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        阻斷白介素12 p40功能的新型治療性單克隆抗體的開發(fā)

        2014-10-31 04:57:42李百勇王忠民王謙詹建軍黃昭亮龐醒華劉志兵葉才果李釗明刁思嫻張鵬夏瑜
        中國醫(yī)藥生物技術(shù) 2014年4期

        李百勇,王忠民,王謙,詹建軍,黃昭亮,龐醒華,劉志兵,葉才果,李釗明,刁思嫻,張鵬,夏瑜

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        阻斷白介素12 p40功能的新型治療性單克隆抗體的開發(fā)

        李百勇,王忠民,王謙,詹建軍,黃昭亮,龐醒華,劉志兵,葉才果,李釗明,刁思嫻,張鵬,夏瑜

        528437 廣東省中山市,中山康方生物醫(yī)藥有限公司

        設(shè)計并利用抗體工程方法構(gòu)建并制備全新序列的阻斷白介素 12(IL-12)p40 功能的單克隆抗體 MAB1,并對其生物學(xué)活性進(jìn)行鑒定,以制備可應(yīng)用于治療多種自身免疫病的 IL-12 通路的阻斷劑。

        根據(jù)已有的 IL-12 p40 蛋白序列,設(shè)計、構(gòu)建并制備了全新的單克隆抗體 MAB1,利用間接 ELISA 測定其與抗原結(jié)合的親和力,并用細(xì)胞學(xué)方法鑒定它的生物學(xué)活性。

        抗體 MAB1 與 p40 抗原的結(jié)合親和力為0.0399 nmol/L,并能明顯抑制 IL-12 誘導(dǎo)的人皮膚淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原(CLA)水平上調(diào)。其抗原結(jié)合能力以及抑制 IL-12 生物學(xué)活性能力與美國強(qiáng)生公司抗體藥 Stelara(ustekinumab)相當(dāng)或更優(yōu)。

        全新構(gòu)建的單克隆抗體 MAB1 可作為 IL-12 通路的高親和力阻斷劑,從而成為自身免疫疾病(例如斑塊型銀屑?。┲委熡眯滤幍呐R床候選藥物。

        細(xì)胞因子類; 白細(xì)胞介素 12 亞單位p40; 抗體,單克?。?自身免疫疾病

        白介素 12(interleukin-12,IL-12),又名細(xì)胞毒淋巴細(xì)胞成熟因子(cytotoxic lymphocyte maturation factor,CLMF),或者 NK 細(xì)胞刺激因子(natural killer cell stimulation factor,NKSF),是白介素家族中的一員。IL-12 具有獨(dú)特的異源二聚體結(jié)構(gòu),是由 p40 和 p35 兩個亞基通過二硫鍵共價連接形成。IL-12 參與機(jī)體的抗腫瘤[1-3]、抗過敏、抗感染[4]過程,但其過量又造成機(jī)體免疫調(diào)節(jié)失衡導(dǎo)致自身免疫病。由IL-12 誘導(dǎo)并促進(jìn)細(xì)胞介導(dǎo)的自身免疫已在非肥胖性糖尿?。∟OD)小鼠動物模型[5]、實驗性結(jié)腸炎[6]、膠原性關(guān)節(jié)炎(CIA)以及實驗性自身免疫性腦脊髓炎(EAE)[7]和實驗性自身免疫性葡萄膜炎(EAU)[8]動物模型中得到證實。還有許多研究報道 IL-12 參與狼瘡性腎炎的發(fā)病機(jī)制[9]。本文應(yīng)用以晶體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的單克隆抗體技術(shù)構(gòu)建特異性阻斷 IL-12 p40 抗體,作為 IL-12 通路的阻斷劑,為自身免疫疾?。ɡ绨邏K型銀屑?。┲委熡眯滤幍呐R床研究提供候選藥物。

        1 材料與方法

        1.1 材料

        1.1.1 細(xì)胞與主要試劑 293f 細(xì)胞、載體 pcDNA3.1/myc-his(-)A 購自美國 Invitrogen 公司,質(zhì)粒 DNA 經(jīng) Invitrogen 進(jìn)行測序驗證;p40 的 cDNA 購自北京傲銳東源公司[SC124116,IL12B (NM_002187)人cDNA 克隆];大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞 DH5a、瓊脂糖凝膠回收試劑盒購自天根生化科技有限公司;DNA ligation kit 購自 Takara(Ver.2.0 D6022S);限制性內(nèi)切酶R I、d III購自美國 NEB 公司;HRP 標(biāo)記的羊抗人 IgG 購自 Jackson Immuno Research 公司;淋巴細(xì)胞分離液購自美國 GE 公司。

        1.1.2 儀器 Multiskan FC 型酶標(biāo)儀、分光光度計 NanoDrop-2000 和 CO2培養(yǎng)箱均購自美國 Thermo 公司;JY600C 型電泳儀為君意東方公司產(chǎn)品;C-1000 touch 型 PCR 儀購自美國 Biorad 公司;AKTA Purifier 10 蛋白純化液相色譜系統(tǒng)購自美國 GE 公司;Avanti J-E 型高速落地離心機(jī)購自美國 Beckman 公司;FACS Calibur 型流式細(xì)胞儀購自美國 BD 公司。

        1.2 方法

        1.2.1 p40 篩選抗原表達(dá)載體的構(gòu)建 以購買的 p40 cDNA(SC124116)為模板擴(kuò)增 p40 基因,并在其后加上 his6 純化標(biāo)簽,兩端引入I、H I 兩個限制性酶切位點(diǎn),用瓊脂糖凝膠回收試劑盒回收 PCR 產(chǎn)物。

        將回收后的PCR擴(kuò)增產(chǎn)物和空載體pcDNA3.1/ myc-his(-)A 分別經(jīng)限制性內(nèi)切酶I、H I 酶切,再用瓊脂糖凝膠回收試劑盒回收酶切產(chǎn)物,利用 DNA ligation kit Ver.2.0 進(jìn)行連接反應(yīng),然后將連接產(chǎn)物轉(zhuǎn)化大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞 DH5a,涂布于含有 AMP 的 LB 培養(yǎng)基平板上。挑取平板上的單克隆在 LB 液體培養(yǎng)基進(jìn)行小量培養(yǎng)并進(jìn)行菌落 PCR 驗證,抽提陽性克隆的質(zhì)粒 DNA,并送 Invitrogen 進(jìn)行測序驗證。

        1.2.2 p40 篩選抗原(p40-his6)的表達(dá)及純化 將測序鑒定正確的 his 融合表達(dá)載體轉(zhuǎn)染 293f 細(xì)胞,于 37 ℃,8% CO2,130 r/min 環(huán)境下培養(yǎng) 7 d 后,離心收集上清。將上清于 6000 r/min 離心 20 min,再用 0.2 μm 濾膜過濾;濾液經(jīng)超濾濃縮換液至 Buffer A(50 mmol/L Tris,300 mmol/L NaCl,10 mmol/L 咪唑,pH 8.0)中,0.2 μm 濾膜再過濾,上樣至已用 PBS 平衡好的 1 ml HisTrap HP 柱;待樣品上完后用 Buffer A 沖洗,流速1 ml/min。然后用 0% ~ 60% Buffer B(50 mmol/L Tris,300 mmol/L NaCl,500 mmol/L 咪唑,pH 8.0)15 柱體積線性洗脫,流速 1 ml/min,收集流出峰,并進(jìn)行 SDS-PAGE 檢測;合并相應(yīng)洗脫峰,并用超濾濃縮管濃縮換液至 PBS 中,由此得到抗原 p40-his。

        1.2.3 p40 抗體 MAB1 序列的設(shè)計 p40 抗體 MAB1 的序列是根據(jù) p40 蛋白的三維晶體結(jié)構(gòu)[10]設(shè)計。其重鏈氨基酸序列如下:EVQLVQSGAEVKK PGESLKISCQSSGYSFTTYWIGWVRQMPGQGLEWIGIMSPVDSDIRYNPMFRGQVTMSVDKSSSTAYLQWSSLKASDTAMYYCARRRPGQGYFDFWGQGTMVTVSSASTKGPSVFPLAPSSKSTSGGTAALGCLVKDYFPEPVTVSWNSGALTSGVHTFPAVLQSSGLYSLSSVVTVPSSSLGTQTYICNVNHKPSNTKVDKKVEPKSCDKTHTCPPCPAPELLGGPSVFLFPPKPKDTLMISRTPEVTCVVVDVSHEDPEVKFNWYVDGVEVHNAKTKPREEQYNSTYRVVSVLTVLHQDWLNGKEYKCKVSNKALPAPIEKTISKAKGQPREPQVYTLPPSRDELTKNQVSLTCLVKGFYPSDIAVEWESNGQPENNYKTTPPVLDSDGSFFLYSKLTVDKSRWQQGNVFSCSVMHEALHNHYTQKSLSLSPGK;其輕鏈氨基酸序列如下:EIVLTQSPATLS ASPGERATISCRASQSVSSWLAWYQQKPGQAPRSLIYAASNLQSGIPARFSGSGSGTDFTLTISSLEPEDFAVYYCQQYNIYPYTFEGQGTRLEIKRTVAAPSVFIFPPSDEQLKSGTASVVCLINNFYPREAKVQWKVDNALQSGNSQESVTEQDSKDSTYSLSSTLTLSKADYEKHKVYACEVTHQGLSSPVTKSFNRGEC。

        1.2.4 p40 抗體 MAB1 表達(dá)載體的構(gòu)建 合成抗體 MAB1 的輕鏈和重鏈 cDNA 片段(包括I 酶切位點(diǎn)、Kozak 序列、信號肽、輕/重鏈的編碼區(qū)和d III 酶切位點(diǎn),cDNA 序列及擴(kuò)增引物均由中山康方生物醫(yī)藥有限公司設(shè)計),將帶有酶切位點(diǎn)的輕鏈和重鏈 cDNA 片段以及空載體pcDNA3.1/myc-his(-)A 分別經(jīng)限制性內(nèi)切酶I,d III 雙酶切,用瓊脂糖凝膠回收試劑盒分別回收酶切產(chǎn)物,利用 DNA ligation kit Ver.2.0 進(jìn)行連接反應(yīng),將重鏈的 cDNA 插入載體pcDNA3.1/ myc-his(-)A 的I,d III 酶切位點(diǎn)之間。然后將連接產(chǎn)物轉(zhuǎn)化大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞DH5a,涂布于含有 AMP 的 LB 平板上。挑取 LB 平板上的轉(zhuǎn)化感受態(tài)細(xì)胞 DH5a 的單克隆用 LB培養(yǎng)基進(jìn)行小量培養(yǎng)并進(jìn)行菌落 PCR 驗證,將含有插入片段的克隆作為陽性克隆,抽提陽性克隆的質(zhì)粒 DNA,并送 Invitrogen 進(jìn)行測序驗證。

        1.2.5 p40 抗體 MAB1 的表達(dá)及純化 將測序鑒定正確的 MAB1 重鏈表達(dá)載體和輕鏈表達(dá)載體(1:1)共轉(zhuǎn)染293f細(xì)胞,37 ℃,8% CO2,130 r/min 培養(yǎng) 7 d 后,離心收集上清。將上清 6000 r/min 離心 20 min,并用 0.2 μm 濾膜過濾,收集濾液;濾液上樣至已用 PBS 平衡好的 1 ml HiTrap protein A HP柱中;待樣品上完后用 PBS 沖洗,流速1 ml/min,紫外監(jiān)測為基線;改用 0.1 mol/L 檸檬酸(pH 3.5)洗脫,流速 1 ml/min,收集流出峰,并進(jìn)行 SDS-PAGE 檢測;合并相應(yīng)洗脫峰,并用超濾濃縮管濃縮換液至 PBS 中。

        1.2.6 間接 ELISA 測定p40 抗體 MAB1 的半數(shù)有效濃度 EC50酶標(biāo)板用抗原 p40-his(0.125 μg/ml)包被,37 ℃孵育 2 h。加入封閉液 4 ℃孵育過夜。加入梯度濃度的抗體 MAB1 為一抗,37 ℃溫育 30 min。用 HRP 標(biāo)記的羊抗人 IgG 作二抗(0.08 μg/ml),37 ℃孵育 30 min。TMB 顯色劑,用酶標(biāo)儀測 450 nm處值。

        1.2.7 CLA 蛋白表達(dá)水平檢測 將新鮮血液與淋巴細(xì)胞分離液按 3:4 的比例混合均勻,離心后取中間白膜狀細(xì)胞層即外周血單核細(xì)胞(PBMC)層,用血液緩沖液清洗 PBMC 后加入含 15%胎牛血清,25 mmol/L β-巰基乙醇,1%雙抗的 RPMI 1640 完全培養(yǎng)基并置于 37 ℃,5% CO2的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。將獲得的 PBMC 按 2 × 106個/ml 密度接種于 6 孔板,加入植物血凝素(phytohaemagglutinin,PHA)(50 μl/ml)培養(yǎng) 3 d 后收集細(xì)胞。按 1 ×105個/孔接種于 96 孔板,加入 IL-12(1 ng/ml)和(或)不同濃度的 MAB1 培養(yǎng) 3 d 后收集細(xì)胞。用 APC(1%)標(biāo)記的抗人皮膚淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原(CLA)抗體孵育 1 h 后,用流式細(xì)胞儀 FL4 通道(APC)檢測 CLA 蛋白表達(dá)情況。

        2 結(jié)果

        2.1 p40 抗原表達(dá)載體的構(gòu)建及純化

        p40 抗原的 cDNA 插入載體 pcDNA3.1/myc- his(-)A 的R I、d III 酶切位點(diǎn)之間,經(jīng)轉(zhuǎn)化大腸桿菌 DH5a 后的菌落 PCR 驗證電泳結(jié)果顯示含有插入片段的克?。寺?4、克隆 5 及克隆 8)為陽性克隆(圖 1)。

        陽性克隆的質(zhì)粒 DNA 測序結(jié)果顯示 C 端帶his6 標(biāo)簽的 p40 基因插入了載體pcDNA3.1/myc- his(-)A 中,融合表達(dá)載體轉(zhuǎn)染 293f 細(xì)胞經(jīng)純化后,得到抗原 p40-his 融合蛋白。SDS-PAGE 可見清晰蛋白條帶,分子量約 40 kD,與預(yù)計一致(圖 2)。

        bp M 1 2 3 4 5 6 7 8 500030002000 1000750500250100

        Figure 1 Identification of antigen p40 cDNA inby PCR, three clones (clone 4, 5 and 8) were found to be positive clones

        kD M 1 2 3 4 5 6 7 116664535 25 1814.4

        Figure 2 SDS-PAGE analysis of expression and purification of p40-his antigen

        2.2 p40 抗體 MAB1 表達(dá)載體的構(gòu)建及純化

        p40 抗體 MAB1 的序列是根據(jù) p40 蛋白的三維晶體結(jié)構(gòu)設(shè)計??贵w MAB1 的 cDNA 人工合成后,將輕鏈和重鏈 cDNA 插入載體 pcDNA3.1/ myc-his(-)A 的I、d III 酶切位點(diǎn)之間,轉(zhuǎn)化大腸桿菌 DH5a。然后經(jīng)菌落 PCR 驗證,電泳結(jié)果顯示所有克隆均含插入片段,均為陽性克隆(圖 3),抽提出陽性克隆的質(zhì)粒 DNA,經(jīng)測序驗證,測序結(jié)果顯示插入序列正確。

        MAB1 重鏈和輕鏈表達(dá)載體經(jīng)轉(zhuǎn)染 293f 細(xì)胞純化后,對得到的抗體 MAB1 進(jìn)行 SDS-PAGE 檢測。如圖 4 所示,SDS-PAGE 檢測純化后的MAB1 目標(biāo)蛋白大約在 50 kD 和 25 kD。

        2.3 p40 抗體 MAB1 的親和力測定

        采用間接 ELISA 方法檢測p40 抗體 MAB1的半數(shù)有效濃度 EC50,用酶標(biāo)儀檢測在 450 nm 處值并與野生型陽性對照抗體 ustekinumab 進(jìn)行對比。用軟件 softmax pro 6.2 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,計算出抗體 MAB1 半數(shù)有效濃度 EC50為 0.0399 nmol/L,ustekinumab 的 EC50為 0.0935 nmol/L(圖 5)。

        bp 1 2 3 4 5 M 6 7 8 9 10 2000 1000750500250100

        Figure 3 Identification of p40 antibody MAB1 inby PCR electrophoresis method

        kD 116664535 25 1814.4 重鏈(50 kD)Heavy chain 輕鏈(25 kD)Light chain

        Figure 4 SDS-PAGE analysis of expression and purification of p40 monoclonal antibody MAB1

        2.4 p40 抗體 MAB1 的細(xì)胞生物學(xué)活性分析

        采用流式細(xì)胞技術(shù)檢測經(jīng)過抗體處理過的PBMC 細(xì)胞的 CLA 水平,結(jié)果顯示加入了 MAB1 及 ustekinumab 的 PBMC 細(xì)胞的 CLA 明顯減少(圖 6)。由于 CLA 的上調(diào)是由 IL-12 誘導(dǎo)產(chǎn)生,因此證明這兩個抗體能抑制 IL-12 誘導(dǎo)CLA 上調(diào)的細(xì)胞學(xué)活性,且 MAB1 與 ustekinumab 相當(dāng)或更優(yōu)(圖 6)。

        3 討論

        IL12是一種促進(jìn)炎癥反應(yīng)的細(xì)胞因子,通過與其受體 IL-12R 的相互作用,能夠激活 NK 細(xì)胞,增強(qiáng) NK 細(xì)胞的細(xì)胞毒作用,也能促進(jìn) IFN-r 的分泌,從而促進(jìn)巨噬細(xì)胞的活化。IL-12 在腫瘤免疫、感染免疫及自身免疫中都發(fā)揮著重要作用。研究表明系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)患者的 IL-12 的過量表達(dá)會促進(jìn)狼瘡性腎炎(LN)的發(fā)展[9]。節(jié)段性回腸炎(CD)[6]、變應(yīng)性哮喘[11]、實驗性關(guān)節(jié)炎(experimental arthritis)[12]、銀屑病[13]等炎癥疾病的發(fā)生也被證實與 IL-12 的過量表達(dá)相關(guān)。

        OD4504 3 2 1 0 –6 –4 –2 0 2 Log (nmol/L)

        Figure 5 Analysis of concentration for 50% of maximal effect (EC50) of p40 antibody MAB1 and ustekinumab by using indirect ELISA

        IL-12 是由兩個亞單位 p35 和 p40 構(gòu)成的異二聚體。只有當(dāng)兩個亞基形成二聚體時,IL-12 才具有生物學(xué)活性。因此,應(yīng)用單克隆抗體封閉其 p40 亞基可以起到抑制 IL-12 活性的作用,從而達(dá)到治療或者緩解炎癥疾病的目的。目前已經(jīng)證實 IL-23 與 IL-12 共用 p40 亞基,而 IL-23 的過量表達(dá)與多種免疫疾病有關(guān),所以,選擇 p40 亞基作為阻斷的靶標(biāo),能夠同時抑制 IL-12 及 IL-23 的活性,對相關(guān)疾病的治療起到更好的作用。相關(guān)研究已證實 p40 單克隆抗體對于多種炎癥疾病能夠達(dá)到良好治療效果[14-16]。目前美國強(qiáng)生公司的IL-12 p40 單克隆抗體ustekinumab 已在美國、英國等多個國家上市,適應(yīng)證為銀屑病。本研究用的 p40 單克隆抗體 MAB1 采用與 ustekinumab 相同的作用靶點(diǎn),并且試驗證明MAB1 具有更高的親和力及阻斷 IL-12 活性的能力。MAB1 的開發(fā)為包括銀屑病在內(nèi)的多種免疫性疾病的治療提供了新的選擇。

        圖 6 流式分析法檢測 MAB1 和 ustekinumab 阻斷 IL-12 誘導(dǎo) CLA 上調(diào)

        Figure 6 Flow cytometry analysis of p40 antibodies MAB1 and ustekinumab blockade of IL-12 driven CLA upregulation

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        A novel monoclonal antibody directed interleukin 12 p40 blocks IL12 functions

        LI Bai-yong, WANG Zhong-min, WANG Qian, ZHAN Jian-jun, HUANG Zhao-liang, PANG Xing-hua, LIU Zhi-bing, YE Cai-guo, LI Zhao-ming, DIAO Si-xian, ZHANG Peng, XIA Yu

        To design and produce a new sequence antibody MAB1 that binds to the p40 subunit of IL12 and blocks IL12 function, for treating autoimmune diseases mediated by IL-12 activity.

        A monoclonal antibody MAB1 which specifically bond to IL-12 p40 was designed and constructed based on the crystal structure of IL-12 p40. The affinity of MAB1 directed p40 was assessed by indirect ELISA and inhibition of IL-12 induced cutaneous lymphocyte associated antigen (CLA) up-regulation was assessed by FACS analysis.

        In the present study, monoclonal antibodyMAB1 was successfully generated. It possessed high binding affinity to p40 and potent inhibitory effect of IL-12 induced CLA up-regulation. These activities were comparible or equivalent to the properties of ustekinumab.

        Monoclonal antibody MAB1 is a high affinity IL-12 antagonist and has potential to be developed for autoimmune diseases such as plaque psoriasis.

        Cytokims; Interleukin-12 subunit p40; Antibodies, monoclonal; Autoimmune diseases

        LI Bai-yong, Email: baiyong.li@akesobio.com

        10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2014.04.007

        廣東省中山市 2012 年度創(chuàng)新科研團(tuán)隊項目

        李百勇,Email:baiyong.li@akesobio.com

        2014-07-03

        Author Affiliation: Akeso Biopharma, Inc., Zhongshan, Guangdong 528437, China

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