，能够从活性位点远端调节蛋白质功能。传统上是在小分子背景下进行探索，但目前变构调节作为抗体领域的主要作用模式正在受到关注，它提供了增强的特异性和降低的毒性。 这篇近期发表于【Trends in pharmacological sciences】的综述，详细深入阐述了变构抗体领域快速的发展，还探讨了这些抗体作为药物发现创新工具的潜力，并讨论了利用最先进的计算方法设计新型变构抗体的当前策略。 与变构抗体相关的定义: 变构现象(Allosterism) 是在小分子世界中开始发现并发展的。然而，抗体在结构和机制上是不同的药物。因此，需要一个新的词汇来描述通过与变构位点/表位结合起作用的抗体及其作用。 根据定义，变构位点/表位是一种在拓扑上不同于配体结合区域的蛋白质区域。值得注意的是，由于抗体是大分子，如果抗体与配体结合残基非常接近地结合并由于其大小而阻碍它们，则出现空间位阻，不会被视为变构。此外，抗体与属于配体结合位点的残基的结合，即使当这些残基处于非活性构象时，也不被视为变构。此外，变构作用是所有蛋白质的固有特性，不仅是受体或酶，而且是可以被抗体靶向的蛋白质配体。 作者提出以下定义： 变构抗体是一种与靶点/表位结合的抗体，该位点/表位与配体结合位点不重叠或空间重叠，随后对靶点的结构动力学产生影响，最终调节其结合和/或活性。 负向变构抗体调节剂（NAAM，negative allosteric antibody modulator ）是一种稳定并促进不利于配体、受体或共受体结合和/或活性（信号传导）的构象的抗体。 正向变构抗体调节剂（PAAM，positive allosteric antibody modulator）是一种稳定并促进有利于配体、受体或共受体结合和/或活性（信号传导）的构象的抗体。 抗体介导的变构效应是对靶蛋白的影响，导致抗体与变构位点/表位结合，从而对其功能动力学产生影响。这些效应包括：活性/非活性状态下构象的调节、活性的激活/抑制、与配偶体（配体、受体、共受体）的结合的增强/抑制，包括二聚化、靶标的内化，甚至靶标的拆卸。 1. 变构和抗体 作为一种无所不在的机制，变构调节蛋白质功能动态。靶向变构位点会导致蛋白质构象动力学的扰动，从而提供了另一种调节分子功能的方法。认识到需要探索新的范例来克服耐药性并解决靶标空间限制，变构调节正在作为一种有吸引力的方式。虽然小分子传统上被报道为变构调节剂，但最近才出现肽，抗体可能具有更明显的优势。 抗体是对治疗产生巨大影响的大分子，其中 达160+ 多种抗体已获得全球卫生当局批准用于各个治疗领域。与其他药物相比，抗体由于其较大的结合位点而呈现出更高的选择性。它们的溶解度使它们适合靶向膜结合蛋白和可溶性蛋白。此外，它们的半衰期更长，可以介导靶标效应器功能。 2. 变构抗体：新型成药途径 对变构抗体的探索开辟了药物发现和治疗开发的新领域。通过靶向变构位点，这些抗体提供了调节蛋白质功能的创新机制，推进了各种疾病的治疗。 2.1 历史视角 欧洲药品管理局 (EMA) 和/或 FDA 批准的治疗性抗体开发的关键里程碑改变了免疫学和肿瘤学领域对变构机制的理解（图 1）。 图 1. 变构抗体开发的关键里程碑。 第一个批准的抗体，muromonab-CD3 (OKT3)，于 1986 年推出。它针对 CD3 的 epsilon 结构，CD3 是 T 细胞表面 T 细胞受体 (TCR) 的一部分。CD3 并不参与 TCR 介导的抗原识别，而是参与信号转导。此外，最近的生化研究表明，muromonab-CD3 不会与 CD3 抑制性配体竞争。相反，晶体研究揭示了 muromonab-CD3 与 CD3 构象表位的结合。它通过抗体-受体复合物的结合和随后的内化来防止以变构方式识别抗原（图1）。通过内化选择性去除 TCR 会抑制 T 细胞的细胞毒功能并促进非免疫功能的 T 细胞状态。muromonab-CD3 被批准用于预防器官排斥十年后，抗体开始被批准用于肿瘤学应用。 HER2 是一种跨膜受体酪氨酸激酶 (RTK)，通常在癌细胞中过度表达，有助于生长和增殖。尽管尚未鉴定出 HER2 的配体，但基于其与同一家族其他受体的相似性，通常推断其胞外结合位点对应于结构域 I 和 III 之间的裂口。已经开发出针对 HER2 的抗体，包括曲妥珠单抗 (Herceptin) 和帕妥珠单抗 (Perjeta) 。结构数据揭示了曲妥珠单抗与结构域 IV 的结合，而帕妥珠单抗则靶向二聚化界面（结构域 II）。基于细胞的检测强调，HER2 靶向抗体会对 HER2 二聚化和随后的信号传导产生负面影响，并促进抗体-受体复合物的内化（图 1 ）。这些抑制性抗体可被称为变构抗体，因为它们对 HER2 具有非配体竞争性抑制作用。  2010 年代标志着一种称为双特异性的新型抗体形式的首次亮相，因为它们可以结合两个不同的靶标。 大多数双特异性抗体被归类为T 细胞接合剂。它们可以同时结合 T 细胞上 TCR 的 CD3 部分和癌细胞上的肿瘤相关抗原 (TAA)。双特异性抗体将 T 细胞导向肿瘤细胞。临床前模型表明，这些双特异性抗体起到条件激动剂的作用，T 细胞激活依赖于同时结合 CD3 和 TAA。T 细胞通过独立于 TCR 抗原结合结构域的机制被激活，依赖于与 TCR 变构位点 CD3 的结合（图 1）。这种双特异性形式不会导致受体内化，但可以介导激活信号传导。一个突出的例子是重磅炸弹 epcoritamab (Epkinly)，它靶向 T 细胞上的 CD3 和 B 细胞上的 CD20，并被批准用于治疗 B 细胞恶性肿瘤。 在2020年前些时候，抗体药物偶联物（ADC）形式的新时代出现了。ADC 是一类新型抗体疗法，带有细胞毒性有效负载。 它们以快速内化的膜结合蛋白为目标，允许有毒有效负载在细胞内释放，最终导致表达靶标的细胞被消除。HER2 靶向 ADC 基于曲妥珠单抗，通过变构作用机制发挥作用。如前所述，曲妥珠单抗与 HER2 的变构位点结合，促进抗体-受体复合物的内化（图 1）。因此，基于曲妥珠单抗的 ADC 已被开发并获得批准，例如曲妥珠单抗 deruxtecan (Enhertu)，用于治疗表达 HER2 的某些类型的肿瘤。  基于骆驼抗体的小型可变结构域，称为 VHH（重链可变重结构域）的新模式已得到进一步批准。第一种基于 VHH 的治疗剂 caplacizumab (Cablivi) 可结合 vWF 因子，这是一种促进血小板粘附的血液糖蛋白。 与 vWF 相关的自身免疫性血液疾病会导致血栓形成。结构研究表明，caplacizumab 通过与不同于血小板受体糖蛋白 Ib 的位点结合，稳定了 vWF 对血小板粘附的非活性构象，从而防止了危及生命的血栓形成（图 1）。  值得注意的是，sotrovimab (Xevudy) 靶向受体结合结构域，且不与受体 (ACE2) 结合位点重叠（图 1）。这种近距离破坏了附着后的构象变化，从而中和了COVID-19感染。大量的计算工作，特别是分子动力学 (MD)研究表明，strovimab 通过与已知的变构位点结合，在刺突蛋白内诱导变构扰动。此外，sotrovimab 与对突变不太敏感的表位结合，有助于中和其他 SARS-CoV-2 刺突突变蛋白。这些研究代表了全球首次将计算和实验方法结合起来，以快速发现、开发和表征中和变构抗体。 最近的实验和计算方法阐明了探索性靶点的变构作用机制，这些靶点被认为是抗体不可成药的，从而揭示了新的成药途径。 2.2. GPCR 和配体门控离子通道 (LGIC)：靶向跨膜受体的新进展 GPCR 和 LGIC 是两个最常见的药物靶点。然而，尽管付出了巨大的努力，但很少有抗体能够靶向这些膜嵌入的蛋白质类别。 GPCR 构成了药物治疗的主要靶点，大约三分之一的批准药物以它们为靶标。然而，这些药物中只有三种是抗体。这种未满足的缺口是由 GPCR 的小且可接近的细胞外结构域引起的，GPCR 也是一种特别难以表达的蛋白质类别。 Scholler 等报告了一种基于 VHH 的 GPCR 正变构调节剂：mGlu2 的发现。mGlu 受体家族是一种 C 类 GPCR，由一种称为代谢型谷氨酸的神经递质激活。这些受体是治疗脑相关疾病的有希望的靶标，VHH 可能是治疗这些疾病的替代药物。结构研究揭示了 mGlu2 靶向 VHH 与 Venus Flytrap (VFT) 叶的结合以及受体活性形式的整体稳定（图 2），从而在体外和体内表现出激动活性。这种结构不同于 mGlu 的非活性形式（图 2 ）。此外，VFT 结构域还拥有一个重要的 mGlu 受体变构位点。还报道了针对 mGlu4 的其他变构抗体，mGlu5 和 mGlu7。有趣的是，靶向 mGlu7 的抗体通过促进活性受体复合物的内化，与正构和变构激动剂表现出负协同作用。 图 2. 抗体与靶蛋白变构位点结合引起的构象变化。 此外，最近的一份报告描述了一种抑制钙敏感受体（CaSR）的变构抗体。CaSR 是另一种 C 类 GPCR，可感应体内钙浓度。该受体的激活突变会导致低钙血症。有趣的是，冷冻电子显微镜 (cryo-EM) 证明与也位于受体 VFT 结构域上的表位结合。VHH 结合并稳定 CaSR 的非活性状态，从而抑制其信号传导。此外，Cui 等证明了这种 VHH 增强了其他 CaSR 拮抗剂的抑制作用，特别是包括小分子负变构调节剂。 LGIC 是调节细胞内外离子通量的跨膜蛋白。它们构成了第二大治疗靶标类别。乙酰胆碱受体（AChR）是变构背景下最广泛表征的受体之一，尽管事实上仅报道了小分子变构调节剂。最近，Corringer 的研究组发现了一种 VHH，它可以作为 α7-nAChR 的正变构调节剂[ ]。他们的冷冻电镜结构揭示了这种 VHH 稳定了激动剂结合构象并增强了乙酰胆碱引发的电流 [10.1038/s41467-023-41734-4 ]。这些研究为利用 VHH 靶向 LGIC 的新方法提供了希望。 LGIC 变构调节的另一个引人注目的例子是针对N-甲基-d-天冬氨酸受体(NMDA)的抗体：GluN2B。该抗体专门稳定并锁定 GluN1-GluN2B 复合体的非活性构象，从而消除其功能。通过 MD 模拟，Tajima 和同事强调了抗体结合时的长程变构通讯，将受体的数量转变为非活性构象状态[ 10.1038/s41467-022-28559-3]。这项研究强调了使用计算方法验证变构通信的重要性，以全面了解抗体如何变构发挥作用。 总之，由于变构扰动，GPCR 和 LGIC 在活性和非活性状态之间经历了重大构象变化。这种动态性质使它们特别适合表现出变构作用模式的抗体的靶标。 2.3. 新药理学: LRRK2、ENPP1、IL-18Rβ 作用于变构位点的抗体可以调节蛋白质的信号传导，该信号传导可能在多种疾病中失调。治疗退行性疾病、癌症和自身免疫性疾病的突破性发现已经出现，凸显了调节这些靶蛋白的新药理学。 富含亮氨酸重复激酶 2 (LRRK2) 是一种大型多结构域蛋白激酶，在各种细胞过程中发挥着至关重要的作用；这种蛋白质的突变是遗传性帕金森病的主要原因。LRRK2 治疗的主要重点是竞争性抑制剂，该抑制剂对 LRKK2 的特异性较差。Singh 及其同事旨在发现针对 LRRK2 各个部分的 VHH。他们将免疫和筛选结合起来，使抗体发现过程偏向表现出变构作用模式的抗体。有趣的是，一组变构 VHH 被鉴定出来 。通过蛋白质交联，这些结合残基被映射到活性位点之外，证明 VHH 稳定了 LRRK2 的非活性构象。这些发现凸显了利用变构位点开发新的 LRRK2 靶向药物来调节其活性的潜力[10.1073/pnas.2112712119]。 最近，一项综合研究详细介绍了首次鉴定出靶向并抑制胞外域磷酸酶/磷酸二酯酶-1 (ENPP1) 的 VHH，ENPP1 是一种在癌症中过度表达的免疫检查点。Solomon 及其同事获得了冷冻电镜结构，以确认抗体与位于水解酶活性位点附近的神秘变构位点的结合。除了诱变研究之外，他们还确定了调节 ENPP1 底物特异性抑制的关键独特结合残基。该 VHH 是第一个报道的 ENPP1生物抑制剂，揭示了变构抑制的新机制。这一突破性发现促进了各种抗体形式的设计和探索，包括针对另一个免疫检查点 PD-L1 的双特异性抗体。这种形式表现出强大的细胞活性，与小分子相比表现出更大的特异性。  白细胞介素受体 (IL-R) 在细胞通讯中发挥着至关重要的作用，其失调与炎症性疾病和自身免疫性疾病有关。因此，阻断白细胞介素信号传导可能会带来显着的治疗益处。Liu 及其同事报道了一种针对 IL-18Rβ 的合成抗体的开发。作者获得了该复合物的晶体结构，揭示了该抗体与 IL-18Rβ 的一个位点结合，该位点与 IL-18 结合位点不同。抗体结合引起IL-18Rβ的显着构象变化，从而修饰了IL-18和IL-18Rα的结合位点（图2），从而阻碍了三元复合物IL-18/IL-18Rα/IL-18Rβ的形成以及随后的形成。信令[10.1016/j.jmb.2020.01.012]。 2.4. 变构作用阻止感染 传染病是由病毒、细菌、真菌和寄生虫引起的。靶向病毒或细菌蛋白的变构位点具有显着的优势，因为这些位点往往对突变不太敏感。 例如，诺如病毒是全球胃肠炎流行的主要原因。这些病毒可以在其衣壳蛋白中积累大量突变，尽管付出了巨大的努力，但尚未批准基于抗体的治疗方法。有趣的是，中和表位已在附着位点之外被识别，并且一组 VHH 已被表征。Salmen 及其同事获得了 VHH 的晶体结构，该结构可识别大多数衣壳蛋白变体，揭示了与远离配体结合位点的表位的结合（图 2 ）。生物物理测定和冷冻电镜表明，VHH 结合改变了衣壳的结构动力学，最终导致分解[10.1038/s41467-023-42146-0 ]。这些发现为靶向病毒的变构活性区域提供了独特的机会，可能阻止感染并促进病毒颗粒的破坏。 金黄色葡萄球菌等细菌也可能引起感染，这种细菌会释放强力毒素葡萄球菌肠毒素 B (SEB)。Fan 和同事最近从患者身上鉴定出一种抗体，该抗体针对 SEB 上的线性保守表位。它们的晶体结构揭示了远离 SEB 受体（MHC-II 和 TCR）的结合位点。生化和基于细胞的测定表明，该抗体会对 MHC-II 和 TCR 与 SEB 的结合产生负面影响，干扰三元复合物的形成，表明变构抑制[10.1080/21645515.2024.2360338]。该抗体在体外和体内中和了 SEB 诱导的毒性和细菌感染，开辟了一种对抗细菌感染的新策略。 2.5. 靶向 TNF 受体超家族 (TNFRSF) 的变构激动剂抗体 激活信号传导的激动剂抗体已成为恢复或增强细胞信号传导的有前景的生物制剂。许多激动剂抗体靶向 TNFRSF 中的共刺激受体，TNFRSF 是细胞因子受体的超家族。有趣的是，已经发现了作用于这些受体变构位点的激动剂抗体。 在这些受体中，4-1BB，也称为 CD137，是用于癌症免疫治疗的 T 细胞的一个有前景的靶标。Urelumab 是一种靶向 4-1BB 的激动剂抗体，与 4-1BB 配体 (4-1BBL) 位点远端的位点结合。它会引起 4-1BB 内的构象变化，从而改变其空间方向，从而导致外观更加弯曲（图 2 ）。此外，如共焦成像所示，该抗体可促进受体聚集。与与 4-1BBL 竞争的其他第一代抗 4-1BB 抗体相比，Urelumab 可诱导更强的 4-1BB 激活 [10.1038/s41467-018-07136-7 ]。 除了激动剂作用外，变构抗体还可以自然识别配体，从而提供增强靶向方法的可能性。OX40 是 TNFRSF 的另一个成员，据报道也受到抗体的变构调节。变构抗 OX40 抗体的基本原理是增加与 OX40 激活相关的功效，而不损害其天然配体 OX40L 的识别。 共晶结构表明，该抗体与 OX40 的另一面（如 OX40L）结合在近端表位上[10.1007/s11684-023-0996-8]。在临床前模型中，据报道该抗体可促进 IL-2 分泌，从而增加 T 细胞增殖。 作用于变构位点的抗体可以充当激动剂抗体，激活 TNFRSF 中共受体的信号传导。这种激活不仅由靶标表位决定，而且还可以通过同种型选择来增强。值得注意的是，IgG2 形式的灵活性不如其他 IgG，这表明抗体与其同源靶蛋白之间存在额外的通信。 2.6 抗体铰链区对激动性的重要性Yang 及其同事讨论了不同的 IgG 亚类尽管具有相同的可变区，但由于其恒定区的变化而表现出不同的功能特性。这些差异会影响抗原结合亲和力、特异性和效应器功能。铰链是抗体的核心部分，提供灵活性并促进抗体结构内的通讯。与 IgG1 形式相比，IgG2 形式在其铰链区具有额外的二硫键，这增加了其刚性。IgG2 赋予 TNFRSF 中多个靶标的激动特性。当修改针对TNFRSF的另一个成员CD40的抗体同种型时，可以观察到功能的转换，特别是激动剂和拮抗剂活性之间的翻转。拮抗性抗CD40抗体可以通过采用IgG2形式修饰为超级激动剂，在体外研究中其效力超过其他激动剂抗体。因此，铰链灵活性和激动性之间的反比关系正在出现（图3）。这些发现构成了范式转变，其中靶向表位和抗体形式对于活性发挥着同等的作用。这使得理解抗体的结构-活性关系变得极其困难，并凸显了设计完整抗体结构的挑战性。       图3. 铰链灵活性和对抗特性之间的反比关系。        2.7. 变构抗体的新兴形式 通过变构机制成功调节靶蛋白正在为下一代抗体形式的工程化铺平道路。 除了 T 细胞结合剂之外，双特异性抗体还可以充当自然杀伤 (NK) 细胞结合剂。这些分子靶向 NK 细胞上的受体和癌细胞上的 TAA。如针对 NKp30 和 EGFR（另一种与 HER2 结构相似的 RTK）变构位点的功能性双特异性抗体形式，证明了 NK 细胞的参与并增强了肿瘤活性。与 T 细胞类似，NK 细胞可以独立于配体结合而被重定向和激活。 一种新形式的条件激活性抗体，其活性受环境调节以发挥其潜力，可以增强抗体的特异性。如由基于钙调蛋白接头的可切换抗体片段组成。钙调蛋白构象转换促使抗体片段内的构象变化影响抗原结合，使这种形式成为可以进行变构调节的超组装复合体。 3. 变构工具抗体：超越治疗应用 对变构抗体的探索为未来的治疗发展带来了巨大的希望，有可能带来更有效、更有针对性的治疗。这种变构抗体是药物发现领域的突破性进展，提供了调节蛋白质功能的独特机制。虽然它们的治疗应用有据可查，但这些抗体也可以在更广泛的药物发现背景下作为宝贵的工具。 3.1 支持高通量筛选 蛋白质构象的稳定是药物化学中的一项关键技术，对通过高通量筛选（HTS）发现小分子做出了重大贡献。最近，基因泰克的研究人员报告发现了能够结合并稳定 KRAS 特殊构象的抗体，类似于已批准的抗 KRAS 小分子诱导的构象。 70 ]。KRAS 是一种在癌症中失调的细胞内蛋白。虽然传统上治疗抗体无法接近，但它仍然是小分子的主要目标。长期以来，KRAS 被认为是不可成药的，直到构象口袋的识别和利用。通过捕获这种独特的构象，这些抗体可促进 HTS 并提高新型治疗化合物的发现率。同样，ConfoTherapeutics 开发了其专有的 高通量筛选 ConfoBodies 平台，该平台利用构象稳定的 VHH 来支持靶向 GPCR 的小分子的 HTS。这些 ConfoBodies 选择性地稳定 GPCR 的活性或非活性构象异构体。  3.2 结构研究的伴侣 构象变化使研究人员能够表征各种靶蛋白的无序区域。历史上，蛋白质构象的稳定是通过与片段抗原结合 (Fab) 共结晶来实现的。如今，VHH 等较小的抗体片段在 GPCR 等复杂蛋白质的研究中发挥着至关重要的作用。 并且对于获得高分辨率结构至关重要，特别是对于捕获独特的构象。此外，还报道了一种针对 TNF 的抗体，该抗体与 TNF 的变构位点结合，有助于阐明 TNF-TNFR1 复合物的结构，从而深入了解其动态。 总之，变构抗体不仅是有价值的治疗化合物，而且是药物发现的强大工具。它们稳定特定蛋白质构象的能力增强了 HTS 并促进结构研究。它们在推进药物化学和结构生物学方面的作用将扩大到更好地理解化合物的作用机制。 4. 设计变构抗体的未来方向 发现变构抗体的主要挑战之一是它们的鉴定，这主要是由于偶然性，尽管一些团体提出了有利于变构抗体的有偏倚的实验方法。然而，计算结构生物学的最新进展显着增强了我们识别相关变构位点的能力。这些计算方法可以与从头抗体设计的初始步骤相结合，为开发变构抗体提供更系统的方法。 4.1 变构位点鉴定 有多种计算方法可用于识别变构位点。然而，传统方法主要侧重于识别小分子可以结合的口袋。蛋白质-蛋白质相互作用，例如抗体-抗原界面，由于其动态性质和大尺寸，需要更通用的方法。 除了寻找口袋之外，更通用的方法是识别靶标蛋白中的变构网络以及关键区域之间的相应通信。这种理论理解源于蛋白质变构通讯的进化保守性，尽管它们的结构和序列存在可变性。例如，通过评估靶标蛋白不同区域之间响应结合事件和突变的能量学和因果关系，基于结构的变构统计模型（SBSMMA），提供了变构表位鉴定的框架。纳入 AlloSigMA 网络服务器，SBSMMA 允许通过靶蛋白正位点的扰动（即反向扰动方法）来检测变构活性区域，与机器学习（ML）方法相结合，有可能实现强大的预测能力。 4.2 迈向从头设计变构抗体 对蛋白质调控的理解与蛋白质结构预测的最新突破相结合，为设计针对给定变构位点的抗体提供了绝佳的机会。人工智能 (AI)和计算结构生物学的最新进展表明，可以利用 ML 算法从头生成针对结合亲和力和特异性进行优化的抗体序列。 更好地理解蛋白质的变构通讯也将有利于抗体的设计，因为抗体本身是高度动态的。抗体结构内的这些通信提供了对抗体功能的新理解，应全面考虑抗体功能，而不仅仅是关注其互补表位。 总而言之，这些先进的计算方法预计将使研究人员能够有效地定制针对特定变构位点的抗体，从而有可能改善治疗结果并减少脱靶效应。 参考：DOI: 10.1016/j.tips.2024.10.007 声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！ 长按关注本公众号  粉丝群/投稿/授权/广告等 请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓