G 蛋白偶聯(lián)受體 (GPCR) 是一個由七種類型的跨膜結(jié)構(gòu)域蛋白組成的大家族,表達于人類細胞表面。這些分子通過啟動影響大基因家族表達的信號轉(zhuǎn)導途徑來響應和響應外部刺激。并調(diào)節(jié)一系列重要的生理過程和功能。
沒有這些蛋白質(zhì),人類就無法生存。例如,如果沒有β-腎上腺素能受體,我們就無法調(diào)節(jié)血糖。沒有血清素受體,我們就無法體驗幸福。許多生理功能都與GPCRs調(diào)控的信號通路有關。這些途徑的功能障礙會導致許多疾病。如癌癥、精神疾病、糖尿病、心血管疾病、炎癥性疾病等。因此,無論是基礎科學研究還是醫(yī)藥行業(yè),GPCR蛋白都是研究的“熱點"。
抗體藥物偶聯(lián)物(ADC)作用機制:ADC與細胞表面靶受體結(jié)合,靶受體內(nèi)化形成內(nèi)體并與細胞溶酶體融合。藥物從溶酶體中釋放并作用于其靶標(DNA 或微管)以殺死細胞。
中國科學院上海藥物研究所所長蔣華良表示:“有了GPCR,就擁有了世界"。迄今為止,GPCR蛋白家族已鑒定出800多個成員。而針對GPCRs的藥物銷售額占全球藥物市場的27%。下面的“樣本藥物"列出了一些已經(jīng)商業(yè)化的GPCR相關藥物。其中一些是處方藥,另一些在藥店出售。他們拯救了許多患者的生命、減輕了痛苦并恢復了健康。
科學家利用 X 射線晶體衍射技術闡明了許多 GPCR 的原子結(jié)構(gòu)。如與心血管疾病和糖尿病相關的β2-腎上腺素受體、用于癌癥免疫治療的腺苷A2A受體;免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié) CCR5 趨化因子受體 P2Y1R。與血栓性疾病相關的嘌呤能受體,以及調(diào)節(jié)行為和情緒的D3多巴胺受體。所有這些都是治療人類疾病的重要治療靶點的例子。它們的結(jié)構(gòu)信息為后續(xù)藥物開發(fā)提供了理論基礎。
早在2017年的數(shù)據(jù)顯示,美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)總共批準了475種GPCR靶向藥物。占美國批準的所有藥物的34%。盡管市場上有如此多的此類藥物,但針對這一大蛋白質(zhì)家族更多成員的新藥研究正變得越來越激烈。靶向GPCR藥物的適應癥也從高血壓、過敏、麻醉、精神分裂癥等傳統(tǒng)適應癥拓展到阿爾茨海默病、肥胖等新領域。目前有321個靶向GPCR正在進行臨床試驗,其中66個(20%)藥物針對新的GPCR靶點。
除了新的GPCR靶點外,針對新舊靶點的新方法也在探索中。迄今為止,大多數(shù)針對GPCR分子的藥物都是小分子和低分子量的肽。然而,與小分子和肽相比,單克隆抗體(MAb)藥物具有許多優(yōu)勢,特別是對于腫瘤學和免疫學適應癥。靶向 GPCR 的優(yōu)點包括:
1.目標明確,安全性提高。 (免疫原性可能是一個安全問題,但人或人源化單克隆抗體可以大大減少這種情況)
2.體內(nèi)半衰期長。
3.通過效應器功能消除靶細胞的能力。這些效應器功能包括抗體依賴性細胞介導的細胞毒性(ADCC)、補體依賴性細胞毒性(CDC)和抗體依賴性細胞吞噬作用(ADCP)。
單域抗體、雙特異性和多特異性抗體以及抗體-藥物偶聯(lián)物 (ADC)。這些不同類型的抗體可以靶向 GPCR 蛋白。因此,制藥行業(yè)對開發(fā)針對GPCR分子的MAb藥物以治療GPCR相關疾病越來越感興趣。至少有 74 個科學研究項目關注 37 個 GPCR 分子。共有57個單克隆抗體處于發(fā)現(xiàn)和臨床前研究階段,其中39個已進入臨床研究。
另一種類型的 MoA 是通過所謂的效應器功能,通過抗體介導殺死表達給定受體的細胞。例如,mogamulizumab(Kyowa Hakko Kirin)經(jīng)過專門設計,可增強表達 CCR4 的癌細胞的 ADCC 活性。由于 GPCR 廣泛表達,并且蛋白質(zhì)介導許多功能,因此經(jīng)常探索針對 GPCR 的抗體用于各種甚至看似無關的適應癥。
雖然單克隆抗體可以通過效應器功能殺死過度表達與其結(jié)合的抗原的癌細胞,但通過將有效的毒素附著到傳統(tǒng)抗體藥物上形成抗體-藥物綴合物(ADC),可以進一步增強單克隆抗體的作用。有種殺戮的效果。 ADC與靶腫瘤細胞結(jié)合后,會被內(nèi)化,然后釋放結(jié)合的強力化學毒素來殺死細胞。
ADC的發(fā)展經(jīng)歷了20多年漫長而艱辛的過程。一路走來有很多成功和失敗,通過技術創(chuàng)新和進步學到了很多東西。由于ADC由抗體、毒素和連接兩者的連接分子三部分組成,因此與常規(guī)抗體和其他重組蛋白相比,其開發(fā)、生產(chǎn)和測試過程更加復雜。然而,F(xiàn)DA已經(jīng)批準了8種ADC(上表2),其中一半是在過去一年批準的。即使在腫瘤領域之外,ADC的研發(fā)也非?;钴S,目前已有8個領域的批準。
盡管 GPCR 代表了已批準藥物的最大蛋白靶標家族,但除某些內(nèi)分泌和激素反應性腫瘤外,它們尚未廣泛用作癌癥治療靶標。與此同時,盡管已經(jīng)取得了巨大進展,但對開發(fā)癌癥治療新療法的需求卻在不斷增加。隨著人們進一步了解GPCR在癌癥中的表達、結(jié)構(gòu)和功能,針對GPCR的新療法將會出現(xiàn)。
在癌細胞中表達增加的 GPCR 作為 ADC 靶點應該特別有吸引力。事實上,大多數(shù) GPCR 在與配體或激動劑抗體結(jié)合后會引起構(gòu)象變化,從而導致細胞內(nèi)化。 GPCR 的快速內(nèi)化是將其轉(zhuǎn)變?yōu)橛行?ADC 藥物靶點的關鍵特征。熒光自動細胞分選 (FACS) 篩選可以幫助科學家發(fā)現(xiàn)具有這種激動劑特性的抗體,這些抗體可能是 ADC 的候選者。此外,某些腫瘤細胞高度表達突變的 GPCR,例如缺乏一或兩個跨膜結(jié)構(gòu)域的腫瘤細胞。如果能夠分離出針對此類突變GPCR的特異性抗體,它們可能會發(fā)展成為有效的ADC候選藥物,從而避免正常細胞表達正常的相應蛋白質(zhì)。
LGR5是GPCR家族中第一個被ADC靶向的成員,在體內(nèi)證明了有效的腫瘤療效和安全性。此外,ADC 還可以減小腫瘤的大小和擴散,并在腸道腫瘤發(fā)生的基因工程模型中提高存活率。開發(fā)人員希望臨床試驗能夠在不久的將來進一步證明他們的前景。
DS-6157 是一種針對 GPR20 的ADC 藥物,GPR20 是一種在胃腸道間質(zhì)瘤 (GIST) 中特異性表達的分離 GPCR。與TKI中的MoA不同,它可用于治療對TKI治療耐藥的GIST患者。 DS-6157目前正在進行一期臨床試驗。
LegoChem Biosciences (LCB) 選擇了三個戰(zhàn)略性 GPCR 作為藥物靶點。 LCB的技術基于位點特異性且血漿穩(wěn)定的ADC平臺,使用較短的額外氨基酸(CAAX)序列在抗體鏈末端創(chuàng)建位點特異性結(jié)合位點。異戊二烯轉(zhuǎn)移酶將異戊二烯底物連接到 CAAX 序列的半胱氨酸殘基上,創(chuàng)建連接子連接的結(jié)合位點。通過CAAX介導的烯丙基化,可以精確控制藥物結(jié)合位點以及與抗體結(jié)合的藥物數(shù)量,從而使開發(fā)人員可以獲得具有明確定義的藥物與抗體比率(DAR)的ADC分子。 Sorrento Therapeutics 使用這種新型 ADC 格式開發(fā)了三種針對 CCR2、CXCR3 和 CXCR5 的 GPCR。
GPCR作為ADC靶點的開發(fā)將面臨許多挑戰(zhàn)。除了GADC作為七跨膜糖蛋白的特性外,它還面臨著將ADC開發(fā)為治療劑的整體挑戰(zhàn)。獲得 GPCR 的特異性和高親和力抗體更加困難,因為它們在普通條件下不溶,并且只有有限數(shù)量的細胞外表位來評估抗體。然而,一些公司正在開發(fā)創(chuàng)新策略來篩選 GPCR 特異性抗體。更新的 ADC 技術平臺和 ADC 開發(fā)的成功臨床經(jīng)驗將使這些公司能夠克服相關挑戰(zhàn)。