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首揭IL-17RB抗原晶體結構 單株抗體邁向人類化

基因體研究中心馬徹研究員與李文華特聘研究員團隊解開IL-17家族中的IL-17RB如何促進癌症生長的機制,並且開發出適用在人體上的中和單株抗體1B12用來抑制這項機制。在原位癌實驗鼠模型中,顯示1B12可以有效減緩胰臟腫瘤的生長與轉移。這項研究成果近期已刊登在國際期刊《細胞報導》(Cell Reports)。

細胞激素IL-17家族和其對應的受體相互結合之後,會產生促發炎訊號(pro-inflammatory signal),因此掌控許多免疫反應的發炎訊息傳遞路徑。除了已知在自體免疫及發炎性疾病的進程扮演關鍵角色之外,近年來,李文華研究團隊從腫瘤細胞研究方向著手,發現IL-17RB在癌症中的重要角色。

從乳癌和胰臟癌的樣本中發現,一旦配體IL-17B和細胞膜上的受體IL-17RB結合,在癌細胞內產生自體分泌更多配體IL-17B,就會啟動癌症細胞活化加速生長與轉移。

為了抑制癌化路徑訊息傳遞,馬徹研究員與合作研發團隊發佈IL-17RB中和單株抗體D9與其複合體的X光繞射晶體結構,發現D9單株抗體占IL-17B與IL-17RB的配體結合位,使其無法活化與傳遞下游癌症活化路徑。同時在原位癌實驗鼠模型中,IL-17RB中和單株抗體D9可藉使胰臟腫瘤的生長遲緩並減少轉移。

單株抗體D9的來自於小鼠融合瘤細胞,其基因序列與人類不同,在走入後續的臨床階段之前,優化單株抗體D9是研究團隊的首要任務,一方面將D9抗體「人類化」,一方面提高抗體親和力。

本文第一作者博士班研究生李文心表示,抗體分子是由兩輕兩重的四條蛋白質長短鍊所組成,結合區有兩個對稱的抗原結合區,抗體和受體的抗原結合區必須極具專一性,就如鎖和鑰匙般吻合,兩者緊密結合才能產生預期的效果。抓到抗體和受體結合的點位,增加兩者之間的親和力,是增加抗體效能的不二法門。

本中心馬徹研究員多年研究單醣化疫苗,研究生李文心嘗試著去除抗原表面複雜的醣基,使用單醣IL-17RB ECD作為免疫抗原,激發老鼠產生高度免疫反應,再收集老鼠體內產生的抗體,進行融合瘤細胞單株篩選技術,篩選出單株抗體D9。經過實驗數據驗證,單醣化之後的IL-17RB ECD的效能提升了,這意味著少了膜蛋白表面龐雜的醣類,配體的結合區域的中和點位更容易被抗體辨識,因此能夠獲得更多的中和性單株抗體。

除此之外,為了找出優化抗體親和力,其研究團隊首度解出IL-17RB與D9抗體的X光繞射晶體結構,從中發現,D9結合於IL-17RB的纖連蛋白(fibronectin)區域一,造成IL-17RB蛋白質結構的改變,使其阻抗配體結合。運用蛋白質結構了解阻擋其配體進入的區域,就可以創造抗體專屬的結合空間,大大提高抗體與IL-17RB之間的親和力。

 

 2022 IL17 antibody F1
IL-17RB與D9抗體的X光繞射晶體結構

 

抗體人類化第一步,首先將六個老鼠D9的CDRs嫁接至人類抗Her2的抗體「賀癌平」( Herceptin )骨架上。賀癌平是目前台灣用於早期乳癌的標靶藥物,其為對抗Her2的單株抗體,治療Her2過度表現的乳癌患者。然而這第一步開始的並不順遂,研究團隊隨即面臨到一個問題:相較於母株D9,人類化後的hD9其具有親和力卻減弱了。為了重新提高親和力,研究團隊基於從蛋白質晶體結構所得到的訊息,運用噬菌體表達分子庫技術產生抗體CDR序列的變異性,接著針對標的抗原分子進行重複組合篩選,最終獲得結合強度更高的中和性人類化抗體:1B12。

 

 2022 IL17 antibody F2
IL-17RB拮抗劑抗體D9的人類化歷程

 

在原位癌實驗鼠模型中,病鼠每週以每公斤注射5毫克(mg)的劑量與人類抗體對照組相比,可以發現1B12 組的腫瘤重量比對照組小了1.34 倍,證明1B12可以有效減少腫瘤生長和轉移。這些結果在在顯示,D9人類化之後的1B12 抗體,其親和力更趨成熟,可以有效識別具有相似親和力的人類IL-17RB,並且抑制體內胰腺癌細胞的增殖。

 

 2022 IL17 antibody F3
單株抗體D9與改良親和力之後的人類複製版1B12效能比較

 

雖然抗體D9和1B12顯示了潛在的治療價值,作為抗癌藥物無疑還處於非常初始的階段,但是隨著最初第一代抗體全然來自老鼠,及至第二代進化到與人類抗體嵌合,第三代只取關鍵位點嫁接到人類抗體,一直到目前的第四代抗體,藉由改善親和力增強療效,一步步走來,在研究人員的努力之下,我們離胰臟癌治癒的目標似乎更靠近了些。

IL-17RB單株抗體相關研究報導請參考本中心新聞資訊:
迎戰新冠變種病毒,去醣化棘突蛋白疫苗提供更有效的保護
李文華團隊打造IL-17RB抗體,證實可減緩胰臟癌的轉移

本次的研究論文「Structural basis of interleukin-17B receptor in complex with a neutralizing antibody for guiding humanization and affinity maturation」可在線上閱讀:https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(22)01411-5

 

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