CN115925934A - 一种稳定性提高的人源化单克隆抗体及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了稳定性提高的、特异性结合人ACE2的人源化单克隆抗体或其抗原结合片段、其相关产品及其制备方法和用途。本发明的抗人ACE2的人源化单克隆抗体或其抗原结合片段不仅能以高亲和力与人ACE2受体特异性结合，还具有较高的稳定性和较好的成药性，有望成为以ACE2作为受体的冠状病毒感染的治疗性抗体药物。

Description

一种稳定性提高的人源化单克隆抗体及其应用
技术领域
本发明涉及生物医药技术领域，具体涉及一种稳定性提高的、特异性结合人ACE2的人源化单克隆抗体或其抗原结合片段、其相关产品及其制备方法和用途。
背景技术
冠状病毒在***分类上属套式病毒目(Nidovirales)冠状病毒科(Coronaviridae)冠状病毒属(Coronavirus)。冠状病毒属的病毒是具囊膜、基因组为线性单股正链的RNA病毒，是自然界广泛存在的一大类病毒。冠状病毒仅感染脊椎动物，如人、鼠、猪、猫、犬、狼、鸡、牛、禽类。
目前已知可以感染人类的冠状病毒有7种，分别是HCoV-229E、HCoV-OC43、HCoV-NL63、HCoV-HKU1、SARS-CoV(引发重症急性呼吸综合征)、MERS-CoV(引发中东呼吸综合征)和新型冠状病毒(SARS-CoV-2)。在这些冠状病毒中，SARS-CoV、SARS-CoV-2和HCoV-NL63都是以血管紧张素转化酶2(ACE2)作为受体，利用其表面主要的糖基化刺突蛋白(S蛋白)的RBD区与宿主细胞表面受体ACE2结合，完成感染宿主细胞的生物学过程，从而感染人源宿主细胞和人的。
抗体，尤其是阻断型抗体，可通过结合宿主细胞的受体蛋白而阻断病毒与细胞受体的结合，从而阻断病毒感染，达到阻断病毒入侵宿主细胞的过程，实现预防及治疗效果。因此，靶向人ACE2受体并且阻断其与SARS-CoV、SARS-CoV-2和HCoV-NL63等冠状病毒的S蛋白RBD结合的抗体，极有可能成为抑制这些病毒感染的有效抗体。
抗体类蛋白质药物的天然稳定性显著低于小分子化合物，由人源化改造引入的氨基酸突变也可能影响抗体分子的理化特性，使抗体分子在生产、储存、给药过程中出现不希望看到的化学修饰、断裂和聚集等现象，影响抗体药物的产率、活性，高分子聚集体还会造成免疫原性增强等方面的药物安全性问题。
因此，开发具有较高的稳定性和较好的成药性的、针对冠状病毒的治疗性抗体药物具有潜在的临床应用价值与前景。
发明内容
发明目的
本发明的目的在于提供一种不仅具有较高的抗原结合活性，还具有较高的稳定性、较好的成药性的、特异性结合人ACE2的人源化单克隆抗体或其抗原结合片段，其相关产品，以及其制备方法和用途。
解决方案
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
第一方面，本发明提供了特异性结合人ACE2的人源化单克隆抗体或其抗原结合片段，所述人源化单克隆抗体或其抗原结合片段包含选自以下的重链可变区和轻链可变区组：
(1)重链可变区，其包含氨基酸序列分别如SEQ ID NO:1、SEQ ID NO:2和SEQ IDNO:3所示的HCDR1、HCDR2和HCDR3；和轻链可变区，其包含氨基酸序列分别如SEQ ID NO:4、SEQ ID NO:5和SEQ ID NO:6所示的LCDR1、LCDR2和LCDR3；或
(2)重链可变区，其包含氨基酸序列分别如SEQ ID NO:1、SEQ ID NO:2和SEQ IDNO:7所示的HCDR1、HCDR2和HCDR3；和轻链可变区，其包含氨基酸序列分别如SEQ ID NO:4、SEQ ID NO:5和SEQ ID NO:6所示的LCDR1、LCDR2和LCDR3。
在优选的实施方案(I)中：
所述人源化单克隆抗体或其抗原结合片段包含如下的重链可变区和轻链可变区：
所述重链可变区具有如SEQ ID NO:8所示的氨基酸序列，或与SEQ ID NO:8所示的氨基酸序列具有至少95％，96％，97％，98％或99％序列同一性的氨基酸序列；并且，
所述轻链可变区具有如SEQ ID NO:9所示的氨基酸序列，或与SEQ ID NO:9所示的氨基酸序列具有至少95％，96％，97％，98％或99％序列同一性的氨基酸序列。
在该优选实施方案的一个具体实施方案中，所述人源化单克隆抗体或其抗原结合片段包含如下的重链可变区和轻链可变区：
所述重链可变区具有如SEQ ID NO:8所示的氨基酸序列，并且，所述轻链可变区具有如SEQ ID NO:9所示的氨基酸序列。
对于该优选的实施方案(I)，进一步优选地，所述人源化单克隆抗体或其抗原结合片段包含如下的重链和轻链：
所述重链具有如SEQ ID NO:11所示的氨基酸序列，或与SEQ ID NO:11所示的氨基酸序列具有至少95％、96％、97％、98％或99％序列同一性的氨基酸序列；并且，
所述轻链具有如SEQ ID NO:12所示的氨基酸序列，或与SEQ ID NO:12所示的氨基酸序列具有至少95％、96％、97％、98％或99％序列同一性的氨基酸序列。
在优选实施方案(I)的进一步优选的具体实施方案中，所述人源化单克隆抗体或其抗原结合片段包含如下的重链和轻链：
所述重链具有如SEQ ID NO:11所示的氨基酸序列，并且，所述轻链具有如SEQ IDNO:12所示的氨基酸序列。
在优选的实施方案(II)中：
所述人源化单克隆抗体或其抗原结合片段包含如下的重链可变区和轻链可变区：
所述重链可变区具有如SEQ ID NO:10所示的氨基酸序列，或与SEQ ID NO:10所示的氨基酸序列具有至少95％，96％，97％，98％或99％序列同一性的氨基酸序列；并且，
所述轻链可变区具有如SEQ ID NO:9所示的氨基酸序列，或与SEQ ID NO:9所示的氨基酸序列具有至少95％，96％，97％，98％或99％序列同一性的氨基酸序列。
在该优选实施方案的一个具体实施方案中，所述人源化单克隆抗体或其抗原结合片段包含如下的重链可变区和轻链可变区：
所述重链可变区具有如SEQ ID NO:10所示的氨基酸序列，并且，所述轻链可变区具有如SEQ ID NO:9所示的氨基酸序列。
对于该优选的实施方案(II)，进一步优选地，所述人源化单克隆抗体或其抗原结合片段包含如下的重链和轻链：
所述重链具有如SEQ ID NO:13所示的氨基酸序列，或与SEQ ID NO:13所示的氨基酸序列具有至少95％、96％、97％、98％或99％序列同一性的氨基酸序列；并且，
所述轻链具有如SEQ ID NO:12所示的氨基酸序列，或与SEQ ID NO:12所示的氨基酸序列具有至少95％、96％、97％、98％或99％序列同一性的氨基酸序列。
在优选实施方案(II)的进一步优选的具体实施方案中，所述人源化单克隆抗体或其抗原结合片段包含如下的重链和轻链：
所述重链具有如SEQ ID NO:13所示的氨基酸序列，并且，所述轻链具有如SEQ IDNO:12所示的氨基酸序列。
此外，对于上述人源化单克隆抗体或其抗原结合片段，作为优选，所述抗原结合片段选自Fab、Fab'、Fab'-SH、Fv、scFv、F(ab')2、双抗体。
第二方面，本发明提供了双特异性抗体，其包含如上述第一方面所述的人源化单克隆抗体或其抗原结合片段。
第三方面，本发明提供了多核苷酸，其编码如上述第一方面所述的人源化单克隆抗体或其抗原结合片段，或者编码如上述第二方面所述的双特异性抗体。
在具体实施方案中，所述多核苷酸为DNA或mRNA。
第四方面，本发明提供了核酸构建体，其包含如上述第三方面所述的多核苷酸，以及任选地，与所述多核苷酸可操作地连接的至少一个表达调控元件。
第五方面，本发明提供了表达载体，其包含如上述第四方面所述的核酸构建体；优选地，所述表达载体为真核表达载体。
第六方面，本发明提供了转化的宿主细胞，其包含如上述第三方面所述的多核苷酸、如上述第四方面所述的核酸构建体或如上述第五方面所述的表达载体。
优选地，所述宿主细胞为真核细胞，进一步优选为哺乳动物细胞。
第七方面，本发明提供了一种制备如上述第一方面所述的人源化单克隆抗体或其抗原结合片段的方法，所述方法包括：
1)在适合于表达所述人源化单克隆抗体或其抗原结合片段的条件下，培养如上述第六方面所述的转化的宿主细胞，使其表达所述人源化单克隆抗体或其抗原结合片段；
2)从所述宿主细胞或其培养物中回收所表达的所述人源化单克隆抗体或其抗原结合片段。
第八方面，本发明提供了药物缀合物，其包含如上述第一方面所述的人源化单克隆抗体或其抗原结合片段或者如上述第二方面所述的双特异性抗体，以及直接地或通过间隔物间接地与所述人源化单克隆抗体或其抗原结合片段缀合的效应分子；
优选地，所述效应分子为可检测标记、毒素和/或化疗剂；
进一步优选地，所述可检测标记为酶标记、荧光素标记、同位素标记、生物素标记、化学发光基团或金属颗粒。
第九方面，本发明提供了药物组合物，其包含如上述第一方面所述的人源化单克隆抗体或其抗原结合片段、如上述第二方面所述的双特异性抗体、如上述第三方面所述的多核苷酸、如上述第四方面所述的核酸构建体、如上述第五方面所述的表达载体、如上述第六方面所述的转化的宿主细胞和/或如上述第八方面所述的药物缀合物，以及药学上可接受的载体和/或赋形剂。
在具体实施方案中，所述药物组合物可以为鼻喷剂、口服制剂、栓剂或胃肠外制剂的形式；
优选地，所述鼻喷剂选自气雾剂、喷雾剂和粉雾剂；
优选地，所述口服制剂选自片剂、粉末剂、丸剂、散剂、颗粒剂、细粒剂、软/硬胶囊剂、薄膜包衣剂、小丸剂、舌下片和膏剂；
优选地，所述胃肠外制剂为经皮剂、软膏剂、硬膏剂、外用液剂、可注射或可推注制剂。
本发明的药物组合物的有效成分的给药量，根据给药对象、对象脏器、症状、给药方法等不同而存在差异，可以考虑剂型的种类、给药方法、患者的年龄和体重、患者的症状等，根据医生的判断来确定。
第十方面，本发明提供了如上述第一方面所述的人源化单克隆抗体或其抗原结合片段、如上述第二方面所述的双特异性抗体、如上述第三方面所述的多核苷酸、如上述第四方面所述的核酸构建体、如上述第五方面所述的表达载体、如上述第六方面所述的转化的宿主细胞、如上述第八方面所述的药物缀合物和/或如上述第九方面所述的药物组合物在制备用于预防和/或治疗以ACE2作为受体的冠状病毒感染的药物中的用途；
优选地，所述以ACE2作为受体的冠状病毒选自：SARS-CoV和SARS-CoV-2；
其中，所述SARS-CoV-2可以为SARS-CoV-2原始毒株和/或SARS-CoV-2变异毒株；
可选地，所述SARS-CoV-2变异毒株为Alpha(B.1.1.7)、Beta(B.1.351)、Gamma(P.1)、Kappa(B.1.617.1)、Delta(B.1.617.2)毒株、Omicron(B.1.1.529/BA.1)亚型毒株、Omicron BA.1.1亚型毒株、Omicron BA.2亚型毒株、Omicron BA.2.12.1亚型毒株、OmicronBA.2.75亚型毒株、Omicron BA.3亚型毒株、Omicron BA.4亚型毒株或Omicron BA.5亚型毒株，进一步优选为Delta(B.1.617.2)毒株、Omicron(B.1.1.529/BA.1)亚型毒株、OmicronBA.2亚型毒株、Omicron BA.2.12.1亚型毒株、Omicron BA.2.75亚型毒株、Omicron BA.4亚型毒株或Omicron BA.5亚型毒株。
第十一方面，本发明提供了一种预防或治疗以ACE2作为受体的冠状病毒感染的方法，其包括：向有需要的受试者施用预防或治疗有效量的如上述第一方面所述的纳米抗体或其抗原结合片段、如上述第二方面所述的双特异性抗体、如上述第三方面所述的多核苷酸、如上述第四方面所述的核酸构建体、如上述第五方面所述的表达载体、如上述第六方面所述的转化的宿主细胞、如上述第八方面所述的药物缀合物和/或如上述第九方面所述的药物组合物。
所述“预防或治疗有效量”，根据给药对象、对象脏器、症状、给药方法等不同而存在差异，可以考虑剂型的种类、给药方法、患者的年龄和体重、患者的症状等，根据医生的判断来确定。
有益效果
本发明提供的针对人ACE2的人源化单克隆抗体或其抗原结合片段可通过与人ACE2进行特异性结合，从而阻断人ACE2与冠状病毒S蛋白RBD区的结合，使得以ACE2作为受体的冠状病毒失去入侵宿主的能力，达到预防及治疗这些病毒感染的效果；进一步地，本发明的抗人ACE2的人源化单克隆抗体或其抗原结合片段不仅能以高亲和力与人ACE2受体特异性结合，还具有较高的稳定性和较好的成药性，为以ACE2作为受体的冠状病毒感染的预防和/或治疗提供了新的有效选择。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实施例中，对于本领域技术人员熟知的原料、元件、方法、手段等未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
以下，对本发明进行详述。
定义
“抗原结合片段”是指抗体的抗原结合片段及抗体类似物，其通常包括至少部分母体抗体的抗原结合区或可变区，例如，一个或多个CDR。抗原结合片段保留母体抗体的至少某些结合特异性。抗原结合片段包括选自Fab、Fab′、Fab′-SH、Fv、scFv、F(ab′)2、双抗体、包含CDR的肽等。
“Fab片段”由一条轻链和一条重链的CH1及可变区组成。
“Fc”区含有包含抗体的CH1和CH2结构域的两个重链片段。两个重链片段由两个或多个二硫键并通过CH3结构域的疏水作用保持在一起。
“Fab'片段”含有一条轻链和包含VH结构域和CH1结构域以及CH1和CH2结构域之间区域的一条重链的部分，两个Fab'片段的两条重链之间形成链间二硫键以形成F(ab')2分子。
“F(ab')2片段”含有两条轻链和两条包含CH1和CH2结构域之间的恒定区的部分的重链，由此在两条重链间形成链间二硫键。因此，F(ab')2片段由通过两条重链间的二硫键保持在一起的两个Fab'片段组成。
“Fv区”包含来自重链和轻链二者的可变区，但缺少恒定区。
“单链Fv抗体(scFv抗体)”是指包含抗体的VH和VL结构域的抗原结合片段，这些结构域存在于单个多肽链中。一般而言，Fv多肽另外在VH和VL结构域之间包含多肽接头，该接头使得scFv能形成用于抗原结合的所需结构。
“双特异抗体”为具有两个抗原结合位点的小抗原结合片段。所述片段包含在相同的多肽链中与轻链可变结构域(VL)连接的重链可变结构域(VH)(VH-VL或VL-VH)。通过使用短至不能在同一链的两个结构域之间配对的接头，使得所述结构域与另一条链的互补结构域配对并形成两个抗原结合位点。
非人类(例如鼠)抗体的“人源化”形式为含有最小限度的来源于非人类免疫球蛋白序列的嵌合抗体。人源化抗体的大部分为人免疫球蛋白，其中受体抗体的高变区残基被具有所需特异性、亲和力和能力的非人类物种高变区的残基置换，非人类物种例如有小鼠、大鼠、兔或非人类灵长类。在某些情况下，人免疫球蛋白的Fv构架区残基被相应的非人类残基取代。此外，人源化抗体可包含不在受体抗体或供体抗体中存在的残基。进行这些修饰以进一步改进抗体性能。
当提及配体/受体、抗体/抗原或其它结合对时，“特异性”结合是指在蛋白和/或其它生物试剂的异质群体中确定是否存在所述蛋白例如人ACE2的结合反应。因此，在所指定的条件下，特定的配体/抗原与特定的受体/抗体结合，并且并不以显著量与样品中存在的其它蛋白结合。
本发明还提供含有本发明抗人ACE2抗体或其抗原结合片段的药物组合物。为了制备药物组合物，可以通过使抗体或其抗原结合片段与可药用载体或赋形剂混合，制备成各种所需的剂型。作为本发明的医药组合物的剂型的种类，例如可以列举作为口服剂的片剂、粉末剂、丸剂、散剂、颗粒剂、细粒剂、软/硬胶囊剂、薄膜包衣剂、小丸剂、舌下片、膏剂等，作为非口服剂，可以列举注射剂、栓剂、经皮剂、软膏剂、硬膏剂、外用液剂等，本领域的技术人员能够根据给药途径和给药对象等选择适当的剂型。
本发明的药物组合物的有效成分的给药量，根据给药对象、对象脏器、症状、给药方法等不同而存在差异，可以考虑剂型的种类、给药方法、患者的年龄和体重、患者的症状等，根据医生的判断来确定。
本发明药物组合物还可以含有其它药剂，包括但不限于细胞毒剂、细胞生长抑制剂、抗血管形成药物或抗代谢药物、靶向肿瘤药物、免疫刺激剂或免疫调节剂或与细胞毒剂、细胞生长抑制剂或其它毒性药物结合的抗体。
下面通过实施例来进一步说明本发明；以下实施例中，除非特别说明，所使用的生物、化学材料均为市售产品。
实施例1：鼠源单克隆抗体m11B11的获取、人源化，以及鼠源和人源单克隆抗体轻、重链表达质粒的构建
在发明人的前期研究中，通过以人ACE2胞外区(hACE2-ecto)重组蛋白免疫BALB/C小鼠，取免疫小鼠的脾脏细胞与骨髓瘤细胞融合制备杂交瘤细胞，再通过用纯化的hACE2重组蛋白进行ELISA测试，并通过其对于新冠病毒假病毒感染的阻断能力的测试，筛选出抗hACE2单克隆抗体杂交瘤细胞株m11B11，进一步地，利用5’RACE的方法从抗hACE2单克隆抗体杂交瘤细胞株m11B11中获取m11B11抗体编码序列。
根据上述方法所制备、筛选的m11B11抗体的可变区氨基酸序列如以下表1所示。
表1、m11B11抗体的可变区氨基酸序列
Figure BDA0003765028910000081
利用IMGT数据库，使用计算机辅助药物设计技术，对鼠源m11B11抗体进行人源化，形成了抗hACE2的人源化单克隆抗体H11B11；人源化单克隆抗体H11B11的可变区氨基酸序列如以下表2所示。
表2、H11B11抗体的可变区氨基酸序列
Figure BDA0003765028910000082
在表1、表2所示各单克隆抗体的重链可变区基因的3’端添加人IgG1突变抗体恒定区(SEQ ID NO:17)的编码序列，在其轻链可变区基因的3’端添加人kappa轻链恒定区(SEQID NO:18)的编码序列，形成各单克隆抗体的重链和轻链，其中，m11B11的重链(m11B11-HC)氨基酸序列如SEQ ID NO:19所示，m11B11的轻链(m11B11-LC)氨基酸序列如SEQ ID NO:20所示，H11B11的重链(H11B11-HC)氨基酸序列如SEQ ID NO:21所示，H11B11的轻链(H11B11-LC)氨基酸序列如SEQ ID NO:12所示；采用人工合成法进行全基因合成。
将合成后的抗体轻、重链全基因使用EcoRI(NEB，货号R0101S)和NotI(NEB，货号R0189S)进行酶切，并分别连接至表达载体pTT5(主要元件依次包括：BSPQI酶切位点、CMVPromoter(目的基因表达的启动子)、AmpR(氨苄抗性基因)、pMB1ori(复制起始)、ori p、signal peptide(目的基因表达的信号肽)和目的基因)上，得到单克隆抗体m11B11和H11B11的完整的轻、重链表达质粒。
实施例2：鼠源单克隆抗体m11B11和人源化单克隆抗体H11B11的表达
提取实施例1所制备的单克隆抗体m11B11和H11B11的完整的轻、重链表达质粒，按其各自的轻、重链等比例共转染CHO-18细胞(所述CHO-18细胞由苏州君盟通过下述方式自行制备获得：由CHO-K1细胞(ATCC,CCL-61)经悬浮无血清驯化及筛选以使其适用于瞬转表达)；共转染后，将细胞培养7天，然后将细胞培养液高速离心、微孔滤膜抽真空过滤后，上样至单抗纯化预装柱(HiTrap MabSelectSuRe柱)中，用pH3.6的含100mM醋酸-醋酸钠的缓冲液作为洗脱液一步洗脱目的蛋白，回收目标样品并透析换液至PBS中。利用NanoDropTM One/OneC微量UV-Vis分光光度计(Thermo ScientificTM货号：ND-ONE-W)测定洗脱液中的抗体蛋白浓度和蛋白量，根据转染体积换算表达水平。单克隆抗体m11B11和H11B11的表达水平的测定结果如下表3所示。
表3、m11B11及H11B11抗体的轻、重链配伍及其表达水平
Figure BDA0003765028910000091
表3结果显示，人源化抗体H11B11的表达水平显著高于鼠源抗体m11B11；即，鼠源抗体m11B11在经历人源化后，其表达水平显著提高。
实施例3：鼠源单克隆抗体m11B11和人源化单克隆抗体H11B11的高温稳定性检测
将实施例2中制备的抗体样品置换到pH5.5的缓冲体系中(20mM组氨酸-盐酸组氨酸缓冲液，其中含有230mM蔗糖/海藻糖)，控制抗体样品浓度在约10mg/ml，按照500μl/支分装至西林瓶。将装载有抗体样品的西林瓶放置40℃恒温箱，考察0周、2周和4周时的抗体稳定性。
通过以下参数评估抗体稳定性：(a)R-CE-SDS(还原电泳法)、NR-CE-SDS(非还原电泳法)法检测抗体的纯度；(b)ELISA法检测抗体与ACE2的结合活性。
具体检测方法如下：
NR-CE-SDS法检测抗体纯度
按终体积100μl计算，将1％SDS、40mM磷酸盐缓冲液(pH6.5)、5μl 0.25M NEM、样品依次加入到1.5ml EP管中，混匀，使样品终浓度为1.0mg/mL；3000rpm室温离心30s，之后70℃孵育5min；孵育完成后，冷却至室温，12000rpm室温离心5min；从样品管中分别取出75μl样品溶液至进样瓶，避免产生气泡，使用毛细管电泳仪(PA800PLUS，SCIEX)检测。抗体样本纯度计算方法为：抗体蛋白纯度(％)＝抗体蛋白峰面积/总峰面积。
R-CE-SDS法检测抗体纯度
按终体积100μl计算，将1％SDS、40mM磷酸盐缓冲液(pH6.5)、样品、5μlβ巯基乙醇依次加入到1.5ml EP管中，混匀，使样品终浓度为1.0mg/mL；3000rpm室温离心30sec，之后70℃孵育15min；孵育完成后，冷却至室温，12000rpm室温离心5min；从样品管中分别取出75μl样品溶液至进样瓶，避免产生气泡，使用毛细管电泳仪(PA800PLUS，SCIEX)检测。抗体样本纯度计算方法为：抗体蛋白纯度(％)＝(抗体重链峰面积+抗体轻链峰面积)/总峰面积。
ELISA法检测抗体的抗原结合活性
使用Thermo Scientific的酶标仪，用1.0μg/mL的带mFc标签的人ACE-2(苏州君盟自制，批号:20210203)包板，2％Milk(Anchor)封闭后，加入梯度稀释的待测抗体(以4.0μg/ml作为起始浓度，进行4倍梯度稀释，共12个浓度)；将抗人IgG(Fc特异性)-过氧化物酶抗体(Sigma-Aldrich，A0170)稀释5000倍，作为检测抗体进行检测，然后用0.1mg/ml TMB(Sigma，T2885)显色，最后用2M盐酸溶液终止反应，在450nm/620nm下读板。活性计算方法为：利用Graphpad软件中的log(agonist)vs.response--Variable slope Least squaresfit非线性拟合模型，将抗体蛋白浓度与显色值进行拟合，获得EC50值。ACE2结合活性(％)＝不同时间点EC50/起始时间点EC50。
各项检测方法使用的仪器和色谱柱/卡盒信息如下表4所示。
表4、检测所用仪器和色谱柱/卡盒信息
Figure BDA0003765028910000101
Figure BDA0003765028910000111
m11B11及H11B11单克隆抗体在40℃高温放置4周的稳定性检测结果如以下表5所示。
表5、m11B11及H11B11单克隆抗体在40℃高温放置4周的稳定性
Figure BDA0003765028910000112
注：“—”代表图谱异常，不报告数据。
由表5可知，人源化单克隆抗体H11B11经40℃高温放置4周后，其还原和非还原CE-SDS主峰样品比例随时间延长呈现下降趋势，同时伴随生物学活性明显下降；这些结果提示：人源化单克隆抗体H11B11可能存在稳定性问题。
实施例4：H11B11突变抗体分子的构建和表达
为提高人源化单克隆抗体H11B11的稳定性，本实施例中，对H11B11抗体的可变区进行了一系列突变和筛选，最终获得两个突变抗体分子H11B11-mut1和H11B11-mut2；相对于改造前的人源化单克隆抗体H11B11，突变抗体分子H11B11-mut1和H11B11-mut2的重链可变区HCDR3各包含一个氨基酸突变；抗体H11B11，H11B11-mut1和H11B11-mut2的HCDR1、HCDR2和HCDR3序列见以下表6。
表6、H11B11，H11B11-mut1和H11B11-mut2的HCDR1～3的序列
Figure BDA0003765028910000113
Figure BDA0003765028910000121
由表6可知，除了HCDR3不同外，两个突变抗体分子的其余区段与抗体H11B11完全相同。
H11B11-mut1的重链序列如SEQ ID NO:11所示，轻链序列如SEQ ID NO:12所示；H11B11-mut2的重链序列如SEQ ID NO:13所示，轻链序列如SEQ ID NO:12所示；根据这些序列信息，进行两种突变抗体的轻、重链的全基因合成；然后，根据实施例1中所记载的方法，分别构建突变抗体H11B11-mut1、H11B11-mut1的完整的轻、重链表达质粒，并根据实施例2中记载的方法进行抗体的表达并测定其表达水平；单克隆抗体H11B11、H11B11-mut1和H11B11-mut2的轻、重链配伍及其表达水平情况见以下表7。
表7、H11B11、H11B11-mut1和H11B11-mut2的轻、重链配伍及其表达水平
Figure BDA0003765028910000122
由表7可知，突变抗体H11B11-mut1、H11B11-mut1的表达水平与H11B11相当，它们均可高效表达。
实施例5：突变抗体H11B11-mut1和H11B11-mut2的抗原结合活性(即，与人ACE2的结合力)
本实施例中，通过ELISA法，检测抗体H11B11以及突变抗体H11B11-mut1、H11B11-mut1的抗原结合活性(EC50值)。
具体地，使用Thermo Scientific的酶标仪，用1.0μg/mL的带mFc标签的人ACE2(苏州君盟自制，批号:20210203)包板，2％Milk(Anchor)封闭后，加入梯度稀释的待测抗体(以4.0μg/ml作为起始浓度，进行4倍梯度稀释，共12个浓度)；将抗人IgG(Fc特异性)-过氧化物酶抗体(Sigma-Aldrich，A0170)稀释5000倍，作为检测抗体进行检测，然后用0.1mg/ml TMB(Sigma，T2885)显色，最后用2M盐酸溶液终止反应，在450nm/620nm下读板。
使用软件GraphPad Prism进行四参数对数回归(4PL)模型拟合，得到EC50(ng/mL)，其可反映各抗体的抗原结合活性；结果如以下表8所示。
表8、H11B11、H11B11-mut1和H11B11-mut2抗体的抗原结合活性(EC50值)
样品名 EC50(ng/mL)
H11B11 4.1
H11B11-mut1 3.5
H11B11-mut2 2.7
由表8可知，突变抗体H11B11-mut1、H11B11-mut1的抗原结合活性明显高于人源化单克隆抗体H11B11，即，突变抗体H11B11-mut1、H11B11-mut1相较于原抗体H11B11具有明显增高的抗原结合活性。
实施例6：突变抗体H11B11-mut1和H11B11-mut2的高温稳定性
本实施例中，按照实施例3中记载的检测方法，测定突变抗体H11B11-mut1、H11B11-mut1经40℃高温放置4周后的稳定性；其结果如以下表9所示。
表9、H11B11-mut1和H11B11-mut2的高温稳定性
Figure BDA0003765028910000131
将表9中的两种突变抗体的稳定性数据与前述表3中的H11B11的稳定性数据(两者是在同等测试条件下)进行对比可知，突变抗体H11B11-mut1、H11B11-mut1的高温稳定性相较于原抗体H11B11明显提高，因此其成药性得到了显著改善。
以上实施例说明，突变抗体H11B11-mut1、H11B11-mut1能以高结合活性特异性结合人ACE2，并且具有较高的稳定性和较好的成药性，因此有望成为以ACE2为受体的冠状病毒(包括SARS-CoV-2)感染的治疗性抗体药物。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
本文所用序列如下：
SEQ ID NO:1：本发明抗体H11B11-mut1的HCDR1
DYYMN；
SEQ ID NO:2：本发明抗体H11B11-mut1的HCDR2
FIRNKANDYTTEYST；
SEQ ID NO:3：本发明抗体H11B11-mut1的HCDR3
HMYDHGFDF；
SEQ ID NO:4：本发明抗体H11B11-mut1或者H11B11-mut2的LCDR1RASSSVRYMH；
SEQ ID NO:5：本发明抗体H11B11-mut1或者H11B11-mut2的LCDR2
DTSKLAS；
SEQ ID NO:6：本发明抗体H11B11-mut1或者H11B11-mut2的LCDR3QQWSYNPLT；
SEQ ID NO:7：本发明抗体H11B11-mut2的HCDR3
HMYDNGFDF；
SEQ ID NO:8：本发明抗体H11B11-mut1的重链可变区
EVQLVESGGGLVQPGGSLRLSCAASGFTFIDYYMNWVRQAPGKGLEWVGFIRNKANDYTTEYSTSVKGRFTISRDNSKNTLYLQMNSLRAEDTAVYYCARHMYDHGFDFWGQGTLVTVSS；
SEQ ID NO:9：本发明抗体H11B11-mut1或H11B11-mut2的轻链可变区
DIQMTQSPSSLSASVGDRVTITCRASSSVRYMHWYQQKPGKAPKRLIYDTSKLASGVPSRFSGSGSGTDYTLTISSLQPEDFATYYCQQWSYNPLTFGQGTKLEIK；
SEQ ID NO:10：本发明抗体H11B11-mut2的重链可变区
EVQLVESGGGLVQPGGSLRLSCAASGFTFIDYYMNWVRQAPGKGLEWVGFIRNKANDYTTEYSTSVKGRFTISRDNSKNTLYLQMNSLRAEDTAVYYCARHMYDNGFDFWGQGTLVTVSS；
SEQ ID NO:11：本发明抗体H11B11-mut1的重链
EVQLVESGGGLVQPGGSLRLSCAASGFTFIDYYMNWVRQAPGKGLEWVGFIRNKANDYTTEYSTSVKGRFTISRDNSKNTLYLQMNSLRAEDTAVYYCARHMYDHGFDFWGQGTLVTVSSASTKGPSVFPLAPCSRSTSESTAALGCLVKDYFPEPVTVSWNSGALTSGVHTFPAVLQSSGLYSLSSVVTVPSSSLGTKTYTCNVDHKPSNTKVDKRVESKYGPPCPPCPAPEAAGAPSVFLFPPKPKDTLYITREPEVTCVVVDVSQEDPEVQFNWYVDGVEVHNAKTKPREEQFNSTYRVVSVLTVLHQDWLNGKEYKCKVSNKGLPSSIEKTISKAKGQPREPQVYTLPPSQEEMTKNQVSLTCLVKGFYPSDIAVEWESNGQPENNYKTTPPVLDSDGSFFLYSRLTVDKSRWQEGNVFSCSVMHEALHNHYTQKSLSLSLGK；
SEQ ID NO:12：本发明抗体H11B11-mut1或者H11B11-mut2的轻链
DIQMTQSPSSLSASVGDRVTITCRASSSVRYMHWYQQKPGKAPKRLIYDTSKLASGVPSRFSGSGSGTDYTLTISSLQPEDFATYYCQQWSYNPLTFGQGTKLEIKRTVAAPSVFIFPPSDEQLKSGTASVVCLLNNFYPREAKVQWKVDNALQSGNSQESVTEQDSKDSTYSLSSTLTLSKADYEKHKVYACEVTHQGLSSPVTKSFNRGEC；
SEQ ID NO:13：本发明抗体H11B11-mut2的重链
EVQLVESGGGLVQPGGSLRLSCAASGFTFIDYYMNWVRQAPGKGLEWVGFIRNKANDYTTEYSTSVKGRFTISRDNSKNTLYLQMNSLRAEDTAVYYCARHMYDNGFDFWGQGTLVTVSSASTKGPSVFPLAPCSRSTSESTAALGCLVKDYFPEPVTVSWNSGALTSGVHTFPAVLQSSGLYSLSSVVTVPSSSLGTKTYTCNVDHKPSNTKVDKRVESKYGPPCPPCPAPEAAGAPSVFLFPPKPKDTLYITREPEVTCVVVDVSQEDPEVQFNWYVDGVEVHNAKTKPREEQFNSTYRVVSVLTVLHQDWLNGKEYKCKVSNKGLPSSIEKTISKAKGQPREPQVYTLPPSQEEMTKNQVSLTCLVKGFYPSDIAVEWESNGQPENNYKTTPPVLDSDGSFFLYSRLTVDKSRWQEGNVFSCSVMHEALHNHYTQKSLSLSLGK；
SEQ ID NO:14：鼠源单克隆抗体m11B11的重链可变区
EVKLVESGGGLVQPGGSLRLSCTTSGFTFIDYYMNWVRQPPGKALEWLGFIRNKANDYTTEYSTSVKGRFTISRDNSQSILYLQLNNLRAEDSGTYYCASHMYDDGFDFWGQGTTVTVSS；
SEQ ID NO:15：鼠源单克隆抗体m11B11的轻链可变区
DNVLTQSPAIMSAFPGEKVTMTCNASSSVRYMHWYQQKSGTSPKRWIYDTSKLASGVPVRFSGSGSGTSYSLTISSMEAEDAATYYCQQWSYNPLTFGAGTKLEIK；
SEQ ID NO:16：人源化单克隆抗体H11B11的重链可变区
EVQLVESGGGLVQPGGSLRLSCAASGFTFIDYYMNWVRQAPGKGLEWVGFIRNKANDYTTEYSTSVKGRFTISRDNSKNTLYLQMNSLRAEDTAVYYCARHMYDDGFDFWGQGTLVTVSS；
SEQ ID NO:17：人IgG1突变抗体恒定区
ASTKGPSVFPLAPCSRSTSESTAALGCLVKDYFPEPVTVSWNSGALTSGVHTFPAVLQSSGLYSLSSVVTVPSSSLGTKTYTCNVDHKPSNTKVDKRVESKYGPPCPPCPAPEAAGAPSVFLFPPKPKDTLYITREPEVTCVVVDVSQEDPEVQFNWYVDGVEVHNAKTKPREEQFNSTYRVVSVLTVLHQDWLNGKEYKCKVSNKGLPSSIEKTISKAKGQPREPQVYTLPPSQEEMTKNQVSLTCLVKGFYPSDIAVEWESNGQPENNYKTTPPVLDSDGSFFLYSRLTVDKSRWQEGNVFSCSVMHEALHNHYTQKSLSLSLGK；
SEQ ID NO:18：人kappa轻链恒定区
RTVAAPSVFIFPPSDEQLKSGTASVVCLLNNFYPREAKVQWKVDNALQSGNSQESVTEQDSKDSTYSLSSTLTLSKADYEKHKVYACEVTHQGLSSPVTKSFNRGEC；
SEQ ID NO:19：鼠源单克隆抗体m11B11的重链
EVKLVESGGGLVQPGGSLRLSCTTSGFTFIDYYMNWVRQPPGKALEWLGFIRNKANDYTTEYSTSVKGRFTISRDNSQSILYLQLNNLRAEDSGTYYCASHMYDDGFDFWGQGTTVTVSSAKTTAPSVYPLAPVCGDTTGSSVTLGCLVKGYFPEPVTLTWNSGSLSSGVHTFPAVLQSDLYTLSSSVTVTSSTWPSQSITCNVAHPASSTKVDKKIEPRGPTIKPCPPCKCPAPNLLGGPSVFIFPPKIKDVLMISLSPIVTCVVVDVSEDDPDVQISWFVNNVEVHTAQTQTHREDYNSTLRVVSALPIQHQDWMSGKEFKCKVNNKDLPAPIERTISKPKGSVRAPQVYVLPPPEEEMTKKQVTLTCMVTDFMPEDIYVEWTNNGKTELNYKNTEPVLDSDGSYFMYSKLRVEKKNWVERNSYSCSVVHEGLHNHHTTKSFSRTPGK；
SEQ ID NO:20：鼠源单克隆抗体m11B11的轻链
DNVLTQSPAIMSAFPGEKVTMTCNASSSVRYMHWYQQKSGTSPKRWIYDTSKLASGVPVRFSGSGSGTSYSLTISSMEAEDAATYYCQQWSYNPLTFGAGTKLEIKRADAAPTVSIFPPSSEQLTSGGASVVCFLNNFYPKDINVKWKIDGSERQNGVLNSWTDQDSKDSTYSMSSTLTLTKDEYERHNSYTCEATHKTSTSPIVKSFNRNEC；
SEQ ID NO:21：人源化单克隆抗体H11B11的重链
EVQLVESGGGLVQPGGSLRLSCAASGFTFIDYYMNWVRQAPGKGLEWVGFIRNKANDYTTEYSTSVKGRFTISRDNSKNTLYLQMNSLRAEDTAVYYCARHMYDDGFDFWGQGTLVTVSSASTKGPSVFPLAPCSRSTSESTAALGCLVKDYFPEPVTVSWNSGALTSGVHTFPAVLQSSGLYSLSSVVTVPSSSLGTKTYTCNVDHKPSNTKVDKRVESKYGPPCPPCPAPEAAGAPSVFLFPPKPKDTLYITREPEVTCVVVDVSQEDPEVQFNWYVDGVEVHNAKTKPREEQFNSTYRVVSVLTVLHQDWLNGKEYKCKVSNKGLPSSIEKTISKAKGQPREPQVYTLPPSQEEMTKNQVSLTCLVKGFYPSDIAVEWESNGQPENNYKTTPPVLDSDGSFFLYSRLTVDKSRWQEGNVFSCSVMHEALHNHYTQKSLSLSLGK。
Figure IDA0003765028970000011
Figure IDA0003765028970000021
Figure IDA0003765028970000031
Figure IDA0003765028970000041
Figure IDA0003765028970000051
Figure IDA0003765028970000061
Figure IDA0003765028970000071
Figure IDA0003765028970000081

Claims (15)

1.特异性结合人ACE2的人源化单克隆抗体或其抗原结合片段，其特征在于，所述人源化单克隆抗体或其抗原结合片段包含选自以下的重链可变区和轻链可变区组：
(1)重链可变区，其包含氨基酸序列分别如SEQ ID NO:1、SEQ ID NO:2和SEQ ID NO:3所示的HCDR1、HCDR2和HCDR3；和轻链可变区，其包含氨基酸序列分别如SEQ ID NO:4、SEQID NO:5和SEQ ID NO:6所示的LCDR1、LCDR2和LCDR3；或
(2)重链可变区，其包含氨基酸序列分别如SEQ ID NO:1、SEQ ID NO:2和SEQ ID NO:7所示的HCDR1、HCDR2和HCDR3；和轻链可变区，其包含氨基酸序列分别如SEQ ID NO:4、SEQID NO:5和SEQ ID NO:6所示的LCDR1、LCDR2和LCDR3。
2.根据权利要求1所述的人源化单克隆抗体或其抗原结合片段，其特征在于，所述人源化单克隆抗体或其抗原结合片段包含选自以下的重链可变区和轻链可变区组：
(1)重链可变区，其具有如SEQ ID NO:8所示的氨基酸序列，或与SEQ ID NO:8所示的氨基酸序列具有至少95％，96％，97％，98％或99％序列同一性的氨基酸序列；和轻链可变区，其具有如SEQ ID NO:9所示的氨基酸序列，或与SEQ ID NO:9所示的氨基酸序列具有至少95％，96％，97％，98％或99％序列同一性的氨基酸序列；
(2)重链可变区，其具有如SEQ ID NO:10所示的氨基酸序列，或与SEQ ID NO:10所示的氨基酸序列具有至少95％，96％，97％，98％或99％序列同一性的氨基酸序列；和轻链可变区，其具有如SEQ ID NO:9所示的氨基酸序列，或与SEQ ID NO:9所示的氨基酸序列具有至少95％，96％，97％，98％或99％序列同一性的氨基酸序列。
3.根据权利要求2所述的人源化单克隆抗体或其抗原结合片段，其特征在于，所述人源化单克隆抗体或其抗原结合片段包含选自以下的重链可变区和轻链可变区组：
(1)重链可变区，其具有如SEQ ID NO:8所示的氨基酸序列；和轻链可变区，其具有如SEQ ID NO:9所示的氨基酸序列；
(2)重链可变区，其具有如SEQ ID NO:10所示的氨基酸序列；和轻链可变区，其具有如SEQ ID NO:9所示的氨基酸序列。
4.根据权利要求1-3任一项所述的人源化单克隆抗体或其抗原结合片段，其特征在于，所述人源化单克隆抗体或其抗原结合片段包含选自以下的重链和轻链组：
(1)重链，其具有如SEQ ID NO:11所示的氨基酸序列，或与SEQ ID NO:11所示的氨基酸序列具有至少95％、96％、97％、98％或99％序列同一性的氨基酸序列；和轻链，其具有如SEQ ID NO:12所示的氨基酸序列，或与SEQ ID NO:12所示的氨基酸序列具有至少95％、96％、97％、98％或99％序列同一性的氨基酸序列；
(2)重链，其具有如SEQ ID NO:13所示的氨基酸序列，或与SEQ ID NO:13所示的氨基酸序列具有至少95％、96％、97％、98％或99％序列同一性的氨基酸序列；和轻链，其具有如SEQ ID NO:12所示的氨基酸序列，或与SEQ ID NO:12所示的氨基酸序列具有至少95％、96％、97％、98％或99％序列同一性的氨基酸序列。
5.根据权利要求4所述的人源化单克隆抗体或其抗原结合片段，其特征在于，所述人源化单克隆抗体或其抗原结合片段包含选自以下的重链和轻链组：
(1)重链，其具有如SEQ ID NO:11所示的氨基酸序列；和轻链，其具有如SEQ ID NO:12所示的氨基酸序列；
(2)重链，其具有如SEQ ID NO:13所示的氨基酸序列；和轻链，其具有如SEQ ID NO:12所示的氨基酸序列。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的人源化单克隆抗体或其抗原结合片段，其特征在于，所述人源化单克隆抗体或其抗原结合片段是人源化的；
优选地，所述单克隆抗体为IgG1型单克隆抗体；
优选地，所述抗原结合片段选自Fab、Fab'、Fab'-SH、Fv、scFv、F(ab')2、双抗体。
7.一种双特异性抗体，其包含如权利要求1-6中任一项所述的人源化单克隆抗体或其抗原结合片段。
8.多核苷酸，其编码如权利要求1-6中任一项所述的人源化单克隆抗体或其抗原结合片段，或者编码如权利要求7所述的双特异性抗体。
9.核酸构建体，其包含如权利要求8所述的多核苷酸，以及任选地，与所述多核苷酸可操作地连接的至少一个表达调控元件。
10.表达载体，其包含如权利要求9所述的核酸构建体；优选地，所述表达载体为真核表达载体。
11.转化的宿主细胞，其包含如权利要求8所述的多核苷酸、如权利要求9所述的核酸构建体或如权利要求10所述的表达载体；
优选地，所述宿主细胞为真核细胞，进一步优选为哺乳动物细胞。
12.一种制备如权利要求1-6中任一项所述的人源化单克隆抗体或其抗原结合片段的方法，所述方法包括：
1)在适合于表达所述人源化单克隆抗体或其抗原结合片段的条件下，培养如权利要求12所述的转化的宿主细胞，使其表达所述人源化单克隆抗体或其抗原结合片段；
2)从所述宿主细胞或其培养物中，回收所表达的所述人源化单克隆抗体或其抗原结合片段。
13.药物缀合物，其包含如权利要求1-6中任一项所述的人源化单克隆抗体或其抗原结合片段或者如权利要求7所述的双特异性抗体，以及直接地或通过间隔物间接地与所述人源化单克隆抗体或其抗原结合片段缀合的效应分子；
优选地，所述效应分子为可检测标记、毒素和/或化疗剂；
进一步优选地，所述可检测标记为酶标记、荧光素标记、同位素标记、生物素标记、化学发光基团或金属颗粒。
14.药物组合物，其包含如权利要求1-6中任一项所述的人源化单克隆抗体或其抗原结合片段、如权利要求7所述的双特异性抗体、如权利要求8所述的多核苷酸、如权利要求9所述的核酸构建体、如权利要求10所述的表达载体、如权利要求11所述的转化的宿主细胞和/或如权利要求13所述的药物缀合物，以及药学上可接受的载体和/或赋形剂。
15.如权利要求1-6中任一项所述的人源化单克隆抗体或其抗原结合片段、如权利要求7所述的双特异性抗体、如权利要求8所述的多核苷酸、如权利要求9所述的核酸构建体、如权利要求10所述的表达载体、如权利要求11所述的转化的宿主细胞、如权利要求13所述的药物缀合物和/或如权利要求14所述的药物组合物在制备用于预防和/或治疗以ACE2作为受体的冠状病毒感染的药物中的用途；
优选地，所述以ACE2作为受体的冠状病毒选自：SARS-CoV和SARS-CoV-2；
进一步优选地，所述SARS-CoV-2为SARS-CoV-2原型株和/或其变异株。
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