中國學者在4-1BB激活型抗體藥物作用機制研究中取得進展

導 讀

T細胞是機體所有抗腫瘤免疫體系的主力軍，而腫瘤往往能夠逃逸機體的免疫監視，T細胞的活性很大程度上受到抑制型和激活型「免疫檢查點」分子的調節。4-1BB（CD137）是T細胞表面一種重要的激活型免疫檢查點分子，屬於腫瘤壞死因子受體家族分子（TNFR），含有4-1BB信號的嵌合抗原工程化T細胞（CAR-T）被廣泛應用於各種靶點細胞治療的研究和臨床應用當中。

近日，微生物所高福院士、田波院士團隊以及聯合蘇州醫工所高山研究員團隊合作，在國際期刊Cell Report雜誌發表了題為Limited Cross-Linking of 4-1BB by4-1BB Ligand and the Agonist Monoclonal Antibody Utomilumab的研究論文。研究報道了關於4-1BB與配體及激活型抗體作用機制的重要研究成果。文章闡明了4-1BB與其配體和激活型抗體作用模式，對於理解4-1BB分子活化的分子基礎及激活型抗體的作用機制具有重要意義，並為開發以4-1BB為代表的激活型免疫檢查點抗體藥物提供了重要的理論基礎。

圖1. 4-1BB分子在腫瘤抗體藥物開發及CAR-T細胞治療中具有重要應用價值

研究背景

生命在於運動，免疫在於平衡。一個健康的個體體內的免疫細胞足以消滅體內不斷出現的病變細胞，這其中就包括一些可能會發生癌變的細胞。T細胞是機體所有抗腫瘤免疫體系的主力軍，而腫瘤往往能夠逃逸機體的免疫監視，讓我們的T細胞對腫瘤細胞「視而不見」，甚至有時候腫瘤細胞近在眼前，卻又對它無能為力，只能「袖手旁觀」。T細胞的活性很大程度上受到「陰」「陽」兩類分子的調節，也就是抑制型和激活型「免疫檢查點」分子。在CTLA-4和PD-1對T細胞負調控機制研究和應用方面做出開創性貢獻的美國科學家JamesAllison和日本科學家Tasuku Honjo共同獲得了2018年諾貝爾生理學或醫學獎。

4-1BB（CD137）是T細胞表面一種重要的激活型免疫檢查點分子，屬於腫瘤壞死因子受體家族分子（TNFR），含有4-1BB信號的嵌合抗原工程化T細胞（CAR-T）被廣泛應用於各種靶點細胞治療的研究和臨床應用當中。不僅如此，目前已經有多種4-1BB激活型抗體進入臨床研究階段，包括百時美施貴寶公司（Bristol-MyersSquibb）的urelumab 抗體和輝瑞公司(Pfizer)的utomilumab抗體，這些抗體單獨或與其它腫瘤治療方法聯合使用，能夠顯著提高腫瘤治療效率。因此，對4-1BB與其配體及激活型抗體作用機制的研究，不僅能夠闡明其激活機制，而且對於4-1BB為靶點的腫瘤免疫治療性藥物的開發具有重要價值。

研究結果

研究團隊發現，4-1BB與4-1BBL作用模式屬於經典的TNF-TNFR結合模式，4-1BBL以三聚體的形式結合三個4-1BB單體分子（mono-4-1BB），表明單體形式的4-1BB與配體結合模式的保守性。對4-1BB激活型抗體utomilumab結合機制的分析發現，4-1BB的配體（4-1BBL）與激活型抗體utomilumab結合4-1BB 的表位存在一定程度的重疊，而進一步通過流式細胞術與Octet分子相互作用分析實驗的驗證，進一步表明二者結合4-1BB時存在顯著的競爭關係，提示在utomilumab的作用過程中會阻斷4-1BBL介導的4-1BB活化信號。

通過對活化的T細胞進行檢測發現T細胞能夠表達單體（mono-4-1BB）和二體(di-4-1BB) 兩種形式的4-1BB分子，並對兩種不同形式的4-1BB分子，尤其是di-4-1BB與配體作用的結合模式進行了研究。研究表明4-1BBL結合T 細胞表面的4-1BB後不會對4-1BB產生廣泛交聯，並過度激活下游信號。文章提出了4-1BB結合配體及激活型抗體的作用模式，指出配體和激活型抗體介導的4-1BB交聯受到其獨特的結合模式的調控，且T細胞表面mono-4-1BB和di-4-1BB分子的比例也是其信號活化重要調節因素（圖1）

中國科學院微生物研究所李燕，譚曙光和蘇州醫工所張常為論文共同第一作者，中國科學院微生物研究所高福和田波院士以及蘇州醫工所高山研究員為論文共同通訊作者。本研究得到了國家自然科學基金和中國科學院戰略性先導科技專項項目的經費支持。

近年來，該團隊在免疫檢查點抗體藥物作用機制方面開展了系列研究工作，在PD-1, PD-L1及CTLA-4等靶點抗體藥物的結合機制，PD-1糖基化修飾對抗體藥物影響等方面取得了重要進展，相繼發表在《Nature Communications》《Cell Research》《Protein Cell》等，為相關靶點藥物開發提供了重要的理論依據。

ABSTRACT

Monoclonal antibodies (mAbs) targeting the co-stimulatory molecule 4-1BB are of interest for tumor immunotherapy. We determined the complex structures of human 4-1BB with 4-1BB ligand (4-1BBL) or utomilumab to elucidate the structural basis of 4-1BB activation. The 4-1BB/4-1BBL complex displays a typical TNF/TNFR family binding mode. The structure of utomilumab/4-1BB complex shows that utomilumab binds to dimeric 4-1BB with a distinct but partially overlapping binding area with 4-1BBL. Competitive binding analysis demonstrates that utomilumab blocks the 4-1BB/4-1BBL interaction, indicating the interruption of ligand-mediated signaling. The binding profiles of 4-1BBL and utomilumab to monomeric or dimeric 4-1BB indicate limited cross-linking of 4-1BB molecules. These findings provide mechanistic insight into the binding of 4-1BB with its ligand and its agonist mAb, which may facilitate the future development of anti-4-1BB biologics for tumor immunotherapy.

1.Li Y, Tan S, Zhang C,Chai Y, He M, Zhang CW, Wang Q, Tong Z, Liu K, Lei Y, Liu WJ, Liu Y, Tian Z,Cao X, Yan J, Qi J, Tien P, Gao S, Gao GF.Limited Cross-Linking of 4-1BB by4-1BB Ligand and the Agonist Monoclonal Antibody Utomilumab. Cell Rep. 2018 Oct23;25(4):909-920.e4. doi: 10.1016/j.celrep.2018.09.073.

2.中科院微生物所：微生物所高福團隊在4-1BB激活型抗體藥物作用機制研究中取得進展

http://www.im.cas.cn/xwzx2018/kyjz/201812/t20181204_5206644.html

本期編輯：Annabella

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！