CN113321722A

CN113321722A - 白介素2突变体及其应用

Info

Publication number: CN113321722A
Application number: CN202110387222.3A
Authority: CN
Inventors: 纪恩; 王春雨; 吴艳玲
Original assignee: Suzhou Furong Biotechnology Co ltd
Current assignee: Suzhou Furong Biotechnology Co ltd
Priority date: 2021-04-13
Filing date: 2021-04-13
Publication date: 2021-08-31
Also published as: WO2022218292A1; EP4324847A1; CN116854802A

Abstract

本发明涉及一种白介素2(IL－2)突变体及其应用。通过计算机辅助分子设计选取关键位点，基于合成生物学技术，构建IL－2突变体噬菌体展示文库，结合正反向筛选策略，筛选偏向性的IL－2突变体。与野生型IL－2相比，本发明的IL－2突变体具有降低的IL－2Rα受体亲和力，升高或相当的IL－2Rβ受体亲和力，可以偏向性激活效应T细胞，激活NK细胞及刺激干扰素γ的释放。本发明还提供了编码该新型IL－2突变体的核酸、包含该核酸的载体和宿主细胞，进一步提供了制备该新型IL－2突变体的方法、包含该新型IL－2突变体的药物组合和该新型IL－2突变体的治疗用途。

Description

白介素2突变体及其应用

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及白介素2突变体、其制备方法、及构建白介素2突变体所需的核酸、质粒、宿主细胞，相应的药用组合物及其应用。

背景技术

白介素－2(IL－2)于1976年被发现，当时也被称作T细胞生长因子(TCGF)。主要由活化的I型辅助淋巴细胞TH1细胞分泌，在白介素基因表达的由153 残基组成的前体中，N端20个氨基酸残基组成信号肽，在分泌时被切除，产生成熟的分泌IL－2。IL－2具有4个反平行的、两亲性α螺旋，此4个α螺旋形成其功能必不可少的四级结构。

IL－2主要通过效应细胞膜上的IL－2受体发挥作用。IL－2受体(IL－2R)有 P55，P75，P64这3个亚单位，分别命名为IL－2受体α(IL－2Rα，CD25)，IL－2 受体β(IL－2Rβ，CD122)和IL－2受体γ(IL－2Rγ，CD132)。IL－2Rα与IL－2低亲和力结合(KD约1×10－8mol/L)，且不具备信号传递功能；IL－2Rγ不单独与 IL－2结合，只有在IL－2R的α、β和γ三者结合(KD约1×10－11mol/L)或β和γ 结合后(KD约1×10－9mol/L)才显示出与IL－2的高亲和性；信号传递功能与 β和γ有关，更多的是与γ有关。IL－2Rα主要表达在抑制性调节T细胞(Treg)和一些内皮细胞表面，而IL－2Rβ和IL－2Rγ则高表达在效应T细胞(Teff)和NK 细胞表面。由于静息状态的效应T细胞和NK细胞在细胞表面没有IL－2Rα，故对于IL－2相对不敏感，但是Treg细胞高表达IL－2Rα，对于低水平的IL－2更敏感。因此，正常情况下IL－2会优先刺激Treg细胞的增殖。在传统肿瘤免疫治疗过程中，为了激活更多的Teff细胞，必须使用高剂量IL－2，因此无可避免的激活了大量的Treg，导致严重的血管渗漏综合征(vascular leakage syndrome，VLS)。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，本发明公开了新型白介素2突变体(IL－2突变体)的改造方法及一系列新型白介素2突变体，并进一步公开了编码这些白介素2突变体的核酸序列和氨基酸序列，包含这些核酸的载体，包含这些载体的宿主细胞。本发明还公开了新型白介素2突变体的药用组合物。本发明公开的IL－2突变体和组合物可以用于疾病的诊断和治疗。在其它实施方案中，这些新型白介素2突变体，核酸，质粒，和载体被用来诊断或治疗自身免疫疾病或癌症等相关疾病。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种白介素2突变体，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，

X1选自L，M，E，G，S，D，Y中的任一种氨基酸；

X2选自D，E中的任一种氨基酸；

X3选自F，L，V，Y，I中的任一种氨基酸；

X4选自K，H，G，Q，R，N，S中的任一种氨基酸；

X5选自Y，F，D中的任一种氨基酸；

X6选自F，A，Q，S，G，L中的任一种氨基酸；

X7选自C，A中的任一种氨基酸。

上述所述的白介素2突变体，作为一种优选的实施方案，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为L，X2为D，X3为 L，X4为H，X5为Y，X6为F，X7为C；优选地，所述白介素2突变体包含 SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为M，X2为D，X3为V，X4为 G，X5为F，X6为F，X7为C；更优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为E，X2选自D，E中的任一氨基酸， X3为F，X4为K，X5为Y，X6选自A，G中的任一氨基酸，X7选自C，A 中的任一种氨基酸。

上述所述的白介素2突变体，作为一种优选的实施方案，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为E，X2为D，X3为 F，X4为K，X5为Y，X6为A，X7为C；优选地，所述白介素2突变体包含 SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为E，X2为E，X3为F，X4为 K，X5为Y，X6为A，X7为C；更优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为E，X2为D，X3为F，X4为K，X5 为Y，X6为G，X7为C；进一步优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO： 1所示的氨基酸序列，其中，X1为E，X2为D，X3为F，X4为K，X5为Y， X6为A，X7为A；更进一步优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1 所示的氨基酸序列，其中，X1为E，X2为D，X3为F，X4为K，X5为Y， X6为G，X7为A。

上述所述的白介素2突变体，作为一种优选的实施方案，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为G，X2为D，X3选自I，F，Y中的任一氨基酸，X4选自Q，N，S中的任一氨基酸，X5选自F， Y，D中的任一氨基酸，X6选自F，L中的任一氨基酸，X7选自C，A中的任一种氨基酸；优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为G，X2为D，X3为I，X4为Q，X5为F，X6为F，X7 为C；更优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为G，X2为D，X3为F，X4为N，X5为Y，X6为F，X7为C；进一步优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为G，X2为D，X3为Y，X4为S，X5为D，X6为L，X7为C；更进一步优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为G，X2为D，X3为F，X4为N，X5为Y，X6为F，X7为A；

优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为S，X2为D，X3为L，X4为Q，X5为Y，X6为F，X7为C；

优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为D，X2选自D，E中的任一氨基酸，X3选自L，F中的任一氨基酸，X4选自R，K中的任一氨基酸，X5选自F，Y中的任一氨基酸，X6选自F， Q，S，A中的任一氨基酸，X7选自C，A中的任一种氨基酸；

优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为D，X2为D，X3为L，X4为R，X5为F，X6为F，X7为C；

优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为D，X2为E，X3为F，X4为K，X5为Y，X6为Q，X7为C；

优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为D，X2为E，X3为F，X4为K，X5为Y，X6为S，X7为C；

优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为D，X2为D，X3为F，X4为K，X5为Y，X6为A，X7为C；

优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为D，X2为E，X3为F，X4为K，X5为Y，X6为Q，X7为A；

优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为D，X2为E，X3为F，X4为K，X5为Y，X6为S，X7为A；

优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为D，X2为D，X3为F，X4为K，X5为Y，X6为A，X7为A；

优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为Y，X2为D，X3为L，X4为G，X5为Y，X6为F，X7为C。

SEQ ID NO：1(IL－2突变体的氨基酸序列)

APTSSSTKKTQLQLEHLLLDLQMILNGINNYKNPX1LTX2MLTX3X4FX5 MPKKATELKHLQCLEEELKPLEEVLNX6AQSKNFHLRPRDLISNINVIVLEL KGSETTFMCEYADETATIVEFLNRWITFX7QSIISTLT

SEQ ID NO：2(突变体21－C1的氨基酸序列)

APTSSSTKKTQLQLEHLLLDLQMILNGINNYKNPLLTDMLTLHFYMPK KATELKHLQCLEEELKPLEEVLNFAQSKNFHLRPRDLISNINVIVLELKGSE TTFMCEYADETATIVEFLNRWITFCQSIISTLT

SEQ ID NO：3(突变体21－F9的氨基酸序列)

APTSSSTKKTQLQLEHLLLDLQMILNGINNYKNPMLTDMLTVGFFMPK KATELKHLQCLEEELKPLEEVLNFAQSKNFHLRPRDLISNINVIVLELKGSE TTFMCEYADETATIVEFLNRWITFCQSIISTLT

SEQ ID NO：4(突变体21－F10的氨基酸序列)

APTSSSTKKTQLQLEHLLLDLQMILNGINNYKNPELTDMLTFKFYMPK KATELKHLQCLEEELKPLEEVLNAAQSKNFHLRPRDLISNINVIVLELKGSE TTFMCEYADETATIVEFLNRWITFCQSIISTLT

SEQ ID NO：5(突变体22－A4的氨基酸序列)

APTSSSTKKTQLQLEHLLLDLQMILNGINNYKNPGLTDMLTIQFFMPK KATELKHLQCLEEELKPLEEVLNFAQSKNFHLRPRDLISNINVIVLELKGSE TTFMCEYADETATIVEFLNRWITFCQSIISTLT

SEQ ID NO：6(突变体22－B2的氨基酸序列)

APTSSSTKKTQLQLEHLLLDLQMILNGINNYKNPSLTDMLTLQFYMPK KATELKHLQCLEEELKPLEEVLNFAQSKNFHLRPRDLISNINVIVLELKGSE TTFMCEYADETATIVEFLNRWITFCQSIISTLT

SEQ ID NO：7(突变体22－D11的氨基酸序列)

APTSSSTKKTQLQLEHLLLDLQMILNGINNYKNPDLTDMLTLRFFMPK KATELKHLQCLEEELKPLEEVLNFAQSKNFHLRPRDLISNINVIVLELKGSE TTFMCEYADETATIVEFLNRWITFCQSIISTLT

SEQ ID NO：8(突变体22－E8的氨基酸序列)

APTSSSTKKTQLQLEHLLLDLQMILNGINNYKNPDLTEMLTFKFYMPK KATELKHLQCLEEELKPLEEVLNQAQSKNFHLRPRDLISNINVIVLELKGSE TTFMCEYADETATIVEFLNRWITFCQSIISTLT

SEQ ID NO：9(突变体23－A5的氨基酸序列)

APTSSSTKKTQLQLEHLLLDLQMILNGINNYKNPYLTDMLTLGFYMPK KATELKHLQCLEEELKPLEEVLNFAQSKNFHLRPRDLISNINVIVLELKGSE TTFMCEYADETATIVEFLNRWITFCQSIISTLT

SEQ ID NO：10(突变体23－C8的氨基酸序列)

APTSSSTKKTQLQLEHLLLDLQMILNGINNYKNPGLTDMLTFNFYMPK KATELKHLQCLEEELKPLEEVLNFAQSKNFHLRPRDLISNINVIVLELKGSE TTFMCEYADETATIVEFLNRWITFCQSIISTLT

SEQ ID NO：11(突变体23－H9的氨基酸序列)

APTSSSTKKTQLQLEHLLLDLQMILNGINNYKNPGLTDMLTYSFDMPK KATELKHLQCLEEELKPLEEVLNLAQSKNFHLRPRDLISNINVIVLELKGSE TTFMCEYADETATIVEFLNRWITFCQSIISTLT

SEQ ID NO：12(突变体24－C2的氨基酸序列)

APTSSSTKKTQLQLEHLLLDLQMILNGINNYKNPDLTEMLTFKFYMPK KATELKHLQCLEEELKPLEEVLNSAQSKNFHLRPRDLISNINVIVLELKGSET TFMCEYADETATIVEFLNRWITFCQSIISTLT

SEQ ID NO：13(突变体24－C6的氨基酸序列)

APTSSSTKKTQLQLEHLLLDLQMILNGINNYKNPELTEMLTFKFYMPK KATELKHLQCLEEELKPLEEVLNAAQSKNFHLRPRDLISNINVIVLELKGSE TTFMCEYADETATIVEFLNRWITFCQSIISTLT

SEQ ID NO：14(突变体24－D2的氨基酸序列)

APTSSSTKKTQLQLEHLLLDLQMILNGINNYKNPELTDMLTFKFYMPK KATELKHLQCLEEELKPLEEVLNGAQSKNFHLRPRDLISNINVIVLELKGSE TTFMCEYADETATIVEFLNRWITFCQSIISTLT

SEQ ID NO：15(突变体24－E4的氨基酸序列)

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SEQ ID NO：16(突变体21－F10－C125A的氨基酸序列)

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SEQ ID NO：17(突变体22－E8－C125A的氨基酸序列)

APTSSSTKKTQLQLEHLLLDLQMILNGINNYKNPDLTEMLTFKFYMPK KATELKHLQCLEEELKPLEEVLNQAQSKNFHLRPRDLISNINVIVLELKGSE TTFMCEYADETATIVEFLNRWITFAQSIISTLT

SEQ ID NO：18(突变体23－C8－C125A的氨基酸序列)

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SEQ ID NO：19(突变体24－C2－C125A的氨基酸序列)

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SEQ ID NO：20(突变体24－D2－C125A的氨基酸序列)

APTSSSTKKTQLQLEHLLLDLQMILNGINNYKNPELTDMLTFKFYMPK KATELKHLQCLEEELKPLEEVLNGAQSKNFHLRPRDLISNINVIVLELKGSE TTFMCEYADETATIVEFLNRWITFAQSIISTLT

SEQ ID NO：21(突变体24－E4－C125A的氨基酸序列)

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本发明的第二方面，提供了编码所述白介素2突变体的核酸分子。

本发明的第三方面，提供了包含所述核酸分子的质粒；优选地，可操作地连接调控序列。

本发明的第四方面，提供了包含所述质粒的宿主细胞；以及用于生产和任选地回收该白介素2突变体的方法。

本发明所述宿主细胞可以是任何原核细胞或真核细胞，包括但不限于细菌细胞(例如大肠杆菌)、昆虫细胞(例如利用杆状病毒表达***)、酵母或哺乳动物细胞(例如CHO或BHK细胞系)。其它合适的宿主细胞为本领域技术人员所知。优选宿主细胞为大肠杆菌细胞，其培养周期短且生产成本较低。

本发明的第五方面，提供一种药用组合物，所述的药用组合物含有有效预防或治疗剂量的权利要求1－4中任一项所述的白介素2突变体，权利要求5所述的核酸分子，或权利要求6所述的质粒，和一种生理学上或药学上可接受的载体；赋形剂或稳定剂混合制备而成。

所述的药用组合物包括但不限于冻干剂型、水溶液剂型、脂质体或胶囊剂型等。本发明的白介素2突变体、其核酸分子或质粒的浓度可从约0.1％变化为100％(重量)。

本发明的第六方面，提供一种有效量的权利要求1－4中任一项所述的白介素2突变体，权利要求5所述的核酸分子，权利要求6所述的质粒，或权利要求8所述的药用组合物在制备用于生物材料处理的药物中的用途。

本发明还提供一种诊断、预防或治疗疾病的方法，包括向受试者施用本发明所述的白介素2突变体、其核酸分子、质粒、以及药用组合物；所述的疾病为自身免疫性疾病、炎症性疾病、神经退行性疾病、癌症或病原体感染。

优选地，本发明的白介素2突变体可用于治疗癌症。本发明所述癌症包括但不限于淋巴瘤、胚细胞瘤、肉瘤(包括脂肉瘤)、神经内分泌肿瘤、间皮瘤、神经鞘瘤、脑膜瘤、腺瘤、黑素瘤以及非白血性白血病或淋巴恶性肿瘤。上述癌症更具体的实例包括鳞状细胞癌(如，鳞状上皮细胞癌)、肺癌、小细胞肺癌、非小细胞肺癌、肺腺癌以及肺鳞状细胞癌、腹膜癌、肝细胞癌、胃癌、胃肠癌、胰腺癌、恶性胶质瘤、***、卵巢癌、肝癌、膀胱癌、肝细胞瘤、乳腺癌、结肠癌、直肠癌、结肠直肠癌、子宫内膜或子宫癌、唾液腺癌、肾癌、 ***癌、外阴癌、甲状腺癌、肝癌、***癌、***癌、睾丸癌、食道癌、胆管肿瘤，头癌、颈癌、骨髓基质瘤、破骨细胞瘤、多发性骨髓瘤、溶骨性癌 (osteolytic bone cancers)、中枢神经***肿瘤、脑肿瘤(神经胶质瘤、成神经细胞瘤、星细胞瘤、成神经管细胞瘤、室管膜细胞瘤和视网膜成神经细胞瘤)、鼻咽癌、基底细胞癌、胆管癌、卡波氏肉瘤、原发性肝癌或子宫内膜癌、以及血管***肿瘤(血管肉瘤和hemagiopericytoma)。

优选的，本发明所述的白介素2突变体可用于治疗病原体感染。本发明所述病原体包括但不限于细菌、真菌、病毒、寄生虫。

本发明的白介素2突变体可用于治疗的病症具体包括但不限于：充血性心力衰竭(CHF)、血管炎、红斑痤疮、痤疮、湿疹、心肌炎和其它心肌病症、 ***性红斑狼疮、糖尿病、脊椎病、滑液成纤维细胞增生、骨质丢失、变形性骨炎(paget’s disease)、失用型骨质减少、营养不良、牙周病、家族性脾性贫血、朗罕氏细胞组织细胞增多病、脊髓损伤、急性脓毒性关节炎、骨软化症、皮质醇增多症、单骨纤维性骨发育不良、多发性骨纤维性发育不良、牙周再建以及骨折、肉样瘤病、骨转移/骨痛治疗和体液恶性高钙血症、强直性脊椎炎和其它脊椎关节病、移植排斥、病毒感染、血液瘤、何杰金氏淋巴瘤、非何杰金淋巴瘤(Burkitt’s淋巴瘤、小淋巴细胞淋巴瘤/慢性淋巴细胞性白血病、蕈样肉芽肿病、外套细胞淋巴瘤、滤泡性淋巴瘤、弥漫性巨大B细胞淋巴瘤、边缘区淋巴瘤、毛细胞性白血病以及淋巴浆细胞性白血病)、淋巴细胞前体细胞肿瘤、B细胞急性成淋巴细胞性非白血性白血病/淋巴瘤、T细胞急性成淋巴细胞性非白血性白血病/淋巴瘤、胸腺瘤、成熟T和NK细胞肿瘤、外周T细胞非白血性白血病、成熟T细胞非白血性白血病/T细胞淋巴瘤、大颗粒状淋巴细胞性白血病、朗罕氏细胞组织细胞增多症、急性骨髓性粒细胞性白血病的骨髓瘤，成熟的急性骨髓性白血病(AML)、分化的急性骨髓性白血病、急性前髓细胞性白血病、急性骨髓单核细胞性白血病、急性单核细胞性白血病、脊髓发育不良综合征、慢性骨髓增生病，慢性髓细胞性白血病、骨质疏松症、肝炎、HIV、AIDS、脊椎关节炎、类风湿性关节炎、炎性肠疾病(IBD)、败血症和败血症性休克、节段性回肠炎、牛皮癣、硬皮病、移植物抗宿主病(GVHD)、异源胰岛移植排斥(allogenic isletgraftrejection)、血液恶性肿瘤诸如多发性骨髓瘤(MM)、骨髓增生异常综合征(MDS)和急性骨髓性白血病(AML)、肿瘤相关的炎症、周围神经损伤或脱髓鞘性病。

本发明的第七方面，提供一种检测试剂盒，含有本发明所述的白介素2突变体、其核酸分子或质粒。该检测试剂盒用于检测病原体、肿瘤细胞，所述病原体包括病毒、细菌、真菌、寄生虫感染等，所述肿瘤细胞包括各种良性肿瘤细胞、恶性肿瘤细胞(即癌细胞)、实体瘤细胞、血源性癌细胞。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

1、本发明基于IL－2的生物学功能的研究，开发选择性地偏向激动IL－2R βγ而不与IL－2Rα结合的IL－2突变体，能够获得降低IL－2治疗的毒性如避免VLS 和提高其临床治疗功效如特异性激活Teff杀伤肿瘤的潜能。

2、本发明开创性的基于合成生物学技术，通过计算机辅助分子设计选取IL－2与IL－2Rα关键作用位点，创新性的构建IL－2定点随机突变的噬菌体展示文库，结合正反向筛选策略，筛选偏向性的新型IL－2。所筛出的新型IL－2 相较于野生型IL－2，具有更高的表达产量。

3、本发明所述的新型IL－2具有明显降低的IL－2Rα的亲和力，且非但没有影响IL－2与IL－2Rβ的亲和力，反而由于蛋白构象的变化，新型IL－2对IL－2R β的亲和力增强。同时新型IL－2也可以明显激活Teff和NK细胞以及干扰素γ 的释放。显示出其可能的抗肿瘤治疗的有效性及减少肿瘤患者治疗的副作用。

4、本发明所述的IL－2突变体和组合物可以用于疾病的诊断和治疗；在其它实施方案中，这些新型白介素2突变体，核酸，质粒，和载体被用来诊断或治疗自身免疫疾病或癌症等相关疾病。

附图说明

图1为构建IL－2突变体噬菌体文库的多样性；

图2为不同筛选新型IL－2方案及多克隆噬菌体ELISA数据；

图2a为多克隆ELISA检测筛选后的抗体与IL－2Rα突变体的亲和富集情况；

图2b为多克隆ELISA检测筛选后的抗体与IL－2Rβ突变体的亲和富集情况；

图3a至图3o依次为利用生物膜干涉技术(BLI)检测的表3中的IL－2突变体与IL－2Rα的亲和力；

图4a至图4o依次为利用生物膜干涉技术(BLI)检测的表3中的BLI检测IL－2突变体与IL－2Rβ的亲和力；

图5a为IL－2突变体激活Teff的功能(CD4阳性T细胞)；

图5b为IL－2突变体激活Teff的功能(CD8阳性T细胞)；

图6.IL－2突变体激活NK细胞的功能；

图7.IL－2突变体刺激干扰素γ释放的功能；

图8.利用生物膜干涉技术(BLI)检测IL－2突变体C125A位点突变蛋白与IL－2Rα及IL－2Rβ的亲和力。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合案例对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

为了能更彻底地理解发明，以下列出一些定义。上述定义意在包含语法等同成分。

本文使用的“IL－2”意指白细胞介素－2是趋化因子家族的一种细胞因子。它是由多细胞来源(主要由活化T细胞产生)，又具有多向性作用的细胞因子(主要促进淋巴细胞生长、增殖、分化)；对机体的免疫应答和抗病毒感染等有重要作用，能刺激已被特异性抗原或致丝裂因数启动的T细胞增殖；能活化T细胞，促进细胞因子产生；刺激NK细胞增殖，增强NK杀伤活性及产生细胞因子，诱导LAK细胞产生；促进B细胞增殖和分泌抗体；激活巨噬细胞。

本文使用的“突变体”意指是指发生突变的个体，具有与野生型不同的表型的特点。

本文中使用的“氨基酸”意指20种天然存在的氨基酸之一或任一非天然类似物，它们可位于具体规定的位置。本文中“蛋白质”意指至少两个共价连接的氨基酸，其包括蛋白质、多肽、寡肽和肽。蛋白质可由天然存在的氨基酸和肽键构成，或由合成的肽模拟物结构构成，该肽模拟物即“类似物”。因此本文中使用的“氨基酸”或“肽残基”意指天然存在和合成的氨基酸。举例来说，对于本发明目的而言，高苯基丙氨酸、瓜氨酸和降亮氨酸被认为是用于本发明目的的氨基酸。“氨基酸”也包括诸如脯氨酸和羟脯氨酸的亚氨基酸残基。侧链可以是(R)或(S)构型。在优选的实施方案中，氨基酸以(S)或L－构型存在。如果使用非天然存在的侧链，可使用非氨基酸取代，例如以阻止或延迟体内降解。

本文所使用的“核酸”意指由核苷酸单元(核糖核苷酸，脱氧核糖核苷酸，相关的天然存在的结构变体及其合成的非天然存在的类似物)通过磷酸二酯键组成的聚合物。因此，该术语包括核苷酸聚合物，其中核苷酸和它们之间的键包括非天然存在的合成类似物，例如但不限于硫代磷酸酯，氨基磷酸酯，甲基磷酸酯，手性甲基磷酸酯，2＇－O－甲基核糖核苷酸，肽核酸(PNA)等。例如，可以使用自动DNA合成仪合成这些多核苷酸。术语“寡核苷酸”通常是指短多核苷酸，通常不大于约50个核苷酸。应当理解，当核苷酸序列由DNA序列(即A，T，G，C)表示时，这也包括其中“U”取代“T”的RNA序列(即 A，U，G，C)。

本文使用常规符号来描述核苷酸序列：单链核苷酸序列的左手末端5＇末端；双链核苷酸序列的左手方向称5＇方向。向新生RNA转录物添加5＇至3＇核苷酸的方向称为转录方向。具有与mRNA相同序列的DNA链被称为编码链。

本文中使用的“质粒”意指在天然质粒的基础上为适应实验室操作而进行人工构建的质粒。可将核酸分子导入宿主细胞，从而产生转化的宿主细胞。载体可包括允许其在宿主细胞中复制的核酸序列，例如复制起点，还可以包括一种或多种选择标记基因和本领域已知的其他遗传元件。

本文所使用的“宿主细胞”也称为受体细胞，是指在转化和转导(感染) 中接受外源基因的宿主细胞。

本文中使用的“药学可接受载体”意指常规的药学上可接受的载体。 Remington＇sPharmaceutica lSciences，EWMartin，Mack Publishing Co.，Easton，Pa.，第15版(1975)，描述了适用于药物递送一种或多种治疗化合物或分子(例如一种或多种抗体)的组合物和制剂，以及另外的药剂。

本文中所使用的“诊断”疾病是指在给病人做检查之后判定病人的病症及其发展情况。“预防”疾病是指抑制疾病的完全发展。“治疗”是指在其开始发展后改善疾病或病理状况的体征或症状的治疗性干预。

本文中“施用”意指选择合适的途径将所述物质引入受试者。例如，如果所选择的途径是静脉内的，则通过将所述物质引入受试者的静脉来施用组合物。

本文中“有效预防/治疗剂量”意指足以在用该药剂治疗的受试者中达到所需效果的一定量的特定药剂。精确的剂量将依赖于治疗的目的，并可为本领域技术人员通过使用公知技术所确定。剂量范围可为0.01－100mg/kg体重或更大，例如0.1、1、10或50mg/kg体重，优选1－10mg/kg。如本领域所公知，对于抗体或Fc融合体降解、全身性或局部性递药和新蛋白酶合成速率，以及年龄、体重、大致健康状况、性别、饮食、给药时间、药物相互作用以及病症的严重程度而言，调整可以是必需的，并可由本领域那些技术人员通过常规的实验方法来确定。此类试剂包括本文所述的单体Fc结构域分子。在一个非限制性实例中，这可以是用于预防，治疗或改善HIV感染的HIV特异性单体Fc 结构域(或HIV特异性CH3结构域分子)的量。理想地，治疗有效量的抗体是足以预防，治疗或改善感染或疾病的量，例如由受试者中的HIV感染引起而不会在受试者中引起显着的细胞毒性作用。用于预防，改善和/或治疗受试者的治疗有效量的药剂将取决于所治疗的受试者，痛苦的类型和严重程度，以及治疗组合物的施用方式。

本文中使用的“残基”意指在蛋白质中的位置以及与之相关的氨基酸同一性。例如，天冬氨酸297(也称为Asn297，N297)是在人抗体IgG1中的一种残基。

本文中所使用的“编码”意指多核苷酸中特定核苷酸序列的固有特性，例如基因，cDNA或mRNA，用作在具有确定的核苷酸序列的生物过程中合成其他聚合物和大分子的模板，或确定的氨基酸序列和由此产生的生物学特性。因此，如果由该基因产生的mRNA的转录和翻译在细胞或其他生物***中产生蛋白质，则基因编码蛋白质。编码链(其核苷酸序列与mRNA序列相同并且通常在序列表中提供)和非编码链(用作转录模板，基因或cDNA)可以被称为编码蛋白质。或该基因或cDNA的其他产物。除非另有说明，否则“编码氨基酸序列的核苷酸序列”包括彼此简并形式且编码相同氨基酸序列的所有核苷酸序列。编码蛋白质和RNA的核苷酸序列可包括内含子。

本文中使用的“可操作地连接”意指当第一核酸序列与第二核酸序列处于功能关系时，第一核酸序列与第二核酸序列可操作地连接。例如，如果启动子影响编码序列的转录或表达，则启动子与编码序列可操作地连接。通常，可操作连接的DNA序列是连续的，并且在必要时连接两个蛋白质编码区，在同一阅读框中。

除非另外说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。除非上下文另有明确说明，否则单数术语“一”，“一个”和“该”包括复数指示物。还应理解，对于核酸或多肽给出的所有碱基大小或氨基酸大小，以及所有分子量或分子量值是近似的，并且提供用于描述。尽管与本文描述的那些类似或等同的方法和材料可用于本公开的实践或测试，但下文描述了合适的方法和材料。术语“包含”表示 “包括”。本文提及的所有出版物、专利申请、专利和其他参考文献均通过引用整体并入。如果发生冲突，将以本说明书(包括术语解释)为准。另外，材料，方法和实施例仅是说明性的而不是限制性的。

实施例中使用的标准的重组DNA技术和分子克隆技术是本领域所熟知的(Ausubel，F.M等人，Current Protocols in Molecular Biology，Greene PublishingAssoc.和Wiley－Interscience出版)，适用于微生物生长的材料和方法是本领域熟知的。主要化学、生物试剂购自KAPA Biosystems，New England Biolabs， TransGen Biotech，Thermo Fisher Scientific，OMEGA bio－tek等。

本发明公开了一种IL－2突变体，所述IL－2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，

X1选自L，M，E，G，S，D，Y中的任一种氨基酸；

X2选自D，E中的任一种氨基酸；

X3选自F，L，V，Y，I中的任一种氨基酸；

X4选自K，H，G，Q，R，N，S中的任一种氨基酸；

X5选自Y，F，D中的任一种氨基酸；

X6选自F，A，Q，S，G，L中的任一种氨基酸；

X7选自C，A中的任一种氨基酸。

本发明公开了一种核酸分子，所述的核酸分子编码所述的IL－2突变体；

本发明公开了一种质粒，所述的质粒含有上述核酸分子；

本发明公开了一种宿主细胞，所述的宿主细胞含有上述质粒；

本发明公开了一种药用组合物，所述的药用组合物含有有效预防或治疗剂量的上述IL－2突变体，上述核酸分子，上述质粒，和一种生理学上或药学上可接受的载体；

本发明公开了上述IL－2突变体，上述核酸分子，上述质粒，上述药用组合物在制备用于生物材料处理的药物中的用途；

本发明公开了一种检测试剂盒，所述的试剂盒含有上述IL－2突变体，上述核酸分子，上述质粒；优选地，所述的检测试剂盒用于检测病原体、肿瘤细胞。

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

IL－2突变体的筛选

通过计算机辅助分子设计选取IL－2与IL－2Rα关键作用位点(K35，R38， F42，K43，Y45，E62，L72)，对于此7个位点进行随机突变，利用合成生物学技术，构建出库容量为1.28×109的IL－2突变体展示库(如图1)(具体方法见文献PMID：22518843)。

利用磁珠亲和的淘洗方法(具体方法引自文献PMID：22518843)，针对生物素标记的可溶性IL－2Rα和IL－2Rβ蛋白筛选新型IL－2突变体。

利用双抗原交替筛选新策略，将生物素标记的可溶性IL－2Rα和IL－2Rβ先后与链霉亲和素包被的磁珠(购自Invitrogen)进行特异性结合，采用四个方案进行正反向筛选(如表1所示)。经过四轮双抗原交替筛选之后，进一步通过多克隆噬菌体ELISA、单克隆噬菌体ELISA筛选(具体筛选方法引自PMID： 28966056)，将最终筛选到的一系列高亲和力结合IL－2Rβ，低亲和力或不结合 IL－2Rα的新型IL－2进行基因测序，选出富集出来的符合条件的新型IL－2突变体(如图2a和图2b)。测序后分析所筛选出的新型IL－2突变体的关键氨基酸位点突变(如表2所示)，发现K35，R38，L72这三个位点对于IL－2Rα的结合最重要，对应位点氨基酸的改变即可以完全破坏与IL－2Rα的结合。

表1

表2 IL－2突变体序列(WT－KRFKYEL)

名称

K35

R38

F42

K43

Y45

E62

L72

1.21－C1

L

D

L

H

Y

E

F

2.21－F9

M

D

V

G

F

E

F

3.21－F10

E

D

F

K

Y

E

A

4.22－A4

G

D

I

Q

F

E

F

5.22－B2

S

D

L

Q

Y

E

F

6.22－D11

D

L

R

F

E

F

7.22－E8

D

E

F

K

Y

E

Q

8.23－A5

Y

D

L

G

Y

E

F

9.23－C8

G

D

F

N

Y

E

F

10.23－H9

G

D

Y

S

D

E

L

11.24－C2

D

E

F

K

Y

E

S

12.24－C6

E

F

K

Y

E

A

13.24－D2

E

D

F

K

Y

E

G

14.24－E4

D

F

K

Y

E

A

实施例2

利用生物膜干涉技术(BLI)检测IL－2突变体与IL－2Rα及IL－2Rβ的结合能力

利用Anti－human IgG Fc Capture(AHC)探针(购自GE)检测IL－2突变体分别与IL－2Rα及IL－2Rβ的结合能力。其中IL－2突变体的可溶性表达制备基本按文献进行(应天雷等，JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEM ISTRY，2012， 287(23)：19399－19408)。

具体检测方法为：IL－2突变体蛋白按照3倍倍比稀释(检测与IL－2Rα亲和力是起始浓度为100nM到1.23nM稀释，检测与IL－2Rβ亲和力是起始浓度为 1000nM到12.35nM稀释)。

如图3a至图3o结果所示，因为与IL－2Rα结合的关键氨基酸位点突变，IL－2 突变体基本不与IL－2Rα结合。

如4a至图4o结果所示，由于未破坏与IL－2Rβ结合的关键氨基酸位点突变或者因为构象的改变，IL－2突变体保持了甚至是提高了与IL－2Rβ的结合能力。

在如以上测定法所述进行的实验中，15个由Expi293(购自Thermo Fisher 公司)表达的IL－2突变体与其受体的亲和力KD值如表3所示：

表3 IL－2突变体与其受体的亲和力KD值

由所示结果可见：(1)经噬菌体文库经过双抗原交替筛选获得的IL－2突变体基本检测不到其与IL－2Rα结合；(2)除22－B2和23－H9与IL－2Rβ结合亲和力明显降低，24－C2与IL－2Rβ结合亲和力明显提高，21－C1、23－C8和24－D2与 IL－2Rβ结合亲和力与IL－2V相当，其余各IL－2突变体与IL－2Rβ均基本不改变 IL－2与IL－2Rβ的亲和力。

实施例3

IL－2突变体刺激效应细胞(Teff)功能实验

从液氮中取出PBMC细胞(Allcells货号：PB005F，100M装)，迅速置于 37℃水浴锅中约1.5min，并不断旋转，但不要淹没整个冻存管，复苏PBMC细胞。

放入生物安全柜，用75％乙醇擦拭冻存管外部，使用5毫升移液管将PBMC 细胞转移到50mL锥形管中，锥形管中提前加入10％FBS的热RPMI(购自 Gibco)，离心去除细胞冷冻的DMSO。加入20mL含有10％FBS的RPMI培养基重悬细胞，37℃二氧化碳培养箱静置培养过夜。第二天用培养基RPMI含有2％FBS调整细胞密度为2×106/孔，体积为100ul铺满平底96孔板(Thermo edge 96 flat)，之后利用含有2％FBS培养基1640稀释IL－2突变体四个点终浓度 100，10，1，0.1nM，100ul/孔，共孵育48h。离心收集细胞流式染色 CD3+CD4+/CD8+T(BioLegend＇s Cel lSurface Flow Cytometry Protocol)，收集数据结果如图5a和图5b所示。

其中IL－2突变体21－F10，22－E8，23－C8，24－C2，24－D2，24－E4对于Teff 激活效果较好，且由于其突变位点相较于野生型IL－2仅有3个位点的突变，理论上具有更小的免疫原性。

实施例4

IL－2突变体刺激NK细胞的功能实验

复苏PBMC细胞方法如上。

检测刺激NK细胞活性时，利用含有2％FBS培养基1640稀释新型IL－2 突变体四个点终浓度100，10，1，0.1nM，100ul/孔，与复苏后的PBMC细胞共孵育48h，离心收集细胞流式染色CD3－CD56+NK细胞(BioLegend＇s Cell Surface Flow Cytometry Protocol)，收集数据结果如图6。

如激活Teff效果类似，IL－2突变体21－F10，22－E8，23－C8，24－C2，24－D2，24－E4对于NK细胞激活效果同样相较于其他IL－2突变体较好。

实施例5

IL－2突变体刺激干扰素γ(IFNγ)的功能实验

复苏PBMC细胞方法如上。

IL－2突变体利用含有2％FBS培养基1640稀释，稀释为4个终点浓度100， 10，1，0.1nM，100ul/孔，将其与复苏后的PBMC细胞共孵育48h。取上清50 uL检测IFNγ释放水平(R&D DY285B)，通过ELISA方法测定IFNγ含量。如图7所示，IL－2突变体21－F10，22－E8，23－C8，24－C2，24－D2，24－E4刺激细胞分泌IFNγ效果最明显。

实施例6

IL－2突变体C125A位点突变构建及其与IL－2Rα及IL－2Rβ的结合能力

C125A位点突变构建过程如下：首先根据碧云天QuickMutation^TMPlus基因定点突变试剂盒(货号：D0208S)说明设计引物，IL2new C125A－F： ACAGATGGATTACCTTTGCTCAGAGCATTATTAGCAC；IL2new C125A－R： GTGCTAATAATGCTCTGAGCAAAGGTAATCCATCTGT，具体过程见其说明。

其中IL－2突变体C125A突变的可溶性表达制备基本按文献进行(应天雷等，JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY，2012，287(23)：19399－19408)。具体检测方法为利用Anti－human IgG Fc Capture(AHC)探针(购自GE)检测 IL－2突变体分别与IL－2Rα及IL－2Rβ的结合能力，IL－2突变体C125A位点突变蛋白按照3倍倍比稀释(检测与IL－2Rα亲和力是起始浓度为100nM到1.23nM 稀释，检测与IL－2Rβ亲和力是起始浓度为1000nM到12.35nM稀释)。

如图8结果所示，因为与IL-2Rα结合的关键氨基酸位点突变，IL-2突变体基本不与IL-2Rα结合。经过了C125A位点的突变，IL-2突变体与IL-2Rβ的结合能力基本略优于C125位点未突变的IL-2突变体，其可能是因为C125位点的突变增加了蛋白的稳定性，因此与IL-2Rβ的结合会更强。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应当视为本发明的保护范围。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种白介素2突变体，其特征在于，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，

X1选自L，M，E，G，S，D，Y中的任一种氨基酸；

X2选自D，E中的任一种氨基酸；

X3选自F，L，V，Y，I中的任一种氨基酸；

X4选自K，H，G，Q，R，N，S中的任一种氨基酸；

X5选自Y，F，D中的任一种氨基酸；

X6选自F，A，Q，S，G，L中的任一种氨基酸；

X7选自C，A中的任一种氨基酸。

2.根据权利要求1所述的白介素2突变体，其特征在于，所述白介素2突变体包含SEQ IDNO:1所示的氨基酸序列，其中，X1为L，X2为D，X3为L，X4为H，X5为Y，X6为F，X7为C；优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO:1所示的氨基酸序列，其中，X1为M，X2为D，X3为V，X4为G，X5为F，X6为F，X7为C；更优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO:1所示的氨基酸序列，其中，X1为E，X2选自D，E中的任一氨基酸，X3为F，X4为K，X5为Y，X6选自A，G中的任一氨基酸，X7选自C，A中的任一种氨基酸。

3.根据权利要求1所述的白介素2突变体，其特征在于，所述白介素2突变体包含SEQ IDNO:1所示的氨基酸序列，其中，X1为E，X2为D，X3为F，X4为K，X5为Y，X6为A，X7为C；优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO:1所示的氨基酸序列，其中，X1为E，X2为E，X3为F，X4为K，X5为Y，X6为A，X7为C；更优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO:1所示的氨基酸序列，其中，X1为E，X2为D，X3为F，X4为K，X5为Y，X6为G，X7为C；进一步优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO:1所示的氨基酸序列，其中，X1为E，X2为D，X3为F，X4为K，X5为Y，X6为A，X7为A；更进一步优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO:1所示的氨基酸序列，其中，X1为E，X2为D，X3为F，X4为K，X5为Y，X6为G，X7为A。

4.根据权利要求1所述的白介素2突变体，其特征在于，所述白介素2突变体包含SEQ IDNO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为G，X2为D，X3选自I，F，Y中的任一氨基酸，X4选自Q，N，S中的任一氨基酸，X5选自F，Y，D中的任一氨基酸，X6选自F，L中的任一氨基酸，X7选自C，A中的任一种氨基酸；优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为G，X2为D，X3为I，X4为Q，X5为F，X6为F，X7为C；更优选地，所述白介素2突变体包含SEQ IDNO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为G，X2为D，X3为F，X4为N，X5为Y，X6为F，X7为C；进一步优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为G，X2为D，X3为Y，X4为S，X5为D，X6为L，X7为C；更进一步优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为G，X2为D，X3为F，X4为N，X5为Y，X6为F，X7为A；

优选地，所述白介素2突变体包含SEQ ID NO：1所示的氨基酸序列，其中，X1为D，X2选自D，E中的任一氨基酸，X3选自L，F中的任一氨基酸，X4选自R，K中的任一氨基酸，X5选自F，Y中的任一氨基酸，X6选自F，Q，S，A中的任一氨基酸，X7选自C，A中的任一种氨基酸；

5.一种核酸分子，其特征在于，编码权利要求1－4任一所述的白介素2突变体。

6.一种质粒，其特征在于，含有权利要求5所述的核酸分子。

7.一种宿主细胞，其特征在于，含有权利要求6所述的质粒。

8.一种药用组合物，其特征在于，含有有效预防或治疗剂量的权利要求1－4中任一项所述的白介素2突变体，权利要求5所述的核酸分子，或权利要求6所述的质粒，和一种生理学上或药学上可接受的载体。

9.一种有效量的权利要求1－4中任一项所述的白介素2突变体，权利要求5所述的核酸分子，权利要求6所述的质粒，或权利要求8所述的药用组合物在制备用于生物材料处理的药物中的用途。

10.一种检测试剂盒，其特征在于，含有权利要求1－4中任一项所述的白介素2突变体，权利要求5所述的核酸分子，或权利要求6所述的质粒；优选地，所述的检测试剂盒用于检测病原体、肿瘤细胞。