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点击上方“蓝字”关注我们吧！ 呼吸道合胞病毒（RSV）是儿童急性呼吸道感染的主要病因之一，暴露于包括香烟烟雾、颗粒物、苯、臭氧（O3）、一氧化碳（CO）或二氧化氮（NO2）在内的空气污染则可能增加RSV发病率和严重程度。世界卫生组织（WHO）已公布六种最重要的空气污染物清单，包括颗粒物≤直径10μm的颗粒物（PM10）、直径在0.1至2.5μm之间的颗粒物（PM2.5）、NO2、O3、二氧化硫（SO2）和CO。 目前关于RSV和空气污染的确切病理机制数据较少，主要结论集中在宿主抗病毒能力下降、促进病毒进入和病毒载量增加、病毒从主要感染细胞释放增加、炎症反应延长和/或加重（可能导致组织病理改变，粘液分泌增强和气道高反应（AHR）），其中最重要的共同机制之一似乎由氧化应激所介导。 N-乙酰半胱氨酸（NAC）作为一种具有抗氧化和抗炎特性的粘液溶解药物，已广泛应用于慢性阻塞性肺疾病（COPD）、支气管扩张症、特发性肺纤维化等临床研究中。一篇发布在《International Journal of Molecular Sciences》（IF=4.9）的系统综述回顾现有文献以确定NAC在治疗RSV感染和空气污染中的分子作用机制[1]。 研究设计 研究者对Scopus、PubMed（Medline）和Cochrane数据库进行了系统的文献检索，检索数据库中1998年至2023年9月7日期间所有分析NAC在RSV感染或空气污染中的分子作用机制的原始研究。共检索出167项研究，去重后，根据摘要和标题排除了122项研究，阅读全文最后筛选出28项原始研究纳入系统综述。 研究结果 NAC可减少病毒进入 空气污染主要通过两种机制促进病毒进入： (1)损伤保护屏障（由于现有屏障受损或存在额外的运输通道）； (2)病毒吸附增加（由于细胞表面的变化促进病毒粘附，或RSV获得特殊毒力，从而促进其粘附到细胞表面或进入），但暂未发现关于RSV毒力增加的信息（图1）。 ①NAC可改善上皮屏障通透性 Smallcombe等人在人支气管上皮细胞和小鼠模型中证明，TiO2-NP通过破坏顶端连接复合物（AJC）和重塑细胞内细胞骨架肌动蛋白对AJC的锚定以增强RSV诱导的上皮屏障瓦解，使上皮变得“渗漏”，从而增强病毒感染。通过评估病毒降低滴度，NAC治疗减少了AJC分解，改善了上皮通透性，降低了RSV感染程度。 氧化应激在其中扮演着不容忽视的作用，研究发现共暴露于RSV和TiO2-NP后细胞内活性氧（ROS）水平迅速增加，并保持高水平长达36小时；Wen等人的研究证实暴露于TiO2-NP后过氧化氢酶（CAT）活性增加，ROS上调，许多细胞间隙和内皮层通透性增加，内皮钙黏蛋白（VE-cadherin）表达降低，而NAC的使用逆转了氧化应激和间隙的形成，表明其在氧化应激中发挥关键作用。 ②NAC可抑制血清细胞间粘附分子1（ICAM-1）表达 ICAM-1是一种存在于多种细胞表面的糖蛋白，包括上皮细胞和内皮细胞、淋巴细胞和单核细胞，RSV感染诱导人内皮细胞上ICAM-1表达呈时间和剂量依赖性过度增加。 Mata等研究表明，在RSV培养的原代正常人支气管上皮细胞（NHBEC）中，使用NAC预处理可消除ICAM-1表达增加现象；Modestou等人发现香烟烟雾提取物抑制干扰素-γ（IFN-γ）诱导的人器官支气管上皮细胞（hTBE）中ICAM-1的表达，但NAC和谷胱甘肽单乙基酯（GSH-MEE）能够减轻这种抑制作用。 除ICAM-1外，空气污染还可能诱导其他表面分子表达：TiO2-NP诱导内皮细胞中ICAM-1、血管细胞间黏附分子1（VCAM-1）、血小板内皮细胞黏附分子（PECAM-1）和选择素（E和P）的表达，以及它们在单核细胞上的配体包括早期[E-选择素配体（sLex）和P-选择素配体（PSGL-1）]和晚期粘附分子[ICAM-1配体（LFA-1）、VCAM-1配体（VLA-4）和PECAM-1配体（αVβ3）]的受体表达，而NAC可抑制表面受体的表达。 ③NAC可阻断表皮生长因子受体（EGFR）磷酸化 RSV进入细胞的另一种机制涉及EGFR的磷酸化和激活以及与EGFR相关信号因子的级联反应（PI3K、PKC、Cdc42、PAK1和N-Wasp）。RSV与细胞表面结合即激活EGFR的磷酸化及其下游信号级联，通过微胞饮作用引起肌动蛋白重排和内吞。NAC可阻断人支气管上皮细胞（HBECS）中EGFR的磷酸化，从而阻止病毒的内吞作用并减少感染。 NAC可抑制病毒载量增加 病毒载量增加可能源于宿主抗病毒反应降低、感染开始后RSV释放加速（通过促进从主要感染细胞释放）或由于RSV获得异常毒力（图2）。 ①NAC可恢复抗病毒反应 人T细胞和自然杀伤（NK）细胞具有产生IFN-γ的能力，IFN-γ与其受体结合，并通过磷酸化Stat1导致Janus激酶/信号转导和转录激活因子（JAK/STAT）通路激活，二聚磷酸化的Stat1随后易位到细胞核并激活抗病毒基因。香烟烟雾提取物（CSE）抑制Stat1的磷酸化，并抑制IFN-γ介导的RSV mRNA和RSV蛋白表达降低，而使用NAC或GSH-MEE可恢复IFN-γ的抗病毒作用。 ②NAC可抑制病毒释放 在暴露于CSE和RSV的hTBE细胞中观察到较高的病毒载量似乎与香烟烟雾可能阻止RSV诱导的caspase激活有关。在受CSE和RSV侵袭的细胞中，坏死比凋亡更明显，这导致病毒从感染细胞中释放出来，而不是凋亡。 一系列实验表明，使用NAC和醛脱氢酶能够部分逆转上皮细胞从凋亡到坏死的转变，这表明ROS和丙烯醛在这一复杂系统中发挥了重要作用。细胞模型显示，无香烟烟雾暴露的RSV也会产生ROS，并激活蛋白激酶/哺乳动物雷帕霉素靶点（AMPK-MTOR）信号通路，从而诱导自噬，促进病毒感染。敲除自噬基因（如beclin1）或用AMPK抑制剂（化合物C）或NAC治疗能够抑制RSV复制，但化合物C仅能阻断自噬依赖性RSV复制，NAC则具有抑制自噬依赖性和自噬非依赖性途径的能力。 Zhou等人的研究将细胞凋亡标志物的评估与临床角度相结合，在126例老年慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者中采用口服NAC、吸入硫酸特布他林和两者联合三种治疗方法。所有治疗方案均可降低Fas受体/凋亡抗原1（Fas/APO-1）和可溶性Fas（sFas）水平，改善氧化还原状态，即ROS降低、氧化应激指标丙二醛（MDA）降低，并伴有超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）升高，且两药合用效果最佳。 NAC可减轻过度的宿主反应 ①NAC可减轻过度的促炎反应 A． NAC可减少促炎趋化因子和细胞因子的产生 许多促炎趋化因子和细胞因子被认为与RSV感染和空气污染共同暴露后的强烈的免疫反应有关，具有广泛数据支持的包括白细胞介素-6（IL-6）、白细胞介素-8（IL-8）、白细胞介素-17（IL-17）、肿瘤坏死因子（TNF-α）、单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）的作用，以及在激活后调节的正常T细胞表达和分泌（RANTES）（图3）。 Lei Chi等人的研究证实了NAC的抗炎作用：NAC处理后细胞上清液中mRNA表达和细胞因子浓度（TNF-α、IL-6、IL-1β和IL-18）均显著降低；Mata等人的研究也表明NAC抑制IL-6、IL-8和TNF-α的表达；在苯并[a]芘引起的急性肺损伤小鼠模型中，NAC预处理能够减轻炎症反应，降低TNF-α、IL-6、MCP-1、MIP-2（巨噬细胞炎症蛋白2，Cxcl2）基因的表达。 B．NAC可降低NF-κB刺激作用 Carpenter证明了NAC抑制RSV诱导的趋化因子表达的方式与TNF-α不同，提示氧化还原敏感的NF-κB通路参与了IL-8、MCP-1和RANTES的诱导。 当HBEC（BEAS-2B）、正常人支气管上皮（NHBE）和COPD人支气管上皮（DHBE）细胞暴露于PM2.5后，NF-κB靶细胞因子的结合活性和分泌均表现出剂量依赖性增加。长时间暴露于PM2.5会导致核因子-红细胞2p45相关因子2（NRF2）信号通路部分失活，破坏线粒体氧化还原稳态。NRF2/Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1（KEAP-1）是抗氧化反应的关键调节因子，KEAP1释放NRF2导致其蛋白体降解，从而刺激包括血红素加氧酶1（HO1）基因在内的NRF2靶基因产生抗氧化作用。 Mata等人的研究描述了NAC作用诱导的抗氧化机制：感染RSV后第15天HO1表达下降，NAC预处理后HO1表达不仅恢复且升高。由于NRF2本身表现出复杂的时变反应，RSV感染后，总抗氧化状态（TAS）即细胞对氧化事件的反应能力下降，使用1mM NAC预处理恢复，使用10mM NAC预处理后增加。此外，NAC能够抑制NF-κB向细胞核的易位以及p38/丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）的磷酸化以调节NRF2的表达。 IL-8和RANTES的产生均受柴油尾气颗粒诱导，p38/MAPK磷酸化在HBECs中起关键作用，NAC预处理不仅降低了p38 MAPK磷酸化酪氨酸和苏氨酸的数量，也因此降低了IL-8和RANTES的浓度。MAPK信号通路包括三个信号通路：细胞外信号相关激酶（ERK）、Jun氨基末端激酶（JNK）和p38，它们将信号从细胞膜传递到细胞核，Wang等人使用细胞（HBECs）和动物（小鼠）模型进行的一项研究表明，在暴露于颗粒物之前使用NAC预处理可阻断ERK、JNK和p38的磷酸化。 C．NAC可阻止或减少氧化应激 氧化应激在RSV和空气污染的相互作用中起着至关重要的作用，NAC可有效阻止或减少氧化应激的危害。RSV感染HBECs模型（BEAS-2B）显示，RSV诱导ROS和MDA的产生，SOD活性和细胞内还原型谷胱甘肽/氧化型谷胱甘肽（GSH/GSSG）比值。NAC处理可抑制ROS和MDA的产生，提高SOD活性和GSH/GSSG比值，从而减弱RSV感染的病理效应。柴油尾气暴露的体外模型表明，NAC具有恢复细胞内GSH/GSSG比值、抵消脂质和蛋白质氧化、抑制氧化应激诱导的HO-1表达的能力。 在人体和动物模型中，颗粒物均可诱导ROS以剂量和时间依赖的方式产生，而NAC预处理能够阻断ROS的产生；缺氧-再氧化应激通过增加ROS的产生对人上皮细胞造成损伤，NAC可有效缓解该现象；此外，RSV感染会增加热休克70kDa蛋白6（HSPA6），而NAC可有效阻断HSPA6 mRNA和蛋白表达。 D．NAC可减轻病原相关分子模式（PAMP）激活带来的影响 toll样受体（TLRs）是膜结合的模式识别受体（PRRs），TLR3、TLR7、TLR8和TLR9识别特定的病毒基因组成分，并在病毒诱导的信号转导中发挥关键作用。Wang等人的研究证实了人肺上皮A549细胞中TLR3的激活与氧化应激之间存在相关性。 RSV感染细胞羟基自由基（·OH）和一氧化氮（NO）浓度升高，SOD总活性降低，NAC预处理可降低这些影响，并且·OH和NO水平均与RSV感染持续时间呈时间依赖性；在mRNA表达方面，RSV感染后TLR3和NF-κB上调，干扰素调节因子-3（IRF3）和超氧化物歧化酶1（SOD1）基因下调，NAC预处理可逆转mRNA和蛋白的表达模式，提示氧化应激可能在TLR3激活和炎症反应增强中起调节作用。 ②NAC可抑制过度的粘液分泌 RSV感染和空气污染（如香烟烟雾）可能增加粘液分泌，MUC5AC作为一种形成凝胶的粘蛋白，是人类粘液的主要成分之一，Mata等人的研究表明，NAC能够抑制粘蛋白基因MUC5AC的释放。 ③NAC可改善肺部结构异常 在慢性鼻窦炎或COPD等病理条件下，杯状细胞化生和MUC5AC表达增加，而香烟烟雾增强了病理反应，这主要是由EGFR通路介导的。Mata等人研究发现，感染RSV的NHBECs的纤毛阳性和β管蛋白阳性细胞数量下降，并伴有轴突基底体超微结构异常，而NAC能够以剂量依赖的方式抑制上调，恢复上皮功能；Lei Chi等人的研究也表明，在人HBECs（BEAS-2B细胞）中，NAC处理抑制了EGFR的磷酸化和MUC5AC的激活。 大鼠肺支气管肺泡灌洗（BAL）表现为高浓度环境颗粒引起的多形核白细胞内流，并伴有细支气管血管增厚、细支气管炎症和肺水肿等组织病理改变，NAC预处理逆转了多形核白细胞内流，动物无组织学变化。此外，NAC预处理可逆转小鼠肺部颗粒物诱导的PM沉积周围炎症细胞浸润，减少支气管肺泡灌洗液（BALF）中中性粒细胞和巨噬细胞数量，提高肺损伤评分。 ④NAC可减轻肺气肿 Cai等研究显示NAC可减轻吸烟致COPD大鼠晚期肺气肿，NAC处理大鼠的平均线性截距（MLI）和破坏指数（DI）均较低。重要的是，NAC降低了肺泡间隔细胞的凋亡指数（AI），逆转了血管内皮生长因子（VEGF）及其受体蛋白（VEGFR2）表达的下降，AI与VEGF水平呈负相关。苯并[a]芘引起的小鼠组织病理学改变包括气道壁增厚，MLI减少，DI增加，经NAC预处理后均有缓解，肺病理总评分均有改善。 另一种小鼠模型研究了臭氧诱导的COPD，并比较了NAC的预防和治疗作用，结果显示，暴露前给予NAC能够减少BAL和气道平滑肌（ASM）肿块中的巨噬细胞数量，而治疗性给药能够减少ASM肿块和凋亡细胞数量，但肺气肿不可逆。肺气肿的机制复杂，与基质金属蛋白酶（MMP）尤其是MMP-9和MMP-12相关，在颗粒物暴露模型中，NAC预处理后HBECs和BALF中MMP-9的表达和水平均降低。 ⑤NAC可减轻DNA损伤和衰老 氧化应激诱导DNA损伤，并可能引发细胞衰老（增殖停止），这已在RSV感染中得到证实。RSV感染后，ROS产生增加，DNA损伤和增殖阻滞标志物表达增加，而NAC可显著减少受损细胞核的数量，但其保护作用仅对新生DNA损伤灶有效，对先前存在的DNA损伤灶几乎无效。 各种空气污染物包括颗粒物（PM2.5、PM10）、NO或香烟烟雾对衰老和细胞衰老也有类似的影响，而氧化应激则是最合理的相互作用机制。Kang等人研究证实NAC预处理可逆转空气污染物对ROS生成和DNA断裂的影响，在防止DNA损伤和细胞衰老方面发挥保护作用。 NAC可降低气道高反应（AHR） 混合暴露于RSV和空气污染可导致RANTES、MCP-1和NGF水平升高，白血病抑制因子（LIF）水平降低，从而导致AHR，而上述研究证明了NAC在RSV暴露和空气污染暴露（分别为柴油排放和苯并芘）模型中降低RANTES和MCP-1水平的有效性，这可能进一步导致AHR降低或消失。 · 总结 · 本综述确定了NAC用于减轻RSV感染和空气污染影响的潜在分子机制，包括阻断病毒进入、降低病毒载量和过度的宿主反应（炎症反应增强、粘液分泌增加、AHR、DNA损伤和/或细胞衰老）等。未来应开展进一步研究以调查RSV感染期间NAC的作用，并重点关注NAC在最重要的六种空气污染物中发挥的分子机制。 参考文献 [1]Wrotek A, Badyda A, Jackowska T. Molecular Mechanisms of N-Acetylcysteine in RSV Infections and Air Pollution-Induced Alterations: A Scoping Review. Int J Mol Sci. 2024，25(11):6051.  提示：本材料仅供医疗卫生专业人士进行医学科学交流，不用于推广目的。

引言 GTP酶及其调节因子作为分子开关，在许多细胞生命活动以及疾病特别癌症和发育疾病中，发挥着关键作用【1】。这些蛋白大多数属于小GTP酶的Ras超家族，包括Ras、Rho、Rab、Arf和Ran家族。选择性靶向这些蛋白质可能成为疾病治疗的有效策略【2】。然而，由于GTP酶中核苷酸的结合亲和力较高，并且缺乏变构位点，曾被认为是“不可成药”的靶点。 近日，美国加州大学旧金山分校的Kevan M. Shokat团队在Cell期刊发表题为Targeting Ras-, Rho-, and Rab-family GTPases via a conserved cryptic pocket（通过一个保守的隐秘口袋靶向 Ras-、Rho- 和 Rab- 家族 GTP 酶）的文章。研究发现，在K-Ras的switch II区域存在一个隐秘的变构口袋，这个口袋在其他Ras、Rho和Rab家族的GTP酶中也存在。这一发现为靶向GTP酶的抑制剂优化和开发带来了新的希望。 最近，在K-Ras中发现的隐秘变构switch II口袋（SII口袋）推动了针对K-Ras（G12C）突变癌症的治疗药物开发，如LUMAKRAS和Krazati【3】。此外，其他候选药物如GDC6036也在临床试验中取得了良好结果【4】。然而，目前K-Ras的可成药性仍然是一个特殊案例，其他GTP酶是否能够以类似方式被靶向尚不明确。 靶向Ras家族GTP酶 首先，研究人员发现，K-Ras（G12C）抑制剂不仅可以有效靶向K-Ras本身，还能靶向H-Ras（G12C）和N-Ras（G12C）。这些抑制剂通过与SII口袋结合发挥作用，前提是存在合适的配体。同时，他们在a3螺旋上发现了几个关键残基，这些残基与SII口袋中的配体结合密切相关。尽管这些残基在不同小GTP酶中保守性较低，但SII口袋及a3螺旋上的基团对口袋形状和抑制剂的结合至关重要。研究还发现，一些K-Ras（G12C）抑制剂对N-Ras（G12C）驱动的肿瘤具有潜在的治疗效果。Ras超家族GTP酶及其亚家族的序列存在差异。实验显示，RalA（G23C）和Rap1A（G12C）在与SII口袋抑制剂的共价结合方面表现出不同的动力学特征。RalA（G23C）与MRTX1257或divarasib结合的速度较快，且具有较高的热稳定性。突变型Rap1A（G12C, L96F）与抑制剂的结合速度显著提高。其他GTP酶如Rit1和M-Ras也能被SII口袋抑制剂有效靶向，但Rheb的靶向效果较差。为了验证MRTX1257对RalA（G23C）的结合是否类似于对K-Ras（G12C），研究人员分析了RalA（G23C）、GDP和MRTX1257的复合物。结果显示，GDP和MRTX1257的结合显著提高了RalA（G23C）的结构稳定性。进一步研究表明，MRTX1257和divarasib能有效抑制RalA（G23C）和Rap1A（G12C, L96F），并且divarasib与RalA和Rap1A的结合是可逆的，这表明开发靶向GTP酶的可逆抑制剂是可行的。此外，研究还考察了一种新型三联体抑制剂（包括K-Ras（G12C）、化学配体和亲环蛋白A（CypA））。通过对新配体RMC-4998的晶体结构分析，发现K-Ras的关键残基可以与CypA形成氢键，促进配体结合。进一步研究表明，RMC-6291能够有效靶向其他具有高度序列同源性的Ras家族GTP酶。 靶向其他GTP酶 接下来，研究人员探讨了K-Ras（G12C）抑制剂通过SII口袋靶向Rho和Rab家族GTP酶的潜力。结果显示，尽管RhoA和Rac1，以及Rab1A和Rab5C的靶向效果不错，但与Ras家族GTP酶相比，这些抑制剂在Rho和Rab家族中的效果较差，这可能与α3螺旋上的残基差异有关。特别是，divarasib对Rac1（G12C）的靶向较为迅速，但SII口袋中特定残基的变异显著影响了靶向效果。实验还发现，divarasib没有显著提高Rac1的热稳定性，并且其靶向效果受核苷酸状态的影响。此外，MRTX1257和divarasib同样是Rab家族GTP酶Rab1A（S20C）和Rab5C（S30C）的有效共价配体。进一步研究表明，MRTX1257和divarasib能完全靶向Rab1A（S20C），而对Rab5C（S30C）的靶向效果则较差。研究结果还显示，优化后的K-Ras（G12C）配体在靶向Rho和Rab GTP酶方面的效果仍需改进。此外，对双突变体Rac1（G12C, K96H）的功能实验显示，divarasib可以有效减少Rac1与PAK1的结合。 GTP酶抑制剂的开发 最后，研究人员利用分子动力学（MD）和量子力学（QM）模拟，设计并测试了22种新化合物，旨在开发靶向不同GTP酶（如Rac1、Rab1A和Rab5C）的选择性配体。通过比较SII口袋的结合构象和标记动力学，他们发现化合物11在Rac1（G12C）和Rab1A（S20C）中的表现优异，其靶向速度约为divarasib的两倍。研究还显示，甲基萘作为C7取代基可以优化对Rab5C（S30C）的靶向速度。此外，不同GTP酶对C2位置取代基的敏感性也有所不同。扩展后的化合物库同样能够有效靶向K-Ras（G12C），显示出进一步开发的潜力。这些发现为设计选择性配体提供了重要的指导。 综上所述，该研究发现GTP酶家族中SII口袋的关键结构是保守的，这使得靶向多种GTP酶成为可能，并为开发GTP酶的可逆抑制剂提供了新的机会。 模式图（Credit: Cell） 参考文献 1. Vetter, I.R., and Wittinghofer, A. (2001). The Guanine Nucleotide-Binding Switch in Three Dimensions. Science 294, 1299-1304. https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1126/science.1062023. 2. Rojas, A.M., Fuentes, G., Rausell, A., and Valencia, A. (2012). The Ras Protein Superfamily: Evolutionary Tree and Role of Conserved Amino Acids. J. Cell Biol. 196, 189-201. https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1083/jcb.201103008. 3. Kim, D., Xue, J.Y., and Lito, P. (2020). Targeting KRAS(G12C): From Inhibitory Mechanism to Modulation of Antitumor Effects in Patients. Cell 183,850-859. https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1016/j.cell.2020.09.044. 4. Sacher, A., LoRusso, P., Patel, M.R., Miller, W.H., Garralda, E., Forster, M.D., Santoro, A., Falcon, A., Kim, T.W., Paz-Ares, L., et al. (2023). GO42144 Investigator and Study Group. Single-Agent Divarasib (GDC-6036) in Solid Tumors with a KRAS G12C Mutation. N. Engl. J. Med.389, 710-721. https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1056/NEJMoa2303810. https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1016/j.cell.2024.08.017 责编|探索君 排版|探索君 文章来源|“BioArt” End 往期精选 围观 一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版） 热文 Cell | 是什么决定了细胞的大小？ 热文 Nature | 2024年值得关注的七项技术 热文 Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望 热文 CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述

内容来源：小药说药 前言 抗体偶联药物（ADC）是一种强大的抗癌治疗方法，通过靶向特异性抗原的单克隆抗体与小分子细胞毒性药物通过连接子链接而成。ADC利用抗体对其靶抗原的特异性，结合细胞毒性药物的效力，选择性地杀死表达靶抗原的肿瘤细胞。兼具传统小分子化疗的强大杀伤效应及抗体药物的肿瘤靶向性。 在ADC的开发中，选择在恶性细胞上高表达但在正常组织和免疫细胞上低表达的靶抗原被认为是实现选择性和效力的关键，同时最大限度地减少靶向肿瘤外毒性。除此之外，选择用于ADC的抗原需要考虑与靶抗原的表达模式和生物学特征相关的几个因素。 靶抗原选择的因素 在ADC中使用高效细胞毒性有效载荷需要合理的靶抗原选择，目的是最大限度地提高肿瘤选择性和抗肿瘤效力，同时最大限度地降低靶向肿瘤外剂量限制毒性。因此，在试图平衡安全性和有效性等因素的同时，尽可能地向癌细胞递送有效载荷对ADC设计至关重要。 根据目前公认的原则，有效ADC的理想靶抗原应在肿瘤细胞表面以足够的密度和均匀性表达，在正常细胞上以最小的表达量表达，以限制靶向肿瘤外毒性并优化治疗指数。除了特异性和过表达外，最佳的靶抗原还需要是细胞外的，以便抗体结合抗原表位。此外，ADC疗效通常取决于有效的靶向介导内化，肿瘤抗原与ADC结合后的内化率和内化溶酶体运输动力学可能直接影响有效载荷释放和癌细胞杀伤。 了解抗原靶点主要指向循环或溶酶体靶向途径也是至关重要的。抗原-ADC复合物再循环到质膜被认为会影响ADC向溶酶体的有效递送，并可能阻碍有效载荷向胞质的释放，从而损害ADC的效力。最后，影响ADC有效性的另一个因素是从细胞表面去除抗原的速率，通常由肿瘤细胞产生的蛋白酶介导，这一过程被称为抗原脱落。 靶标表达水平 达到ADC活性的抗原表达阈值水平根据几个参数而显著变化，其中许多参数尚未完全阐明。已知表达水平取决于特定靶点、识别的抗原表位和癌症适应症，这对于靶向实体瘤的ADC尤其明显。例如，评估Kadcyla对HER2阳性转移性乳腺癌疗效的临床经验表明，与HER2低表达亚组相比，高表达亚组的生存率更好。 然而，Enhertu对HER2低表达乳腺癌患者的突出疗效表明，没有广泛适用的靶抗原表达阈值来确保ADC的疗效。在体外和体内实验中，一些HER2阴性细胞系可能仍然保持活跃的HER2信号传导，并且对抗HER2疗法敏感。这表明，由于表面表达的HER2水平较低，导致的较低水平的促肿瘤信号传导仍可能支持肿瘤生长。其它的靶点也不尽相同，例如选择仅高表达FRα靶抗原的患者组似乎与治疗益处相关。而在肾细胞癌临床研究中的ADC靶点CD70，仅观察到抗原表达水平与CD70靶向ADC敏感性之间的有限相关性。 总的来说，针对ADC治疗几种癌症类型的临床前研究和临床评估表明，不存在将抗原表达水平与ADC活性相关联的总体范式。因此，需要根据经验确定每种肿瘤类型和ADC的抗原表达的理想Cut-off值。 脱靶毒性 ADC治疗在临床上观察到的毒性最常见是由于脱靶效应，而ADC的靶向-靶外肿瘤毒性可能受到靶抗原选择的影响。 为了减轻毒性，还必须考虑靶抗原的生理作用及其发挥这一作用的机制。因此，新ADC靶标的临床前毒性研究不仅需要研究靶标在肿瘤和正常组织之间的差异表达，还需要研究靶标的生理功能，以确定潜在的毒性。例如，CD44抗体bivatuzumab与DM-1的ADC用于治疗鳞状细胞癌的I期试验报告了致命的皮肤毒性，这可能归因于健康角质形成细胞表达CD44。 然而，尽管正常细胞表达靶抗原是一个值得考虑的重要因素，但它并不一定会阻碍ADC的开发和最终成功。例如，尽管TROP-2在一些正常组织中高水平表达，但Trodelvy已成功开发并获得FDA的批准，用于治疗转移性三阴性乳腺癌。这表明，对于抗TROP-2 ADC，与恶性组织相比，正常组织中抗原的表达差异可能足以避免严重的毒性。此外，也有人认为，TROP-2在正常细胞上的细胞内而非细胞表面表达，或在抗体或ADC无法接近的导管或腺上皮管腔侧等部位的表达，可能起到重要作用。 抗原脱落 当选择ADC靶点时，抗原的脱落率可能是一个重要的考虑因素。在基于抗体的治疗方法中，抗原脱落是指去除细胞表面表达的靶抗原，这一过程通常由蛋白酶介导，作为功能调节的一种手段。早期对免疫毒素的研究表明，抗原脱落的增加可能会减少可用于靶向和肿瘤结合的ADC的量，从而损害ADC的有效性。然而，其他使用数学和实验模型的研究表明，高抗原脱落率可能增加还是降低ADC的有效性取决于几个因素，包括ADC内吞率、ADC再循环率和通过肿瘤微环境的外渗率。例如，对于抗间皮素和抗CD25免疫毒素的相同模型表明，脱落率的增加会增加前者的效力，但会降低后者的效力。 血液肿瘤的ADC靶点 对于血液肿瘤，免疫谱系特异性生物标志物如CD19、CD20、CD22、CD33、BCMA和CD79在恶性血液细胞上以高水平广泛而均匀地表达，因此已被广泛探索为ADC发展的候选靶点。此外，批准的ADC的靶抗原在结合后都很容易发生内化，这也是有助于ADC疗效的一个重要特征。 CD33 CD33是一种67kda跨膜糖蛋白受体，是唾液酸结合免疫球蛋白样凝集素（SIGLEC）家族成员，通常在正常髓系细胞上表达，由于其在AML细胞上优先过表达，是Gemtuzumab ozogamicin的靶点。CD33的胞内免疫受体酪氨酸基抑制基序（ITIM）调节CD33的内吞作用，可通过网格蛋白介导的内吞作用（CME）激活内吞作用。关于内吞效率，AML细胞中CD33的表达水平与其内吞率之间没有相关性。CD33是一种缓慢内化的抗原，此外，CD33交联并不能改善内吞作用。对GO无响应的AML患者可能与CD33受体内吞的功能低下有关。 CD22 CD22是一种140 kDa的跨膜糖蛋白，与CD33一样，它也是Siglec家族的成员，并与该家族共享多种结构特征。关键的区别在于CD22比CD33大得多，因为它有多个Ig结构域和ITIM/ITIM样基序。CD22的表达仅限于B细胞，CD22在各种B细胞恶性肿瘤（包括ALL）的大多数母细胞中表达水平升高。 CD22通过CME进行内吞作用。类天然配体通过CD22的结构性快速内吞在细胞内积聚。这些配体在溶酶体中被分类降解，而CD22则循环回到细胞表面。此外，CD22配体诱导的内吞激活细胞内池，补充或增加细胞表面CD22的表达水平。因此，CD22对ADC具有良好的内吞特性。 CD19 CD19被认为是一种泛B细胞标志物，也是成熟B细胞表面多分子复合物的主要信号传导成分。CD19的表达在大多数B细胞恶性肿瘤中高度保守，此外CD19具有快速内化动力学，不会脱落到循环中，使其成为理想的ADC靶抗原。 CD79b CD79b仅在未成熟和成熟的B细胞中表达，在恶性肿瘤≥80%的B细胞中过表达。CD79a和CD79b是两种非共价结合的跨膜蛋白，介导信号传导和内吞作用。对于后者，CD79a-CD79b异二聚体是控制BCR内吞的支架。BCR内吞作用主要由CME完成，并由AP-2介导。有趣的是，CD79a直接与AP-2的μ亚单位相互作用，进而激活CD79b并导致整个BCR复合物的内吞。 此外，对于ADC来说，CD79a可以作为单体内化，但CD79b却不能。如果CD79b的近端膜酪氨酸（Y195）发生突变，AP-2与CD79a的结合就会被阻断，内吞也被阻断。在18%的活化B细胞样DLBCL标本中，Y195发生突变。总之，有证据表明CD79b其内吞活性依赖于整个BCR复合体的内化，而不是作为单体的内化。 BCMA BCMA或CD269，也称为TNFR超家族成员17，转导诱导B细胞存活和增殖的信号。BCMA的分子量仅为20.2 kDa，其配体结合的胞外区域具有“臂椅”构象，由六个CRD组成。除了多发性骨髓瘤外，BCMA还表达于许多血液系统恶性肿瘤，如霍奇金淋巴瘤和非霍奇金淋巴瘤。 然而，关于BCMA所利用的精确内吞途径的知之甚少。与内吞作用有关，唾液酸化是一种调节功能，它可能诱导BCMA利用CME发生内吞作用。 CD30 CD30是一种120kda跨膜糖蛋白，属于肿瘤坏死因子受体（TNFR）超家族。其细胞外部分由六个扩展构象的富含半胱氨酸的结构域（CRD）组成。CD30在活化的T细胞和B细胞以及各种淋巴肿瘤（包括霍奇金淋巴瘤和ALCL）上表达。 CD30不具有内吞作用，相反，它因蛋白水解裂解而脱落，CD30的脱落由基质金属蛋白酶（MMPs）介导。脱落是CD30生物学的一个特征，高浓度的循环可溶性CD30可以作为监测肿瘤进展的血清标志物。对于ADC的疗效，升高的CD30循环水平似乎会隔离注射的ADC，从而减少能够定位于CD30阳性肿瘤部位的ADC的数量。因此，缺乏内吞作用的结果表明CD30不是理想的ADC靶点。 实体瘤的ADC靶点 设计用于治疗实体瘤的ADC针对一系列抗原，这些抗原通常包括可能与促肿瘤途径有关的肿瘤相关膜蛋白或受体。迄今为止，FDA批准用于治疗实体瘤的ADC靶向包括HER2、TROP2、Nectin-4、FRα和TF。 HER2 HER2是一种185kda跨膜糖蛋白，属于EGFR家族。HER2/neu基因的扩增是已知的人类恶性肿瘤和转移的驱动因素。由于HER2在癌症中的作用，几十年来一直被作为治疗靶点。HER2也一直是ADCs的靶点，T-DM1和T-DXT都被批准用于HER2阳性转移性乳腺癌患者。 HER2的内吞存在多种机制，首先是CME，共免疫沉淀清楚的显示HER2直接与AP-2结合，此外，dynasore能完全阻断SKBR3细胞的HER2内吞作用。另外，有研究证明HER2可以利用小窝介导的内吞途径和CLIC/GEEC的内吞途径。 TROP-2 Trop2是一种46kDa的单体糖蛋白，具有选择性过表达、结构性内吞作用和导向溶酶体等特性，使其成为ADC的一个非常有吸引力的靶点。Trop2的内化机制与CME有关。 此外，Trop2与多种配体结合，如claudin-1、claudin-7、cyclin D1和IGF1，然而，这些配体都没有证明在与Trop2结合或相互作用时被内化。因此，与正常细胞相比，Trop2在肿瘤细胞中发生的内吞作用更为强烈，这些都表明Trop2是ADC的一个很好的靶点。 Nectin-4 Nectin-4是一种66 kDa 的I型跨膜蛋白，其主要作用是促进细胞间的接触。Nectin-4作为ADC靶点很有吸引力，因为研究表明，它在几种肿瘤类型中过表达，但在正常成人组织中几乎不存在。 目前，没有发现天然配体或mAb/ADC与nectin-4的复合物内吞的信息，但是可以借鉴nectin-4结合病原体内吞的研究。Nectin-4也是麻疹病毒的受体，研究表明，麻疹病毒通过巨胞饮作用进入MCF7、HTB-20乳腺癌和DLD-1结直肠癌细胞。病毒进入需要PAK1，相反，dynamin抑制剂Dynasore对病毒进入没有影响。此外，表达显性负性小窝蛋白的细胞并不能消除病毒的内吞作用。基于这些间接研究，nectin-4表现出病毒受体所需的强大的内吞活。 TF TF（组织因子），也称为凝血活酶因子III或CD142，是一种具有促凝血活性的跨膜糖蛋白，具有与蛋白水解酶因子VIIa（FVIIa）复合诱导细胞内信号传导的能力。TF被认为通过调节细胞生存、增殖、转移和血管生成的FVIIa依赖性细胞内信号通路促进癌症进展。由于缺氧诱导的信号传导，它在各种实体瘤和肿瘤血管系统中上调。 这种抗原的内化特性是开发TF靶向ADC的理想选择。此外，已报道的TF-FVIIa介导的表面TF表达诱导的机制，其中TF-FVIIa复合物的形成导致TF从高尔基体释放，然后运输到膜，导致细胞表面TF表达增强。如果这种作用可以由抗TF ADC诱导，那么这可以允许重复靶向表达TF的恶性细胞。 FRα FRα（叶酸受体α）是一种膜结合代谢叶酸受体，参与叶酸的细胞内运输。一旦与叶酸结合，受体-配体复合物通过非经典的脂筏内吞机制内化。FRα在卵巢癌、乳腺癌、子宫内膜癌、间皮瘤和肺癌中高表达，而在正常细胞中几乎不表达，使得该受体非常适合ADC靶向。 此外，FRα被认为通过与叶酸结合来辅助促肿瘤信号传导，诱导下游效应，如STAT3的激活、FRα的细胞内转运以作为促生长途径的转录因子，以及叶酸的细胞内运输用于DNA生物合成。 小结 对于ADC选择针对实体瘤和血液瘤的靶抗原，可能需要考虑几个因素：包括（1）抗原在肿瘤和健康组织中的表达程度；（2）抗原在正常细胞和肿瘤细胞中的生理功能；（3）抗原的内吞特性和内吞机制；（4）抗原是否、在何处以及如何脱落，脱落对ADC有效性的潜在影响；（5）抗原循环及其对ADC作用机制的影响。 深入了解靶抗原的这些属性，并且仔细考量抗原的选择可能如何影响ADC性能的其他方面，将有助于我们设计用于治疗实体瘤和血液瘤临床安全、有效的最佳ADC。 参考文献： 1.Target Antigen Attributes and Their Contributions to Clinically Approved Antibody-Drug Conjugates (ADCs) in Haematopoietic and Solid Cancers. Cancers (Basel).2023 Mar; 15(6): 1845. 2. Impact of EndocytosisMechanisms for the Receptors Targeted by the Currently Approved Antibody-DrugConjugates (ADCs)—A Necessity for Future ADC Research and Development. Pharmaceuticals(Basel). 2021 Jul; 14(7): 674. 药渡媒体商务合作 媒体公关 | 新闻&会议发稿 张经理：18600036371（微信同号） 点击下方“药渡“，关注更多精彩内容 免责声明 “药渡”公众号所转载该篇文章来源于其他公众号平台，主要目的在于分享行业相关知识，传递当前最新资讯。图片、文章版权均属于原作者所有，如有侵权，请及时告知，我们会在24小时内删除相关信息。 微信公众号的推送规则又双叒叕改啦，如果您不点个“在看”或者没设为"星标"，我们可能就消散在茫茫文海之中~点这里，千万不要错过药渡的最新消息哦！👇👇👇