四川大學華西醫(yī)院衛(wèi)生健康委移植工程與移植免疫重點實驗室盧曉風研究員團隊2016年4月在Journal of Controlled Release 發(fā)表論文“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”（影響因子7.786）（長按下方二維碼即可閱讀原文）。
人腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導配體（human tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand, hTRAIL）主要表達于NK、細胞毒性T細胞等免疫細胞，具有重要的腫瘤免疫監(jiān)視功能。hTRAIL通過高表達于腫瘤細胞的死亡受體誘導其凋亡，而對表達保護性誘騙受體的正常細胞無明顯毒性。因此，工程化重組表達的hTRAIL是較為理想的抗腫瘤候選藥物。然而，臨床試驗顯示hTRAIL體內(nèi)抗腫瘤效果與其體外超強的腫瘤細胞殺傷活性不匹配，重要原因在于其體內(nèi)半衰期過短（<1 h）。因此，開發(fā)易于制備、高效、安全的長效化hTRAIL劑型具有重要的臨床應用價值。傳統(tǒng)延長蛋白類藥物半衰期的方法主要有聚乙二醇PEG修飾、白蛋白或IgG片段Fc的偶聯(lián)或融合表達等，技術(shù)難度大，產(chǎn)物均一性和穩(wěn)定性不佳。
白蛋白是血漿中最豐富的蛋白質(zhì)，人體內(nèi)半衰期長達19天。若能讓hTRAIL與內(nèi)源性白蛋白結(jié)合，則有望延長其半衰期，提高抗腫瘤效果。為此，研究人員通過生物信息學篩選，獲得了能夠與白蛋白結(jié)合的多肽結(jié)構(gòu)域ABD（albumin-binding domain），其對白蛋白具有較高的親和力（fM到nM級別）。研究人員設計將ABD與hTRAIL融合表達，構(gòu)建雙功能重組蛋白，通過ABD對白蛋白的結(jié)合實現(xiàn)hTRAIL的長效化（圖1）。
圖1 研究設計示意圖
通過將ABD融合在hTRAIL的N末端和C末端，研究人員分別構(gòu)建并制備了重組蛋白ABD-hTRAIL和hTRAIL-ABD。通過分子篩、ELISA、表面等離子共振等技術(shù)，研究人員發(fā)現(xiàn)由于空間位阻效應等因素影響，僅ABD-hTRAIL具有雙功能分子能力，即兼具結(jié)合白蛋白和死亡受體的能力。體內(nèi)藥動學及組織分布研究表明，ABD-hTRAIL較hTRAIL的半衰期提升了約40~50倍。不僅如此，由于半衰期的延長，注射后24 h和48 h腫瘤組織中的ABD-hTRAIL的累積量至少為單獨hTRAIL的10倍。在循環(huán)腫瘤細胞模型中， ABD-hTRAIL顯示了更強的循環(huán)腫瘤細胞清除能力，抑制了其肺轉(zhuǎn)移，延長了荷瘤小鼠的生存期。在皮下荷瘤模型中，ABD-hTRAIL更顯著地抑制了實體瘤的生長（圖2）。
圖2 長效化ABD-hTRAIL重組蛋白的體內(nèi)抗腫瘤效果
該研究利用白蛋白在體內(nèi)具有較長半衰期的特性，將結(jié)合白蛋白的ABD結(jié)構(gòu)域與hTRAIL其融合，實現(xiàn)了對hTRAIL的體內(nèi)長效化改造。該研究提供的方法，能夠大量制備長效化hTRAIL，為推動其臨床轉(zhuǎn)化奠定了堅實的基礎，也為其它重組蛋白藥物的體內(nèi)長效化提供了新的策略。
專家點評一
Kinam Park：本文被遴選為當期封面故事。雜志主編Kinam Park撰文‘通過結(jié)合內(nèi)源性白蛋白增強hTRAIL抗腫瘤效果’（Enhanced antitumor effects of hTRAIL by binding to endogenous albumin）對本文進行了評述。該評述認為，在過去幾十年中，hTRAIL作為抗腫瘤候選藥物一直備受關(guān)注。臨床試驗表明，hTRAIL具有良好的耐受性，但其體內(nèi)抗腫瘤效果與體外超強的細胞殺傷活性不匹配，重要原因之一是其體內(nèi)半衰期短。以往的研究集中通過融合或偶聯(lián)外源性物質(zhì)來延長hTRAIL半衰期，過程復雜，產(chǎn)率低，成本高。白蛋白是人體血漿中最豐富的蛋白質(zhì)，半衰期長達3周。本文通過融合小分子白蛋白結(jié)合域，賦予hTRAIL白蛋白結(jié)合能力，使其進入血漿后即與內(nèi)源性白蛋白結(jié)合，進而延長半衰期，提高抗腫瘤效果。該研究提供了一種簡單可行的，可以規(guī)模制備長效hTRAIL的方法，有助于hTRAIL作為抗腫瘤藥物的臨床轉(zhuǎn)化。
評述詳情參見：
Kinam Park, Ph.D. Journal of Controlled Release 雜志主編，美國普渡大學（Purdue University）藥學教授。
專家點評二
柯博文研究員：基于白蛋白的藥物控釋已成為提高藥物效果的重要手段。傳統(tǒng)的藥物遞送策略主要是將藥物與白蛋白直接融合或偶聯(lián)。這樣的方式不僅技術(shù)難度大，對反應條件和工藝控制要求較高，而且由于生物大分子之間的相互作用，容易導致蛋白藥物受白蛋白影響而影響生物活性。此外作為血漿制品，引入外源性白蛋白可能具有一定的生物安全風險。該文作者巧妙地將白蛋白結(jié)合結(jié)構(gòu)域ABD引入hTRAIL，從而實現(xiàn)了利用內(nèi)源性白蛋白而非外源白蛋白作為載體，延長hTRAIL半衰期的目的。ABD結(jié)構(gòu)簡單，能在白蛋白和藥物間形成緩沖結(jié)構(gòu)，減弱二者由于空間位阻效應造成對藥物活性的影響和干擾。值得一提是，在研究中作者發(fā)現(xiàn)，ABD融合于hTRAIL的N末端能夠保持結(jié)合白蛋白的活性，而融合于C末端該功能幾乎喪失。這表明蛋白類藥物的改造具有相當?shù)牟豢深A見性，因此基于蛋白質(zhì)藥物的高級結(jié)構(gòu)進行合理的設計十分必要。
柯博文，男，四川大學華西醫(yī)院轉(zhuǎn)化神經(jīng)科學中心、麻醉手術(shù)中心研究員。團隊圍繞臨床應用的重大需求，綜合麻醉學、藥學、化學生物學等多學科交叉，在圍術(shù)期轉(zhuǎn)化醫(yī)學創(chuàng)新方面開展了系統(tǒng)的探索性工作，形成了極具個人特色的研究體系：聚焦臨床需求進行麻醉創(chuàng)新藥物的開發(fā)；開發(fā)全世界第一個一氧化碳藥物用于疾病治療和器官保護；發(fā)展分子探針與影像技術(shù)實現(xiàn)生物可視化的手術(shù)導航。所開發(fā)的多個麻醉手術(shù)新藥相繼進入臨床前和臨床試驗階段。目前以通訊作者/第一作者在Chem. Soc. Rev.、Angew. Chem.Int. Ed.等學術(shù)期刊發(fā)表SCI文章三十余篇，單篇最高影響因子40.18；當選中華醫(yī)學會麻醉分會臨床及轉(zhuǎn)化醫(yī)學學組副組長；入選四川省千人計劃人才；獲得Chem-The Cell Press Prize大獎、第二十屆中國藥學會-施維雅青年藥物化學家獎等殊榮。研究成果被健康報、人民網(wǎng)、新浪網(wǎng)等數(shù)十家媒體報道和轉(zhuǎn)載。
作者投稿心得
Journal of Controlled Release是藥劑學領(lǐng)域頂級雜志，主要關(guān)注藥物遞送的新策略和新途徑。通過分子改造緩釋蛋白類藥物在技術(shù)上極具挑戰(zhàn)性。一方面，能否大量制備是蛋白類藥物開發(fā)研究的前提和瓶頸。另一方面，蛋白質(zhì)功能基于其高級結(jié)構(gòu)，在生產(chǎn)制備和長效化改造工程中容易失活，需要詳細摸索制備條件。此外，不同結(jié)構(gòu)域融合后要實現(xiàn)雙功能或多功能目標往往難以預測。本研究在蛋白類藥物遞送理念方面具有明顯的創(chuàng)新性，選擇的hTRAIL備受關(guān)注的抗腫瘤候選藥物，分子改造成功，顯示了良好的示范作用。因此，該研究引起了編輯和審稿人的極大興趣。文章發(fā)表后即被雜志遴選為封面故事，并由主編撰文對其進行介紹，在學術(shù)界產(chǎn)生了一定的影響。
通信作者
盧曉風，四川大學華西醫(yī)院衛(wèi)生健康委移植工程與移植免疫重點實驗室研究員，博士生導師，教育部新世紀優(yōu)秀人才，四川省學術(shù)技術(shù)帶頭人后備人選，四川省衛(wèi)生廳學術(shù)技術(shù)帶頭人后備人選，美國印地安那大學西北醫(yī)學院博士后。主持完成國家自然科學基金面上項目6項，主研多項科技部973和國家臨床重點?？频戎卮笳n題。領(lǐng)銜的團隊一直致力于重組蛋白藥物的研究和開發(fā)和工作，集中篩選識別目標細胞表面分子的小分子肽類結(jié)構(gòu)域，并將其作為載體遞送肽/蛋白，用于細胞異常增生性疾病的診斷和治療。以第一和通訊作者發(fā)表SCI論文30余篇，單篇最高引用244次。其中，近期的兩項研究分別被Journal of Controlled Release和Theranostics遴選為封面故事進行介紹。申請/授權(quán)美國發(fā)明專利和中國發(fā)明專利多項。
共同第一作者
楊浩，四川大學華西醫(yī)院衛(wèi)生健康委移植工程與移植免疫重點實驗室副研究員，2010年于華西臨床醫(yī)學院獲得博士學位，2013年博士后出站并留我院衛(wèi)生健康委重點實驗室工作。2018年開始從事蛋白質(zhì)組學研究，并兼職主管我院蛋白質(zhì)組學公共技術(shù)平臺。研究工作主要圍繞腫瘤等慢性疾病，利用蛋白質(zhì)工程手段開發(fā)新型蛋白質(zhì)靶向分子機器，針對相關(guān)靶點進行診斷和干預治療研究，同時利用蛋白質(zhì)組學等方法研究疾病發(fā)生發(fā)展分子機制，描畫疾病相關(guān)生物標志物圖譜。主持國家自然科學基金面上及青年項目、中國博士后基金特別資助等多項研究。作為主研人員，參與臨床重點?？浦攸c實驗室建設項目、國家科技部973等10余項研究。以第一和和通訊作者在Theranostics、J Control Release、J Biol Chem等雜志發(fā)表SCI論文十余篇。
共同第一作者
李銳博士，2013年9月推免進入四川大學華西醫(yī)院衛(wèi)生健康委移植工程與移植免疫重點實驗室，在盧曉風研究員的指導下攻讀生物化學與分子生物學碩士學位，2016年9月獲直博資格繼續(xù)攻讀博士學位。主要研究方向為腫瘤及肝纖維化靶向性生物大分子藥物的研發(fā)與應用。在讀期間發(fā)表SCI論文4篇，其中以第一作者身份在J Control Release雜志發(fā)表論文1篇并被評為Cover Story；參與國家自然科學基金項目2項，以負責人身份獲批研究生科創(chuàng)基金重點項目1項，并獲得博士一等獎學金，優(yōu)秀學術(shù)之星等榮譽。
版權(quán)聲明：華西微家倡導尊重和保護知識產(chǎn)權(quán)。歡迎轉(zhuǎn)載、引用，但需取得本平臺授權(quán)。如您對文章內(nèi)容版權(quán)存疑，請致電028-85422587，我們會與您及時溝通處理。本站內(nèi)容及圖片僅供參考、學習使用，不為盈利且不作為診斷、醫(yī)療根據(jù)。
本文編輯：劉雪梅
本文排版：陳紅梅 張洪雪