針對GPCR家族的抗體藥物研發(fā)

       GPCR (G Protein-Coupled Receptor)，即G蛋白偶聯(lián)受體，是哺乳動(dòng)物基因組中的膜蛋白家族[1]，廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、心血管、視網(wǎng)膜等器官和組織，參與機(jī)體的發(fā)育和正常的功能行使。而如果與其相關(guān)的細(xì)胞內(nèi)通路調(diào)節(jié)發(fā)生異常，或者外源病原物以之為受體攻擊機(jī)體細(xì)胞，則會導(dǎo)致一系列疾病的發(fā)生。因此，GPCR被視為重要的藥物開發(fā)靶點(diǎn)，GPCR抗體藥物研發(fā)具有非常重要的價(jià)值。

       GPCR家族簡介

       GPCR的主體由7段跨細(xì)胞質(zhì)膜的α螺旋結(jié)構(gòu)構(gòu)成。N端和三個(gè)loop位于胞外，參與受體與其配體的相互作用；C端和3個(gè)loop位于胞內(nèi)。

       特定的配體與GPCR結(jié)合，會引起G蛋白的活化，產(chǎn)生第二信使Ca2+或cAMP，將GPCR所接受的胞外信號向下游傳遞；但GPCR也可以介導(dǎo)不依賴G蛋白的信號傳導(dǎo)，如通過與β-arrestin等分子相互作用調(diào)節(jié)下游通路。

       針對GPCR超家族的成員，有多種不同的分類方法，比較流行的有兩種：一是A-F分類系統(tǒng)；另一種是根據(jù)序列相似性和功能相似性，將GPCR分為Glutamate, Rhodopsin, Adhesion, Frizzled/Taste2, Secretin等5類（縮寫為GRAFS），絕大部分人源GPCR可被歸類其中[1]。

       GPCR蛋白與疾病的關(guān)系

       GPCR家族在人體內(nèi)分布廣泛，功能復(fù)雜，因此與多種疾病的發(fā)生和進(jìn)展過程有所關(guān)聯(lián)，或在其中扮演重要的角色。根據(jù)截止到目前的較為清楚的研究，GPCR涉及到的疾病主要分為3大類：癌癥、炎癥和心血管/代謝疾病。

       GPCR與癌癥

       研究表明，GPCR家族的多種成員參與了各類癌癥的發(fā)生和進(jìn)展[2]。激素受體類的GPCR參與了某些激素依賴的癌癥。有些蛋白酶激活受體如PAR1，在MMP-1的催化下活化并激活下游信號通路，促進(jìn)癌細(xì)胞的侵襲和惡化。有些趨化因子受體，如CXCR2、CXCR4，在骨髓瘤、淋巴瘤細(xì)胞中高表達(dá)[3]，也可能高表達(dá)在如胰 腺癌等實(shí)體瘤細(xì)胞上，參與細(xì)胞的遷移、血管生成等[4]。

       GPCR與炎癥

       趨化因子受體家族主要表達(dá)在免疫系統(tǒng)各類細(xì)胞上，參與免疫細(xì)胞的發(fā)育、遷移、生存、免疫功能的發(fā)揮等生理病理過程[5]。其中，炎癥反應(yīng)就是由免疫細(xì)胞上的趨化因子受體受趨化因子激活后介導(dǎo)免疫細(xì)胞發(fā)揮宿主免疫功能而產(chǎn)生的一類病理現(xiàn)象。如CXCR1、CXCR2主要表達(dá)于中性粒細(xì)胞上，當(dāng)機(jī)體某處發(fā)生感染或出現(xiàn)損傷時(shí)，中心粒細(xì)胞會在相應(yīng)趨化因子（CXCL1、CXCL2、CXCL8）的趨化下向病灶遷移，到達(dá)病灶后釋放炎癥因子，從而產(chǎn)生局部的炎癥反應(yīng)[6]。

       GPCR與心血管/代謝疾病

       與心血管疾病相關(guān)的GPCR成員主要分布于Class A家族的α亞類，如人體最重要的神經(jīng)體液調(diào)節(jié)系統(tǒng)之一，血管緊張素系統(tǒng)（RAAS）中的AT1R、AT2R以及Mas-R。AT1R受體激活引起血管收縮，細(xì)胞增殖遷移、炎癥纖維化、心肌再塑和肥厚、鈉水潴留和ROS 生成等等；而Mas受體激活主導(dǎo)血管舒張、抑制細(xì)胞增殖遷移、抗炎癥纖維化、抗凝、促EDRF、NO生成、抑制心肌肥厚和生長等等，兩者具有相互拮抗的作用，共同維持人體的自穩(wěn)態(tài)。

       與代謝疾病相關(guān)的GPCR成員主要是分布于Class A家族中的脂肪酸受體，比如GPR120、GPR41和GPR43等，以及Class B家族中的Secretin受體家族，包括GLP-1R和GCGR等[7]。食物營養(yǎng)成分在腸道中可被分解產(chǎn)生游離脂肪酸，游離脂肪酸除了被吸收氧化分解產(chǎn)生能量以供機(jī)體利用之外, 還能通過結(jié)合脂肪酸受體激活信號通路, 參與多種生理功能的調(diào)節(jié), 如維持能量平衡、代謝穩(wěn)態(tài)、調(diào)節(jié)脂質(zhì)形成與分解、監(jiān)測菌群數(shù)量等。胰高血糖素樣肽1（GLP-1）通過激活GLP-1R，提高胰島β細(xì)胞的胰島素分泌水平，從而控制血糖；同時(shí)它還使人產(chǎn)生飽腹感，減緩腸道蠕動(dòng)，降低食物攝入。胰高血糖素（GCG）通過與其受體GCGR結(jié)合而被激活，增強(qiáng)肝糖原降解，并調(diào)節(jié)葡萄糖的從頭合成途徑，抵抗胰島素的降血糖作用，從而升高血糖。在二型糖尿病患者中，高血糖的同時(shí)會伴隨高胰高血糖素癥。

       除了這3類疾病主要的疾病之外，還有其他疾病被證明與GPCR相關(guān)，如：CCR5參與HIV向T細(xì)胞的入侵，是治療艾滋病的一個(gè)重要靶點(diǎn)；如降鈣素相關(guān)基因肽受體CGRPR和其配體CGRP表達(dá)于三叉神經(jīng)元區(qū)域，兩者的相互作用所激活的下游信號通路被證明與偏頭痛相關(guān)[8]。

       以GPCR為靶點(diǎn)的抗體藥物開發(fā)

       GPCR作為抗體藥物靶點(diǎn)的可行性

       目前認(rèn)為，可以成為藥物靶點(diǎn)的GPCR約為370個(gè)。針對GPCR靶點(diǎn)，抗體藥物所起到作用主要是阻斷胞外信號對靶點(diǎn)的激活，調(diào)控由靶點(diǎn)介導(dǎo)的胞內(nèi)信號傳導(dǎo)。

       抗體藥物對于GPCR靶點(diǎn)的特點(diǎn)和優(yōu)勢

       相對于小分子，抗體在體內(nèi)的清除率更低，作用時(shí)間更長，相應(yīng)的給藥頻率更低；并且在給定劑量下，抗體的血漿濃度的個(gè)體差異更小。

       而針對GPCR的抗體藥物治療的特殊優(yōu)勢，可歸納為以下3個(gè)方面：

       首先是抗體藥物的獨(dú)特成藥性?？贵w可以阻斷GPCR與配體的結(jié)合，可以讓GPCR內(nèi)吞，使GPCR下游信號降低或終止。它還可以結(jié)合GPCR的特定表位，穩(wěn)定GPCR活化時(shí)的特定構(gòu)象，產(chǎn)生具有偏好性的生物學(xué)活性。

       其次是抗體藥物的選擇性好。與受體之間保守度低的位點(diǎn)結(jié)合的藥物具有很好的特異性。例如，Secretin受體家族成員的胞外N端較長，而相近成員之間的序列差異主要集中在N端；而小分子結(jié)合的跨膜區(qū)域則相對保守[9]。

       再者是抗體藥物的體內(nèi)分布。許多GPCR在外周和中樞神經(jīng)系統(tǒng)均有表達(dá)，而抗體藥物由于血腦屏障的阻隔，進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)穿透能力受到限制，因此對于在外周和中樞神經(jīng)系統(tǒng)均有表達(dá)的GPCR，若只需針對外周的部分設(shè)計(jì)藥物，則可以開發(fā)治療性抗體，使藥物主要分布在外周區(qū)域，降低對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的毒副作用。

       以GPCR為靶點(diǎn)的抗體藥物開發(fā)方法的發(fā)展現(xiàn)狀

       GPCR的 7個(gè)跨膜區(qū)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及天然的低表達(dá)率，使得有生物學(xué)活性的可溶性GPCR抗原難以制備，篩選困難。目前GPCR抗原制備有多種方法，但都存在各自的缺陷[10]。

       英國Heptares therapeutics公司開發(fā)的StaR技術(shù)，通過向GPCR引入少量定點(diǎn)突變，在不破壞蛋白藥理學(xué)性質(zhì)的情況下提高受體的熱穩(wěn)定性，從而幫助純化出的GPCR穩(wěn)定構(gòu)象，或通過設(shè)計(jì)突變將GPCR固定成特定的失活或激活狀態(tài)，用于篩選特定的激活型或抑制型抗體。

       荷蘭Pepscan Therapeutics公司的CLIPS (Chemical Linkage of Peptides onto Scaffolds) 技術(shù)通過化學(xué)修飾使一個(gè)或多個(gè)肽段以特定構(gòu)象穩(wěn)定存在，模擬復(fù)雜蛋白特定結(jié)構(gòu)域的天然構(gòu)象，替代全長受體進(jìn)行藥物篩選。

       鴻運(yùn)華寧獨(dú)有的GPCR穩(wěn)定高表達(dá)技術(shù)平臺克服了抗原制備的難題，能用于動(dòng)物的有效免疫，克服了篩選高背景的難題，提升了抗體篩選效率。

       除了通過抗原免疫動(dòng)物篩選單克隆抗體，現(xiàn)在用于篩選的體外展示技術(shù)包括噬菌體展示、核糖體/mRNA展示、細(xì)菌展示和酵母展示[11]。它們雖然可以進(jìn)行抗體高通量篩選或優(yōu)化，但由于在不同于哺乳動(dòng)物細(xì)胞的環(huán)境中表達(dá)，所產(chǎn)生的抗體在蛋白質(zhì)折疊、糖基化、二硫鍵形成和修飾都可能不同。此外篩選獲得的往往是抗體片段，并非全長抗體，還存在重組后全長抗體失活以及表達(dá)水平降低的問題，難以滿足抗體藥物研發(fā)的需求[12]。近年來，哺乳動(dòng)物細(xì)胞表面展示系統(tǒng)的發(fā)展成為制備人源抗體的一個(gè)熱點(diǎn)，動(dòng)物細(xì)胞中蛋白質(zhì)的折疊、分泌以及翻譯后修飾等過程與人體的最為接近，應(yīng)用動(dòng)物細(xì)胞表面展示系統(tǒng)展示全長人源抗體潛力巨大。但此技術(shù)尚不成熟，全長抗體庫構(gòu)建效率低，庫容量小，難以滿足高親和力、高特異性的抗體的篩選需要[13]。

       鴻運(yùn)華寧基于哺乳動(dòng)物細(xì)胞展示技術(shù)所開發(fā)的高效GPCR全長抗體展示平臺能夠有效篩選抗體及提高親和力，獲得靶向性高、治療效果好、經(jīng)濟(jì)效益可觀的抗體藥物。

       針對GPCR的抗體藥物研發(fā)情況

       目前，全球僅有日本協(xié)和發(fā)酵麒麟公司的Mogamulizumab（商品名為Potelieo）在日本上市。該藥物靶向CCR4，適應(yīng)癥為復(fù)發(fā)或難治型CCR4陽性的成人T細(xì)胞白血病/淋巴瘤。

       除此之外，有多個(gè)藥物癥處于不同的研發(fā)階段，部分列表如下：

       可以看到，在研管線中，靶點(diǎn)類型和適應(yīng)癥類型均較為多樣。

       Erenumab、Galcanezumab、Fremanezumab和Eptinezumab均為治療偏頭痛的抗體，Erenumab靶向CGRPR，而后三者靶向CGRP。目前，前三者已經(jīng)申請上市，Eptinezumab也已經(jīng)處于三期臨床階段?？梢灶A(yù)計(jì)，偏頭痛領(lǐng)域?qū)臎]有有效治療手段一下子步入巨頭競爭的狀態(tài)。

       PRO-40靶向T細(xì)胞表面的CCR5，用于艾滋病的治療。若成功，它將是繼中裕新藥的Ibalizumab-uiyk（商品名為Trogarzo）之后又一款治療艾滋病的抗體藥物。

       北京科信美德在研的REMD-477是針對胰高血糖素受體GCGR的抑制性抗體。通過抑制GCGR降低肝細(xì)胞上的胰高血糖素信號傳導(dǎo)，進(jìn)而抑制肝糖原降解和內(nèi)源葡萄糖的從頭合成途徑。目前，該項(xiàng)目針對糖尿病適應(yīng)癥正處于二期臨床研究階段。

       Bird Rock Bio（更名前為銳意生物）與強(qiáng)生就一期臨床在研抗體RIY-018達(dá)成合作協(xié)議。該藥的靶點(diǎn)是CB1受體，適應(yīng)癥是非酒精性脂肪肝（NASH）。

       重點(diǎn)企業(yè)介紹：鴻運(yùn)華寧生物醫(yī)藥（Gmax Biopharm）

       鴻運(yùn)華寧是一家總部位于浙江杭州的致力于靶向GPCR的抗體藥物開發(fā)的生物制藥企業(yè)，由景書謙博士于2010年創(chuàng)辦。目前，除了位于杭州的總部和研發(fā)中心，公司在美國和澳大利亞設(shè)有臨床研發(fā)機(jī)構(gòu)；另外，公司正在籌建的商業(yè)化生產(chǎn)基地位于河南鄭州。

       鴻運(yùn)華寧擁有GPCR抗體開發(fā)技術(shù)平臺。他們通過建立高通量的雜交瘤篩選、高通量抗體表達(dá)篩選、抗體功能檢測等一系列技術(shù)平臺，解決了靶向GPCR的抗體藥物的篩選、優(yōu)化、人源化等難題，對這類靶點(diǎn)的抗體藥物開發(fā)起到了較大的推動(dòng)作用。

       公司公布的研發(fā)管線涉及代謝系統(tǒng)疾病、心血管系統(tǒng)疾病和癌癥這三個(gè)疾病領(lǐng)域，其中代謝系統(tǒng)疾病和心血管系統(tǒng)疾病這兩個(gè)領(lǐng)域的候選抗體均出自GPCR抗體技術(shù)平臺。

       GMA102和GMA105

       GMA102和GMA105為同一種分子（Glutazumab），是針對GLP-1R的激活型抗體，結(jié)構(gòu)如下：

       常規(guī)的GLP-1通過激活GLP-1R，調(diào)控其下游信號通路，提高胰島β細(xì)胞的胰島素分泌水平，從而控制血糖。但高劑量的GLP-1會造成明顯的毒副作用，因?yàn)镚LP-1R作為GPCR，其下游的信號通路較多，且各信號通路的激活效果與受體-配體的結(jié)合方式直接相關(guān)（即信號調(diào)控的偏向性有所不同），GLP-1會開啟與調(diào)節(jié)胰島素分泌無關(guān)的信號通路，從而產(chǎn)生毒副作用。

       而Glutazumab是由靶向GLP-1受體的人源化抗體與GLP-1片段融合而成，該分子利用其抗體部分的精確定位作用，實(shí)現(xiàn)GLP-1片段與受體GLP-1R以特定的方式（特定的結(jié)構(gòu)域、特定的角度等）結(jié)合，從而對GLP-1R下游信號通路的激活方式進(jìn)行人為選擇和調(diào)節(jié)。這樣的設(shè)計(jì)理論上有助于控制GLP-1用藥后的副作用。因此，與GLP-1類的藥物（如度拉魯肽、索瑪魯肽等）相比，Glutazumab理論上有更好的安全性，這有助于該藥物在劑量上有更寬的選擇范圍。

       體外實(shí)驗(yàn)證明Glutazumab的效果好于度拉魯肽，食蟹猴上的實(shí)驗(yàn)證明Glutazumab的安全性也好于度拉魯肽；一期臨床數(shù)據(jù)顯示Glutazumab的藥代性能和安全性數(shù)據(jù)均好于度拉魯肽的歷史數(shù)據(jù)。目前，公司為Glutazumab所選的二型糖尿病和肥胖癥這兩個(gè)適應(yīng)癥均在做二期臨床研究，二個(gè)項(xiàng)目編號分別為GMA102和GMA105。

       目前，二型糖尿病領(lǐng)域競爭非常激烈。胰島素經(jīng)過多年的改進(jìn)已實(shí)現(xiàn)長效化，而改進(jìn)版的艾塞那肽、度拉魯肽以及索瑪魯肽也將GLP-1類藥物帶入長效時(shí)代。目前索瑪魯肽的勢頭最盛，該藥物在與艾塞那肽和度拉魯肽的頭碰頭試驗(yàn)中顯示出了更好的降糖效果和減輕體重的效果，另外，它的心血管獲益效果也得到了證明。因此，希望Glutazumab能體現(xiàn)自己在安全性和降糖、減重這幾個(gè)主要的方面顯示出自己的優(yōu)勢，達(dá)到預(yù)期的高度，為患者提供一個(gè)更好的治療選擇。

       GMA301

       肺動(dòng)脈高壓是指肺動(dòng)脈壓力超過一定閾值的病理狀態(tài)，它可以是獨(dú)立的疾病，也可以是并發(fā)癥或綜合征。肺動(dòng)脈高壓可導(dǎo)致右心衰竭。按照WHO對罕見病的定義，肺動(dòng)脈高壓屬于罕見病，但從國內(nèi)人群的健康狀況結(jié)合肺動(dòng)脈高壓的發(fā)病原因（慢性肺部疾病、心力衰竭、血栓等）來看，肺動(dòng)脈高壓在我國的患病率并不低。

       GMA301是全世界首個(gè)靶向內(nèi)皮素受體ETaR的單克隆抗體藥物。GMA301與ETaR的結(jié)合，降低內(nèi)皮素導(dǎo)致的血管壓力增加，從而緩解肺動(dòng)脈壓力過高的癥狀。相比于同靶點(diǎn)的小分子藥物，抗體的靶向性更好，藥物作用時(shí)間更長，并且可以避免小分子藥物導(dǎo)致的肝**。GMA301已獲得美國的孤兒藥資格認(rèn)證，目前正在澳洲開展一期臨床研究。

       治療肺動(dòng)脈高壓的小分子藥物的研發(fā)頗為不順，成功率不高，究其原因，主要還是小分子藥物的選擇性較差，毒副作用較大，作為抗體藥物的GMA301，能夠很好地解決這方面的問題，并能夠體現(xiàn)出明顯的治療效果。

       除了這兩個(gè)藥物之外，公司還有數(shù)個(gè)靶向GPCR的抗體和Bibody藥物處在早期發(fā)現(xiàn)和臨床前研究的階段，可見公司的研發(fā)管線在未來會有很好的延續(xù)性。

       小編總結(jié)

       鴻運(yùn)華寧作為在本土創(chuàng)立的生物制藥企業(yè)，沒有扎堆研發(fā)靶向免疫檢查點(diǎn)等熱門靶點(diǎn)的抗體，而是堅(jiān)持將針對GPCR家族的抗體開發(fā)作為公司的重心，并且開發(fā)了相關(guān)的前沿技術(shù)，走出了一條研發(fā)領(lǐng)域和研發(fā)技術(shù)均體現(xiàn)出差異化的研發(fā)之路。同時(shí)，公司的研發(fā)布局也增強(qiáng)了全球工業(yè)界在靶向GPCR的抗體開發(fā)方面的能力，很好地推動(dòng)了整個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展和進(jìn)步。相信針對GPCR的抗體新藥在相關(guān)疾病的治療方面將會發(fā)揮越來越重要的作用，以造福全球的患者。

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