GM-DXd

中文摘要目的   构建粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF）Fc与小分子药物DXd偶联物（GM-DXd），并探究其靶向杀伤急性髓系白血病（acute myeloid leukemia，AML）细胞的治疗效果。方法   制备靶向GM-CSF受体（GM-CSF receptor，GMR）的GM-DXd，并通过还原性SDS-PAGE鉴定GM-DXd。采用蛋白质印迹检测GM-DXd的生物活性，流式细胞术检测AML细胞MV4-11、THP-1对GM-DXd的内化情况，细胞增殖-毒性检测和流式细胞术分别评价GM-DXd对GMR阳性AML细胞的活性抑制和凋亡诱导能力，蛋白质印迹检测诱导凋亡蛋白的表达。结果   制备的GM-DXd生物活性稳定，能成功被AML细胞内吞；与未给药组相比，GM-DXd抑制了AML细胞活性（对MV4-11和THP-1细胞的抑制中浓度分别为15.91和37.64 nmol/L）并促进AML细胞凋亡（20 nmol/L GM-DXd分别诱导~90%、~60%的MV4-11、THP-1细胞凋亡），细胞杀伤能力比DXd更强。结论   小分子偶联药物GM-DXd通过靶向GMR能够有效杀伤AML细胞，可以作为治疗AML的潜在药物。正文急性髓系白血病（acute myeloid leukemia，AML）是最常见的成年人急性白血病，其特征是造血干细胞和祖细胞不受控制地生长。AML的标准治疗方式是基于阿糖胞苷和蒽环类药物的化学治疗（化疗）诱导方案（7+3），虽然靶向治疗的出现为携带特定突变的AML患者提供了新的治疗方法，然而仍有60%~70%的患者在达到完全缓解后复发，需要更有效的疗法来实现更持久的缓解。生长因子及其受体的异常表达已被证明与几种恶性肿瘤有关，这些生长因子被认为是将细胞毒性有效载荷递送到肿瘤细胞的理想载体。其中，粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF）是参与造血细胞生长和分化的细胞因子，也可作为免疫调节剂。高亲和力的GM-CSF受体（GM-CSF receptor，GMR）是由CD116（α亚基）和CD131（β亚基）组成的异源二聚体，在早期造血干细胞上低表达而在大多数AML患者的原始干细胞表面高表达，被认为是AML靶向治疗的有吸引力的靶标。小分子细胞毒性药物喜树碱类似物DXd作为DNA拓扑异构酶Ⅰ抑制剂，通过GM-CSF与GMR结合被AML细胞内吞，可造成DNA损伤、引起细胞凋亡，最终通过靶向AML细胞延缓疾病进展。本研究将重组人GM-CSF（recombinant human GM-CSF，rhGM-CSF）Fc融合蛋白与DXd通过蛋白酶可裂解连接子马来酰亚胺-己酰基-缬氨酸-瓜氨酸-对氨基苯甲酸酯（maleimidocaproyl-valine-citrulline-p-aminobenzyl alcohol，MC-VC-PABC）连接，构建靶向GMR的小分子药物偶联物GM-DXd，以期为AML的治疗提供候选策略。1材料与方法1.1试剂和仪器AML细胞系MV4-11、THP-1由中山大学附属第七医院科研中心爱德蒙·菲舍尔转化医学研究实验室冻存并提供；RPMI-1640和IMDM培养基、胎牛血清均购自美国Hyclone公司；rhGM-CSF-Fc融合蛋白购自北京义翘神州科技股份有限公司；偶联MC-VC-PABC的DXd（MC-VC-PAB-DXd）购自美国Med Chem Express公司；牛血清白蛋白（bovine serum albumin，BSA）、三（2-甲酰乙基）膦盐酸盐〔tris（2-carboxyethyl）phosphine hydrochloride，TCEP〕购自生工（上海）生物工程股份有限公司；蛋白上样缓冲液、SDS-PAGE凝胶配置试剂盒、化学发光试剂盒均购自上海雅酶生物医药科技有限公司；聚偏二氟乙烯（polyvinylidene fluoride，PVDF）膜、10 KD离心式过滤器购自德国Merck公司；别藻蓝蛋白（allophycocyanin，APC）标记的小鼠抗人CD116流式抗体、纯化的小鼠抗人CD131抗体、Alexa Fluor® 647抗鼠IgG1抗体、APC标记的小鼠抗人膜联蛋白V抗体和碘化吡啶（propidium iodide，PI）染料均购自美国Biolegend公司；抗胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）、磷酸化ERK（phosphorylated ERK，p-ERK）（Thr202/Tyr204）、Akt激酶（Akt kinase，AKT）、磷酸化AKT（phosphorylated AKT，p-AKT）（Ser473）和β肌动蛋白的一抗购自美国Cell Signaling Technology公司；细胞活性检测试剂盒（cell counting kit 8，CCK-8）、二喹啉甲酸法（bicinchoninic acid assay，BCA）蛋白定量试剂盒购自北京索莱宝科技有限公司。Beckman CytoFlex流式细胞仪购自贝克曼库尔特商贸（中国）有限公司；BSC-1300A2生物安全柜购自广州科凯特净化设备科技有限公司；ChemiDoc MP成像系统购自美国BioRad公司；SynergyTMH1全自动多功能酶标仪购自美国BioTek公司。1.2小分子药物偶联物GM-DXd的制备参照Li等构建抗体偶联药物的方法，rhGM-CSF-Fc经TCEP和EDTA在37 ℃下还原打开4个链间二硫键以暴露半胱氨酸残基，随后在冰浴条件下与16eq的MC-VC-PAB-DXd偶联，后经10 KD过滤器纯化。纯化药物的具体步骤为：首先用蒸馏水冲洗，随后依次用PBS和含1 mol/L NaCl的PBS洗去未结合的MC-VC-PAB-DXd，最后将GM-DXd交换至PBS中。药物于-20 ℃保存。1.3药物偶联效果的考马斯亮蓝染色检测取rhGM-CSF-Fc、GM-DXd和经TCEP还原的rhGM-CSF-Fc，加入蛋白上样缓冲液，金属浴95 ℃加热样品5 min。各取1份蛋白样品按每孔蛋白总量5 μg进行SDS-PAGE，电泳结束后用考马斯亮蓝染液染色30 min。染色完成后，用洗脱液洗去多余染液后，用Bio-Rad凝胶成像分析系统采集图像。1.4GM-DXd生物活性的检测针对GMR下游信号通路激活的检测，取2×106 mL-1 MV4-11、THP-1细胞置于6孔细胞培养板中，分别加入rhGM-CSF-Fc、GM-DXd，浓度为5 nmol/L，以加等量体积PBS为空白对照，37 ℃培养箱孵育30 min，收集细胞提取总蛋白。将等量的总蛋白在10%凝胶中进行SDS-PAGE，然后转移到PVDF膜上进行蛋白质印迹分析，用抗p-ERK（Thr202/Tyr204）、ERK、p-AKT（Ser473）、AKT和β肌动蛋白抗体进行印迹分析。1.5GMR阳性AML细胞内吞GM-DXd的流式细胞术检测分别取1×105 mL-1 MV4-11、THP-1细胞置于24孔细胞培养板中，分别加入等量阴性对照PBS、10 nmol/L rhGM-CSF-Fc、GM-DXd，37 ℃培养45 min后，收集细胞，用预冷洗涤缓冲液洗涤2次，并在冰上用APC偶联的小鼠抗人CD116抗体或纯化的小鼠抗人CD131抗体孵育30 min。用预冷洗涤缓冲液洗涤后，对于CD131孵育组，用Alexa Fluor® 647抗鼠IgG1抗体进行染色30 min，随后用洗涤液进行充分洗涤。用流式细胞仪分析细胞表面GMR的表达量。1.6GM-DXd对AML细胞体外杀伤活性的细胞活力检测取3×104 mL-1 MV4-11、THP-1细胞置于96孔板中，用相应细胞完全培养基稀释GM-DXd至一定浓度，加至96孔板中，总体积为100 μL，随后置于37 ℃、5% CO2细胞培养箱中培养48 h。按照试剂说明书加入相应CCK-8试剂，37 ℃孵育1 h，使用酶标仪测定450 nm处的吸光度（A）值。实验重复3次，取均值。按下列公式计算细胞增殖活性：1.7GM-DXd对AML细胞凋亡影响的检测将1×106 mL-1 MV4-11、THP-1细胞接种于12孔细胞培养板中，加入不同浓度的GM-DXd或DXd（10、20 nmol/L）处理48 h。弃去培养基，预冷PBS洗涤细胞2次，加入膜联蛋白V 4 μL混匀，避光孵育15 min；加入1.5 μL PI混匀，随后进行流式细胞仪检测并分析结果。采用蛋白质印迹法检测药物处理后细胞凋亡蛋白的表达。提取GM-DXd、DXd处理和未给药MV4-11、THP-1细胞总蛋白，使用BCA试剂盒测定蛋白浓度。取25 μg蛋白经10% SDS-PAGE分离后，湿转至PVDF膜上，用含5% BSA的吐温20-三羟甲基氨基甲烷缓冲液〔tris（hydroxymethyl）aminomethane buffered saline with Tween-20，TBST〕在室温下进行封闭后加入抗多腺苷二磷酸核糖聚合酶〔poly（ADP-ribose）polymerase，PARP〕、切割胱天蛋白酶3（cysteine aspartic acid specific protease 3，Cas-3）、β肌动蛋白抗体，在4 ℃摇床孵育过夜。用TBST洗去未结合抗体，加入辣根过氧化物酶标记的山羊抗兔二抗，室温摇床孵育1 h，TBST洗去未结合抗体，使用Bio-Rad化学发光成像仪采集信号，分析细胞凋亡蛋白表达水平。1.8统计学分析使用GraphPad Prism 8软件进行统计分析。实验均独立重复3次，数据以均值±标准差表示。采用独立样本t检验比较2个样本均值，采用方差分析比较多个样本均值。P<0.05为差异有统计学意义。2结果2.1GM-DXd的制备和偶联检测用TCEP将rhGM-CSF-Fc还原，使半胱氨酸残基充分暴露，随后在冰浴条件下与16eq的MC-VC-PAB-DXd偶联。用还原性SDS-PAGE分离rhGM-CSF-Fc、TCEP还原的rhGM-CSF-Fc及GM-DXd后，用考马斯亮蓝染色验证偶联是否成功。由图1可见，TCEP将rhGM-CSF-Fc充分还原，电泳中为表观相对分子量48 000~55 000的单一条带；最终反应产物GM-DXd为混合物，分子量略高于还原的rhGM-CSF-Fc，且条带中未出现杂蛋白，说明该反应条件下rhGM-CSF-Fc未发生变性降解。结果表明，非特异性结合可导致结合不同量MC-VC-PAB-DXd的GM-DXd产生。2.2GM-DXd生物活性的检测蛋白质印迹检测rhGM-CSF-Fc或GM-DXd处理的AML细胞中GMR的下游信号通路传导蛋白AKT、ERK的磷酸化显示，rhGM-CSF-Fc、GM-DXd处理均增加了MV4-11和THP-1细胞中p-AKT、p-ERK的磷酸化水平（图2A），表明GM-DXd保留了GM-CSF的生物活性。由于细胞表面GMR的表达量与药物的快速内化有关，因此采用流式细胞术分别检测rhGM-CSF-Fc、GM-DXd处理后MV4-11、THP-1细胞表面的GMR，以判断GM-DXd是否被细胞内化。结果显示，与未处理组相比，rhGM-CSF-Fc、GM-DXd处理组的MV4-11和THP-1细胞表面的GMR荧光信号均减弱，且平均荧光强度值降低差异均无统计学意义（MV4-11：t=0.50，P=0.500；THP-1：t=0.21，P=1.000），表明GM-DXd能被MV4-11及THP-1细胞内化，MC-VC-PAB-DXd未影响rhGM-CSF-Fc的内化能力（图2B）。2.3GM-DXd对AML细胞的体外特异性杀伤分别用0.1、1.0、10.0、100.0、200.0 nmol/L的GM-DXd或DXd处理MV4-11和THP-1细胞系48 h，随后用CCK-8检测细胞活力。结果显示，与未处理组相比，GM-DXd处理组的细胞活性均降低；与DXd（图3A）相比较，GM-DXd（图3B）在相等剂量下对MV4-11、THP-1细胞活性抑制能力更强并呈浓度依赖性。通过量效曲线计算，GM-DXd对MV-4-11和THP-1细胞的抑制中浓度分别为15.91和37.64 nmol/L。2.4GM-DXd体外诱导的AML细胞凋亡使用流式细胞术检测药物诱导AML细胞凋亡能力，检测结果（图4A）表明，与对照组相比，20 nmol/L GM-DXd处理组中MV4-11细胞约90%被诱导凋亡，THP-1细胞约60%凋亡。提取药物处理后的MV4-11、THP-1细胞总蛋白，用蛋白质印迹分析细胞凋亡蛋白切割Cas-3和PARP的表达水平，结果显示，经GM-DXd处理后，2种细胞内切割Cas-3和PARP的表达量均升高（图4B）。3讨论AML是1种异质性恶性肿瘤，其特征为造血干细胞过度增殖及其分化停滞，导致骨髓和血液中成髓细胞不受控制地积蓄。虽然诱导和巩固化疗可使大多数AML患者得到完全缓解，但超过50%的患者最终死于复发，5年总生存率下降到30%~40%。近年来，靶向药物的应用开启了AML靶向治疗的大门，为AML的治疗带来巨大的进步。特别是西妥珠单抗和受体酪氨酸激酶抑制剂的出现极大地改善了难治性AML患者的生存率及预后。但是，靶向治疗药物耐药、联合化疗毒性的叠加、缺乏有效靶点等问题的不断出现，为AML的治疗选择提出了新的挑战。提高AML患者生存率及预后的方法之一是通过效应分子与AML细胞表面特异性过表达的分子结合，将不具有选择性的高效细胞毒药物带至AML细胞以达到特异性杀伤肿瘤细胞的作用。此类药物治疗AML的重要考虑因素是靶标的选择。目前被FDA批准的可用于治疗AML的此类药物均靶向CD33。尽管CD33在AML细胞中广泛表达，但研究表明它在正常造血干细胞中同样表达，这就意味着多种造血谱系细胞可能因这类药物的使用同时减少而导致靶向CD33药物的临床效益受到限制。CD123是目前处于AML治疗临床试验的另1个靶点，它在正常造血干细胞上的表达可引起与CD33类似的靶向非肿瘤细胞问题。本研究选择了GMR作为目标。既往研究已经证明该靶点在人早期造血干细胞中低表达，而在AML的原始造血干细胞中则是高表达。靶向GMR虽然仍会导致骨髓细胞耗竭，但不会损害患者正常造血功能或诱导持续的血小板减少。总而言之，靶向该分子具有一定的安全性。GMR在AML细胞中高表达这一特点保证了该药物开发的可能性。在过去的几十年中，已经有许多靶向GMR的融合蛋白的研究，如Perentesis等证明，与细菌毒素白喉毒素融合的GM-CSF配体可通过激活凋亡途径消除化疗耐药的AML细胞系和AML患者肿瘤细胞；Kreitman和Pastan证明，假单胞菌外毒素融合的GM-CSF配体作为效应分子，对化疗耐药的AML患者祖细胞具有细胞毒性，而对正常细胞则无细胞毒性。由于既往针对靶向这一靶标的细菌或植物毒素融合蛋白的开发均由于其不可避免的免疫原性而以失败告终，因此进一步开发用于靶向AML的非免疫原性和高度特异性的细胞毒素具有极大意义。细胞凋亡或程序性死亡在组织内环境稳定中发挥着重要作用。AML细胞已被证明存在失调的凋亡机制，这促进了AML耐药性的产生。本研究选取喜树碱类似物DXd作为GM-CSF偶联的小分子细胞毒药物。DXd已被证实可以诱导DNA损伤并导致肿瘤细胞凋亡，比喜树碱效力更强且骨髓毒性更低。与常用的微管抑制剂不同，DXd不仅针对分裂旺盛的细胞也对处于静止期的细胞具有杀伤作用，这意味着该药可能对AML中的静止期造血干细胞也具有一定的杀伤能力。使用DXd的强效靶向GMR的药物偶联物可以延缓或消除由于静止期造血干细胞再次激活而导致的AML复发。而对于GM-CSF与DXd之间的连接子，本研究选择了可被蛋白酶切割的MC-VC-PABC连接子。该连接子作为抗体偶联药物中最常用的可裂解连接子，具有很好的血浆稳定性。此外，该连接子还引入了1个自降解间隔子，使其更易暴露在蛋白酶环境下而不影响其稳定性。MC-VC-PAB-DXd的缀连会改变rhGM-CSF-Fc的构象结构，可能影响rhGM-CSF-Fc的生物活性，从而阻碍rhGM-CSF-Fc对GMR的内化诱导能力。本研究证明，小分子药物偶联物GM-DXd能够快速地被GMR阳性AML细胞内化，并发挥细胞毒性作用。用不同浓度的GM-DXd、DXd处理2种AML细胞系，并在48 h检测细胞活性，结果证实GM-DXd较单药DXd的细胞毒作用更强。流式细胞术检测GM-DXd处理后细胞的凋亡情况表明，GM-DXd诱导的DNA损伤足以引发AML细胞的凋亡。目前开发的针对GMR的与细菌或植物毒素嵌合的蛋白均显示出高效力，抑制中浓度在皮摩尔范围内。然而，这种融合结构的毒素部分会不可避免地引发免疫原性。本研究中描述的GM-DXd与既往的细菌或植物毒素嵌合的蛋白相比，虽然效力较低，但预计是非免疫原性的。DXd是相对分子质量为493.48的低分子量化合物，这类低分子量化合物被认为不足以诱导机体免疫应答。为了进一步验证这类药物在AML靶向治疗中的作用，未来在动物模型中进行体内研究是必不可少的。总之，本研究开发了新型的小分子药物偶联物GM-DXd，对AML细胞具有选择性细胞毒性。该药物通过激活细胞内凋亡内在通路诱导AML细胞凋亡。数据表明，它有可能成为治疗AML的有效方法，并解决当前治疗AML的一些局限性。作者肖艳  张登央  郭瑶  余柳婷  陈纯  薛红漫  陈韵中山大学附属第七医院（深圳）， 儿童血液肿瘤专科，儿童血液病实验室，深圳 518107通信作者：陈韵，Email：cheny653@mail.sysu.edu.cn引用本文：肖艳, 张登央, 郭瑶, 等. 新型小分子药物偶联物GM-DXd的制备及抗急性髓系白血病细胞活性 [J]. 国际生物制品学杂志, 2025, 48(2): 75-81.  DOI: 10.3760/cma.j.cn311962-20241224-00091识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入生物制品微信群！请注明：姓名+研究方向！版权声明本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观不本站。