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【前沿进展】不同Linker裂解酶:针对多肽Linker“量体裁衣”

2021-08-04 10:22    浏览量:3039
# 前情提要 #

随着荣昌生物靶向Claudin 18.2 ADC首获澳洲临床试验许可,ADC圈又掀起了一阵热潮。ADC无疑是当前医学界最热门的研究方向之一,近年来发展势头正盛。

7月6日我们也有幸邀请到了来自荣昌生物的李壮林博士和ACROBiosystems的张智涛博士给大家分享了关于ADC药物开发策略、创新技术以及工艺放大质控关键点的精彩内容,收到大家积极反馈。(错过了的小伙伴可以戳文末链接查看回放哦~)


在ADC的设计开发中,连接Payload和抗体的Linker对ADC药效有重要影响,其结构设计以及化学性质直接关系到ADC药物的稳定性、安全性和特异性。通常情况下,Linker的设计原则是在血液环境中稳定,在溶酶体或者在肿瘤微环境中则能够快速降解释放Payload,发挥药效。同时也要求Linker在缓冲溶液中需要保持良好的稳定性,便于储存运输。根据payload释放的机制,Linker分为可切割的和不可切割的类型。多肽Linker作为酶切Linker一种,具有在血液中稳定性高,在溶酶体中裂解快的特点,在ADC开发中被广泛的应用。

目前针对多肽Linker的设计,对于裂解酶的选择是大家较为关注的问题之一。那么今天就来聊一聊如何针对不同的Linker量体裁衣,选择合适的裂解酶吧~

常见的用于Linker的裂解酶包括四大类

1. 金属基质蛋白酶(Matrix metalloproteinase,MMP);

2. 激肽释放酶(Kallikrein);

3. 组织蛋白酶(Cathepsin);

4. 尿激酶型纤溶酶原激活物(Urokinase plasminogen activator, uPA)。

在多肽Linker的设计过程中,主要利用病变组织和正常组织的差异对Linker进行设计,需要综合考虑选择合适的裂解酶用于Linker的裂解,比如:

  • 胞外裂解酶的选择需要考虑到ADC药物递送到肿瘤组织后再进行药物的释放,避免在血液环境或者正常组织中提前释放。
  • 胞内裂解酶的选择则关注在肿瘤细胞中能够高表达的裂解酶,可以利用溶酶体中的蛋白水解酶如cathepsin以及plasmin等,这些酶的活性在血液环境中被抑制,而在溶酶体中酶活性最佳。同时这一类酶在肿瘤细胞中的表达丰度更高

接下来,小编将对于常见的几种裂解酶分别进行阐述。


01
MMPs:最强组织破坏者

基质金属蛋白酶(Matrix metalloproteinase,MMPs)是一个蛋白酶家族,因其需要Ca2+、Zn2+等金属离子作为辅助因子而得名。MMPs几乎能降解细胞外基质(ECM)中的各种蛋白成分,破坏肿瘤细胞侵袭的组织学屏障,在肿瘤侵袭转移中起关键性作用。MMPs主要分为6类,包括胶原酶、明胶酶、基质降解素、基质溶解素、furin活化的MMPs和其他分泌型MMPs。而目前已知的几大类肿瘤细胞中具有不同类型的MMPs高丰度表达,因此在设计Linker的时候可以考虑针对适应症设计不同的裂解酶,且从下表可以看出作为胞外裂解酶,这一类酶主要用于实体肿瘤癌症的微环境中进行ADC药物的降解和释放,通过旁观者效应(bystander)完成针对肿瘤细胞的特异性杀伤。不过由于该类酶的特异性不是那么高,在药物设计的时候需要重点考虑。



02
Kallikrein:肿瘤迁移帮凶

激肽释放酶(Kallikrein)是一种丝氨酸蛋白酶,在某些肿瘤微环境或者细胞膜中表达,与肿瘤的侵袭、迁移和血管生成有关。目前用于ADC药物研究的主要是前列腺特异性抗原(Prostate specific antigen, PSA)以及Kallikrein2,这类酶同样也在特定的肿瘤癌症细胞中高丰度表达。目前针对PSA的多肽Linker设计选择6-10肽的设计具有较好的特异性。



03
Cathepsin:溶酶体中的主角,
实现高效胞内酶切

组织蛋白酶(Cathepsin)绝大部分属于胞内酶,位于溶酶体中,是人体内蛋白水解的主要参与者,与人类肿瘤、骨质疏松、关节炎等多种重大疾病密切相关,也是近年来备受关注的一类靶标蛋白酶。根据其底物特异性可将其分为肽链内切酶、肽链端解酶、氨基肽酶和羧肽酶等;根据其蛋白水解机制分类为丝氨酸蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶、苏氨酸蛋白酶和金属蛋白酶,目前研究最多的是Cathepsin B,由于该酶在许多的肿瘤癌症细胞中高表达,且是一种特异性的胞内酶,因此也是现在主要的ADC药物开发会考虑的Linker裂解酶,从而实现特异性和高效的胞内酶切。



04
uPA:肿瘤扩散风向标

尿激酶型纤溶酶原激活物(uPA)是一种丝氨酸蛋白水解酶。在前列腺癌组织中过表达,具有很强的特异性。该酶在肿瘤细胞上的表达不均匀,只有当肿瘤发生转移扩散时,uPA才会过表达。





如何选择?


适应症是关键 

综上,我们可以看出,在ADC药物的制备过程中,结合针对的适应症选择合适的Linker以及裂解酶对于药物的血液稳定性已及溶酶体的裂解有重要影响。不同的适应症,其微环境以及胞内酶的表达均存在较大的差异,因此在进行ADC药物设计的时候就更需要充分考虑表达量的问题,从而实现有效的细胞杀伤。(您在选择Linker裂解酶时更注重什么呢?欢迎参与文末问卷调查,获取ACRO明星周边哦~)


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