微生物所揭示 PD-1 靶向性肿瘤治疗抗体药物 nivolumab 作用机制

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微生物所揭示 PD-1 靶向性肿瘤治疗抗体药物 nivolumab 作用机制. |0 G: m/ m& [+ n  S5 h2 |
来源:微生物研究所 / 作者: / 2017-02-087 D+ a, N& ]7 i3 \& k
2 月 6 日，《自然 - 通讯》（Nature Communications）杂志在线发表了中国科学院微生物研究所微生物生理与代谢工程重点实验室研究员严景华与病原微生物与免疫学重点实验室研究员高福合作的题为 An unexpected N-terminal loop in PD-1 dominates binding by nivolumab 的研究论文。8 g# A' u& F$ M8 t
近年来，癌症免疫疗法研究为人类征服癌症带来了新的希望，其中最受关注的 PD-1/PD-L1 免疫疗法通过阻断 PD-1/PD-L1 信号通路，激活 T 细胞活性，利用人体自身的免疫系统来控制癌症。百时美 - 施贵宝公司开发的 PD-1 靶向性抗体药物 nivolumab 在临床应用中获得了令人鼓舞的疗效，2014 年 12 月获得美国食品药品监督管理局（FDA）加速批准，用于黑色素瘤及非小细胞肺癌等恶性肿瘤的治疗。为阐明 nivolumab 详细的作用位点及作用机制，指导 nivolumab 临床应用及新的靶向 PD-1 药物研发，该研究对 nivolumab 阻断 PD-1/PD-L1 相互作用模式以及 PD-1 蛋白糖基化修饰对其结合 nivolumab 的影响进行了系统研究，并比较了目前仅有的两个已上市 PD-1 靶向性抗体药物 nivolumab 和 pembrolizumab 在与 PD-1 相互作用中的竞争 / 协同作用。; [7 F/ H/ j4 c5 Q
通过解析 nivolumab 与 PD-1 复合物晶体结构，发现位于 PD-1 分子胞外免疫球蛋白功能域外的 N 端 loop 区域（N-loop）介导了其与 nivolumab 主要的氢键相互作用，而通过表面等离子共振技术（SPR）分析 nivolumab 与 PD-1 的亲和力，发现 N-loop 缺失的 PD-1 完全丧失了与 nivolumab 结合的能力，因此，N-loop 在 PD-1 与 nivolumab 相互作用中发挥了至关重要的作用。Nivolumab 的临床前研究报告表明其与 PD-1 的结合可能依赖于 PD-1 的糖基化修饰，而肿瘤细胞内源性表达的 PD-1 可能会由于糖基转移酶功能异常而导致 PD-1 糖基化修饰异常，从而使得 nivolumab 治疗效果受到影响，因此，研究人员对 PD-1 的糖基化修饰情况及其对 nivolumab 相互作用的影响进行了研究。在 PD-1 的结构中能够观察到其第 58 位天冬酰胺糖基化修饰位点的糖链修饰，然而通过 SPR 实验对 nivolumab 与 PD-1 的 4 个 N - 糖基化位点分别突变后蛋白的亲和力检测显示其与野生型 PD-1 蛋白亲和力并无显著差异。不仅如此，nivolumab 与无糖基修饰能力的原核细胞及差异性糖基修饰的昆虫细胞表达的 PD-1 之间相互作用的亲和力与哺乳动物细胞表达产生的 PD-1 无显著差异，表明 nivolumab 与 PD-1 的相互作用并不依赖于 PD-1 的糖基化修饰。通过 nivolumab 和 pembrolizumab 与 PD-1 相互作用模式的比较发现，二者结合 PD-1 不同区域，尽管其在 PD-1 上的结合面相互紧邻，但二者并未发生交互重叠。通过 OCTEC 对二者竞争 / 协同结合特性进行分析表明，PD-1 结合 niovlumab 后不能再有效结合 pembrolizumab，反之亦然。因此，尽管 nivolumab 和 pembrolizumab 结合 PD-1 的不同区域，其结合 PD-1 后产生的空间位阻对于进一步结合另一个抗体具有一定空间位阻效应。0 z5 V7 R6 ^4 x
该文第一作者是微生物所博士谭曙光、柴彦，以及微生物所与安徽大学联合培养硕士研究生张浩。文章：An unexpected N-terminal loop in PD-1 dominates binding by nivolumab& n& K0 ^5 J# `8 w( [
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图注：nivolumab 与 PD-1 的相互作用及其与 pembrolizumab 作用模式比较
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