为肿瘤学应用设计的工程化多功能转化生长因子-β II型受体外域融合蛋白

《Frontiers in Oncology》：Engineered multifunctional transforming growth factor-β type II receptor ectodomain fusions for oncology applications

本研究设计并开发了新型TGF-β靶向蛋白陷阱，通过融合TβRII-ED与抗体或Fc片段，并引入骨靶向肽D10和血脑屏障穿透单域抗体FC5VHH，显著提升了TGF-β1/β3的中和效率（IC50达0.006 nM），同时延长血清半衰期至数小时至数天。体内实验证实D10-Fc-T2m能有效抑制乳腺癌骨转移，并通过增强CD8+ T细胞浸润和增殖逆转免疫抑制微环境。该技术克服了单链陷阱易失活、难靶向的缺陷，为精准抗TGF-β治疗提供了新策略。

　　TGF-β，一种重要的细胞因子，其功能具有双重性，既能在某些情况下抑制肿瘤发展，又可能在肿瘤进展的后期促进其生长。这一复杂性使得TGF-β成为癌症治疗中的一个重要研究对象，同时也带来了挑战。在肿瘤的早期阶段，TGF-β通常作为一种肿瘤抑制因子，通过阻断细胞周期的G1期、诱导细胞凋亡、调节周围基质中生长因子的产生以及抑制炎症和免疫反应等机制，发挥抗肿瘤作用。然而，随着肿瘤的进一步发展，TGF-β的作用逐渐转变为促进肿瘤生长，通过促进上皮-间质转化（EMT）、转移和化疗耐药等过程，使肿瘤细胞更具侵袭性。因此，针对TGF-β的治疗策略需要考虑到其在不同阶段的不同作用，并设计出能够有效中和其促癌活性的药物。

为了克服TGF-β治疗的复杂性，科学家们开发了一种新的策略，即将TGF-β受体II的胞外结构域（TβRII-ED）与抗体或抗体的Fc片段进行融合。这种设计不仅可以保留TβRII-ED的中和能力，还可以利用抗体的靶向性，将药物特异性地导向肿瘤部位，从而提高治疗效果并减少对正常组织的副作用。TβRII-ED是一种天然的TGF-β受体，能够结合并中和TGF-β的活性。通过将TβRII-ED与抗体的Fc片段融合，研究人员成功构建了一系列具有不同结构和功能的融合蛋白，这些蛋白在体外和体内都表现出显著的TGF-β中和能力。

研究中提到的T22d35是一种单链、双价的TβRII-ED融合蛋白，它能够高效地中和TGF-β1和TGF-β3，但对TGF-β2没有作用。这一特性被认为是有益的，因为TGF-β2在造血系统和心脏发育中起着关键作用。然而，T22d35的血清半衰期较短，仅约1小时，这限制了其临床应用的可能性。为了解决这一问题，研究人员将T22d35与不同的抗体或Fc片段进行融合，从而延长其在体内的停留时间。例如，通过将T22d35与Cetuximab的Fc片段融合，构建了T22d35-Fc和Fc-T22d35两种形式，它们的中和能力比原来的T22d35显著增强，且具有更长的血清半衰期，约为100小时，接近普通单克隆抗体的半衰期。

在体外实验中，这些融合蛋白被用于评估其对TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3的中和效果。结果显示，T22d35-Fc和Fc-T22d35在中和TGF-β1和TGF-β3方面表现出极高的效率，其IC50值分别约为0.0033 nM和0.0063 nM，远低于原来的T22d35（约3.25 nM）。同时，这些融合蛋白在中和TGF-β2方面也比原来的T22d35更有效，显示出其作为TGF-β中和剂的潜力。此外，研究人员还评估了这些融合蛋白对EGFR信号通路的抑制作用，发现它们能够有效阻止EGF诱导的EGFR磷酸化，从而抑制肿瘤细胞的生长和转移。

为了进一步提高这些融合蛋白的靶向性，研究人员还设计了两种新的融合策略。一种是将TβRII-ED与单域抗体FC5VH H结合，使其能够穿越血脑屏障（BBB），从而在脑部肿瘤治疗中发挥作用。另一种是将TβRII-ED与骨靶向肽D10结合，使其能够特异性地定位于骨骼，用于治疗骨转移癌。实验结果显示，这两种融合蛋白在体外和体内均表现出良好的靶向性和中和效果。例如，D10-Fc-T2m在骨骼中的积累显著优于普通的Fc-T2m，能够有效抑制骨转移性肿瘤的形成。

在体内实验中，研究人员使用了多种模型来评估这些融合蛋白的治疗效果。例如，在乳腺癌骨转移模型中，D10-Fc-T2m能够显著减少骨破坏和骨转移瘤的体积，而Fc-T2m则表现出一定的效果，但不如D10-Fc-T2m。此外，在免疫激活实验中，T22d35-Fc能够有效激活T细胞，促进其增殖和抑制凋亡，从而增强免疫系统对肿瘤的攻击能力。这些结果表明，TGF-β中和剂的靶向性设计能够显著提高其治疗效果，并减少对正常组织的副作用。

除了靶向性设计，研究还关注了这些融合蛋白的制造和纯化过程。通过将TβRII-ED与不同抗体或Fc片段融合，研究人员成功构建了多种结构形式的融合蛋白，并评估了它们的生产效率和纯度。例如，T22d35与hIgG1、hIgG2、hIgG3和hIgG4的Fc片段融合后，表现出良好的表达和纯化特性，其中hIgG1Fc的融合蛋白生产效率最高。此外，研究人员还对融合蛋白的免疫原性进行了评估，通过删除或替换某些氨基酸序列，降低了可能引发免疫反应的风险。

这些研究结果表明，TGF-β中和剂的靶向性设计和结构优化能够显著提高其治疗效果，并为临床应用提供了新的可能性。通过将TβRII-ED与抗体或特定的靶向肽结合，可以实现对肿瘤部位的精准定位和长期保留，从而提高药物的局部浓度和治疗效果。此外，这些融合蛋白的制造和纯化过程也得到了优化，使得其在临床应用中更具可行性。未来的研究可以进一步探索这些融合蛋白在不同癌症类型中的应用，以及它们在联合治疗中的潜力。