ADCC簡(jiǎn)介
Fc區(qū)域主要介導(dǎo)以下三類(lèi)活動(dòng):
1. 通過(guò)結(jié)合表達(dá)在Natural killer (NK)等免疫細(xì)胞表面上的FcγR(Fcγ receptors)激活抗體依賴(lài)的細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性作用(Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity,ADCC)
2. 通過(guò)結(jié)合血清補(bǔ)體C1q激活補(bǔ)體依賴(lài)的細(xì)胞毒性作用(Complement-dependent?cytotoxicity,CDC)
3. 通過(guò)結(jié)合新生兒Fc受體(Neonatal Fc receptor ,F(xiàn)cRn)延長(zhǎng)抗體半衰期。
今天我們主要關(guān)注ADCC,其不僅是機(jī)體通過(guò)抗體清除被病毒或其他病原物感染細(xì)胞的主要途徑,也是目前治療性抗體發(fā)揮臨床效果的(Mechanism of Action ,MOA)核心機(jī)制之一[1]。因此,對(duì)于抗體新藥研發(fā)和改造,仿制藥開(kāi)發(fā)和研發(fā)過(guò)程中抗體質(zhì)量及功能的分析,都離不開(kāi)ADCC的檢測(cè)。同時(shí),在生物藥和免疫調(diào)節(jié)藥物的臨床試驗(yàn)中,ADCC活力也是必須的ex vivo指標(biāo)之一。在此,我們以ADCC檢測(cè)為切入點(diǎn),向大家展示珀金埃爾默的DELFIA技術(shù)平臺(tái)是如何助力抗體制藥的。
圖片引用自參考資料[1]
基于DELFIA技術(shù)的ADCC檢測(cè)
從細(xì)胞水平來(lái)說(shuō),ADCC本質(zhì)上屬于免疫細(xì)胞介導(dǎo)的殺傷。因此,常見(jiàn)的針對(duì)細(xì)胞殺傷(注意不是細(xì)胞活力)的檢測(cè)方式,如經(jīng)典的51Cr釋放法,LDH檢測(cè),和Calcein 釋放法等都可以用于ADCC檢測(cè)。從原理上,這些方法可分為直接的檢測(cè)靶細(xì)胞在效應(yīng)免疫細(xì)胞作用下的裂解程度,如51Cr釋放法;和間接的檢測(cè)效應(yīng)細(xì)胞的活化,如NFAT-RE-luc報(bào)告基因法和監(jiān)測(cè)剩余的細(xì)胞活力來(lái)評(píng)估細(xì)胞殺傷,如化學(xué)發(fā)光法等。間接法的缺點(diǎn)是不能直接模擬體內(nèi)ADCC過(guò)程。利用DELFIA技術(shù)的DELFIA® EuTDA(貨號(hào)AD0116)細(xì)胞毒法屬于直接檢測(cè)法,更能反映ADCC的MOA。與51Cr釋放法形式類(lèi)似,DELFIA® EuTDA細(xì)胞毒法利用熒光放大配體BATDA特異的標(biāo)記靶細(xì)胞。BATDA能迅速進(jìn)入細(xì)胞,并在水解作用下形成親水的TDA留在細(xì)胞內(nèi),并在靶細(xì)胞裂解下釋放,和DELIFA Eu試劑相結(jié)合形成強(qiáng)熒光、穩(wěn)定的螯合物EuTDA用于檢測(cè)。更詳細(xì)的原理介紹可參考我們的微信端公眾號(hào)[2]和應(yīng)用材料[3]。
圖片引用自參考資料[3]
作為放射性檢測(cè)的替代方法,更為安全的DELFIA® EuTDA細(xì)胞毒法在ADCC活力檢測(cè)中具有眾多優(yōu)勢(shì)。相較于無(wú)法區(qū)分非特異死亡的LDH檢測(cè),EuTDA法不受效應(yīng)細(xì)胞死亡和裂解的影響,降低背景的同時(shí)提升了檢測(cè)的窗口和穩(wěn)定性。相較于Calcein,BATDA能有效標(biāo)記脆弱細(xì)胞,迅速被細(xì)胞攝取和在細(xì)胞裂解下完成的釋放,為ADCC檢測(cè)提供了穩(wěn)定的檢測(cè)窗口和易于標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)勢(shì)。同時(shí),EuTDA細(xì)胞毒法不受效應(yīng)細(xì)胞限制,靈活支持利用多種原代免疫細(xì)胞(如PBMC和NK細(xì)胞)和更為穩(wěn)定的改造細(xì)胞系的ADCC檢測(cè)。從檢測(cè)模式上EuTDA方法為時(shí)間分辨熒光(Time-Resolved Fluorescence,TRF),因此擁有TRF本身的眾多優(yōu)勢(shì),包括不受來(lái)源于培養(yǎng)基和血清等的背景熒光干擾,高穩(wěn)定性和重復(fù)性等。此外,靶向紅外區(qū)的檢測(cè)能有效避免檢測(cè)樣本來(lái)帶的干擾,并為多重檢測(cè)打下基礎(chǔ)。后,對(duì)自動(dòng)化和小型化的支持已讓EuTDA法逐漸成為大分子藥物研發(fā)中ADCC檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)方法[4]。在此,我們通過(guò)幾個(gè)經(jīng)典案例向大家介紹基于DELFIA技術(shù)的ADCC檢測(cè)是如何助力大分子藥物研發(fā)的。
單抗研發(fā)領(lǐng)域之Fc區(qū)域改造
在此,我們向大家介紹抗體改造的先河研究[5]。在結(jié)構(gòu)解析的基礎(chǔ)上,該研究引入AlphaScreen高通量篩選平臺(tái),通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)法鑒定出FcγRIIIa高親和力的Fc區(qū)域變體。AlphaScreen的親和力結(jié)果進(jìn)一步由Biacore SPR 確認(rèn)。除了檢測(cè)變體和FcγRIIIa之間的親和力,AlphaScreen還用于確認(rèn)變體和抑制性IgG受體FcγRIIb之間的親和力,從而獲得變體和RIIIa/RIIb的相對(duì)親和力比值。結(jié)果顯示A330L 突變和S239D/I332E相結(jié)合能提高對(duì)激活性FcγRIIIa的親和力的同時(shí)降低和抑制性受體FcγRIIb之間的親和力,顯著提升RIIIa/RIIb的相對(duì)親和力比值(4->9, 針對(duì)Trastuzumab)。
在親和力篩選的基礎(chǔ)上,研究利用DELFIA EuTDA-based cytotoxicity assay(貨號(hào)AD0116)在細(xì)胞水水平探究變體對(duì)ADCC的提升。以不同F(xiàn)cγRIIIa基因型的PBMCs為效應(yīng)細(xì)胞,Her2+ SkBr3為靶細(xì)胞,研究證明改造的變體能有效提升ADCC(2-3個(gè)數(shù)量級(jí)),與親和力數(shù)據(jù)趨勢(shì)一致(下圖左)。進(jìn)一步的研究證明變體能有效引發(fā)針對(duì)HER-2不同表達(dá)水平的細(xì)胞株的ADCC。針對(duì)幾乎沒(méi)有抗原表達(dá)的MCF7細(xì)胞系,變體依然具有客觀的ADCC活力(下圖右)。
除了基因水平多態(tài)性外,Fc區(qū)域的糖基化也影響其和FcγR的親和力。尤其是巖藻糖的缺失會(huì)提升IgG1和FcγRIIIa之間的親和力。因此,除了突變外,改造Fc區(qū)域的糖基化修飾也是提升治療性抗體ADCC活力的一個(gè)途徑。以由羅氏研發(fā)的Lumretuzumab單抗(RG7116)為例[6]。RG7116一方面阻斷HER3的激活并下調(diào)HER3的表達(dá)。進(jìn)一步通過(guò)羅氏去巖藻糖修飾的GlycoMab技術(shù)改造,RG7116和FcγRIIIa之間的結(jié)合親和力提高50倍?;?/span>DELFIA技術(shù)的ADCC檢測(cè)證明,糖基化改造顯著提升RG7116的ADCC活力(下圖左)。同時(shí),對(duì)比不同HER3表達(dá)量的細(xì)胞系,研究清晰地表明HER3受體表達(dá)豐度和RG7116介導(dǎo)的ADCC活力之間的正相關(guān)聯(lián)系(下圖右)。在動(dòng)物模型上,基于多種低免疫細(xì)胞浸潤(rùn)的小鼠皮下瘤模型,研究發(fā)現(xiàn)RG7116僅通過(guò)靶向HER3就能發(fā)揮抗癌作用。進(jìn)一步利用高免疫細(xì)胞浸潤(rùn)的異種原位移植A549肺癌小鼠模型,研究證明糖基化改造有效提升小鼠的生存周期。臨床一期試驗(yàn)進(jìn)一步證明RG7116的臨床療效。一方面,RG7116有效抑制了腫瘤細(xì)胞膜HER3的表達(dá)。同時(shí),相較于未糖基化改造的抗體,RG7116升高外周NK免疫細(xì)胞的活化程度[7]。
免疫治療領(lǐng)域之PD-1抗體: Nivolumab
雖然同是單抗藥物,PD-1抑制劑與常見(jiàn)的靶向藥物作用機(jī)制不同。PD-1抗體主要用于阻斷PD-1和其配體PD-L1的相互作用,而不是殺傷PD-1陽(yáng)性細(xì)胞,也就是抗腫瘤效應(yīng)細(xì)胞。在Nivolumab的體外表征分析研究中,DELFIA Cell Cytotoxicity Kit(貨號(hào)AD0116)被用于確認(rèn)Nivolumab是否會(huì)誘導(dǎo)ADCC產(chǎn)生。以活化的PBMCs為效應(yīng)細(xì)胞,高表達(dá)PD-1的CD4陽(yáng)性細(xì)胞為靶細(xì)胞,研究人員確認(rèn)IgG4亞型的nivolumab不會(huì)誘發(fā)ADCC效應(yīng)[8]。后續(xù)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明nivolumab不能介導(dǎo)CDC,因此nivolumab的引入不會(huì)清除PD-1陽(yáng)性細(xì)胞群體。除了nivolumab外,其他的PD-1單抗,包括默沙東的Keytruda、百濟(jì)神州的BGB-A317及恒瑞的SHR-1210,都為弱ADCC活性設(shè)計(jì)。然而,同樣是免疫檢查點(diǎn)抑制劑,CTLA-4單抗Ipilimumab則需要其ADCC活性來(lái)殺傷Treg細(xì)胞發(fā)揮作用,強(qiáng)調(diào)了不同作用機(jī)制對(duì)抗體ADCC活性的要求也有區(qū)別[9]。
ADCC活力的檢測(cè)不僅能協(xié)助解析單抗藥物的MOA,也推動(dòng)對(duì)于NK細(xì)胞功能的研究及開(kāi)辟新的抗腫瘤策略。作為成熟的細(xì)胞殺傷檢測(cè)工具,DELFIA® EuTDA(貨號(hào)AD0116)細(xì)胞毒法不僅可用于評(píng)估抗體的ADCC和CDC活力,還能用于檢測(cè)ACT,CAR-T和CAR-NK等療法中免疫細(xì)胞的殺傷能力。為了助力免疫治療的開(kāi)發(fā),我們近期推出“珀金埃爾默生命科學(xué)試劑耗材平臺(tái)”,加速您的研究和藥物開(kāi)發(fā)進(jìn)程。
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參考資料
[1] Deyev SM, Lebedenko EN. Modern Technologies for Creating Synthetic Antibodies for Clinical Application.Acta Naturae. 2009 Apr;1(1):32-50.
[2] 科研干貨|免疫細(xì)胞如何殺傷腫瘤細(xì)胞. https://mp.weixin.qq.com/s/-jW77oFnXusb9h6e-AKQBg
[3] A Simplified, Gentle Cell-Labelling Method for Non-Radioactive Cytotoxicity Assays. PerkinElmer application note
[4] An Automated DELFIA ADCC Assay Method using a CD16.NK-92 Cell Line. Biotek application note
[5] Lazar GA, et al.Engineered antibody Fc variants with enhanced effector function. Proc Natl Acad Sci U S A. 2006 Mar 14;103(11):4005-10.
[6] Mirschberger C, et al. RG7116, a TherapeuticAntibody That Binds the Inactive HER3 Receptor and Is Optimized for Immune Effector Activation. Cancer Res. 2013 Aug 15;73(16):5183-94.
[7] Meulendijks D, et al. First-in-Human Phase I Study of Lumretuzumab, a Glycoengineered Humanized Anti-HER3 Monoclonal Antibody, in Patients with Metastatic or Advanced HER3-Positive Solid Tumors.Clin Cancer Res. 2016 Feb 15;22(4):877-85.
[8] Wang C, et al. In Vitro Characterization of the Anti-PD-1 Antibody Nivolumab, BMS-936558, and In Vivo Toxicology in Non-Human Primates. Cancer Immunol Res. 2014 Sep;2(9):846-56.
[9] Romano E, et al. Ipilimumab-dependent cell-mediated cytotoxicity of regulatory T cells ex vivo by nonclassical monocytes in melanoma patients. Proc Natl Acad Sci U S A. 2015 May 12;112(19):6140-5.
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