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增强抗PD-1/PD-L1疗法效力,蛋白降解成为新兴策略?

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药明康德 2021-03-01 08:15

▎药明康德内容团队编辑

过去十年里,抗PD-1/PD-L1抗体为代表的癌症免疫疗法给癌症治疗带来了革命性的变化。如今,多款抗PD-1/PD-L1单克隆抗体疗法已经获批上市,根据,截至去年7月,已经有至少16种癌症类型拥有一种或多种癌症免疫疗法。

然而,虽然癌症免疫疗法对很多患者能够产生持久的疗效,但是多数患者仍然对癌症免疫疗法的应答短暂或没有应答。因此,开发增强癌症免疫疗法效力和使用范围的策略是这一领域的重要研发方向之一。近年来的研究表明,PD-1和PD-L1的表达和降解受到多种信号通路的控制,而通过靶向这些信号通路,可能提高免疫疗法的效果。今天药明康德内容团队将结合公开资料,介绍这一领域的最新进展。

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▲E3泛素连接酶在PD-1/PD-L1的降解中起到重要作用(图片来源:参考资料[3])

通过蛋白酶体降解PD-1/PD-L1

细胞中存在着天然的蛋白降解机制,这些机制能够将错误折叠或者不需要的蛋白或者细胞器降解,将释放出的氨基酸回收再利用。它们好比细胞中的垃圾处理场。其中的重要机制之一是蛋白酶体(proteasome),在细胞里,需要被回收降解的蛋白会被E3泛素连接酶打上泛素的标签,然后这些被打上标签的蛋白会被运送到蛋白酶体中降解。近年来,利用这一机理开发的成为新药开发方面的新兴领域之一,它能够帮助靶向很多传统小分子药物无法靶向的靶点。

PD-1和PD-L1也受到多种E3泛素连接酶的调控。例如,PD-L1能够被E3泛素连接酶STUB1, Cullin3SPOP, and β-TrCP修饰,它们给PD-L1加上泛素标签,导致PD-L1被输送到蛋白酶体进行降解。而这些E3泛素连接酶的活性又被复杂的其他信号通路所调控。因此,通过靶向这些信号通路,可以影响修饰PD-L1的泛素连接酶的活性,从而增强或减弱PD-L1的降解。

▲影响PD-L1通过蛋白酶体降解的多个信号通路(图片来源:参考资料[1])

目前,已经有靶向相关信号通路的药物在研究中显示出增强PD-L1降解的活性。例如,第三代EGFR抑制剂osimertinib能够通过抑制EGFR信号通路,增强糖原合酶激酶3β(GSK3β)活性,导致PD-L1在特定位点被磷酸化,增强E3泛素连接酶β-TrCP介导的蛋白酶体降解。CDK4/6抑制剂也能够提高PD-L1被Cullin3SPOP修饰而降解。研究人员正在不同癌症类型中探索这些组合疗法能够提供的益处。

通过溶酶体降解PD-L1

除了蛋白酶体以外,细胞中的溶酶体(lysosome)也参与降解多种被细胞内吞的蛋白的降解。而PD-1/PD-L1作为细胞膜蛋白,也能够被导入溶酶体中进行降解。例如,名为HIP1R的蛋白携带着溶酶体靶向信号,通过与PD-L1结合,能够将PD-L1递送到溶酶体中降解,从而增强T细胞对癌细胞的杀伤效果。

癌细胞也演化出增强PD-L1稳定性,抑制溶酶体降解的机制。例如,对PD-1/PD-L1的糖基化和棕榈酰化都能够提高PD-L1在细胞膜上的稳定性。而且CMTM6与PD-L1的结合也能够抑制PD-L1通过溶酶体的降解。因此,抑制PD-1/PD-L1的糖基化,阻止CMTM6与PD-L1的结合,以及促进CMTM4/6的降解,都在临床前研究中达到降低PD-1或PD-L1细胞表面水平的效果。

▲影响PD-L1通过溶酶体降解的信号通路(图片来源:参考资料[1])

除了靶向影响溶酶体和细胞酶体的信号通路以外,直接将PD-1/PD-L1和E3连接酶募集到一起的靶向蛋白降解疗法也获得了初步概念验证。今年在J. Am. Chem. Soc.上发表的一篇研究中,加州大学旧金山分校的一支研究团队,使用了一种基于抗体的PROTAC(AbTAC)技术成功降解细胞表面的PD-L1蛋白。研究人员设计了一种双特异性抗体,这种抗体的两倍分别与PD-L1和一种位于细胞膜的E3连接酶结合。实验结果显示,这种双特异性抗体能够将名为RNF43的E3连接酶募集到PD-L1的附近,促进PD-L1通过溶酶体途径被降解,从而降低细胞表面的PD-L1水平。

▲通过基于抗体的PROTAC技术降解PD-L1的研究示意图(图片来源:参考资料[4])

结语

目前对PD-1/PD-L1信号通路的主要干预手段是中和性抗体,通过阻断PD-1与PD-L1的结合来降低这一信号通路的激活。然而,近年来的研究揭示了与PD-1/PD-L1的表达,稳定性和降解相关的多种机制。这些机制为开发靶向疗法提供了更多选择,它们可能有助于开发靶向这一通路的小分子药物,或者理性构建与PD-1/PD-L1抗体联用,增强免疫疗法效果的组合疗法。

注:本文旨在介绍医药健康研究,不是治疗方案推荐。如需获得治疗方案指导,请前往正规医院就诊。

参考资料:

[1] Gou et al. (2020). PD-L1 degradation pathway and immunotherapy for cancer. Cell Death and Disease, https://doi.org/10.1038/s41419-020-03140-2

[2] Patsoukis et al., (2020). Revisiting the PD-1 pathway. Science Advances, DOI: 10.1126/sciadv.abd2712

[3] Hu et al., (2020). Emerging Role of Ubiquitination in the Regulation of PD-1/PD-L1 in Cancer Immunotherapy. Molecular Therapy, https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2020.12.032

[4] Cotton et al., (2021). Development of Antibody-Based PROTACs for the Degradation of the Cell-Surface Immune Checkpoint Protein PD-L1. J. Am. Chem. Soc., https://doi.org/10.1021/jacs.0c10008

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