美國(guó)華盛頓大學(xué)和斯坦福大學(xué)研究者首次實(shí)現(xiàn)從頭設(shè)計(jì)合成了一個(gè)蛋白抗腫瘤藥物，一種細(xì)胞因子IL-2類似物Neo-2/15，這種蛋白設(shè)計(jì)策略可廣泛用于信號(hào)蛋白，有望創(chuàng)造出更多更好的候選抗腫瘤藥物。(Nature. 2019; 565: 186-191. doi: 10.1038/s41586-018-0830-7)

Neo-2/15與人類IL-2只有14%的氨基酸序列相同，但卻保留了IL-2的大部分功能，只是去除了可能造成毒副作用的結(jié)合CD25的能力。在結(jié)腸癌和黑色素瘤的小鼠模型中，Neo-2/15強(qiáng)烈抑制腫瘤生長(zhǎng)，甚至在一些小鼠中完全消滅了腫瘤，治療效果優(yōu)于天然IL-2。

IL-2在免疫學(xué)史上有非常重要的位置，占據(jù)多個(gè)第一：第一個(gè)被克隆的Ⅰ型細(xì)胞因子，第一個(gè)解出受體結(jié)構(gòu)的短鏈Ⅰ型細(xì)胞因子，第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)通過(guò)特定的高親和力受體、以類似生長(zhǎng)因子的方式作用的細(xì)胞因子。

IL-2還是第一種有效的腫瘤免疫療法。1984年11月，一例轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者接受了大劑量IL-2治療，數(shù)月后，全身腫瘤都消失了，之后的29年都沒(méi)有復(fù)發(fā)。這是第一次證明，單純依靠刺激T細(xì)胞，就可能徹底治愈腫瘤。

不過(guò)試驗(yàn)中，IL-2也顯示出很強(qiáng)的毒副作用。IL-2在體內(nèi)誘發(fā)了廣泛的毛細(xì)血管滲漏綜合征，導(dǎo)致肺間質(zhì)浸潤(rùn)，患者體重明顯增加。半數(shù)患者血肌酐升高，2/3的患者膽紅素升高。這些毒副作用很大程度限制了IL-2的使用。有研究顯示，IL-2的受體由α、β和γ三個(gè)亞基組成，其中β亞基和γ亞基與IL-2的結(jié)合激活T細(xì)胞，產(chǎn)生治療效果，而α亞基(也稱CD25)介導(dǎo)IL-2的毒副作用。

α亞基主要在起免疫抑制作用的Treg細(xì)胞上表達(dá)，CD8+效應(yīng)T細(xì)胞和NK細(xì)胞上幾乎沒(méi)有α亞基。小劑量使用IL-2，激活的幾乎全是Treg細(xì)胞，反而抑制免疫系統(tǒng)。許多研究者試圖通過(guò)改造IL-2的結(jié)構(gòu)，讓其只能與β亞基和γ亞基結(jié)合，不與α亞基結(jié)合。改造蛋白通常是讓天然蛋白隨機(jī)突變，找到有合適特性的突變蛋白，但這一方法在IL-2未行得通。研究者使用X線晶體衍射方法獲得IL-2和受體結(jié)合形成的復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，分析了IL-2與其受體α、β和γ亞基間的相互作用。

利用這些數(shù)據(jù)，研究者使用自己開(kāi)發(fā)的蛋白設(shè)計(jì)軟件Rosetta，設(shè)計(jì)出40種只與β亞基和γ亞基作用，而不結(jié)合α亞基的IL-2類似物。從中挑選出22種進(jìn)行合成測(cè)試，并對(duì)它們的結(jié)構(gòu)進(jìn)行微調(diào)，以進(jìn)一步增強(qiáng)其穩(wěn)定性和效果。最終，研究者獲得了與IL-2受體β、γ亞基親和力最強(qiáng)的IL-2類似物Neo-2/15，這一類似物與人類IL-2只有14%的氨基酸相同，與小鼠的IL-2有24%的氨基酸相同。

穩(wěn)定性方面，Neo-2/15在80℃孵育2小時(shí)后，仍能與人類IL-2受體β、γ亞基結(jié)合;即使在95℃孵育1小時(shí)后，也能有效促進(jìn)T細(xì)胞生存，而天然IL-2在這些條件下早就變性失活了。

研究者在結(jié)腸癌和黑色素瘤小鼠模型中對(duì)Neo-2/15治療效果進(jìn)行了測(cè)試，相比IL-2，Neo-2/15可更有效地抑制腫瘤生長(zhǎng)，10只黑色素瘤模型小鼠中有4只腫瘤完全消退。免疫原性方面，研究者對(duì)健康小鼠和荷瘤小鼠每天連續(xù)注射Neo-2/15，未檢測(cè)到針對(duì)Neo-2/15的抗體。

研究者指出，過(guò)去30年來(lái)人們一直嘗試改造IL-2，使其更安全有效，但由于天然蛋白質(zhì)不太穩(wěn)定，一直很難做到。Neo-2/15非常小且非常穩(wěn)定，因?yàn)槭菑念^開(kāi)始設(shè)計(jì)合成的，研究者對(duì)其所有部分都了解，還可以繼續(xù)改進(jìn)，使其更穩(wěn)定、活性更強(qiáng)。這一全新設(shè)計(jì)的有非常明顯抗腫瘤潛力的蛋白質(zhì)，可能是藥物性能更好的新藥。華盛頓大學(xué)已授權(quán)Neoleukin Therapeutics公司對(duì)Neo-2/15進(jìn)行進(jìn)一步研究，將其推向臨床。

(編譯 崔景昕)