Tumstatin-CD137L融合蛋白的分子改构及成药性研究

Due to the rapid degradation of recombinant proteins in vivo, the short half-life in the circulation has become one of the major obstacles to limit the development of recombinant proteins as therapeutic agents. Given different degrees of shortcomings with current strategies, it is urgent and essential to develop new techniques to prolong the half-life of therapeutic proteins. The bifunctional recombinant Tumstatin-CD137L proteins that we previously constructed could inhibit angiogenesis in the tumor microenvironment and activate the immune response, also have this serious issue on the short in vivo half-life. To address this important question associated with the druggability of Tumstatin-CD137L proteins, the present study will employ the techniques of genetic code expansion and our newly developed D-amino acid incorporation to redesign and reconstruct the recombinant Tumstatin-CD137L proteins, in which the stability-related amino acid residues will be systematically mutated to unnatural or D-amino acids to prevent degradation. The desired proteins will not only maintain or increase their antitumor activity, but also exhibit prolonged in vivo half-lives. This investigation will provide a new strategy and effective tools to improve the druggability of therapeutic fusion proteins.

由于外源重组蛋白在体内快速降解、体内循环半衰期短，已成为制约重组蛋白成药的主要因素之一。现有延长蛋白质药物半衰期的策略均存在不同程度的缺陷，研究蛋白质药物的新型长效化手段迫在眉睫。本课题组前期构建的兼具抑制肿瘤微环境血管再生和激活机体免疫应答的双功能融合蛋白Tumstatin-CD137L，同样存在体内半衰期短这一严重缺陷。因此，针对Tumstatin-CD137L双功能融合蛋白体内半衰期短这一决定成药性的关键制约因素，本课题拟采用遗传密码扩充技术和本课题独创的D型氨基酸定点引入技术对融合蛋白中涉及体内稳定性的关键氨基酸位点进行系统改造而引入非天然或D型氨基酸，预期在保留或提高重组Tumstatin-CD137L融合蛋白的抗肿瘤活性基础上，有效延长体内半衰期，为改善蛋白质药物的成药性提供新的策略和手段。

由于外源重组蛋白在体内快速降解、体内循环半衰期短，已成为制约重组蛋白成药的主要因素之一。现有延长蛋白质药物半衰期的策略均存在不同程度的缺陷，研究蛋白质药物的新型长效化手段迫在眉睫。遗传密码扩充技术突破了天然生命体基因只能编码天然氨基酸的限制，可实现蛋白质定点改造以达到改变其理化性质以及药物作用的目的，为研究蛋白质结构与功能提供了强有力的工具。本课题以兼具抑制肿瘤微环境血管再生和激活机体免疫应答的双功能融合蛋白Tumstatin-CD137L为模型，对遗传密码扩充技术在蛋白质药物长效化中的应用进行了有益探索。在对遗传密码扩充系统和宿主菌基因组进行了大量改造后，我们虽然可以在目的蛋白中引入非天然或D型氨基酸，但引入效率不高，成为限制后续工作顺利开展的关键因素。鉴于非天然氨基酸在蛋白质中的定点引入效率低也是国际上尚未获得有效解决的关键科学问题之一，课题难度大，因此，我们在保持研究目标不变的前提下，通过改变Tumstatin和CD137L间的融合方式，对关键氨基酸进行定点突变等其他技术手段对目的蛋白进行了分子改构，并对其成药性进行了初步评价，为其他蛋白质药物长效化和成药性研究提供了有益借鉴。