（原创）配体陷阱-FC的研究进展和临床应用

配体陷阱-FC的起源

配体陷阱（ligand trap）通常是由配体的对应受体胞外端构成，其作为功能基团通常与IgG的FC片段构成配体陷阱-FC融合蛋白，已成功运用于生物研究和临床应用。受体胞外域可以充当生物调节剂的想法最初起源于发现天然产生的生长因子和细胞因子的可溶性受体。这些蛋白质的存在首先在表皮生长因子（EGF）和白介素2受体（IL-2R）的细胞培养液中得到证实。这些可溶性受体的产生通过“脱落酶”介导的蛋白水解切割或通过翻译选择性剪接的转录本。这些可溶性受体存在于体液中，在疾病期间水平发生了显著变化。这些发现使人们意识到可溶性受体可能作为生长因子和细胞因子的内源性调节剂而存在，由此产生了使用这些可溶性受体治疗疾病的想法。

可溶性受体充当阻滞剂或其同源配体的陷阱最初在IL-2-R系统上得到证实，随后证明对于其他细胞因子也适用。实际上，通过陷阱受体，共受体，以及其它各种受体样的调节剂来调节多种不同胞外信号蛋白是机体常见的现象，它可能反应了机体对严格调控信号通路的需求。

野生的和基因工程化的可溶性受体最初都被证明可以在体外阻断细胞因子的作用，有效地充当配体陷阱。然而，在体内，由于他们与同源配体的亲和力相对较低，另外体内半衰期也短，所以他们在体内未能表现出很好的效果。一个解决方案就是将可溶性受体与免疫球蛋白的FC区偶联，形成“受体-Fc”融合蛋白。在这个第一次的开拓性工作中，研究工作者将CD4的胞外域融合到的恒定区人类IgG1或小鼠IgG2a Fc区，产生的融合蛋白是HIV感染T细胞的高亲和力阻断剂。尽管这种艾滋病毒阻滞剂最终没有走向临床，但是他们证明了几个Ig或-Fc受体融合蛋白的关键特性：

1.受体胞外域可与Ig域偶联，在不对生物学功能产生不利影响的情况下形成融合蛋白，同时改善其表达。

2.与它们的可溶性受体对应物不同，受体-Ig或-Fc融合体显示出较长的体内半衰期。

3.受体-Ig或-Fc融合蛋白具有类似抗体的特性，例如与FcRn的结合。

配体陷阱-FC相对于抗体的优缺点

随着抗体技术的进步与完善，越来越多的全人源单克隆抗体进入临床应用。单克隆抗体相对于配体陷阱-FC表现出更好的稳定性，更长的半衰期以及更高的亲和力，那么配体陷阱-FC这样的构建是否会被单克隆抗体所替代呢？下面列出了配体陷阱-FC相对于单克隆抗体的一些优缺点，或许从中我们可以找到答案。

1.       多配体结合

配体陷阱-FC融合蛋白和单克隆抗体之间的最关键区别在于配体陷阱-FC融合蛋白表现的是对应受体成分的结合特异性，因此应该能够结合多个配体，而单克隆抗体往往只针对单个配体。如表2中大部分配体陷阱-FC融合蛋白（rilonacept、aflibercept、TACI-Ig、CTLA4-Ig、ACVR2A-Fc，ACVR2B-Fc和ACVRL1-Fc等）。因此，我们可能面对的问题是这种配体陷阱-FC融合蛋白的阻断多个配体的能力是否是我们需要达到药效所想要的，或者是否可能成为导致不良反应的复杂因素？因此，我们必须去了解这些不同的配体在疾病过程当中所扮演的角色，从而判断这种配体陷阱-FC是否可行。

2.       配体陷阱-FC介导的信号传导

配体陷阱-FC融合蛋白与单克隆抗体之间的第二个差别是这些Fc融合蛋白更接近于天然受体，可能会以不同方式模拟自然的信号传导过程，其中之一就是反向信号---即跨膜配体充当受体和信号转导者。这个过程的临床意义还没有经过系统的研究，但是在抗BLyS和抗TNF治疗药物中已经观察到。例如，TACI-Ig（atacicept）和其同靶点的单克隆抗体（belimumab）在介导表达BLyS跨膜形式的细胞中的反向信号传导的能力是不同的。

3.       免疫原性

另外一个需要注意的是这些配体陷阱-FC融合蛋白可能产生的免疫原性，特别是那些可能会产生交叉抗体的受体胞外端，当然，这是重组蛋白药物所需要共同面临的问题。从已有的研究显示，配体陷阱-FC相对于同靶点单克隆抗体具有更弱的免疫原性。

配体陷阱-FC的药物

    配体陷阱-FC融合蛋白已经有多个药物批准上市，这里面包括Etanercept、Rilonacept、Aflibercept等，这些靶点都同时有上市的单克隆抗体药物，但是这些配体陷阱-FC药物和对应靶点的单克隆抗体仍缺乏充足的头对头的临床实验数据的比较。此外，表1还列出了一些处于临床阶段的配体陷阱-FC药物。

陷阱融合 蛋白	名称	作用机理	适应症	批准时间/临床状态
TNFR-Fc	Etanercept	阻断TNF-α和TNF-β	中度至重度类风湿关节炎;特发性关节炎；银屑病	1998
IL-1 Trap	Rilonacept	阻断 IL-1A 和IL-1β	隐索蛋白相关的周期性综合症（CAPS），特别是家族性感冒诱发自身炎症综合症（FCAS），以及Muckle-Wells综合征（MWS）	2008
VEGF Trap	Aflibercept	阻断VEGFA 和VEGF 家族其它成员以及PGF	湿性黄斑变性； 转移性结直肠癌	2012/2013
LFA-3-IgG1	Alefacept	降低效应记忆T细胞	慢性中度至重度牛皮癣斑块	2003
CTLA4-Ig	Abatacept	抑制由CD28和CD80/86共刺激引起的T细胞激活	类风湿关节炎； 幼年特发性关节炎	2005
ACVR2A-Fc	Sotatercept	阻断activin A和GDF11	地中海贫血； 肺动脉高压	Phase 2
ACVR2B-Fc		阻断activin A, myostatin和GDF11	肌肉萎缩； 杜氏肌营养不良	Phase 1/2
ACVRL1-Fc		阻断BMP9和BMP10	晚期实体瘤多发性骨髓瘤	Phase 1
LTBR-Ig	Baminercept	阻断LTa1b2和LIGHT信号通路	原发性干燥综合征	Phase 1
TACI-Ig	Atacicept	抑制B细胞激活	系统性红斑狼疮	Phase 2
BR3-Fc	Briobacept	阻断BLyS	类风湿性关节炎	Phase 1

表1 临床开发阶段和已批准的配体陷阱-FC药物

配体陷阱与单克隆抗体的融合

通常配体陷阱作为受体的胞外端只有在蛋白的N端才具有活性，但是也有一些配体陷阱已经证实可以放在蛋白的C末端，这就带来了一种可能，配体陷阱可以与单克隆抗体直接融合，形成特殊结构的双特异性药物分子。比如德国默克的在研肿瘤免疫疗法药物M7824（bintrafusp alfa），M7824是PD-L1的阻断性抗体与TGF-β trap的融合蛋白，TGF-β trap融合在了PD-L1抗体的重链C末端。这个药物在治疗癌症方面表现出了巨大的潜力。

2019年4月，美国国家癌症研究所（NCI）发布了一项M7824治疗多种HPV相关晚期癌症的早期临床研究结果。该研究共纳入了43例晚期癌症患者，包括宫颈癌、肛门癌和鳞状细胞头颈癌，其中 36例为HPV阳性。初步研究结果显示：在所有受试者中，35%的患者对药物有反应，肿瘤缩小；而在36例HPV阳性肿瘤患者中，出现缓解的患者比例更高，为39%。另外，患者的生存期也得到显著改善，所有43例患者的中位总生存期为16.2个月。而此前研究中，HPV相关癌症患者在PD-1或PD-L1抑制剂治疗后，总生存期通常为9-11个月。

国内的鸿运华宁(杭州)生物医药有限公司的产品管线中，同样有一款类似的配体陷阱与单克隆抗体的融合蛋白药物GMA306，鸿运华宁主要专注于G蛋白偶联受体（GPCR）的抗体药物，GMA306是内皮素受体A（ETa）的抑制性抗体与TGF-β trap的融合蛋白药物，一方面通过内皮素受体A（ETa）的抑制性抗体降低肺动脉压，另外一方面通过抑制TGF-β的信号通路，降低肺动脉的血管重构，通过双重机制改善肺动脉高压的症状。这个药物处于临床前阶段，已经开始表现出巨大的潜力。

参考文献

1.       Fusion Protein Technologies for Biopharmaceuticals: Applications andChallenges, First Edition. Published2013 by John Wiley & Sons, Inc.