CN111153961B - 一种亲和pd-1的肽及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种亲和PD‑1的肽P1或其修饰肽,肽P1的氨基酸序列为SEQ ID NO.1,修饰肽为其丙氨酸扫描肽、点突变肽或截断肽。本发明肽的各氨基酸的构型独立地选自D型或L型。本发明的肽在亲和PD‑1的同时还能够阻断PD‑1/PD‑L1之间的相互作用,从而可作为开发PD‑1/PD‑L1抑制剂的先导肽,为抗肿瘤或其它类型疾病的药物研发提供基础。
Description
技术领域:
本发明属于生物制药技术领域,具体涉及一种亲和PD-1的肽及其在肿瘤等相关疾病方面的应用。
背景技术:
近年来,免疫治疗以其良好的疗效备受瞩目,给癌症晚期病人带来了新的曙光[1]。肿瘤免疫治疗主要是通过激发机体自身的免疫***,增强机体自身抗肿瘤能力,达到抑制和杀伤肿瘤细胞的目的。肿瘤免疫治疗可以有效防止肿瘤的复发与转移,延长患者生存期,是当前肿瘤治疗领域中最具前景的研究方向之一。2013年,《Science》杂志将肿瘤免疫治疗评选为年度十大科学突破之首。2018年,美国科学家James P.Allison和日本科学家TasukuHonjo因其在癌症免疫治疗领域所做出的巨大贡献被授予诺贝尔生理学或医学奖。
T细胞的活化需要经典的双信号***。第一信号由抗原与受体结合产生,APC提呈的抗原肽-MHC分子复合物和T细胞受体(TCR)结合后,通过CD3将抗原识别信号传入胞内,识别抗原信息。APC或靶细胞与T细胞表面的调节性受体(共刺激分子)相互作用,是T细胞活化所必需的第二信号,也称为共刺激信号。根据产生免疫效应的不同,T细胞表面的共刺激分子可以分为正性共刺激分子和负性共刺激分子。正性共刺激分子包括:CD28、OX40、CD27等;负性共刺激分子包括:PD-1、CTLA-4、LAG-3、TIGIT、TIM-3、VISTA等。目前又将共刺激分子称为免疫检查点(Immune checkpoint),通过激活或阻断这些信号可以起到抗肿瘤的作用,免疫检查点阻断疗法是肿瘤免疫治疗的重要手段之一。
程序性死亡蛋白-1(Programmed death-1,PD-1)最初是由TasukuHonj从凋亡杂交瘤中发现并克隆得到的,也称为CD279,属于免疫球蛋白CD28超家族。PD-1主要表达在活化的T细胞、B细胞以及NK细胞表面,是一种活化型T细胞表面分子。PD-1蛋白由288个氨基酸残基组成,包括胞外区、跨膜区及胞内区。胞内区含有两个酪氨酸残基,其中的N末端和C末端分别参与构成免疫受体酪氨酸抑制基序(Immunoreceptor tyrosine-based inhibitorymotifs,ITIM)和免疫受体酪氨酸转换基序(Immunoreceptor tyrosine-based switchmotifs,ITSM),ITSM是PD-1传导负性信号的主要结构域。
PD-1的配体PD-L1(CD274)和PD-L2(CD273),都属于CD28/B7家族,PD-L1广泛表达于分泌促炎性细胞因子的体细胞或肿瘤细胞,而PD-L2仅表达于一些肿瘤细胞、巨噬细胞和抗原提呈细胞。PD-1与PD-L1结合后,PD-1的ITSM结构域发生磷酸化,并募集蛋白酪氨酸磷酸酶SHP-2使下游的磷脂酰肌醇-3激酶(Phosphoinositide 3-kinase,PI3K)等分子发生去极化,从而传递负性信号。
正常状态下,活化的淋巴细胞表面的PD-1与其配体结合导致淋巴细胞适度凋亡,避免自身免疫疾病的发生。PD-1在肿瘤浸润淋巴细胞(Tumour infiltratinglymphocytes,TILs)上高表达,其配体PD-L1在乳腺癌、肺癌、头颈部鳞状细胞癌等肿瘤细胞上高表达,肿瘤微环境中浸润淋巴细胞产生的IFN-γ会诱导肿瘤细胞上调PD-L1的表达,致使肿瘤微环境中的PD-1/PD-L1信号通路持续被激活,T细胞的增殖受到抑制,活化过程遭到影响,分泌杀伤性细胞因子能力减弱,使肿瘤细胞逃避免疫***的攻击。阻断PD-1/PD-L1的信号通路可以阻断负性调控信号,在一定程度上恢复T细胞的功能,杀伤肿瘤细胞,达到抗肿瘤的目的。目前靶向PD-1的临床药物都为单克隆抗体,虽然取得了非常好的疗效,但是抗体类药物存在着价格昂贵、免疫原性强、肿瘤浸润性差、半衰期长免疫不良反应发生时不能及时终止去除等缺点,因此开发其它类型的阻断剂成为目前研究的热点。
多肽类药物一般只有一级和二级结构,没有更复杂的立体结构。与传统化疗药物和抗体相比,多肽类药物具有分子量小、渗透性强、免疫原性低、价格低廉等优点,使得多肽类药物在抗肿瘤研究方面受到了极大的关注。因此,开发更安全、更有效的多肽阻断剂具有深远的临床研究价值。
发明内容:
第一方面,本发明涉及一种亲和PD-1的亲和肽,其为肽P1或P1肽的修饰肽,肽P1氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示,所述修饰肽选自下述肽a、b或c所定义的肽或其组合:
肽a:肽P1的丙氨酸扫描肽,氨基酸序列独立选自SEQ ID NOs:2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12或13(NOs在本领域表示序列号的并列列举,即氨基酸序列分别为SEQ ID NO.2、SEQ ID NO.3……);
肽b:肽P1的点突变肽,其在肽P1的第1、4、5、8、9和/或10位氨基酸发生点突变;肽c:肽P14的C端截断肽,肽P14为肽P1第4位的氨基酸R突变为Y后的点突变肽,所述截断肽的氨基酸数目为3、4、5、6、7、8、9、11或12个;
所述亲和肽的各氨基酸的构型独立地选自D型或L型,如,各氨基酸均为D型或L型。C端截断肽,在本领域指从蛋白母体的C端截去1至多个氨基酸后得到的一系列更短的肽,如SEQ ID NO.21所示肽。
任选地,肽b中所述点突变独立选自如下突变:D突变为Y或N;F突变为R;R突变为Y;V突变为Y或W;P突变为W;N突变为D或W。
任选地,肽b为肽P1的1个氨基酸发生点突变所得到的肽。
任选地,所述亲和肽的氨基酸序列独立选自SEQ ID NOs:1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27或28。
任选地,所述亲和肽N端的1、2或3个氨基酸为D型,和/或C端的1或2个氨基酸为D型;需说明的是,本文中,当限定某氨基酸为D型而未指明其他氨基酸构型时,均默认其他氨基酸为L型,作为本发明的详细技术方案示例,序列如下:dDFYVWWPNFPR、ddFYVWWPNFPR、ddfYVWWPNFPR、dDFYVWWPNFPr、ddFYVWWPNFPr、dDFYVWWPNFpr、ddFYVWWPNFpr、ddfYVWWPNFPr或ddfYVWWPNFpr,小写字母代表对应氨基酸的D型,比如AspD-AspD-PheD-Tyr-Val-Trp-Trp-Pro-Asn-Phe-ProD-ArgD,缩写为d-d-f-Y-V-W-W-P-N-F-p-r。
第二方面,本发明提供了含前述第一方面所述亲和肽的药物组合物或试剂盒。
第三方面,本发明提供了前述第一方面所述亲和肽在制备药物组合物或试剂盒中的应用。
第二方面或第三方面所述的药物组合物可包含药学上可接受的赋形剂,可用于下述至少一种用途:
1)抗肿瘤,如结肠癌
2)治疗细菌、病毒或真菌引起的感染
3)治疗自身免疫性疾病
4)阻断PD-1蛋白与PD-L1配体结合;所述PD-1可为人源的野生型或仍保留其活性的突变型蛋白。
本发明的PD-L1是指哺乳动物PD-1蛋白的配体,如人PD-L1(hPD-L1)或小鼠的。PD-1与PD-L1可为野生型或仍保留其活性的突变型蛋白,比如本申请人在先专利CN108794619中的野生型或突变型PD-1。
另需注意的是,本专利的亲和肽,可以游离形式存在,也可以其药学上可接受的盐的形式存在,基于本专利思路的简单变形,均构成对本专利的等同侵权。
本发明的多肽可通过固相合成制得,如采用Fmoc方案制备。
本发明有益效果:
本发明独辟蹊径,通过反复筛选、优化获得了PD-1亲和肽,亲和阻断活性实验证实,这些肽均可阻断PD-1/PD-L1的结合。进一步的体外亲和力实验和小鼠体内抗肿瘤实验验证,高阻断率肽可显著抑制小鼠CT26结肠癌,故在肿瘤治疗及自身免疫性疾病、炎性疾病等方面均具有良好的应用前景。
附图说明:
图1为肽P2-P13在200μM阻断PD-1/PD-L1蛋白结合与200μM肽P1的相对阻断率的实验结果图;
图2为肽P1、P14-P20的相对阻断率的实验结果图;
图3为肽P14、P21-P28的相对阻断率的实验结果图;
图4为P14、肽P14-1至肽P14-9的相对阻断率的实验结果图;
图5为修饰肽P14-8 0.5mg/kg给药后小鼠瘤体积图,显著性分析标识**表示P<0.01。
具体实施方式:
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述,但是下列实施例仅用于说明本发明,而不应该为限制本发明的范围。
为便于本领域技术人员具体实施本发明,发明人对PD-1的亲和肽的制备过程简要说明如下:噬菌体展示肽库液相筛选得到母体肽P1,筛选过程如下:
1.以真核蛋白rhPD-1/Fc为靶标,采用液相差相筛选法进行噬菌体展示十二肽库的筛选工作;
2.经过几轮的筛选后,与靶蛋白rhPD-1/Fc有亲和力的噬菌体单克隆逐轮得到富集;
3.从中挑选阳性克隆进行测序,共得到多个***十二肽序列,其中多个具有重复克隆,母体肽P1为阳性克隆之一,序列为DDFRVWWPNFPR,氨基酸均为L型。
基于上述筛选获得的多肽P1,进行标准的Fmoc固相合成得到其修饰肽P2-P28、P14-1至P14-8,其中P2-P28的序列依次如SEQ ID NO.2-SEQ ID NO.28所示,且各氨基酸均为L型;P14-1至P14-9的序列均如SEQ ID NO.14所示,其中部分氨基酸为D型,具体依次为:dDFYVWWPNFPR、ddFYVWWPNFPR、ddfYVWWPNFPR、dDFYVWWPNFPr、ddFYVWWPNFPr、dDFYVWWPNFpr、ddFYVWWPNFpr、ddfYVWWPNFpr、ddfYVWWPNFPr;字母小写代表对应氨基酸为D型。
质谱鉴定无误后,后续进行亲和实验、阻断实验检测多肽的亲和及阻断能力,并检测肽的稳定性、进一步确证其抗肿瘤效果。
1、微量热涌动(MST)检测本发明亲和肽与hPD-L1亲和力,检测过程如下:
1.标记蛋白:染料使用前用PBS(pH=7.4)稀释至被标记蛋白浓度的三倍,将染料与蛋白按体积比1:1混合(100μL浓度为10μM的蛋白,100μL浓度为30μM的染料),室温,避光孵育30min;
2.冲洗柱子:将蛋白分离柱子放入15mL离心管中,用MST Buffer冲洗(一般冲洗10个柱体积,柱体积为500μL);
3.分离纯化蛋白:将步骤1中的蛋白染料混合液(200μL)悬空滴加到蛋白分离柱中,然后加入300μL的MST Buffer,待柱子不再滴出液体时,再加入500μL MST Buffer,从第一滴液体开始收集,收集完成后,上机检测荧光,并将蛋白荧光值稀释至600左右,分装后-80℃保存;
4.冲洗柱子:用MST Buffer冲洗至少10个柱体积,最后将柱子保存至20%酒精中;
5.样品准备:将多肽溶解至适当浓度(10-200μM),进行15次倍比稀释,得到16个浓度梯度样品,体系为10μL。每管加入10μL标记好的蛋白样品,混合均匀后离心排除气泡。冰上孵育5min后用MST专用毛细管吸取孵育后的液体,放置于仪器托;
6.上机检测:打开电脑启动MO.Control软件,选择(Red)通道Binding Affinity模式进行检测;
7.分析结果:使用NanoTemper分析软件MO.Affinity Analysis v2.2.4计算结合解离常数(KD值,单位μM):
经计算,肽P1KD=5.30±2.84,肽P14-P20KD值依次为0.19±0.14、0.028±0.014、0.80±0.37、1.27±0.57、0.38±0.27、5.07±3.28、4.23±2.93,肽P14-1至肽P14-9KD值依次为0.017±0.009、0.14±0.09、0.024±0.016、0.22±0.10、0.001±0.001、0.083±0.048、0.53±0.25、0.019±0.009、0.47±0.16。
2、阻断实验检测P1及其同系列多肽阻断hPD-1/hPD-L1结合的能力,具体方法如下:
1.收细胞:收集状态良好CHO-K1-hPD-1细胞,4000rpm 4℃离心洗涤两次,置于冰上备用;
2.孵肽:将步骤1中的细胞按5×105分至不同的1.5mL EP管中,实验组加入25μL多肽阻断剂(根据需要设置浓度,如肽P28、肽P14-1至肽P14-9浓度设为100μM)冰上孵育30min;设置蛋白管和阴性对照管,蛋白管和阴性对照管加入25μLPBS(pH=7.4);
3.孵蛋白:加入hPD-L1-Fc蛋白25μL(50ng)冰上孵育30min,阴性对照管加入25μLPBS(pH=7.4);
4.孵育二抗:加入10μL体系的Anti-Human IgG Fc PE荧光二抗,冰上避光孵育30min;
5.洗涤:1mL PBS(pH=7.4)4000rpm 4℃离心洗涤;
6.流式检测:每管中加200μL FACS buffer重悬细胞,避光转移到流式套管中,准备流式检测。
经测算,各肽均能阻断hPD-1/hPD-L1结合,肽P1-P13实验浓度设为200μM时,肽P1阻断率为45%,将其阻断率定义为100%,其同批次实验检测P2-P13测算得的相对阻断率如图1所示;肽P1、肽P14-P20实验浓度设为100μM时,仍将肽P1阻断率定义为100%,其同批次实验检测肽P14-P20测算得的相对阻断率如图2所示;肽P14、P21-P28浓度设为100μM时,同批次实验检测肽P14、P21-P28测算得的相对阻断率如图3所示;肽P14、肽P14-1至肽P14-9浓度设为100μM时,同批次实验检测肽P14、肽P14-1至肽P14-9测算得的相对阻断率如图4所示。
3、亲和肽酶降解稳定性实验
a)将代表性亲和肽用PBS(pH=7.4)溶解至100μM得母液,将100μL的10%的人血清溶液与900μL上述肽的母液迅速混匀,取出80μL混合液计时为0h,其余置于37℃培养箱进行酶解反应,并分别于之后的0.25h、0.5h、1h、2h、4h、8h、24h、48h取出80μL反应产物于EP管中,用于各个时间点酶解情况检测;
b)向上述不同时间点取出的样品中用移液枪加入90μL的乙腈,立即震荡混合均匀后,放置于冰上10min后移液枪加入90μL 0.5%的冰乙酸溶液以终止该酶解反应;
c)4℃预冷离心机,15000g离心15min后收集上清于新的EP管中,用于后续RP-HPLC分析。
酶降解稳定性实验表明,肽P14-2、肽P14-3、肽P14-7、肽P14-8等均比肽P14稳定性提高,其中肽P14-8在48h仍稳定存在,抗酶解能力显著。
4、为进一步展示亲和肽的抗癌等活性,在CT26结肠癌移植瘤模型以P14-8探究抗肿瘤效果,具体实施方法如下:
1.荷瘤
提前将小鼠的右侧背部剃毛等待荷瘤。收集生长状态良好的CT26单细胞悬液,调节细胞密度至1×106cells/mL,置于冰上。消毒荷瘤部位后,用1mL注射器吸取200μL CT26单细胞悬液(1×105cells)皮下荷瘤。
2.荷瘤小鼠分组及给药
荷瘤小鼠瘤体积至50-100mm3,按“S”型方式分2组,具体分组及给药情况如下所示:
给药14天,期间小鼠自由进食,隔天称量小鼠体重,测量小鼠的瘤体积(V=1/2×a(长)×b(宽)×c(高)),记录并绘制小鼠瘤体积图,如图5所示。
序列表
<110> 郑州大学
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<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 24
Asp Asp Phe Tyr Val Trp Trp
1 5
<210> 25
<211> 6
<212> PRT
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 25
Asp Asp Phe Tyr Val Trp
1 5
<210> 26
<211> 5
<212> PRT
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 26
Asp Asp Phe Tyr Val
1 5
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<211> 4
<212> PRT
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 27
Asp Asp Phe Tyr
1
<210> 28
<211> 3
<212> PRT
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 28
Asp Asp Phe
1
Claims (7)
1.PD-1蛋白的亲和肽,其氨基酸序列独立选自SEQ ID NOs:13、14、18,所述亲和肽的各氨基酸的构型独立地选自D型或L型。
2.如权利要求1所述的亲和肽,其特征是,所述亲和肽的各氨基酸均为D型或均为L型。
3.如任一在先权利要求所述的亲和肽,其特征是,所述亲和肽N端的1、2或3个氨基酸为D型。
4.如权利要求1所述的亲和肽,其特征是,所述亲和肽C端的1或2个氨基酸为D型。
5.如权利要求1所述的亲和肽,其特征是,所述亲和肽的氨基酸序列为dDFYVWWPNFPR、ddFYVWWPNFPR、ddfYVWWPNFPR、dDFYVWWPNFPr、ddFYVWWPNFPr、dDFYVWWPNFpr、ddFYVWWPNFpr、ddfYVWWPNFPr或ddfYVWWPNFpr,字母小写代表对应氨基酸为D型。
6.含任一在先权利要求所述亲和肽的药物组合物或试剂盒。
7.任一在先权利要求所述亲和肽在制备抗结肠癌药物或试剂盒中的应用。
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