一文读懂 | GPCR抗体开发的前景和挑战

2024-03-12

信使RNA细胞疗法

导读：G 蛋白偶联受体（GPCR, G protein-coupled receptor）是细胞表面的膜蛋白家族，在人体及多种动物体内广泛存在。GPCR 参与多种疾病的发生机制，如癌症、神经疾病、代谢疾病、免疫疾病和炎症等。因此，GPCR是药物开发的重要靶点。然而，由于跨膜蛋白自身的特性，GPCR靶向药物（尤其是抗体）开发的最大挑战在于抗原的可及性，在体外很难获得具有生物活性的全长GPCR蛋白。

今天的文章，菌菌总结了GPCR抗体开发的潜力和难点，包括GPCR抗体的应用前景、早期开发流程与面临的技术挑战。我们还汇总了当前的GPCR免疫原类型及优劣势，包括表达目标抗原的全细胞或细胞膜、VLP嵌合抗原、纯化后的抗原、DNA、以及最新技术驱动下的mRNA免疫原。

一、GPCR简介

GPCR是最大的蛋白质超家族之一，由800多个家族成员组成。这类受体的结构特点是具有七个跨膜结构域。GPCR激动剂能够诱导其构象变化，激活其与下游信号蛋白（以异三聚体G蛋白为主）的结合。GPCR家族蛋白作用于多种细胞通路。据早期文献报道，约40%的上市药物通过GPCR介导其效应。

GPCR的化学特性、结构、信号和药理学有助于靶向药物的开发。2012年的诺贝尔化学奖授予了Brian Kobilka和Robert Lefkowitz，以表彰他们关于“G蛋白偶联受体功能方面的重要发现”。

Preview

来源: 生物制品圈

根据既往报道，超过200个GPCR靶点在临床前或临床研究中显示出特异性抗体开发的可行性，涵盖多疾病领域，如肿瘤、代谢疾病、炎症、呼吸道疾病、感染性疾病等。目前，FDA已批准3种靶向GPCR或GPCR相关配体的单克隆抗体用于非肿瘤适应症，分别为莫格利珠单抗（mogamulizumab, C-C 趋化因子受体4(CCR4)）、erenumab（抗降钙素基因相关肽(CGRP)1型受体）和eptinezumab（CGRP）。

其他在研的GPCR抗体靶点包括但不限于C-C趋化因子受体7 (CCR7)、CCR5、C-X-C基序趋化因子受体2（CXCR2）、CXCR4、C-X3-C 趋化因子受体1（CX3CR1）、补体5a受体（C5aR）、G蛋白偶联受体（GPR20）、GPR56、β1-肾上腺素受体、胃泌素/胆囊收缩素B型受体（CCKBR）、趋化因子样受体1 （CMKLR1）、甲酰基肽受体1（FPR1）、胰高血糖素受体（GCGR）、蛋白酶激活受体4（PAR4）、富含亮氨酸重复单位的G蛋白偶联受体（LGR5）。

Preview

来源: 生物制品圈

二、GPCR抗体的早期开发流程

抗体类药物的早期开发流程一般为抗原选择、抗原制备、动物免疫、抗体筛选和测序，以获得特异性抗体序列，随后进行抗体改造、体外试验、动物试验和临床试验验证。

Preview

来源: 生物制品圈

2.1 GPCR抗原的选择和制备

抗原发挥免疫原的作用，刺激宿主动物产生特异性抗体，随后通过一定的筛选手段进行鉴别。抗原的选择和制备是抗体开发的重要环节。

目前，GPCR常用的免疫原种类包括：纯化的抗原、全细胞、细胞膜组分、病毒样颗粒（VLP）、合成多肽、DNA和mRNA。GPCR抗原的制备是一大技术难题，不同种类抗原的制备方式、免疫原性和特异性存在很大差异。

Preview

来源: 生物制品圈

2.2 动物免疫与GPCR抗体筛选

目标抗原制备完成后，下一步是进行动物免疫。常规单克隆抗体通常选择鼠、兔、羊等作为宿主动物进行抗原免疫；而纳米抗体（也称单域抗体）、重链抗体的筛选以羊驼或鲨鱼为代表。动物免疫的其他关键点包括宿主动物的年龄、抗原用量、注射方式和部位等。

随着传统单克隆抗体、双特异性抗体、抗体偶联药物、纳米抗体的发展，抗体筛选技术也趋于成熟，包括杂交瘤技术、B细胞筛选技术、噬菌体展示技术、酵母展示技术等。我们可以通过以上方法得到抗体序列，包括可变区域的互补决定区（CDR）。

Preview

来源: 生物制品圈

三、GPCR抗体开发的挑战

GPCR抗体的开发同样面临技术上的挑战，主要在于GPCR特异性抗原或抗原表位的可及性，及其与GPCR生物学的相关性。

当前虽存在多种类型的抗原用于抗体的筛选，然而或多或少存在缺陷与不足。全细胞抗原、膜组分和VLP存在其他背景抗原的干扰，免疫原性和特异性差；纯化抗原较难制备；多肽类抗原完整性差；DNA抗原细胞核内递送困难、抗原表达水平低且依赖佐剂。

依托mRNA这一近年趋向成熟的技术平台（核苷酸修饰和递送技术等不断优化），能够在目标宿主内表达天然有活性的GPCR蛋白。mRNA作为免疫原的独特优势，有望在GPCR抗体筛选中发挥有效作用，加速GPCR抗体成药的研发进程。

参考文献

[1] Hutchings CJ, Koglin M, Olson WC, Marshall FH. Opportunities for therapeutic antibodies directed at G-protein-coupled receptors. Nat Rev Drug Discov. 2017 Sep;16(9):787-810. doi: 10.1038/nrd.2017.91.

[2] Gulezian E, Crivello C, Bednenko J, Zafra C, Zhang Y, Colussi P, Hussain S. Membrane protein production and formulation for drug discovery. Trends Pharmacol Sci. 2021 Aug;42(8):657-674. doi: 10.1016/j.tips.2021.05.006.

[3] Hutchings CJ. A review of antibody-based therapeutics targeting G protein-coupled receptors: an update. Expert Opin Biol Ther. 2020 Aug;20(8):925-935. doi: 10.1080/14712598.2020.1745770.[4] High P, Carmon KS. G protein-coupled receptor-targeting antibody-drug conjugates: Current status and future directions. Cancer Lett. 2023 Jun 28;564:216191. doi: 10.1016/j.canlet.2023.216191.

内容来源于网络，如有侵权，请联系删除。

机构

适应症