定点突变技术可以降低异源蛋白药物的免疫原性

生物技术的快速发展带来了蛋白和多肽类药物迅速兴起,在生物药物研发中,由于蛋白多肽作为一种异源蛋白具有很强的免疫原性,容易被机体的免疫系统识别并清除,导致药物在血浆中的半衰期短。因此如何降低异源蛋白药物的免疫原性是生物药物研发的重要关注点。定点突变技术是蛋白质工程中采用的重要技术之一,可以降低异源蛋白药物的免疫原性。免疫原性检测方法主要有酶联免疫吸附法、放射免疫法、表面等离子体共振法、酶联免疫斑点法、免疫聚合酶链反应法、细胞增殖实验等。

1、什么是定点突变技术

定点突变(site-directedmutagenesis)技术可以随心所欲地在已知DNA序列中取代、插入或缺失一定长度的核苷酸片段。该方法比使用化学因素、自然因素导致突变的方法具有突变率高、简单易行、重复性好的特点。在生物药物研发中,定点突变技术除了可以用于改变核苷酸序列获得突变基因、研究基因的结构与功能的关系之外,还能够通过改变特定的氨基酸获得突变蛋白质, 研究蛋白质的结构与功能,从微观水平上阐明正常状态下基因的调控机理、疾病的病因和机理。

生物药物研发的发展备受世界药物研发国家和相关研究者的关注,在新药研发中有着举足轻重的地位,另外,蛋白质工程技术的发展,将会促使生物药物研发水平更加先进。美迪西是一家临床前CRO公司,能够为客户提供生物学、化学、临床前试验等一站式外包服务。

2、定点突变技术可以降低L-天冬酰胺的免疫原性

L-天冬酰胺是一种用于治疗癌症的酶,当L-天冬酰胺酶注射入人体后,人体正常细胞内由于有天冬酰胺合成酶,可以合成L-天冬酰胺而使蛋白质合成不受影响。而对于缺乏天冬酰胺合成酶的癌细胞来说,由于本身不能合成L-天冬酰胺,外来的天冬酰胺又被L-天冬酰胺酶分解掉,因此蛋白质合成受阻,从而导致癌细胞死亡。L-天冬酰胺天冬酰胺酶虽然是治疗小儿白血病的有效药物,但在临床应用中因其异源性常常引起过敏反应,因此降低其免疫原性在该生物药物研发中具有重要意义。

应用定点突变技术对L-天冬酰胺酶的表位抗原进行结构改造,已证明策略可行。经结构预测,L-天冬酰胺酶中的八条肽段为其抗原表位关键序列,其中第261位至第269位及第192位至第199位(TPARKHTS)的两个肽段与重组大肠杆菌L-天冬酰胺酶抗体的结合力较强。192TPARKHTS199 肽段中含有连续的3个碱性氨基酸残基RKH,其中的Lys与抗体分子的结合功能有关。由此设计针对Lys 进行定点突变,以Ala 残基替代Lys 残基。结果表明,这种Lys196AlaK196A)型的L-天冬酞胺酶变体活性保持不变,但其免疫原性下降了2.5倍。

3、定点突变技术可以削弱葡激酶在人体的免疫原性

葡激酶(staphylokinase,Sak)是由某些金黄色葡萄球菌菌株产生的具有活化纤溶酶原作用的蛋白质,它能选择性地与血栓表面的纤溶酶源形成等分子的复合物,并在血栓表面痕量纤溶酶的作用下,转变为活化的复合物,从而高效特异地溶解血栓。但由于葡激酶对人体而言属于异源蛋白,作为药物注射使用会引起免疫反应,因此必须对其抗原决定簇进行改造。

通过定点突变将SAK多肽链上某些带电荷的极性氨基酸残基改变为丙氨酸残基后,得到

SakSTAR.M38(将Lys35Glu38Lys74Glu75Arg77分别替换为Ala)和SakSTAR.M89

(将Lys74Glu75Arg77Glu80Asp82分别替换为Ala)两种变体,其免疫原性明显降低,而且溶栓活性不受影响。类似的例子还包括来自细菌的链激酶,一种缺少C末端42个氨基酸残基的链激酶变体(Skc2)也能大大削弱在人体中的免疫原性。

在生物科学领域研究中,生物药物研发是研发重点之一,蛋白质技术如定点突变技术在很大程度上,解决了生物药物研发中的一些难题。因此在生物药物的研发过程中,充分利用蛋白质工程技术将会大大推动生物药物研发的进度。