华西医学期刊出版社
标题
  • 标题
  • 作者
  • 关键词
  • 摘要
高级搜索

四川大学华西医院卫健委移植工程与移植免疫重点实验室卢晓风团队:融合高亲和白蛋白结合域延长hTRAIL半衰期增强其体内抗肿瘤效果

四川大学华西医院卫健委移植工程与移植免疫重点实验室卢晓风研究员团队2016年4月在Journal of Controlled Release 发表论文“Fusion to an albumin-binding domain with a high affinity for albumin extends the circulatory half-life and enhances the in vivo antitumor effects of human TRAIL”(影响因子7.786)(长按下方二维码即可阅读原文)。




人肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(human tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand, hTRAIL)主要表达于NK、细胞毒性T细胞等免疫细胞,具有重要的肿瘤免疫监视功能。hTRAIL通过高表达于肿瘤细胞的死亡受体诱导其凋亡,而对表达保护性诱骗受体的正常细胞无明显毒性。因此,工程化重组表达的hTRAIL是较为理想的抗肿瘤候选药物。然而,临床试验显示hTRAIL体内抗肿瘤效果与其体外超强的肿瘤细胞杀伤活性不匹配,重要原因在于其体内半衰期过短(<1 h)。因此,开发易于制备、高效、安全的长效化hTRAIL剂型具有重要的临床应用价值。传统延长蛋白类药物半衰期的方法主要有聚乙二醇PEG修饰、白蛋白或IgG片段Fc的偶联或融合表达等,技术难度大,产物均一性和稳定性不佳。


白蛋白是血浆中最丰富的蛋白质,人体内半衰期长达19天。若能让hTRAIL与内源性白蛋白结合,则有望延长其半衰期,提高抗肿瘤效果。为此,研究人员通过生物信息学筛选,获得了能够与白蛋白结合的多肽结构域ABD(albumin-binding domain),其对白蛋白具有较高的亲和力(fM到nM级别)。研究人员设计将ABD与hTRAIL融合表达,构建双功能重组蛋白,通过ABD对白蛋白的结合实现hTRAIL的长效化(图1)。



图1 研究设计示意图


通过将ABD融合在hTRAIL的N末端和C末端,研究人员分别构建并制备了重组蛋白ABD-hTRAIL和hTRAIL-ABD。通过分子筛、ELISA、表面等离子共振等技术,研究人员发现由于空间位阻效应等因素影响,仅ABD-hTRAIL具有双功能分子能力,即兼具结合白蛋白和死亡受体的能力。体内药动学及组织分布研究表明,ABD-hTRAIL较hTRAIL的半衰期提升了约40~50倍。不仅如此,由于半衰期的延长,注射后24 h和48 h肿瘤组织中的ABD-hTRAIL的累积量至少为单独hTRAIL的10倍。在循环肿瘤细胞模型中, ABD-hTRAIL显示了更强的循环肿瘤细胞清除能力,抑制了其肺转移,延长了荷瘤小鼠的生存期。在皮下荷瘤模型中,ABD-hTRAIL更显著地抑制了实体瘤的生长(图2)。




图2 长效化ABD-hTRAIL重组蛋白的体内抗肿瘤效果



该研究利用白蛋白在体内具有较长半衰期的特性,将结合白蛋白的ABD结构域与hTRAIL其融合,实现了对hTRAIL的体内长效化改造。该研究提供的方法,能够大量制备长效化hTRAIL,为推动其临床转化奠定了坚实的基础,也为其它重组蛋白药物的体内长效化提供了新的策略。



专家点评一


Kinam Park本文被遴选为当期封面故事。杂志主编Kinam Park撰文‘通过结合内源性白蛋白增强hTRAIL抗肿瘤效果’(Enhanced antitumor effects of hTRAIL by binding to endogenous albumin)对本文进行了评述。该评述认为,在过去几十年中,hTRAIL作为抗肿瘤候选药物一直备受关注。临床试验表明,hTRAIL具有良好的耐受性,但其体内抗肿瘤效果与体外超强的细胞杀伤活性不匹配,重要原因之一是其体内半衰期短。以往的研究集中通过融合或偶联外源性物质来延长hTRAIL半衰期,过程复杂,产率低,成本高。白蛋白是人体血浆中最丰富的蛋白质,半衰期长达3周。本文通过融合小分子白蛋白结合域,赋予hTRAIL白蛋白结合能力,使其进入血浆后即与内源性白蛋白结合,进而延长半衰期,提高抗肿瘤效果。该研究提供了一种简单可行的,可以规模制备长效hTRAIL的方法,有助于hTRAIL作为抗肿瘤药物的临床转化。


评述详情参见:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27064072



Kinam Park, Ph.D. Journal of Controlled Release 杂志主编,美国普渡大学(Purdue University)药学教授。


专家点评二


柯博文研究员:基于白蛋白的药物控释已成为提高药物效果的重要手段。传统的药物递送策略主要是将药物与白蛋白直接融合或偶联。这样的方式不仅技术难度大,对反应条件和工艺控制要求较高,而且由于生物大分子之间的相互作用,容易导致蛋白药物受白蛋白影响而影响生物活性。此外作为血浆制品,引入外源性白蛋白可能具有一定的生物安全风险。该文作者巧妙地将白蛋白结合结构域ABD引入hTRAIL,从而实现了利用内源性白蛋白而非外源白蛋白作为载体,延长hTRAIL半衰期的目的。ABD结构简单,能在白蛋白和药物间形成缓冲结构,减弱二者由于空间位阻效应造成对药物活性的影响和干扰。值得一提是,在研究中作者发现,ABD融合于hTRAIL的N末端能够保持结合白蛋白的活性,而融合于C末端该功能几乎丧失。这表明蛋白类药物的改造具有相当的不可预见性,因此基于蛋白质药物的高级结构进行合理的设计十分必要。



柯博文,男,四川大学华西医院转化神经科学中心、麻醉手术中心研究员。团队围绕临床应用的重大需求,综合麻醉学、药学、化学生物学等多学科交叉,在围术期转化医学创新方面开展了系统的探索性工作,形成了极具个人特色的研究体系:聚焦临床需求进行麻醉创新药物的开发;开发全世界第一个一氧化碳药物用于疾病治疗和器官保护;发展分子探针与影像技术实现生物可视化的手术导航。所开发的多个麻醉手术新药相继进入临床前和临床试验阶段。目前以通讯作者/第一作者在Chem. Soc. Rev.、Angew. Chem.Int. Ed.等学术期刊发表SCI文章三十余篇,单篇最高影响因子40.18;当选中华医学会麻醉分会临床及转化医学学组副组长;入选四川省千人计划人才;获得Chem-The Cell Press Prize大奖、第二十届中国药学会-施维雅青年药物化学家奖等殊荣。研究成果被健康报、人民网、新浪网等数十家媒体报道和转载。


作者投稿心得


Journal of Controlled Release是药剂学领域顶级杂志,主要关注药物递送的新策略和新途径。通过分子改造缓释蛋白类药物在技术上极具挑战性。一方面,能否大量制备是蛋白类药物开发研究的前提和瓶颈。另一方面,蛋白质功能基于其高级结构,在生产制备和长效化改造工程中容易失活,需要详细摸索制备条件。此外,不同结构域融合后要实现双功能或多功能目标往往难以预测。本研究在蛋白类药物递送理念方面具有明显的创新性,选择的hTRAIL备受关注的抗肿瘤候选药物,分子改造成功,显示了良好的示范作用。因此,该研究引起了编辑和审稿人的极大兴趣。文章发表后即被杂志遴选为封面故事,并由主编撰文对其进行介绍,在学术界产生了一定的影响。


通信作者



卢晓风,四川大学华西医院卫健委移植工程与移植免疫重点实验室研究员,博士生导师,教育部新世纪优秀人才,四川省学术技术带头人后备人选,四川省卫生厅学术技术带头人后备人选,美国印地安那大学西北医学院博士后。主持完成国家自然科学基金面上项目6项,主研多项科技部973和国家临床重点专科等重大课题。领衔的团队一直致力于重组蛋白药物的研究和开发和工作,集中筛选识别目标细胞表面分子的小分子肽类结构域,并将其作为载体递送肽/蛋白,用于细胞异常增生性疾病的诊断和治疗。以第一和通讯作者发表SCI论文30余篇,单篇最高引用244次。其中,近期的两项研究分别被Journal of Controlled ReleaseTheranostics遴选为封面故事进行介绍。申请/授权美国发明专利和中国发明专利多项。


共同第一作者



杨浩,四川大学华西医院卫健委移植工程与移植免疫重点实验室副研究员,2010年于华西临床医学院获得博士学位,2013年博士后出站并留我院卫健委重点实验室工作。2018年开始从事蛋白质组学研究,并兼职主管我院蛋白质组学公共技术平台。研究工作主要围绕肿瘤等慢性疾病,利用蛋白质工程手段开发新型蛋白质靶向分子机器,针对相关靶点进行诊断和干预治疗研究,同时利用蛋白质组学等方法研究疾病发生发展分子机制,描画疾病相关生物标志物图谱。主持国家自然科学基金面上及青年项目、中国博士后基金特别资助等多项研究。作为主研人员,参与临床重点专科重点实验室建设项目、国家科技部973等10余项研究。以第一和和通讯作者在Theranostics、J Control Release、J Biol Chem等杂志发表SCI论文十余篇。


共同第一作者



李锐博士,2013年9月推免进入四川大学华西医院卫健委移植工程与移植免疫重点实验室,在卢晓风研究员的指导下攻读生物化学与分子生物学硕士学位,2016年9月获直博资格继续攻读博士学位。主要研究方向为肿瘤及肝纤维化靶向性生物大分子药物的研发与应用。在读期间发表SCI论文4篇,其中以第一作者身份在J Control Release杂志发表论文1篇并被评为Cover Story;参与国家自然科学基金项目2项,以负责人身份获批研究生科创基金重点项目1项,并获得博士一等奖学金,优秀学术之星等荣誉。



版权声明:华西微家倡导尊重和保护知识产权。欢迎转载、引用,但需取得本平台授权。如您对文章内容版权存疑,请致电028-85422587,我们会与您及时沟通处理。本站内容及图片仅供参考、学习使用,不为盈利且不作为诊断、医疗根据。


本文编辑:刘雪梅

本文排版:陈红梅 张洪雪

Format

Content