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        雙特異性抗體在抗人類免疫缺陷病毒方面的研究進(jìn)展

        2023-02-01 12:45:22劉廣文秦嘉萍顧匯權(quán)劉嬙
        安徽醫(yī)藥 2023年2期
        關(guān)鍵詞:效力

        劉廣文,秦嘉萍,顧匯權(quán),劉嬙

        艾滋病(acquired immunodeficiency syndrome,AIDS)是威脅人類健康的重大傳染病之一。經(jīng)典的抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物治療(antiretroviral therapy,ART)[1]能夠極好地抑制感染,但它們無法清除人類免疫缺陷病毒(HIV),且存在耐藥性。單克隆抗體(mAb)具有高度特異性,是預(yù)防感染性疾病最有效的方法,由于其廣度的有限性,需使用mAb組合療法[2-4]。雙特異性抗體是在mAb的基礎(chǔ)上,對(duì)其進(jìn)行有目的的加工而獲得的工程抗體,具有非常強(qiáng)的抗HIV活性[5-6]。本文綜述了近期國內(nèi)外文獻(xiàn)中有關(guān)靶向不同抗原表位HIV雙特異性抗體研究的報(bào)道,以期為更深入的研究提供參考。

        1 雙特異性抗體的分子結(jié)構(gòu)

        雙特異性抗體可大致劃分為兩種分子形式:含有Fc區(qū)的IgG類和不含F(xiàn)c區(qū)的非IgG類[7]。IgG類雙特異性抗體,有兩個(gè)Fab區(qū)和一個(gè)Fc區(qū),相對(duì)分子質(zhì)量較大(>100 000 kD),具有較長的半衰期[8],穩(wěn)定性更高。非IgG類的雙特異性抗體,由兩個(gè)抗體的VL區(qū)和VH區(qū)組成,沒有Fc區(qū),有些也會(huì)由Fab片段組成,分子量(30~50 kD)小于整個(gè)IgG(150 kD),有助于穿透組織。但由于腎臟清除速率快,導(dǎo)致半衰期短,需要持續(xù)輸送用于延長作用時(shí)間[9-10]。

        在抗病毒免疫治療中,與傳統(tǒng)單抗的組合治療不同,雙特異性抗體能夠同時(shí)靶向兩個(gè)甚至多個(gè)靶點(diǎn),治療效果更好。目前雙特異性抗體分子結(jié)構(gòu)正在不斷創(chuàng)新,越來越多的新結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)出來,為多價(jià)抗體的設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)的技術(shù)平臺(tái)。

        2 抗HIV雙特異性抗體

        雙特異性抗體主要基于病毒和宿主細(xì)胞上特定的抗原表位,通過結(jié)構(gòu)修飾而得到的[11-13],雙特異性抗體在抗癌及抗炎領(lǐng)域已取得了巨大進(jìn)步,如今已開始探索將其應(yīng)用到抗HIV領(lǐng)域[14],針對(duì)不同靶向的雙特異性抗體如表1所示。

        表1 處于研發(fā)階段的抗HIV雙特異性抗體

        2.1 靶向HIV抗原表位的BsAb該種類型的抗體主要靶向HIV上的抗原表位,在源頭上抑制病毒的功能[15-16]?;诖耍珼avis-Gardner等[17]報(bào)道了基于HIV包膜蛋白(Env)上V2和V3糖基化位點(diǎn)設(shè)計(jì)的雙特異性抗體,具體來說,在一個(gè)抗體臂上帶有單鏈(scFv)形式的CAP256.VRC26.25 V2糖基化位點(diǎn)抗體,在另一個(gè)抗體臂上帶有完整的Fa形式的10-1074 V3糖基化位點(diǎn)抗體,另外在Fc區(qū)域引入了KIH結(jié)構(gòu),得到了BISC-1A和BICM-1A, BISC-1A是由CAP256.VRC26.25單鏈和10-1074組成的雙特異性抗體,而BICM-1A是由CAP256.VRC26.25和10-1074完整單抗組成cross-Mab結(jié)構(gòu)的雙特異性抗體。這兩種組合都能更有效地中和分離株,可能是因?yàn)樗鼈兺瑫r(shí)與Env的頂點(diǎn)和V3-聚糖表位結(jié)合顯著增加雙特異性抗體的效力。數(shù)據(jù)顯示,BISC-1A比BICM-1A具有更好的親和力,推測與完整的Fab結(jié)構(gòu)域相比,CAP256.VRC26.25的單鏈抗體Fc形式可能更好地將雙特異性抗體的Fc結(jié)構(gòu)域定位在V3糖基化位點(diǎn)附近。

        Bournazos等[18]開發(fā)了一種新的抗HIV雙特異性抗體,這種抗體的IgG區(qū)改造為IgG3亞型(IgG3C),同時(shí)保留IgG1 Fc的功能特性[19]。體外實(shí)驗(yàn)表明,IgG區(qū)結(jié)構(gòu)與抗體的中和能力有著密切的聯(lián)系,未經(jīng)過IgG區(qū)改造的雙特異性抗體中和能力相比單抗未有明顯提升,表明IgG1亞型的雙特異性抗體與傳統(tǒng)的單抗相比沒有優(yōu)勢。推測可能由于兩個(gè)Fab臂缺乏足夠的靈活性,無法實(shí)現(xiàn)Env三聚體的異二價(jià)相互作用。而將IgG區(qū)改造為IgG3C的雙特異性抗體,由于兩個(gè)Fab臂的長度增加,其韌性和靈活度也增加了,同時(shí)加強(qiáng)了Env三聚體的異二價(jià)相互作用,這種方法對(duì)整體IgG結(jié)構(gòu)的改變最小,也顯著增強(qiáng)中和廣度和效力。在感染 HIV-1 的人源化小鼠中該抗體顯示出比親本更強(qiáng)的中和活性,異二價(jià)BsAb能夠增強(qiáng)與Env的相互作用,從而通過FcgR介導(dǎo)的機(jī)制促進(jìn)病毒顆粒和感染細(xì)胞的清除。

        有研究者使用CrossMab 技術(shù)構(gòu)建出四種雙特異性IgG[20],每個(gè)臂都可以靶向不同表位,這些雙特異性IgG可以中和94%至97%的病毒,表現(xiàn)出比親本抗體更高的中和廣度和效力,其中VRC07 x PG9-16的廣度優(yōu)于任何一種單獨(dú)抗體,中和了病毒中的97%,平均IC50為0.055 mg/L。這種雙特異性IgG在體內(nèi)藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)方面也與其親本抗體組合相似。

        2.2 同時(shí)靶向HIV與宿主抗原表位的BsAb此類抗體能夠同時(shí)靶向病毒的表位與免疫細(xì)胞的表位,有利于免疫細(xì)胞對(duì)病毒進(jìn)行定位,從而達(dá)到抗HIV的目的[15-16]。Strokappe等[21]參考駱駝或其他駱駝科的純重鏈抗體(VHH)開發(fā)出新一代雙特異性抗體。單價(jià)VHH抗體由于體積小和超過平均長度的CDR3可以結(jié)合到隱藏的CD4結(jié)合位點(diǎn),且通常在高溫下穩(wěn)定?;谶@些特性,為了進(jìn)一步增加廣度和效力,構(gòu)建了雙特異性VHH,包含J3或3E3以及結(jié)合獨(dú)立表位的VHH。實(shí)驗(yàn)表明N端帶有CD4bs VHH的雙特異性VHH中和效果優(yōu)于C端帶有CD4bs VHH的雙特異性VHH。使用含有2E7或11F1F構(gòu)建的雙特異性VHH,對(duì)HIV C分支病毒96ZM651.02和ZM214表現(xiàn)出了更高的中和效力。其中J3-11F1F和3E3-11F1F對(duì)ZM214的效力增加了200多倍,而單體11F1F在濃度低于1 μmol/L時(shí)無法中和該病毒。對(duì)此的合理解釋可能是J3或3E3的結(jié)合引起構(gòu)象變化,使11F1F結(jié)合或增強(qiáng)11F1F結(jié)合,從而確認(rèn)HR1中間構(gòu)象上可能存在一個(gè)表位。

        值得注意,基于結(jié)構(gòu)修飾的BsAb雖然提高了其抗病毒的效能,但偏離正??贵w結(jié)構(gòu),不利于藥代動(dòng)力學(xué)和潛在免疫原性的研究,同時(shí)生產(chǎn)純化這種抗體也是一種挑戰(zhàn)[13,22-23]。Huang等[24]通過 Cross-Mab技術(shù)構(gòu)建出具有正常結(jié)構(gòu)的10E8V2.0/iMab和10E8V1.1/P140兩種BsAb,其中10E8V2.0/iMab能中和118種HIV-1假型病毒,且能抑制HIV-1感染小鼠的病毒載量,提前給藥能提供完全保護(hù)。Moshoette等[25]設(shè)計(jì)的iMab-CAP256雙特異性抗體可能與10E08-iMab在中和廣度和效力上互補(bǔ),10E08-iMab和iMab-CAP256聯(lián)合使用,可能會(huì)有更好的中和效果。無獨(dú)有偶,在人源小鼠中,Wu等[26]設(shè)計(jì)的BiIASG雙特異性抗體不僅表現(xiàn)出比親本分子更強(qiáng)的中和效力,且在HIV攻擊之前注射BiIA-SG即可獲得無菌保護(hù)。Niu等[27]在中華獼猴的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明,提前注射BiIA-SG可以防止中華獼猴感染SHIVSF162P3CN病毒[28],而在病毒激發(fā)后的第1天或第3天,單次注射BiIA-SG可顯著降低病毒血癥峰值,接受BiIA-SG治療的中華獼猴延遲疾病進(jìn)展數(shù)年。相比之下,未經(jīng)治療的中華獼猴在2年內(nèi)發(fā)展為SHIV。通過抗CD8b抗體耗竭實(shí)驗(yàn)確定,BiIA-SG誘導(dǎo)與CD8+T細(xì)胞長期保護(hù)作用相關(guān)[29],該發(fā)現(xiàn)提供了雙特異性抗體治療誘導(dǎo)非人靈長類中T細(xì)胞免疫的概念證明,這保證了BiIA-SG用于HIV-1預(yù)防和免疫治療的臨床開發(fā)。

        Seber Kasinger等[30]描述了一個(gè)基于植物的瞬時(shí)表達(dá)系統(tǒng)生產(chǎn)的雙特異性抗體VRC01Fab-Avaren,由靶向CD4結(jié)合位點(diǎn)的mAb VRC01的抗原結(jié)合片段(Fab)和靶向gp120的抗病毒凝集素(Avaren)組成的新型雙特異性抗體。有趣的是,VRC01Fab-Avaren以煙草花葉病毒為載體在煙草中表達(dá)。初步試驗(yàn)表明,VRC01AB-Avaren顯示出比二價(jià)母體分子VRC01-IgG和Avaren-Fc更強(qiáng)的中和作用,IC50值范圍為48-310 pM。這些結(jié)果支持了基于植物的瞬時(shí)過表達(dá)系統(tǒng)構(gòu)建的雙特異性抗體,與傳統(tǒng)的基于細(xì)胞培養(yǎng)的方法相比,植物表達(dá)系統(tǒng)提供了更高的生產(chǎn)速度、可擴(kuò)展性和安全性[31-32],使其成為藥物蛋白生產(chǎn)的一個(gè)有吸引力的選擇,為開發(fā)更有效的雙特異性和三特異性抑制劑提供了一個(gè)更好的平臺(tái)。鄭欽文等[33]也報(bào)道了一種新型單基因編碼的串聯(lián)雙特異性抗體iMab-PGT151,由靶向CD4的iMab抗體和靶向gp120和gp41交界面的PGT151抗體組成。該抗體由單一基因編碼,保證了產(chǎn)物的均一性,生產(chǎn)和純化更加方便高效。

        2.3 靶向宿主細(xì)胞抗原表位的BsAb此類抗體靶向宿主細(xì)胞的抗原表位,招募免疫細(xì)胞對(duì)其清除[15-16]。Sung等[34]設(shè)計(jì)了一種可以招募效應(yīng)T細(xì)胞的雙特異性抗體(HIV×CD3 DART),該雙特異性抗體一臂可以和受感染的宿主細(xì)胞抗原表位相連,另一臂是單價(jià)CD3抗體可以和效應(yīng)T細(xì)胞結(jié)合。HIV×CD3 DART可以錨定受感染并表達(dá)Env的細(xì)胞,重定向效應(yīng)T細(xì)胞特異性殺滅這些細(xì)胞。但當(dāng)HIV患者使用抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物治療時(shí),在沒有病毒感染的靶細(xì)胞的情況下,未觀察到T細(xì)胞活化,可能由于HIV×CD3 DART只能作用于感染并表達(dá)Env的靶細(xì)胞。Pollara等[35]使用人類臍帶血作為新生兒免疫系統(tǒng)的模型,以此來評(píng)估HIV×CD3 DART分子招募和重定向效應(yīng)T細(xì)胞的能力,從臍帶血中分離的T細(xì)胞相較于成人外周血分離的細(xì)胞,其殺傷力有所降低,這是由于缺乏記憶和效應(yīng)CD8 T細(xì)胞。當(dāng)它們被雙特異性DART分子重定向時(shí),它們的溶細(xì)胞作用可以達(dá)到最強(qiáng)[35]。Dashti等[36]對(duì)感染SHIV.C.CH505.375H.dCT的恒河猴分別進(jìn)行抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療和HIVxCD3 DART分子的混合物治療,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組在使用AZD5582+DART分子治療前后CD4+T細(xì)胞中總vDNA的水平穩(wěn)定,研究發(fā)現(xiàn)在沒有潛伏期逆轉(zhuǎn)的情況下,HIVxCD3 DART分子不能在體內(nèi)清除感染細(xì)胞,而潛伏期逆轉(zhuǎn)是誘導(dǎo)Env表達(dá)和允許DART分子識(shí)別的必要條件。

        Ramadoss等[31]以增強(qiáng)針對(duì)HIV感染細(xì)胞的自然殺傷(NK)細(xì)胞ADCC為目的設(shè)計(jì)的雙特異性抗體,該抗體由針對(duì)HIV-Env保守gp41殘基的單抗,和針對(duì)NK細(xì)胞上激活受體CD16的高親和力scFv組成,通過CD16將NK細(xì)胞連接到HIV感染的靶點(diǎn),CD16是NK細(xì)胞激活的有效觸發(fā)器[37],從而迫使NK細(xì)胞與這些細(xì)胞接觸并被激活。實(shí)驗(yàn)表明,與相應(yīng)單克隆抗體相比,bsAbs對(duì) gp41和CD16的親和力增加,由于bsAb能夠同時(shí)與NK細(xì)胞表面的兩個(gè)CD16受體結(jié)合,因此其親和力比單抗更高。此外,最近的研究表明[38],HIV通過隱藏Env數(shù)量以及ADCC表位,以此阻礙ADCC抗體的識(shí)別,有研究者猜測,由于HIV Vpu和Nef對(duì)CD4的下調(diào),降低了Env進(jìn)入CD4結(jié)合構(gòu)象的可能性[39-40]。為了克服感染細(xì)胞表面的CD4下調(diào),研究者設(shè)計(jì)了CD4mc,其可以結(jié)合Env并誘導(dǎo)CD4結(jié)合構(gòu)象,能夠改善ADCC介導(dǎo)抗體與Env的結(jié)合,并使HIV感染細(xì)胞對(duì)ADCC敏感[41-443]。Li等[44]設(shè)計(jì)的雙特異性殺傷細(xì)胞接合器BiKEs,通過激活受體CD16A與自然殺傷(NK)細(xì)胞結(jié)合,將其引導(dǎo)至表達(dá)Env的細(xì)胞并消除。他們通過柔性連接體將靶向CD4的mD1.22融合到CD16A的抗體結(jié)構(gòu)域,由于其尺寸小且完全來源于人類,可以有效穿透組織找到隱藏的CD4表位,并通過CD16A引導(dǎo)NK細(xì)胞殺死HIV-1感染的細(xì)胞。實(shí)驗(yàn)顯示,該BiKEs能夠結(jié)合所有HIV-1分離物的可能性,這些分離物體積小,完全來自人類,結(jié)合它們的高親和力和特異性,激活與CD16A的相互作用,導(dǎo)致HIV-1感染細(xì)胞的裂解,表明它們是有希望的候選療法,值得在動(dòng)物模型和人類中進(jìn)一步評(píng)估,以治療HIV-1感染。

        3 總結(jié)與展望

        隨著基因工程抗體的快速發(fā)展,雙特異性抗體技術(shù)也日趨成熟,數(shù)十個(gè)BsAb已經(jīng)進(jìn)入臨床研究階段,三個(gè)雙特異性抗體已批準(zhǔn)上市并應(yīng)用于腫瘤以及炎癥方面的治療,在病毒免疫治療方面也已起步。HIV雙特異性抗體通過改變結(jié)構(gòu)作用于病毒和宿主細(xì)胞的不同靶點(diǎn),具有更好的效力、廣度,值得進(jìn)一步研究。但Env的多樣性、mAb的病毒逃逸突變和進(jìn)入淋巴結(jié)或中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的濾泡區(qū)等解剖部位(病毒可以在這些部位建立宿主)仍是基于BsAb治療的主要挑戰(zhàn)。在未來,抗HIV雙特異性抗體藥物開發(fā)非常重要,基于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗體將會(huì)越來越多,不論是其單獨(dú)使用或與其他抗HIV療法聯(lián)合,都必將成為有效的治療方案。

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