基于非天然氨基酸的蛋白质定点修饰方法研究及其在抗体药物研发中的应用

Antibody-drug conjugate (ADC ) is complex molecule composed of an antibody linked to a biologically active cytotoxic drug, which has the advantages of biologics and small molecules. These conjugates are believed to be more efficient and effective in the treatment of a disease, gaining increasing attention from the global pharmaceutical companies, recently. The conjugation technology is of essential importance in the development of ADC. The designing of the appropriate linkers and controllable coupling methods is crucial to the success of an ADC. However, only a few conjugation technologies are available, so far. This project will focus on developing highly efficient bioorthogonal reactions via the SN2-type reaction and Ene-tpye reaction based on the bioorthogonal reactivity of the electrophilic unnatural amino acids (uAAs) and the linkers of the bioactive drugs. With evolved synthestase, the novel uAAs will be genetically incorporated into protein and antibody, leading to synthesis of site-specific antibody-drug conjugates with high binding affinity and anticancer activity. On the basis of the success of the methodology and the above mentioned progress, it will open a new avenue for synthesis of site-specific antibody-drug conjugate, with improved pharmacokinetics, efficacy and safety. In addition, the successful application of this technology in the ADC development will not only speed up the pace of antibody-drug conjugate development, but also provide strong technical support for designing and developing of novel antibody-drug conjugate.

抗体药物偶联物(ADC)由单克隆抗体与小分子药物偶联而成，兼具生物药和化学药的优势；能够更加高效和有效地治疗疾病；近年来，全球已掀起ADC研发的热潮。ADC开发的关键技术在于单克隆抗体和小分子药物的连接，合适的链接和可控的偶联方法在ADC的研发中至关重要；目前，可控的、高效的连接方法并不多。本项目围绕体内编码非天然氨基酸技术，设计并合成结构新颖的非天然氨基酸，开展合成酶突变体的筛选；通过采用SN2反应和Ene-tpye反应，开展基于非天然氨基酸的生物正交偶联反应方法学研究，进而发展新的ADC偶联关键技术；并获得良好的抗肿瘤药效的ADC分子。本项目的顺利实施，将为蛋白质定点修饰和发展新一代ADC偶联技术提供新的方法。该偶联技术在ADC研发中的成功应用，可以有效改善ADC药代动力学、药效及安全性；有助于加速解决我国ADC药物发展面临的瓶颈问题；将为发展具有自主知识产权的ADC药物提供技术支撑。

本项目主要围绕体内定点引入非天然氨基酸技术，设计并合成结构新颖的非天然氨基酸，开展基于非天然氨基酸的高效反应方法学研究；开展合成酶突变体的筛选；发现能够特异性识别非天然氨基酸的合成酶突变体，进而发展捕捉蛋白质相互作用新交联技术以及蛋白质药物偶联关键技术；并获得具有良好生物活性的分子。. 本项目开发一种的高效的生物大分子蛋白质修饰反应方法，可以应用于多种蛋白质药物的修饰。获得针对不同受体的纳米抗体分子的高效的定点修饰，发展新的纳米抗体的偶联关键技术。本项目的实施，能为发展该类纳米抗体与药物分子的定点、定量的偶联提供新的、高效的方法。该技术已经申请中国发明专利1项。. 本项目的另一部分研究，发展了一种时空可分辨的残基选择性(residue-selective)共价交联新方法，成功实现了在活细胞中对相互作用的蛋白质复合物的有效捕捉及后续质谱的分析。通过对多种相互作用蛋白质（如乙酰化酶与底物）的研究，该技术可以捕捉活细胞中微弱的蛋白质相互作用；其获得蛋白质的交联肽段可以很大程度上简化质谱的分析、作为确定蛋白质相互作用的直接证据、确定相互作用的界面以及验证酶与特定底物的相互作用。该方法在一定程度上突破了传统蛋白质相互作用分析、发现方法的瓶颈，有望被广泛用于传统方法难以发现的活细胞中微弱的、瞬间的或呈动态作用方式的蛋白相互作用的研究。基于该光化学反应的发现，开发一种新的的蛋白质交联技术，已经申请中国发明专利1项。. 综上所述，本项目截止目前已经发表论文2篇，分别为Chem. 2019, 5, 2955-2968；RSC Adv., 2019, 9, 13249-13253. 已经申请中国发明专利两项，培养硕士生4名。通过该项研究，这些开发的技术有望在生物大分子蛋白质药物研发中的成功应用，将为发展具有自主知识产权的蛋白质药物提供技术支撑；新的交联技术的成功应用，在一定程度上突破当前鉴定翻译后修饰调控的蛋白质-酶相互作用的技术瓶颈为蛋白质相互作用研究和蛋白质组学研究提供有效的方法和技术手段。