嘉晨西海静脉注射IL-12自复制RNA抗肿瘤药物，药代动力学研究验证全身给药可行性！

2024-04-02

信使RNA疫苗临床研究

白细胞介素(IL)-12主要由激活的先天免疫细胞（如巨噬细胞、单核细胞和树突状细胞）产生，是一种有效的Th1型细胞因子。IL-12可以通过增强IFN-γ的产生来激活T细胞和NK细胞，以驱动CD4 T细胞向Th1型分化，并通过颗粒酶B和穿孔素分泌增强NK和CD8 T细胞对肿瘤细胞的细胞溶解能力。通过这些作用，IL-12有助于重塑免疫抑制性肿瘤微环境（TME），促进细胞毒性细胞在肿瘤细胞处募集，增强杀伤效率，介导肿瘤消退。然而，基于全身给药的重组IL-12蛋白治疗效果普遍不佳，并且存在严重的剂量限制性毒性，潜在解释是以耐受剂量向癌症患者TME递送的IL-12不足，无法使得肿瘤暴露于有效或高剂量的IL-12下。另一方面，与全身给药IL-12治疗相比，瘤内注射IL-12治疗具有明显的优势，包括提高IL-12的瘤内浓度，减少脱靶毒性和不良反应。然而，瘤内IL-12治疗的缺点也很明显，如可及肿瘤病灶的局限性和同一肿瘤病灶重复注射的局限性。因此，开发具有更优越治疗效果和更低毒性的IL-12治疗新型治疗方式将极大地造福晚期癌症患者。2024年3月28日，嘉晨西海研究团队在Scientific reports上发表了题为“Intravenous administration of IL-12 encoding self-replicating RNA-lipid nanoparticle complex leads to safe and effective antitumor responses”的研究论文。嘉晨西海探究了其编码IL-12的脂质纳米颗粒（LNP）封装的自复制RNA（srRNA）候选产品JCXH-211静脉注射治疗癌症的可行性。JCXH-211在荷瘤小鼠中的局部（瘤内）和全身（静脉内）给药均诱导肿瘤组织中IL-12的高水平表达，导致肿瘤微环境的调节和抗肿瘤免疫的全身激活。在多个小鼠实体瘤模型中，静脉注射JCXH-211不仅根除了预先建立的大肿瘤，还诱导了保护性免疫记忆，阻止了肿瘤的复发生长，在荷瘤小鼠和非人灵长类动物中均没有引起明显的全身毒性。自复制RNA平台自复制RNA（srRNA）是一种治疗和疫苗RNA平台，源自工程化的正链RNA病毒基因组。srRNA由5'帽类似物、5'和3'非翻译区（UTR）、poly(A)尾以及编码四种病毒非结构蛋白（NSP）和目标蛋白的多个编码序列组成。这些NSP形成一个复合物，赋予RNA依赖性RNA聚合酶（RdRp）活性，以启动srRNA编码的目的基因的复制。由于srRNA的自我复制活性，与传统mRNA疫苗相比，srRNA疫苗已被证明只需要低得多的剂量就能达到同等疫苗效果。病毒RNA是RNA感应模式识别受体（PRR）的有效激活剂，例如toll样受体（TLR）3、TLR7、TLR8 和视黄酸诱导基因I（RIG-I）样受体，可诱导I型IFN的表达，例如IFN-α和IFN-β。I型干扰素是肿瘤疫苗和传染病疫苗的有效佐剂，也是有效的免疫调节剂，可以辅助将免疫学上的“冷”肿瘤转化为“热”肿瘤。与病毒RNA一样，srRNA可以激活多种RNA感应PRR，促进人和小鼠细胞产生I型IFN，TME中激活的IFN信号通路已被证明与化疗和免疫治疗的多种癌症患者的良好预后呈正相关。因此，srRNA可以为癌症免疫治疗提供一个良好的平台。IL-12 srRNA-LNP序列与配方设计本研究中，IL-12 srRNA来源于正链RNA病毒家族中的甲病毒委内瑞拉马脑炎病毒（VEEV）TC-83株。该IL-12 srRNA包含Cap 0类似物、TC-83 5'和3' UTR、poly(A)尾部、TC83 NSP 1-4基因和单链IL-12基因（图1）。单链IL-12基因编码p40和p35亚基，通过柔性接头融合。图1. JCXH-211 srRNA序列设计JCXH-211使用了嘉晨西海专有的新型可电离阳离子脂质XH-07开发的LNP来进行IL-12 srRNA的体内递送（如图2）。srRNA-LNPs由XH-07，胆固醇，DSPC和DMG-PEG2000四种脂质组分以40:48:10:2的摩尔比和6的脂质/RNA（N/P）比混合组装而成。这些srRNA-LNP的平均直径约为80 nm，多分散指数为0.07-0.16，包封效率>85%。【JCXH-211使用的可电离阳离子脂质XH-07和srRNA序列在国际专利申请“INTERLEUKIN-12 SELF-REPLICATING RNA AND METHODS”（PCT/CN2022/139738）中进行了描述。】图2. 可电离阳离子脂质XH-07结构全身注射的JCXH-211药代动力学研究由于肿瘤具有快速但异常的血管生成和功能失调的淋巴引流，因此与正常器官相比，静脉内给药时，LNP在肿瘤中的滞留时间延长，积累可能增加。另一方面，恶性肿瘤由于其免疫抑制状态，可能具有较普通mRNA增强的srRNA复制和/或翻译的偏倚性。为此，嘉晨西海探究了全身注射JCXH-211的生物分布，以及是否能诱导与肿瘤内注射具有相当的抗肿瘤作用。srRNA生物分布如图3A所示，与注射前相比，静脉注射JCXH-211 12h后，肿瘤、血液、脾脏、肺、肾、肝脏、心脏、脑和卵巢中的srRNA水平显著升高。肿瘤引流淋巴结（DLN）和骨髓中的srRNA水平没有显著变化。其中，肿瘤表现出的srRNA水平明显高于其他器官组织部位（图3B）。有趣的是，静脉注射7天后，血液、肺、DLN、肝、心脏和骨髓中的srRNA水平恢复到注射前的水平，与注射后12 h的峰值水平相比，脾、肾、脑、卵巢中的srRNA水平虽然高于注射前，但也观察到显著降低（图3A）。相比之下，在静脉注射7天后，肿瘤内表达的srRNA水平比正常器官高200倍以上（图3C）。图3. JCXH-211的药代动力学研究IFN-γ水平全身注射JCXH-211后，肿瘤和血液中IFN-γ蛋白水平均显著升高，并在注射后3-7天达到峰值（图4C，D）。使用1.06 g/mL作为标准小鼠血清密度，则第7天血清中的平均IFN-γ浓度约为1098.28 pg/g，而第7天肿瘤中的平均IFN-γ浓度约为21,338.70 pg/g，因此肿瘤组织在注射后第7天的IFN-γ量比血液高19倍以上（P = 0.0077）。数据表明，静脉注射JCXH-211导致IL-12 srRNA和IL-12信号转导的下游效应分子IFN-γ主要在肿瘤组织中表达延长。图4. IL-12下游细胞因子IFN-γ的表达LNP生物分布研究团队进一步检测了LNP-srRNA制剂在不同组织中的直接生物分布。小鼠静脉注射Cyanine 5（Cy5）标记的LNP-srRNA-IL-12。在注射后2小时至24小时在肝脏中检测到强荧光信号。肿瘤、脾脏、肾脏和肺显示出低至中等水平的荧光信号，而在心脏中检测到极少的荧光（图5）。这一结果表明，LNP的积累似乎主要发生在肝脏中，而不是在静脉注射后立即发生在肿瘤中。图5. LNP-srRNA的生物分布结合srRNA的分布研究，研究团队推测，肿瘤细胞更倾向于srRNA复制和/或翻译，从而导致了IL-12的优先表达。体外实验中，小鼠B16F10、MC38、EMT6肿瘤细胞、健康小鼠脾细胞和结肠上皮细胞用编码IL-12p70的srRNA通过脂质胺或LNP进行转染。转染后48 h在上清液中测定IL-12p70的含量。结果显示，健康小鼠脾细胞和原代结肠上皮细胞均未表达IL-12p70，肿瘤细胞比健康的原代细胞更能驱动srRNA的IL-12p70表达（图5B）。小结JCXH-211的药代动力学研究表明，肿瘤组织中srRNA的选择性高表达水平可能是由于肿瘤环境中优先促进srRNA复制、表达而不是由于LNP在肿瘤局部高水平积累的结果，因此静脉注射JCXH-211后，小鼠肿瘤内srRNA积累水平明显高于其他正常组织。需要注意的是，本研究未评估静脉给药JCXH-211后每个器官中产生IL-12的特定细胞类型。数据显示，srRNA主要在注射部位肌肉、引流淋巴结和脾脏中表达。srRNA是直接分布到淋巴结和脾脏，还是进入免疫细胞，随后转运到淋巴结和脾脏，仍然难以捉摸。安全性研究为研究静脉注射JCXH-211是否会引起全身毒性，研究团队测定了JCXH-211治疗前后荷瘤小鼠血液中天冬氨酸氨基转移酶（AST）等肝毒性生物标志物的水平。在B16F10荷瘤小鼠中，对照组和JCXH-211处理组的血清AST水平无显著差异。后续观察到接受对照治疗的荷瘤小鼠随着肿瘤体积的增加而逐渐升高血清AST水平，这与先前研究表明的具有大B16F10肿瘤的小鼠血液中肝毒性生物标志物水平升高是一致的。图6. 注射后血清AST水平此外，将JCXH-211以100μg的剂量静脉注射给两只食蟹猴模型中，每周一次，持续3周。首次给药JCXH-211后血清中人IL-12p70的分析显示，两只动物中人IL-12p70的表达升高。治疗期间或治疗后体重、进食量、体温和心电图参数均无异常变化。在整个研究过程中，血液化学分析没有发现肝脏或肾脏毒性的证据。给药7天后，动物大体解剖结构没有观察到异常，表明静脉注射JCXH-211将减轻肿瘤负荷，而不会产生严重的全身毒性。表1. 食蟹猴模型给药实验有效性验证B16F10黑色素瘤B16F10小鼠黑色素瘤的肿瘤浸润T细胞量明显少于MC38小鼠结肠肿瘤，因此 B16F10小鼠黑色素瘤被认为是一种对免疫检查点抑制剂具有抗性的免疫“冷”肿瘤。前期实验证明，用IL-12 srRNA进行瘤内治疗可增加B16F10肿瘤中的T细胞和NK细胞并抑制B16F10肿瘤生长。实验观察到，静脉注射JCXH-211以剂量依赖性抑制B16F10小鼠黑色素瘤的生长，即使对肿瘤约为800毫米的小鼠也得到了显著抑制的治疗效果，尽管荷瘤小鼠的肿瘤浸润T细胞和NK细胞没有显著增加（图7A,B,C,D）。此外，JCXH-211静脉注射治疗降低了B16F10荷瘤小鼠中肿瘤浸润性多形核髓源性抑制细胞（PMN-MDSC）的水平，并增加了TME中程序性细胞死亡蛋白1（PD-1）阳性T细胞和NK细胞的水平（图7E,F）。图7. JCXH-21全身治疗后肿瘤浸润免疫细胞的分析与单独使用JCXH-211和抗PD-1抗体相比，JCXH-211和抗PD1抗体的联合使用显著提高了B16F10荷瘤小鼠的存活率，有50%的B16F10荷瘤小鼠在研究期间（53天）达到完全缓解（无肿瘤生存）（图8）。图8. JCXH-211和抗PD1抗体的协同抗肿瘤作用EMT6乳腺肿瘤已知EMT6乳腺肿瘤具有相对高水平的肿瘤浸润淋巴细胞，对免疫检查点抑制剂治疗敏感。研究显示，JCXH-211单药治疗呈剂量依赖性抑制EMT6荷瘤小鼠的肿瘤生长。在用JCXH-211单药治疗三次后，EMT6荷瘤小鼠的完全缓解率比B16F10小鼠高出六倍，且单次治疗也能够产生相当的完全缓解率（图9）。图9. JCXH-211对 EMT6乳腺肿瘤的治疗效果总结本研究表明，基于srRNA-LNP的IL-12疗法可以通过多种机制将IL-12浓缩在肿瘤组织中，包括先天免疫抑制TME和srRNA的自我复制特性，使肿瘤暴露于高剂量和有效剂量的IL-12。嘉晨西海西海肿瘤内给药JCXH-211治疗皮肤癌或晚期实体癌患者项目已经进入I期临床试验（NCT05539157和NCT05727839）。根据目前的研究结果，预计静脉注射JCXH-211将成为治疗不符合瘤内注射IL-12治疗条件的癌症患者的潜在选择。静脉注射治疗不需要特殊的医疗设备，如成像引导系统和专门操作团队，因此可以在社区医疗设施中使用，具有潜在的应用前景。参考资料[1]Wang, Z., Chen, Y., Wu, H.et al. Intravenous administration of IL-12 encoding self-replicating RNA-lipid nanoparticle complex leads to safe and effective antitumor responses. Sci Rep 14, 7366 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-57997-w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。