类受体作为特异性炭疽治疗药物的分子设计与作用机制研究

保护性抗原（PA）与两种细胞受体CMG2和TEM8的结合是炭疽毒素进入靶细胞的关键步骤，也是特异性炭疽治疗药物研究的重要靶点。依据CMG2设计的类受体sCMG2可与细胞受体竞争与PA的结合，在动物试验中可抵抗炭疽毒素的攻击，而依据TEM8设计的类受体sTEM8与PA的亲和力较弱，药效差于sCMG2。本实验室在前期构建了sTEM8的突变体L56A，其与PA的亲和力显著增强，具有与sCMG2近似的体内外药效，并且在组织靶向性和血浆驻留时间等方面优于sCMG2。本项目拟在结构学研究基础上探讨PA与两种受体选择性结合的分子机理，明确类受体分子的作用机制和设计原则，从与PA的亲和力、组织靶向性和体内半衰期等不同角度优化L56A等类受体的结构，为最终获得针对炭疽毒素的特异性类受体药物提供理论依据和候选分子。本项目将提升我国在新型炭疽药物领域的研究水平，对应对炭疽相关生物危害威胁具有理论意义和应用前景。

炭疽毒素是炭疽杆菌的主要毒力因子，它包含保护性抗原（PA）、致死因子（LF）和水肿因子（EF）三种蛋白质成分。PA与靶细胞上的受体结合，介导LF和EF进入胞内发挥毒性作用，因此阻断PA与受体的结合是炭疽毒素抑制剂研究的重要靶点。前期研究显示类受体分子能够与细胞受体竞争结合PA，是潜在的炭疽毒素抑制剂，但是仍须优化分子设计。本项目综合运用结构生物学、分子生物学、细胞生物学等技术方法，探讨炭疽毒素与两种细胞受体（CMG2或TEM8）选择性结合的分子机理，明确类受体作为新型特异性炭疽药物的作用机制和设计原则，获得类受体候选分子并进行药效学评价。首先通过结构学解析，发现了影响PA与两种细胞受体结合的关键氨基酸位点；在此基础上设计获得了新的基于TEM8的类受体分子MT4，进一步提高了与PA的亲和力；通过构建MT4、sCMG2等类受体分子与HSA或IgG Fc的融合蛋白，显著延长了类受体候选药物的体内半衰期，在细胞模型和动物评价模型中均有较好的毒素抑制活性；研究还发现哺乳动物细胞糖基化修饰影响以TEM8为基础设计的类受体分子的药效，提示重组表达系统的选择非常重要。综合药效学评价结果和重组制备成本等因素，确定了类受体与HSA融合蛋白是较好的炭疽特异性治疗药物候选分子，将继续开展临床前研究。本项目为研发具有自主知识产权的新型特异性炭疽治疗药物打下基础，对于应对炭疽相关生物危害威胁具有一定的理论意义和潜在的应用前景。