frontier-banner
Frontiers
Home>Frontiers>

Nature Communications | 基于超分子卷曲螺旋肽平台实现抗体药物偶联物的位点特异性修饰

Nature Communications | 基于超分子卷曲螺旋肽平台实现抗体药物偶联物的位点特异性修饰
--

小赛推荐:

该研究为抗体药物偶联物(ADC)的位点特异性偶联提供了全新的超分子组装策略,显著提升偶联均一性与稳定性,为肿瘤靶向治疗的临床前设计提供了可模块化、可扩展的新工具。

 

文献概述

本文《Supramolecular coiled-coil peptide platform for site-specific antibody drug conjugate engineering》,发表于《Nature Communications》杂志,系统探讨了利用超分子卷曲螺旋结构实现抗体药物偶联物(ADC)的位点特异性修饰。作者开发了一种基于异源二聚卷曲螺旋的非共价组装平台,能够在温和水相条件下实现抗体与多种载荷(如细胞毒素、聚合物、酶、荧光探针等)的模块化偶联,同时保留抗体的抗原结合能力与Fc功能。该方法通过基因工程在抗体C端融合接收肽,再与携带载荷的对接肽自组装,实现高均一性偶联。相较于传统赖氨酸或半胱氨酸偶联技术,该策略克服了异质性高、偶联位点不可控等瓶颈。

背景知识

当前,抗体药物偶联物(ADC)在肿瘤治疗中展现出巨大潜力,但其临床转化受限于偶联过程的非特异性,导致药物抗体比(DAR)分布不均、药代动力学不稳定及脱靶毒性。传统方法依赖于IgG的赖氨酸或铰链区半胱氨酸进行偶联,但这些位点广泛存在,导致产物高度异质。此外,半胱氨酸偶联的硫醚键在体内易发生去偶联,影响疗效。因此,开发可精确控制偶联位点与DAR的新型技术成为领域焦点。本研究通过引入卷曲螺旋超分子识别系统,解决了HER2靶向ADC的偶联均一性与稳定性问题,为下一代ADC设计提供了新路径。该策略利用ErbB2高表达的肿瘤模型验证了其体内疗效,显示出优于传统ADC的抗肿瘤活性。

 

针对HER2阳性肿瘤研究,赛业生物提供HUGO-GT®全基因组人源化小鼠模型,支持精准模拟人类HER2基因表达与调控,适用于抗体药物药效评价与肿瘤免疫治疗研究。该模型保留完整基因组结构,可用于研究剪接变异与非编码区功能,是临床前研究的理想选择。

 

研究方法与核心实验

作者采用基因工程手段在曲妥珠单抗(trastuzumab)重链C端融合卷曲螺旋接收肽(P1–P4),在Expi293F细胞中表达并纯化抗体。通过圆二色谱(CD)与尺寸排阻色谱(SEC)验证其结构完整性与单体性。同时,合成含叠氮修饰的对接肽(如P4N3),通过DBCO-叠氮点击反应偶联多种载荷,包括MMAE、DM1、PEG、荧光染料、DNA寡核苷酸与酶(如HRP)。偶联产物与抗体接收肽在PBS中37°C孵育1小时完成自组装,经离心过滤纯化。利用ELISA、流式细胞术、MTS细胞毒性实验与生物膜层干涉(BLI)等技术系统评估偶联物的功能与亲和力。

在体内实验中,作者构建了SKOV-3(ErbB2高表达)人卵巢癌腹膜异种移植模型,评估ADC的药代动力学、生物分布与抗肿瘤疗效。通过IVIS成像监测载荷分布,ELISA检测完整偶联物水平,肿瘤体积与重量评估治疗效果,并与市售ADC(如trastuzumab vedotin)进行头对头比较。同时,设计双载荷系统,通过串联接收肽实现两种不同载荷的定点偶联,验证平台的多功能性。

关键结论与观点

  • 卷曲螺旋组装策略实现完全均一的药物抗体比(DAR=2),且偶联效率接近100%,显著优于传统方法的异质性产物,为后续ADC优化提供了高精度工具
  • 对接肽与接收肽的结合亲和力达亚纳摩尔级(Kd = 6 × 10⁻¹⁰ M),确保偶联物在生理条件下稳定存在,且在血清中30天后仍保持96%完整性,远超传统硫醚键偶联的稳定性,提示其在体内药效研究中更具优势
  • ADC在ErbB2高表达的SKOV-3模型中显著抑制肿瘤生长,单次给药后肿瘤体积减少37倍,效果优于未偶联抗体,并与市售ADC相当,验证了HER2靶向治疗的临床潜力
  • 平台可拓展至双载荷偶联,如同时偶联两种不同荧光染料或药物,实现多机制协同治疗,为后续联合疗法设计提供了新思路
  • 卷曲螺旋结构不影响抗体与FcRn的结合,保障了抗体的长半衰期与组织穿透能力,是其优于其他位点特异性偶联策略的关键优势

研究意义与展望

该研究为ADC领域提供了首个基于超分子自组装的通用偶联平台,突破了传统共价偶联的局限性。其模块化设计允许快速筛选不同载荷与抗体组合,极大加速药物发现流程。更重要的是,其高稳定性与均一性有望降低临床ADC的毒性与免疫原性,提升治疗指数。

未来,该技术可拓展至其他靶点如Trop2、Nectin-4等,用于开发新一代ADC。结合基因敲入小鼠模型,可在人源化免疫系统中评估其免疫原性。此外,双载荷系统可用于抗体偶联双免疫调节剂,实现协同激活抗肿瘤免疫,推动免疫偶联药物的发展。

 

为加速HER2靶点验证与药物筛选,赛业生物提供基于HUGO-Ab®全人源化抗体小鼠的抗体发现服务,可高效生成高亲和力、低免疫原性的全人源抗体。结合AI辅助筛选与体外功能验证,缩短抗体开发周期,适用于单克隆抗体、双特异性抗体及CAR-T等细胞治疗研究。

 

结语

本研究开发的超分子卷曲螺旋肽平台为抗体药物偶联物的位点特异性修饰提供了革命性解决方案。通过非共价自组装机制,实现了高均一性、高稳定性与模块化偶联,克服了传统ADC的异质性与不稳定性难题。在HER2阳性卵巢癌模型中,该ADC展现出卓越的抗肿瘤活性,媲美甚至优于现有临床ADC,显示出强大的转化潜力。该技术不仅适用于肿瘤靶向治疗,还可拓展至双特异性偶联、免疫调节药物递送与诊断探针开发,为精准医学提供了通用工具。未来,结合人源化小鼠模型与药代动力学研究,有望加速其进入临床,成为下一代ADC的核心技术平台,重塑ErbB2驱动肿瘤的治疗格局。

 

文献来源:
Alina Ringaci, Ting-Yu Shih, and Mark W Grinstaff. Supramolecular coiled-coil peptide platform for site-specific antibody drug conjugate engineering. Nature Communications.
Boltz是由MIT等机构联合推出的结构生物学基础模型,聚焦于生物分子相互作用建模。目前AbSeek部署了最新版本的Boltz-2,功能覆盖结构预测与结合亲和力预测,特色体现在多模态能力、性能突破、方法创新、数据广度和开源生态等多个方面: