細(xì)胞因子IL-2在近30年前獲得美國(guó)FDA的批準(zhǔn)，成為抗癌免疫療法。隨后的研究發(fā)現(xiàn)它在通過(guò)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）調(diào)節(jié)免疫耐受方面也具有重要的作用。而IL-2與它的受體結(jié)合的晶體結(jié)構(gòu)的解析，為激發(fā)細(xì)胞類型特異性IL-2候選療法的開發(fā)提供了重要的結(jié)構(gòu)學(xué)信息。如今，多款I(lǐng)L-2生物制品已經(jīng)進(jìn)入臨床開發(fā)階段。近日，Nature Reviews Immunology上的一篇綜述對(duì)改造IL-2，治療癌癥和自身免疫疾病的4大策略進(jìn)行了盤點(diǎn)。

IL-2的信號(hào)傳導(dǎo)

IL-2是主要由CD4陽(yáng)性T細(xì)胞分泌的多功能細(xì)胞因子。它通過(guò)與IL-2受體（IL-2R）結(jié)合調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。IL-2R分為兩種類型，高親和力IL-2R由三個(gè)亞基構(gòu)成，α鏈（CD25），β鏈（CD122）和γ鏈（CD132）。高親和力IL-2R主要表達(dá)在Treg細(xì)胞，新近激活的CD4陽(yáng)性和CD8陽(yáng)性效應(yīng)T細(xì)胞，部分自然殺傷（NK）細(xì)胞和NKT細(xì)胞表面。中等親和力的IL-2R由兩個(gè)亞基組成（CD122和CD132），主要表達(dá)在CD8陽(yáng)性記憶T細(xì)胞和大多數(shù)NK細(xì)胞表面。IL-2R信號(hào)傳導(dǎo)不但影響效應(yīng)T細(xì)胞、Treg細(xì)胞，NK細(xì)胞等細(xì)胞的增殖，而且塑造它們的功能活性。

▲表達(dá)高親和力IL-2R（右）和中親和力IL-2R（左）的淋巴細(xì)胞類型（圖片來(lái)源：參考資料[1]）

未經(jīng)改造的IL-2雖然曾經(jīng)獲得批準(zhǔn)治療腎細(xì)胞癌和黑色素瘤，但是使用高劑量IL-2治療癌癥面對(duì)多重障礙。天然IL-2的半衰期很短（<15分鐘），導(dǎo)致需要靜脈輸注非常高劑量的IL-2，這會(huì)引起嚴(yán)重的非特異性毒性。而且，由于IL-2同時(shí)可以激活Treg，而腫瘤微環(huán)境中的Treg通常起到免疫抑制的作用，因此可能抵消IL-2激發(fā)的抗癌免疫反應(yīng)。因此，目前的研究方向是通過(guò)對(duì)IL-2進(jìn)行蛋白工程改造，開發(fā)只激活特定淋巴細(xì)胞類型的IL-2類似物。

改造IL-2的四大策略

改造生成與特定淋巴細(xì)胞類型結(jié)合的IL-2類似物離不開對(duì)IL-2和IL-2R亞基相互作用的理解。IL-2與高親和力IL-2R的結(jié)合可以分為兩步：低濃度IL-2首先與CD25高親和力結(jié)合形成二元復(fù)合體，這個(gè)二元復(fù)合體再與CD122和CD132構(gòu)成的復(fù)合體結(jié)合而生成穩(wěn)定的四元復(fù)合體。

高濃度的IL-2可以直接與CD122和CD132構(gòu)成的復(fù)合體結(jié)合而生成三元復(fù)合體。對(duì)IL-2的改造如果增強(qiáng)了它與CD25的結(jié)合能力，會(huì)讓IL-2傾向與高親和力受體相結(jié)合，而如果增強(qiáng)IL-2與CD122結(jié)合的能力，則會(huì)讓它傾向與中親和力受體相結(jié)合。目前進(jìn)入臨床開發(fā)階段的IL-2類似物包含了四種改造IL-2的策略。

IL-2突變體

IL-2突變體通過(guò)引入基因突變，改變IL-2蛋白表面的特定氨基酸。對(duì)IL-2和IL-2R復(fù)合體的晶體結(jié)構(gòu)研究已經(jīng)解析出IL-2與不同IL-2R亞基結(jié)合過(guò)程中起到關(guān)鍵作用的氨基酸。通過(guò)對(duì)這些氨基酸進(jìn)行修改，可以生成傾向與高親和力受體或中親和力受體結(jié)合的IL-2突變體。

這類突變體的一個(gè)例子是安進(jìn)（Amgen）公司的efavaleukin alfa。這款在研療法將攜帶特定突變的IL-2與抗體的Fc端融合在一起，構(gòu)成的融合蛋白不但具有更長(zhǎng)的半衰期，而且傾向與高親和力受體相結(jié)合。這讓它能夠促進(jìn)Treg細(xì)胞的增生，從而恢復(fù)自身免疫疾病患者的免疫平衡。目前，它正在2b期臨床試驗(yàn)中用于治療系統(tǒng)性紅斑狼瘡（SLE）和潰瘍性結(jié)腸炎患者。

圖片來(lái)源：安進(jìn)官網(wǎng)

在SLE患者獲得的初步結(jié)果顯示，efavaleukin alfa可以選擇性擴(kuò)展血液循環(huán)中的Treg細(xì)胞。

聚乙二醇修飾的IL-2

將聚乙二醇（PEG）偶聯(lián)在IL-2蛋白表面可以延長(zhǎng)IL-2蛋白的半衰期。而通過(guò)控制聚乙二醇在IL-2表面偶聯(lián)的位置和數(shù)量，可以構(gòu)建出傾向與高親和力受體或者中親和力受體結(jié)合的IL-2類似物。比如，Nektar Therapeutics公司開發(fā)的bempegaldesleukin（NKTR-214）在IL-2與CD25結(jié)合的界面附近平均偶聯(lián)了6個(gè)PEG鏈。這種PEG修飾方式有效地阻斷了它與高親和力IL-2R受體的結(jié)合，讓bempegaldesleukin更傾向于激活CD8陽(yáng)性記憶T細(xì)胞和NK細(xì)胞。

百時(shí)美施貴寶和Nektar公司已經(jīng)達(dá)成研發(fā)協(xié)議在多個(gè)腫瘤類型中評(píng)估bempegaldesleukin與抗PD-1抗體Opdivo聯(lián)用的效果。目前有5項(xiàng)具有注冊(cè)性潛力的臨床試驗(yàn)正在進(jìn)行中，不過(guò)日前百時(shí)美施貴寶宣布，這一組合療法治療黑色素瘤的3期臨床試驗(yàn)未達(dá)到主要終點(diǎn)。

有些PEG修飾的IL-2（比如bempegaldesleukin）存在的一個(gè)缺陷是PEG修飾的位點(diǎn)在不同蛋白分子之間并不一致，這可能導(dǎo)致部分IL-2蛋白不能選擇性激活CD8陽(yáng)性T細(xì)胞和NK細(xì)胞，從而影響候選療法的功效。為了解決這個(gè)問(wèn)題，有些生物技術(shù)公司在IL-2表面引入非天然氨基酸，將PEG鏈偶聯(lián)在這些非天然氨基酸上。這種方法能夠精確定位PEG在IL-2表面的偶聯(lián)位置，可能生成同質(zhì)化更強(qiáng)的IL-2類似物。賽諾菲公司的SAR444245（曾名為THOR707）就是這樣一款I(lǐng)L-2類似物。它通過(guò)在IL-2蛋白與CD25結(jié)合的界面上引入非天然氨基酸，將PEG鏈精準(zhǔn)連接在IL-2表面，阻斷IL-2與CD25的結(jié)合。賽諾菲表示這款I(lǐng)L-2類似物可能具有“best-in-class”的潛力。目前它在多項(xiàng)2期臨床試驗(yàn)中接受檢驗(yàn)，與PD-1抑制劑或其它抗癌療法聯(lián)用，治療多種不同的癌癥類型。

▲SAR444245簡(jiǎn)介（圖片來(lái)源：賽諾菲官網(wǎng)）

IL-2免疫復(fù)合體

IL-2與抗IL-2單抗結(jié)合構(gòu)成復(fù)合體也是延長(zhǎng)IL-2蛋白半衰期，并且調(diào)節(jié)IL-2的受體結(jié)合選擇性的一種方式。靶向IL-2的單克隆抗體通過(guò)與IL-2的特定表位結(jié)合，可以阻斷IL-2與CD25或者CD122的結(jié)合，從而賦予它們選擇性與高親和力IL-2R或者中親和力IL-2R結(jié)合的能力。

Anaveon公司開發(fā)的選擇性IL-2R激動(dòng)劑ANV419就采取這種模式。它將靶向IL-2與CD25結(jié)合位點(diǎn)的單克隆抗體與IL-2融合在一起，從而阻斷了IL-2與CD25的結(jié)合。這款融合蛋白仍然具有和中親和力IL-2R受體結(jié)合的能力，因此可以選擇性激活CD8陽(yáng)性記憶T細(xì)胞和NK細(xì)胞。與抗體的結(jié)合也延長(zhǎng)了它的半衰期。

▲ANV419作用機(jī)制示意圖（圖片來(lái)源：Anaveon公司官網(wǎng)）

Anaveon公司去年年底完成約1.2億美元的B輪融資，投資方包括輝瑞和諾華的風(fēng)險(xiǎn)投資部。

IL-2-CD25融合蛋白

另一種讓IL-2選擇性與中親和力IL-2R受體結(jié)合的策略是將IL-2與可溶性CD25融合在一起，形成的融合蛋白無(wú)法再與細(xì)胞表面的CD25結(jié)合，從而阻斷了與高親和力IL-2R的結(jié)合。

Alkermes公司開發(fā)的nemvaleukin alfa（ALKS 4230）就是這樣一款融合蛋白。它通過(guò)選擇性與中親和力IL-2R受體結(jié)合，在激活CD8陽(yáng)性記憶T細(xì)胞和NK細(xì)胞的同時(shí)不會(huì)激活Treg細(xì)胞。

▲Nemvaleukin alfa的作用機(jī)制（圖片來(lái)源：參考資料[7]）

這款在研療法已經(jīng)獲得美國(guó)FDA授予的兩項(xiàng)快速通道資格，分別用于與抗PD-1抗體聯(lián)用，治療含鉑化療耐藥卵巢癌，和粘膜黑色素瘤。臨床開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入2期和3期臨床試驗(yàn)階段。

不同改良IL-2策略的利弊

綜述作者表示，這些不同改造IL-2的策略也有各自的利弊。比如，IL-2突變體通過(guò)改變IL-2表面的氨基酸，可以有效賦予IL-2蛋白與特定IL-2R結(jié)合的選擇性，然而它的一個(gè)潛在隱患是引入的基因變異可能導(dǎo)致生成的IL-2突變體被人體的免疫系統(tǒng)認(rèn)為是外來(lái)蛋白，引發(fā)針對(duì)IL-2突變體的免疫反應(yīng)，從而降低潛在療法的療效。

PEG修飾IL-2， IL-2免疫復(fù)合體和IL-2-CD25融合蛋白理論上可以在不引入突變的情況下賦予IL-2的選擇性，從而減少了候選療法的免疫原性。不過(guò)它們也有各自的不足之處，PEG修飾的位點(diǎn)如果不確定，可能導(dǎo)致產(chǎn)物的異質(zhì)性，影響整體療效。IL-2免疫復(fù)合體可能在血液循環(huán)中釋放游離IL-2，導(dǎo)致刺激其它不想刺激的免疫細(xì)胞。

雖然我們有多種策略改造IL-2，賦予它們選擇性激活抗癌免疫反應(yīng)或者抑制過(guò)度活躍免疫反應(yīng)的能力，但是哪種策略更為安全和有效，仍然需要后續(xù)臨床試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。目前多種IL-2類似物已經(jīng)進(jìn)入臨床開發(fā)階段，綜述作者表示，未來(lái)幾年我們將見(jiàn)證這些IL-2改造的進(jìn)展能否帶來(lái)有效的抗癌和治療自身免疫疾病的創(chuàng)新療法。

參考資料：

[1] Hernandez et al., (2022). Engineering IL-2 for immunotherapy of autoimmunity and cancer. Nature Reviews Immunology, https://doi.org/10.1038/s41577-022-00680-w

[2] Amgen Business Review. Retrieved March 9, 2022, from https://investors.amgen.com/static-files/6d823d7d-2fd1-405a-8c0e-22aa91bee682

[3] Nektar Therapeutics Corporate Presentation. Retrieved March 9, 2022, from https://ir.nektar.com/static-files/7818281a-1882-4952-9ebc-7680643f109a

[4] Sanofi Oncology ASCO Event. Retrieved March 9, 2022, from https://www.sanofi.com/-/media/Project/One-Sanofi-Web/Websites/Global/Sanofi-COM/Home/common/docs/investors/2021_06_04_ASCO_Slides_FINAL.pdf?la=en&hash=A961668213E13C37545571B90B46939B

[5] Anaveon. Retrieved March 9, 2022, from https://anaveon.com/our-approach/

[6] Alkermes to Present Data on Nemvaleukin Alfa at the Society of Gynecologic Oncology 2022 Annual Meeting on Women's Cancer. Retrieved March 9, 2022, from https://www.prnewswire.com/news-releases/alkermes-to-present-data-on-nemvaleukin-alfa-at-the-society-of-gynecologic-oncology-2022-annual-meeting-on-womens-cancer-301492162.html

[7] Lopes, et al., (2021). Pharmacokinetics and Pharmacodynamic Effects of Nemvaleukin Alfa, a Selective Agonist of the Intermediate-Affinity IL-2 Receptor, in Cynomolgus Monkeys. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics, https://doi.org/10.1124/jpet.121.000612

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