难成药靶标PTPN2/PTPN1的抑制剂设计及免疫治疗研究

2023-11-13

免疫疗法

近年来，新兴的免疫疗法成为了癌症治疗的突破口。但是，能够从免疫治疗中持续受益的患者仅是少数，多数癌症患者或是对治疗无应答，或是容易产生耐药。因此，如何识别新靶标以提升肿瘤免疫疗法的适用范围，从而造福更广泛的患者，成为目前的一大难题。

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来源: 生物制品圈

蛋白酪氨酸磷酸酶PTPN2（也称TC-PTP）及其旁系同源物PTPN1（也称PTP-1B）在肿瘤细胞或免疫细胞中的基因缺失可促进抗肿瘤的免疫反应。因此，与目前的治疗方法不同，PTPN2/ N1靶向治疗可以通过直接作用于肿瘤细胞和增加免疫细胞的抗肿瘤活性来实现双重抗癌机制。然而，由于磷酸酶具有高度极性活性位点，被认为是一个“不可成药”靶点。由于PTPN2/N1在肿瘤和免疫细胞中的重要性以及其活性位点的高度同源性，研究人员试图发现一种针对这两种磷酸酶的小分子抑制剂。近期，艾伯维公司和Calico Life Sciences合作设计出一种能进入细胞并与PTPN2和PTPN1磷酸酶结合的小分子，可有效通过免疫调控实现肿瘤治疗。

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首先，研究人员以Thiadiazolidinone为苗头化合物并基于结构的药物设计，设计了能够与PTPN2和PTPN1相互作用的一系列小分子。继而，通过优化二巯二唑烷酮环和萘侧链附近的相互作用，发现了A-650，其表现出对PTPN2和PTPN1的强抑制作用，但其较差的理化性质阻碍了A-650的进一步优化。随后，通过对萘核的部分饱和得到相应的氨基四氢化萘，并对胺侧链进行优化，最终获得了优选分子AC484。PTPN2蛋白与AC484的晶体结构证实，在活性位点Cys216区域形成了几个关键的相互作用。AC484的细胞效价显著提高且口服给药即可有效达到体内强效药物水平。

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肿瘤细胞中PTPN2或者PTPN1的遗传消融增强了I型和II型IFN的信号转导，增加了下游效应，包括细胞生长阻滞、免疫细胞趋化剂的产生和抗原呈递的增加。他们比较了PTPN2/N1抑制对IFNγ基因缺失的影响，发现AC484在体外可剂量依赖性地增强IFNγ驱动的生长阻滞，此结论与PTPN2/N1缺失的B16肿瘤细胞中结论一致。进一步转录组分析结果显示，AC484处理和PTPN2/N1缺失的肿瘤细胞对IFNγ处理具有高度相似的整体转录反应。

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AC484处理的4种肿瘤模型中，AC484组肿瘤显著消退且小鼠生存率提高。每种模型中，AC484组的肿瘤消退和生存率与抗PD-1组相当或更优。在CT26模型中，AC484联合抗PD-1进一步提高疗效和生存期，表明两种治疗方式具有叠加效应。转移是癌症相关死亡的主要原因，研究人员采用B16肺转移模型，未治疗组和抗PD-1组的小鼠在第10天出现肺转移，而AC484组的小鼠未出现可检测的疾病，且生存率为100%。综上， AC484治疗不仅增强了对已形成的实体肿瘤的控制，而且提高了转移性肿瘤的生存期。

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为了进一步研究PTPN2/N1对淋巴细胞的抑制作用，他们分别重新聚集了CD4+ T细胞、CD8+ T细胞和NK细胞，这使得表型不同的T细胞和NK细胞群体具有更高的聚簇分辨率。经过AC484处理后，细胞毒性NK细胞数量显著增加，FOXP3+调节性T细胞相对减少，CD8+ T细胞数量则最多。为了探究AC484治疗对CD8+ T细胞衰竭的影响，他们将未处理小鼠、AC484治疗小鼠和抗PD-1治疗小鼠中的肿瘤浸润性SLAMF6+(祖细胞衰竭)和TIM-3+(末端衰竭)CD8+T细胞进行分类。在转录和表观遗传PCA中，SLAMF6+和TIM-3+样本明显聚集在一起，而AC484处理组则在SLAMF6+和TIM-3+亚群中出现了分离。

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差异基因分析显示，与抗PD-1处理的小鼠相比，AC484处理的小鼠TIM-3+ T细胞中记忆和效应基因标记的富集和耗竭相关基因减少。炎症反应、IL-6-JAK-STAT3信号和IL-2-STAT5信号是两组数据中最丰富的信号，与PTPN2/N1抑制导致JAK-STAT信号通路增加的结果一致。因此，AC484治疗通过增强JAK-STAT信号通路，导致效应细胞CD8+ T细胞的转录和表观遗传重编程，从而促进效应细胞功能，减少T细胞衰竭。

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AC484导致CD45+免疫细胞浸润增加，调节性T细胞相对减少，NK细胞浸润数量增加。AC484处理的肿瘤中CD8+ T细胞的TIM-3和TOX表达较低，与未处理的小鼠和抗PD-1处理的小鼠相比，TIM-3+ TOX+细胞的频率总体下降。AC484处理与未处理对照组相比，pSTAT5 MFI显著增加。因此，研究人员在蛋白质水平上证实，全身抑制PTPN2/N1可诱导STAT5通路的激活和与T细胞衰竭相关的标记物的减少。

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与对照组相比，AC484提高了激活的小鼠原代T细胞的最大耗氧率和细胞外酸化率，这表明线粒体和糖酵解代谢活性均增强。研究人员用AC484或对照药物处理SIINFEKL特异性OT-I转基因CD8+ T细胞4天后去除药物，并将T细胞转移到携带EL4-OVA肿瘤的小鼠体内。只有用AC484处理的T细胞的受体能够抑制EL4-OVA肿瘤的生长，并且10只小鼠中有4只有完全的反应。因此，AC484治疗可导致与改善CD8+ T细胞效应功能相关的表观遗传和代谢变化，即使在药物去除后依旧持续存在。

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为了从功能上评估AC484对CD8+ T细胞毒性和衰竭的影响，研究人员在AC484治疗或不治疗的情况下，对OT-I转基因小鼠分离的CD8+ T细胞重复刺激5天，并评估其表型和功能。AC484在慢性抗原刺激期间显著降低了TOX和PD-1的表达水平以及PD-1+TOX+ CD8+ T细胞的频率。此外，AC484诱导产生IFNγ和TNF的T细胞增加三倍，此为多功能的标志。然而，慢性刺激并经AC484处理的T细胞显示细胞毒性活性显著增强。

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因此，AC484在慢性抗原暴露过程中抑制PTPN2/N1显著降低了T细胞耗竭相关基因的表达，提高了CD8+ T细胞和NK细胞的细胞因子产量和细胞毒活性。综上所述，研究人员报道了一种新型口服生物可利用的PTPN2/N1活性位点抑制剂AC484，并完成了其作为抗癌药物的系列临床前表征。同时，研究人员证明了AC484可有效增强癌细胞对IFNγ的敏感性，并增强T细胞和NK细胞的激活和效应功能。目前，AC484正在I期临床研究中作为单一疗法以及与抗PD-1联合治疗实体瘤进行评估。

参考文献Christina K Baumgartner, Hakimeh Ebrahimi-Nik et al. The PTPN2/PTPN1 inhibitor ABBV-CLS-484 unleashes potent anti-tumour immunity. Nature 2023, 622(7984):850-862.

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