免疫療法佔據了抗癌領域舉足輕重的地位，一些抗體和抗體片段已被開發用於治療癌症，解決了在治療中選擇性細胞靶向的問題，但仍存在一些不足限制了其臨床應用，比如：全長抗體由於體積大無法擴散到實體腫瘤的深處；作為替代的小抗體片段在體內停留時間較短，與靶標分離率高；抗體與健康細胞上的受體抗原結合還會產生不可忽視的副作用……
如何實現癌症的精準治療？近日，英國東英吉利大學的Amit Sachdeva教授團隊在Nature Chemical Biology上發表最新研究成果，作者透過位點特異性編碼設計光活性和光反應性的抗體片段，利用光控制實現與EGFR靶標的共價結合，有望優於目前最先進的癌症免疫療法。
這篇研究中用到了兩個功能元件，“光籠”功能基團，它可以在無光的情況下抑制抗體-抗原結合，並在光照射下恢復結合。“光反應性氨基酸”可以在光照下促進與靶標形成共價鍵但不抑制結合。也就是說，透過在抗體的特定位置安裝“光籠”功能基團和光反應性氨基酸，即可實現在腫瘤部位的光響應，從而減少基於抗體療法的副作用，進一步實現抗體的高度靶向。研究人員表示，共價鍵的作用就像將兩塊塑膠熔合在一起。這樣一來，藥物分子可以永久固定在腫瘤上。
這樣巧妙的設計如何實現呢？
圖1. 光活性和光反應性抗體與EGFR結合示意圖。圖片來源：doi: 10.1038/s41589-022-01251-9.
1 構建高親和光反應性7D12突變體
在多種實體腫瘤組織中存在表皮生長因子受體(EGFR)的高表達，7D12是一種抗體片段，能夠特異性的與EGFR蛋白結合，是治療EGFR陽性癌症的候選藥物。p-苯甲醯基-l-苯丙氨酸(Bpa)是一種光反應性氨基酸，可以在365 nm紫外光下發生光交聯，也就是說Bpa能夠與受體形成共價鍵，將其引入到抗體中可以解決抗體片段停留時間短的問題。
首先，研究人員需要在7D12中找到一個可以容納Bpa的位點，使其不會干擾與EGFR的結合。透過將Bpa引入到7D12的酪氨酸32，109和113這三個位點中，分別觀察7D12突變體與癌細胞表面EGFR的結合情況，發現當引入Bpa到7D12中的109位時效果最好，基本不會干擾7D12突變抗體(7D12-109Bpa)與EGFR的結合。
圖2. Bpa在單鏈抗體片段7D12中的位點特異性結合。圖片來源：doi: 10.1038/s41589-022-01251-9.
那麼，7D12-109Bpa是否能如預想般地在365 nm紫外光下與EGFR形成共價鍵也需要確認。將7D12-109Bpa與EGFR的胞外結構域(sEGFR)孵育，然後用365 nm光照射和凝膠電泳分析，驗證了7D12與EGFR之間光依賴的共價鍵的形成需要109位Bpa的存在，因為在無Bpa的野生型7D12與EGFR之間沒有觀察到共價鍵的形成。
圖3. 高親和光反應性7D12突變體的開發驗證。圖片來源：doi: 10.1038/s41589-022-01251-9.
2 構建光活性和光反應性7D12突變體
先前有研究表明，當“光籠”酪氨酸(pcY) 存在於7D12中的32位時，7D12與EGFR將無法結合，而經365 nm光照可以恢復。在此基礎上，研究人員希望構建同時含有32位pcY和109位Bpa的7D12突變體，這樣即可賦予7D12光活性和光反應性。然而，將兩個氨基酸同時插入到7D12抗體片段的特異性位點中並不是一件容易的事，研究人員經過多番嘗試，最終開發出一種高選擇性的MbPyl(Bpa)RS/tRNA，它能夠準確地將pcY和Bpa插入到7D12抗體的32和109位。
具體來說，研究人員構建了pSANG-oR-o7D12-Dual-Pyl(Bpa)和pULTRA-pcY兩種質粒，使其共轉化至BL21細胞中，實現pcY在7D12的32位和Bpa在109位的雙特異性結合，形成7D12-32pcY-109Bpa突變體。這種突變體與EGFR的結合是否會隨著365 nm光照而改變呢？研究發現，正常情況下突變體中32位的pcY抑制了7D12-EGFR的結合，但在365 nm光照十分鐘後，結合恢復，而且照射後7D12-32pcY-109Bpa與EGFR的結合親和力約為103 nM，因此可以說明7D12-32pcY-109Bpa是一種有效的光活性-光反應性抗體片段。
圖4. pcY和Bpa在7D12中位點特異性雙摻入示意圖。圖片來源：doi: 10.1038/s41589-022-01251-9.
簡而言之，作者開發了一種光活性-光反應性7D12-32pcY-109Bpa突變抗體片段，這種抗體片段和EGFR的共價結合受到光調控，可以解決普通抗體的毒性和停留時間短的問題。
這樣來看，透過照射啟用抗體就能攻擊腫瘤細胞。對於皮膚癌，要麼直接照射到皮膚上，要麼使用可植入體內腫瘤部位的像小LED燈那樣的發光物質，從而對特定的癌細胞進行治療，這將使癌症治療更加有效和有針對性，因為只有腫瘤附近的分子會被啟用，而不會影響其他細胞。還會減少副作用，延長抗體在體內的停留時間，甚至優於目前最先進的癌症免疫療法。研究者們希望在5—10年內看到下一代光啟用免疫療法被用於治療癌症。
參考文獻：
Bridge T, Wegmann U, Crack JC, Orman K, Shaikh SA, Farndon W, Martins C, Saalbach G, Sachdeva A. Site-specific encoding of photoactivity and photoreactivity into antibody fragments. Nat Chem Biol. 2023 Feb 16. doi: 10.1038/s41589-022-01251-9.
來自： 生物谷