中科院微生物所严景华研究员与高福院士团队在PD-1抗体药物作用机制研究方面取得重要进展

　　近年来，PD-1/PD-L1阻断型抗体药物在肿瘤免疫治疗中取得了突破性进展，目前已经批准了多个抗体药物在黑色素瘤、非小细胞肺癌及霍奇金淋巴瘤等多种适应症中的临床应用。严景华研究员和高福院士团队多次合作，解析了全球上市的第一个PD-1抗体药物nivolumab（Opdivo）及PD-L1抗体药物avelumab (Bavencio) 和 durvalumab (Imfinzi)的作用机制（Nature Communications 2017、Cell Research 2017和Protein Cell 2018）。近日，两团队再次合作对团队筛选的多个PD-1单抗结合表位及功能进行了系统评价，同时对中国第一个获批上市的PD-1单抗toripalimab（拓益）的作用机制进行了研究，成果分别发表在iScience和mAbs杂志。 

　　研究团队筛选到了两株能够特异性活化T细胞的PD-1抗体GY-5和GY-14。进一步通过NCG免疫缺陷鼠肿瘤模型，评价了GY-5和GY-14的肿瘤抑制活性，并完成了人源化改造，获得了人源化的单克隆抗体。通过结构生物学手段，团队进一步解析了toripalimab、GY-5和GY-14与PD-1的复合物结构，并对PD-1的糖基化修饰是否影响其与这些抗体的结合进行了评价。Toripalimab是君实生物开发的PD-1抗体，目前已经被批准用于黑色素瘤的临床治疗。 通过结构分析，发现这三个抗体主要结合在PD-1的FG loop区，而这个FG loop对于PD-1/PD-L1的结合也具有重要贡献。FG loop在结合不同抗体是呈现显著的构象差异。结合之前本团队及其他团队报道的另外两个已上市的PD-1抗体nivolumab和pembrolizumab主要结合N端loop和C’D loop，因此，这三个抗体结合的FG loop是PD-1治疗性抗体的一个新位点，对于开发新的PD-1/PD-L1抑制剂，尤其是小分子抑制剂提供了重要的基础。 

　　PD-1分子是一个高度糖基化的蛋白，在本研究解析的PD-1与抗体的复合物结构中，能够看到N49, N58, N116位点的糖基化修饰，而N58位点的糖基化修饰靠近其与这三个抗体的结合面。因此，本研究进一步对不同表达系统制备的PD-1蛋白与这三个抗体的亲和力进行了检测，以评价糖基化修饰是否会影响抗体的结合。结果表明，HEK-293T细胞表达的PD-1蛋白（完全糖基化）和大肠杆菌表达后体外复性获得的PD-1蛋白（完全无糖基化）与这三个抗体的亲和力无显著差异，这表明这三个抗体与PD-1的结合并不受糖基化修饰的影响。 

　　综上所述，不同的PD-1抗体药物尽管都具有阻断PD-1与PD-L1的相互作用的功能，但是不同的抗体结合表位有明显差异，这可能暗示已经上市或准备上市的PD-1抗体药物可能具有各自独特的特征。因此，结构和功能的解析将为开发新一代抑制剂提供重要参考。