四川大學華西醫院衛生健康委移植工程與移植免疫重點實驗室盧曉風研究員團隊2016年4月在Journal of Controlled Release 發表論文“Fusion to an albumin-binding domain with a high affinity for albumin extends the circulatory half-life and enhances the in vivo antitumor effects of human TRAIL”（影響因子7.786）（長按下方二維碼即可閱讀原文）。
人腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體（human tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand, hTRAIL）主要表達于NK、細胞毒性T細胞等免疫細胞，具有重要的腫瘤免疫監視功能。hTRAIL通過高表達于腫瘤細胞的死亡受體誘導其凋亡，而對表達保護性誘騙受體的正常細胞無明顯毒性。因此，工程化重組表達的hTRAIL是較為理想的抗腫瘤候選藥物。然而，臨床試驗顯示hTRAIL體內抗腫瘤效果與其體外超強的腫瘤細胞殺傷活性不匹配，重要原因在于其體內半衰期過短（<1 h）。因此，開發易于制備、高效、安全的長效化hTRAIL劑型具有重要的臨床應用價值。傳統延長蛋白類藥物半衰期的方法主要有聚乙二醇PEG修飾、白蛋白或IgG片段Fc的偶聯或融合表達等，技術難度大，產物均一性和穩定性不佳。
白蛋白是血漿中最豐富的蛋白質，人體內半衰期長達19天。若能讓hTRAIL與內源性白蛋白結合，則有望延長其半衰期，提高抗腫瘤效果。為此，研究人員通過生物信息學篩選，獲得了能夠與白蛋白結合的多肽結構域ABD（albumin-binding domain），其對白蛋白具有較高的親和力（fM到nM級別）。研究人員設計將ABD與hTRAIL融合表達，構建雙功能重組蛋白，通過ABD對白蛋白的結合實現hTRAIL的長效化（圖1）。
圖1 研究設計示意圖
通過將ABD融合在hTRAIL的N末端和C末端，研究人員分別構建并制備了重組蛋白ABD-hTRAIL和hTRAIL-ABD。通過分子篩、ELISA、表面等離子共振等技術，研究人員發現由于空間位阻效應等因素影響，僅ABD-hTRAIL具有雙功能分子能力，即兼具結合白蛋白和死亡受體的能力。體內藥動學及組織分布研究表明，ABD-hTRAIL較hTRAIL的半衰期提升了約40~50倍。不僅如此，由于半衰期的延長，注射后24 h和48 h腫瘤組織中的ABD-hTRAIL的累積量至少為單獨hTRAIL的10倍。在循環腫瘤細胞模型中， ABD-hTRAIL顯示了更強的循環腫瘤細胞清除能力，抑制了其肺轉移，延長了荷瘤小鼠的生存期。在皮下荷瘤模型中，ABD-hTRAIL更顯著地抑制了實體瘤的生長（圖2）。
圖2 長效化ABD-hTRAIL重組蛋白的體內抗腫瘤效果
該研究利用白蛋白在體內具有較長半衰期的特性，將結合白蛋白的ABD結構域與hTRAIL其融合，實現了對hTRAIL的體內長效化改造。該研究提供的方法，能夠大量制備長效化hTRAIL，為推動其臨床轉化奠定了堅實的基礎，也為其它重組蛋白藥物的體內長效化提供了新的策略。
專家點評一
Kinam Park：本文被遴選為當期封面故事。雜志主編Kinam Park撰文‘通過結合內源性白蛋白增強hTRAIL抗腫瘤效果’（Enhanced antitumor effects of hTRAIL by binding to endogenous albumin）對本文進行了評述。該評述認為，在過去幾十年中，hTRAIL作為抗腫瘤候選藥物一直備受關注。臨床試驗表明，hTRAIL具有良好的耐受性，但其體內抗腫瘤效果與體外超強的細胞殺傷活性不匹配，重要原因之一是其體內半衰期短。以往的研究集中通過融合或偶聯外源性物質來延長hTRAIL半衰期，過程復雜，產率低，成本高。白蛋白是人體血漿中最豐富的蛋白質，半衰期長達3周。本文通過融合小分子白蛋白結合域，賦予hTRAIL白蛋白結合能力，使其進入血漿后即與內源性白蛋白結合，進而延長半衰期，提高抗腫瘤效果。該研究提供了一種簡單可行的，可以規模制備長效hTRAIL的方法，有助于hTRAIL作為抗腫瘤藥物的臨床轉化。
評述詳情參見：
Kinam Park, Ph.D. Journal of Controlled Release 雜志主編，美國普渡大學（Purdue University）藥學教授。
專家點評二
柯博文研究員：基于白蛋白的藥物控釋已成為提高藥物效果的重要手段。傳統的藥物遞送策略主要是將藥物與白蛋白直接融合或偶聯。這樣的方式不僅技術難度大，對反應條件和工藝控制要求較高，而且由于生物大分子之間的相互作用，容易導致蛋白藥物受白蛋白影響而影響生物活性。此外作為血漿制品，引入外源性白蛋白可能具有一定的生物安全風險。該文作者巧妙地將白蛋白結合結構域ABD引入hTRAIL，從而實現了利用內源性白蛋白而非外源白蛋白作為載體，延長hTRAIL半衰期的目的。ABD結構簡單，能在白蛋白和藥物間形成緩沖結構，減弱二者由于空間位阻效應造成對藥物活性的影響和干擾。值得一提是，在研究中作者發現，ABD融合于hTRAIL的N末端能夠保持結合白蛋白的活性，而融合于C末端該功能幾乎喪失。這表明蛋白類藥物的改造具有相當的不可預見性，因此基于蛋白質藥物的高級結構進行合理的設計十分必要。
柯博文，男，四川大學華西醫院轉化神經科學中心、麻醉手術中心研究員。團隊圍繞臨床應用的重大需求，綜合麻醉學、藥學、化學生物學等多學科交叉，在圍術期轉化醫學創新方面開展了系統的探索性工作，形成了極具個人特色的研究體系：聚焦臨床需求進行麻醉創新藥物的開發；開發全世界第一個一氧化碳藥物用于疾病治療和器官保護；發展分子探針與影像技術實現生物可視化的手術導航。所開發的多個麻醉手術新藥相繼進入臨床前和臨床試驗階段。目前以通訊作者/第一作者在Chem. Soc. Rev.、Angew. Chem.Int. Ed.等學術期刊發表SCI文章三十余篇，單篇最高影響因子40.18；當選中華醫學會麻醉分會臨床及轉化醫學學組副組長；入選四川省千人計劃人才；獲得Chem-The Cell Press Prize大獎、第二十屆中國藥學會-施維雅青年藥物化學家獎等殊榮。研究成果被健康報、人民網、新浪網等數十家媒體報道和轉載。
作者投稿心得
Journal of Controlled Release是藥劑學領域頂級雜志，主要關注藥物遞送的新策略和新途徑。通過分子改造緩釋蛋白類藥物在技術上極具挑戰性。一方面，能否大量制備是蛋白類藥物開發研究的前提和瓶頸。另一方面，蛋白質功能基于其高級結構，在生產制備和長效化改造工程中容易失活，需要詳細摸索制備條件。此外，不同結構域融合后要實現雙功能或多功能目標往往難以預測。本研究在蛋白類藥物遞送理念方面具有明顯的創新性，選擇的hTRAIL備受關注的抗腫瘤候選藥物，分子改造成功，顯示了良好的示范作用。因此，該研究引起了編輯和審稿人的極大興趣。文章發表后即被雜志遴選為封面故事，并由主編撰文對其進行介紹，在學術界產生了一定的影響。
通信作者
盧曉風，四川大學華西醫院衛生健康委移植工程與移植免疫重點實驗室研究員，博士生導師，教育部新世紀優秀人才，四川省學術技術帶頭人后備人選，四川省衛生廳學術技術帶頭人后備人選，美國印地安那大學西北醫學院博士后。主持完成國家自然科學基金面上項目6項，主研多項科技部973和國家臨床重點專科等重大課題。領銜的團隊一直致力于重組蛋白藥物的研究和開發和工作，集中篩選識別目標細胞表面分子的小分子肽類結構域，并將其作為載體遞送肽/蛋白，用于細胞異常增生性疾病的診斷和治療。以第一和通訊作者發表SCI論文30余篇，單篇最高引用244次。其中，近期的兩項研究分別被Journal of Controlled Release和Theranostics遴選為封面故事進行介紹。申請/授權美國發明專利和中國發明專利多項。
共同第一作者
楊浩，四川大學華西醫院衛生健康委移植工程與移植免疫重點實驗室副研究員，2010年于華西臨床醫學院獲得博士學位，2013年博士后出站并留我院衛生健康委重點實驗室工作。2018年開始從事蛋白質組學研究，并兼職主管我院蛋白質組學公共技術平臺。研究工作主要圍繞腫瘤等慢性疾病，利用蛋白質工程手段開發新型蛋白質靶向分子機器，針對相關靶點進行診斷和干預治療研究，同時利用蛋白質組學等方法研究疾病發生發展分子機制，描畫疾病相關生物標志物圖譜。主持國家自然科學基金面上及青年項目、中國博士后基金特別資助等多項研究。作為主研人員，參與臨床重點專科重點實驗室建設項目、國家科技部973等10余項研究。以第一和和通訊作者在Theranostics、J Control Release、J Biol Chem等雜志發表SCI論文十余篇。
共同第一作者
李銳博士，2013年9月推免進入四川大學華西醫院衛生健康委移植工程與移植免疫重點實驗室，在盧曉風研究員的指導下攻讀生物化學與分子生物學碩士學位，2016年9月獲直博資格繼續攻讀博士學位。主要研究方向為腫瘤及肝纖維化靶向性生物大分子藥物的研發與應用。在讀期間發表SCI論文4篇，其中以第一作者身份在J Control Release雜志發表論文1篇并被評為Cover Story；參與國家自然科學基金項目2項，以負責人身份獲批研究生科創基金重點項目1項，并獲得博士一等獎學金，優秀學術之星等榮譽。
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本文編輯：劉雪梅
本文排版：陳紅梅 張洪雪