针对GPCR家族的抗体药物研发

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来源：生物制药小编

2018-04-23

GPCR (G Protein-Coupled Receptor)，即G蛋白偶联受体，是哺乳动物基因组中最大的膜蛋白家族[1]，广泛分布于中枢神经系统、免疫

GPCR (G Protein-Coupled Receptor)，即G蛋白偶联受体，是哺乳动物基因组中的膜蛋白家族[1]，广泛分布于中枢神经系统、免疫系统、心血管、视网膜等器官和组织，参与机体的发育和正常的功能行使。而如果与其相关的细胞内通路调节发生异常，或者外源病原物以之为受体攻击机体细胞，则会导致一系列疾病的发生。因此，GPCR被视为重要的药物开发靶点，GPCR抗体药物研发具有非常重要的价值。

GPCR家族简介

GPCR的主体由7段跨细胞质膜的α螺旋结构构成。N端和三个loop位于胞外，参与受体与其配体的相互作用；C端和3个loop位于胞内。

特定的配体与GPCR结合，会引起G蛋白的活化，产生第二信使Ca2+或cAMP，将GPCR所接受的胞外信号向下游传递；但GPCR也可以介导不依赖G蛋白的信号传导，如通过与β-arrestin等分子相互作用调节下游通路。

针对GPCR超家族的成员，有多种不同的分类方法，比较流行的有两种：一是A-F分类系统；另一种是根据序列相似性和功能相似性，将GPCR分为Glutamate, Rhodopsin, Adhesion, Frizzled/Taste2, Secretin等5类（缩写为GRAFS），绝大部分人源GPCR可被归类其中[1]。

GPCR蛋白与疾病的关系

GPCR家族在人体内分布广泛，功能复杂，因此与多种疾病的发生和进展过程有所关联，或在其中扮演重要的角色。根据截止到目前的较为清楚的研究，GPCR涉及到的疾病主要分为3大类：癌症、炎症和心血管/代谢疾病。

GPCR与癌症

研究表明，GPCR家族的多种成员参与了各类癌症的发生和进展[2]。激素受体类的GPCR参与了某些激素依赖的癌症。有些蛋白酶激活受体如PAR1，在MMP-1的催化下活化并激活下游信号通路，促进癌细胞的侵袭和恶化。有些趋化因子受体，如CXCR2、CXCR4，在骨髓瘤、淋巴瘤细胞中高表达[3]，也可能高表达在如胰腺癌等实体瘤细胞上，参与细胞的迁移、血管生成等[4]。

GPCR与炎症

趋化因子受体家族主要表达在免疫系统各类细胞上，参与免疫细胞的发育、迁移、生存、免疫功能的发挥等生理病理过程[5]。其中，炎症反应就是由免疫细胞上的趋化因子受体受趋化因子激活后介导免疫细胞发挥宿主免疫功能而产生的一类病理现象。如CXCR1、CXCR2主要表达于中性粒细胞上，当机体某处发生感染或出现损伤时，中心粒细胞会在相应趋化因子（CXCL1、CXCL2、CXCL8）的趋化下向病灶迁移，到达病灶后释放炎症因子，从而产生局部的炎症反应[6]。

GPCR与心血管/代谢疾病

与心血管疾病相关的GPCR成员主要分布于Class A家族的α亚类，如人体最重要的神经体液调节系统之一，血管紧张素系统（RAAS）中的AT1R、AT2R以及Mas-R。AT1R受体激活引起血管收缩，细胞增殖迁移、炎症纤维化、心肌再塑和肥厚、钠水潴留和ROS 生成等等；而Mas受体激活主导血管舒张、抑制细胞增殖迁移、抗炎症纤维化、抗凝、促EDRF、NO生成、抑制心肌肥厚和生长等等，两者具有相互拮抗的作用，共同维持人体的自稳态。

与代谢疾病相关的GPCR成员主要是分布于Class A家族中的脂肪酸受体，比如GPR120、GPR41和GPR43等，以及Class B家族中的Secretin受体家族，包括GLP-1R和GCGR等[7]。食物营养成分在肠道中可被分解产生游离脂肪酸，游离脂肪酸除了被吸收氧化分解产生能量以供机体利用之外, 还能通过结合脂肪酸受体激活信号通路, 参与多种生理功能的调节, 如维持能量平衡、代谢稳态、调节脂质形成与分解、监测菌群数量等。胰高血糖素样肽1（GLP-1）通过激活GLP-1R，提高胰岛β细胞的胰岛素分泌水平，从而控制血糖；同时它还使人产生饱腹感，减缓肠道蠕动，降低食物摄入。胰高血糖素（GCG）通过与其受体GCGR结合而被激活，增强肝糖原降解，并调节葡萄糖的从头合成途径，抵抗胰岛素的降血糖作用，从而升高血糖。在二型糖尿病患者中，高血糖的同时会伴随高胰高血糖素症。

除了这3类疾病主要的疾病之外，还有其他疾病被证明与GPCR相关，如：CCR5参与HIV向T细胞的入侵，是治疗艾滋病的一个重要靶点；如降钙素相关基因肽受体CGRPR和其配体CGRP表达于三叉神经元区域，两者的相互作用所激活的下游信号通路被证明与偏头痛相关[8]。

以GPCR为靶点的抗体药物开发

GPCR作为抗体药物靶点的可行性

目前认为，可以成为药物靶点的GPCR约为370个。针对GPCR靶点，抗体药物所起到作用主要是阻断胞外信号对靶点的激活，调控由靶点介导的胞内信号传导。

抗体药物对于GPCR靶点的特点和优势

相对于小分子，抗体在体内的清除率更低，作用时间更长，相应的给药频率更低；并且在给定剂量下，抗体的血浆浓度的个体差异更小。

而针对GPCR的抗体药物治疗的特殊优势，可归纳为以下3个方面：

首先是抗体药物的独特成药性。抗体可以阻断GPCR与配体的结合，可以让GPCR内吞，使GPCR下游信号降低或终止。它还可以结合GPCR的特定表位，稳定GPCR活化时的特定构象，产生具有偏好性的生物学活性。

其次是抗体药物的选择性好。与受体之间保守度低的位点结合的药物具有很好的特异性。例如，Secretin受体家族成员的胞外N端较长，而相近成员之间的序列差异主要集中在N端；而小分子结合的跨膜区域则相对保守[9]。

再者是抗体药物的体内分布。许多GPCR在外周和中枢神经系统均有表达，而抗体药物由于血脑屏障的阻隔，进入中枢神经系统穿透能力受到限制，因此对于在外周和中枢神经系统均有表达的GPCR，若只需针对外周的部分设计药物，则可以开发治疗性抗体，使药物主要分布在外周区域，降低对中枢神经系统的毒副作用。

以GPCR为靶点的抗体药物开发方法的发展现状

GPCR的 7个跨膜区的结构特点以及天然的低表达率，使得有生物学活性的可溶性GPCR抗原难以制备，筛选困难。目前GPCR抗原制备有多种方法，但都存在各自的缺陷[10]。

英国Heptares therapeutics公司开发的StaR技术，通过向GPCR引入少量定点突变，在不破坏蛋白药理学性质的情况下提高受体的热稳定性，从而帮助纯化出的GPCR稳定构象，或通过设计突变将GPCR固定成特定的失活或激活状态，用于筛选特定的激活型或抑制型抗体。

荷兰Pepscan Therapeutics公司的CLIPS (Chemical Linkage of Peptides onto Scaffolds) 技术通过化学修饰使一个或多个肽段以特定构象稳定存在，模拟复杂蛋白特定结构域的天然构象，替代全长受体进行药物筛选。

鸿运华宁独有的GPCR稳定高表达技术平台克服了抗原制备的难题，能用于动物的有效免疫，克服了筛选高背景的难题，提升了抗体筛选效率。

除了通过抗原免疫动物筛选单克隆抗体，现在用于筛选的体外展示技术包括噬菌体展示、核糖体/mRNA展示、细菌展示和酵母展示[11]。它们虽然可以进行抗体高通量筛选或优化，但由于在不同于哺乳动物细胞的环境中表达，所产生的抗体在蛋白质折叠、糖基化、二硫键形成和修饰都可能不同。此外筛选获得的往往是抗体片段，并非全长抗体，还存在重组后全长抗体失活以及表达水平降低的问题，难以满足抗体药物研发的需求[12]。近年来，哺乳动物细胞表面展示系统的发展成为制备人源抗体的一个热点，动物细胞中蛋白质的折叠、分泌以及翻译后修饰等过程与人体的最为接近，应用动物细胞表面展示系统展示全长人源抗体潜力巨大。但此技术尚不成熟，全长抗体库构建效率低，库容量小，难以满足高亲和力、高特异性的抗体的筛选需要[13]。

鸿运华宁基于哺乳动物细胞展示技术所开发的高效GPCR全长抗体展示平台能够有效筛选抗体及提高亲和力，获得靶向性高、治疗效果好、经济效益可观的抗体药物。

针对GPCR的抗体药物研发情况

目前，全球仅有日本协和发酵麒麟公司的Mogamulizumab（商品名为Potelieo）在日本上市。该药物靶向CCR4，适应症为复发或难治型CCR4阳性的成人T细胞白血病/淋巴瘤。

除此之外，有多个药物症处于不同的研发阶段，部分列表如下：

可以看到，在研管线中，靶点类型和适应症类型均较为多样。

Erenumab、Galcanezumab、Fremanezumab和Eptinezumab均为治疗偏头痛的抗体，Erenumab靶向CGRPR，而后三者靶向CGRP。目前，前三者已经申请上市，Eptinezumab也已经处于三期临床阶段。可以预计，偏头痛领域将会从没有有效治疗手段一下子步入巨头竞争的状态。

PRO-40靶向T细胞表面的CCR5，用于艾滋病的治疗。若成功，它将是继中裕新药的Ibalizumab-uiyk（商品名为Trogarzo）之后又一款治疗艾滋病的抗体药物。

北京科信美德在研的REMD-477是针对胰高血糖素受体GCGR的抑制性抗体。通过抑制GCGR降低肝细胞上的胰高血糖素信号传导，进而抑制肝糖原降解和内源葡萄糖的从头合成途径。目前，该项目针对糖尿病适应症正处于二期临床研究阶段。

Bird Rock Bio（更名前为锐意生物）与强生就一期临床在研抗体RIY-018达成合作协议。该药的靶点是CB1受体，适应症是非酒精性脂肪肝（NASH）。

重点企业介绍：鸿运华宁生物医药（Gmax Biopharm）

鸿运华宁是一家总部位于浙江杭州的致力于靶向GPCR的抗体药物开发的生物制药企业，由景书谦博士于2010年创办。目前，除了位于杭州的总部和研发中心，公司在美国和澳大利亚设有临床研发机构；另外，公司正在筹建的商业化生产基地位于河南郑州。

鸿运华宁拥有GPCR抗体开发技术平台。他们通过建立高通量的杂交瘤筛选、高通量抗体表达筛选、抗体功能检测等一系列技术平台，解决了靶向GPCR的抗体药物的筛选、优化、人源化等难题，对这类靶点的抗体药物开发起到了较大的推动作用。

公司公布的研发管线涉及代谢系统疾病、心血管系统疾病和癌症这三个疾病领域，其中代谢系统疾病和心血管系统疾病这两个领域的候选抗体均出自GPCR抗体技术平台。

GMA102和GMA105

GMA102和GMA105为同一种分子（Glutazumab），是针对GLP-1R的激活型抗体，结构如下：

常规的GLP-1通过激活GLP-1R，调控其下游信号通路，提高胰岛β细胞的胰岛素分泌水平，从而控制血糖。但高剂量的GLP-1会造成明显的毒副作用，因为GLP-1R作为GPCR，其下游的信号通路较多，且各信号通路的激活效果与受体-配体的结合方式直接相关（即信号调控的偏向性有所不同），GLP-1会开启与调节胰岛素分泌无关的信号通路，从而产生毒副作用。

而Glutazumab是由靶向GLP-1受体的人源化抗体与GLP-1片段融合而成，该分子利用其抗体部分的精确定位作用，实现GLP-1片段与受体GLP-1R以特定的方式（特定的结构域、特定的角度等）结合，从而对GLP-1R下游信号通路的激活方式进行人为选择和调节。这样的设计理论上有助于控制GLP-1用药后的副作用。因此，与GLP-1类的药物（如度拉鲁肽、索玛鲁肽等）相比，Glutazumab理论上有更好的安全性，这有助于该药物在剂量上有更宽的选择范围。

体外实验证明Glutazumab的效果好于度拉鲁肽，食蟹猴上的实验证明Glutazumab的安全性也好于度拉鲁肽；一期临床数据显示Glutazumab的药代性能和安全性数据均好于度拉鲁肽的历史数据。目前，公司为Glutazumab所选的二型糖尿病和肥胖症这两个适应症均在做二期临床研究，二个项目编号分别为GMA102和GMA105。

目前，二型糖尿病领域竞争非常激烈。胰岛素经过多年的改进已实现长效化，而改进版的艾塞那肽、度拉鲁肽以及索玛鲁肽也将GLP-1类药物带入长效时代。目前索玛鲁肽的势头最盛，该药物在与艾塞那肽和度拉鲁肽的头碰头试验中显示出了更好的降糖效果和减轻体重的效果，另外，它的心血管获益效果也得到了证明。因此，希望Glutazumab能体现自己在安全性和降糖、减重这几个主要的方面显示出自己的优势，达到预期的高度，为患者提供一个更好的治疗选择。

GMA301

肺动脉高压是指肺动脉压力超过一定阈值的病理状态，它可以是独立的疾病，也可以是并发症或综合征。肺动脉高压可导致右心衰竭。按照WHO对罕见病的定义，肺动脉高压属于罕见病，但从国内人群的健康状况结合肺动脉高压的发病原因（慢性肺部疾病、心力衰竭、血栓等）来看，肺动脉高压在我国的患病率并不低。

GMA301是全世界首个靶向内皮素受体ETaR的单克隆抗体药物。GMA301与ETaR的结合，降低内皮素导致的血管压力增加，从而缓解肺动脉压力过高的症状。相比于同靶点的小分子药物，抗体的靶向性更好，药物作用时间更长，并且可以避免小分子药物导致的肝**。GMA301已获得美国的孤儿药资格认证，目前正在澳洲开展一期临床研究。

治疗肺动脉高压的小分子药物的研发颇为不顺，成功率不高，究其原因，主要还是小分子药物的选择性较差，毒副作用较大，作为抗体药物的GMA301，能够很好地解决这方面的问题，并能够体现出明显的治疗效果。

除了这两个药物之外，公司还有数个靶向GPCR的抗体和Bibody药物处在早期发现和临床前研究的阶段，可见公司的研发管线在未来会有很好的延续性。

小编总结

鸿运华宁作为在本土创立的生物制药企业，没有扎堆研发靶向免疫检查点等热门靶点的抗体，而是坚持将针对GPCR家族的抗体开发作为公司的重心，并且开发了相关的前沿技术，走出了一条研发领域和研发技术均体现出差异化的研发之路。同时，公司的研发布局也增强了全球工业界在靶向GPCR的抗体开发方面的能力，很好地推动了整个领域的发展和进步。相信针对GPCR的抗体新药在相关疾病的治疗方面将会发挥越来越重要的作用，以造福全球的患者。

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