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具有改善的药代动学性质的治疗性多肽融合蛋白及其应用

阅读:385发布:2021-12-25

专利汇可以提供具有改善的药代动学性质的治疗性多肽融合蛋白及其应用专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供了融合蛋白,其包括融合至一个或多个柔性非结构性多肽和三聚体 支架 蛋白的 治疗 性多肽。所述融合蛋白内的所述柔性非结构性多肽 序列表 现为一个或多个源自人 纤维 蛋白原α链的pCloud序列,两侧可以为人源的蛋白连接部分。本发明还提供了包含所述融合蛋白的药物组合物、编码所述融合蛋白的核酸分子、含有所述核酸的载体、被所述载体转化的宿主细胞以及制造所述融合蛋白的方法及其应用。,下面是具有改善的药代动学性质的治疗性多肽融合蛋白及其应用专利的具体信息内容。

1.融合蛋白,其包含融合至一个或多个柔性非结构性多肽接头和支架蛋白的治疗性多肽,其中所述支架蛋白在溶液中形成同源三聚体,所述柔性非结构性多肽接头含有1至
3000个基酸残基,其中G、S、E、A、P和T合计构成所述柔性非结构性多肽序列的超过
90%,且根据GOR算法测定,所述柔性非结构性多肽序列具有超过90%的非结构性无规卷曲形成,其中所述融合蛋白在对受试者给药时相较所述治疗性多肽单独给药表现出改善的药代动学性质。
2.权利要求1所述的融合蛋白,其中所述融合蛋白从N端至C端按下述公式构造:
(接头)m–TP–(接头)n–支架–(接头)k或
(接头)m–支架–(接头)n–TP–(接头)k
其中:
(a)接头为权利要求1中所表征的所述柔性非结构性多肽接头;
(b)TP为治疗性多肽,其选自但不限于由:人胰高血糖素样肽-1(GLP-1)、塞那肽(Exenatide)、GLP-2、C肽、降素、人甲状旁腺激素(PTH)、胰高血糖素、G-CSF、GM-CSF、干扰素、白介素因子、VEFG受体、TNFα受体、RANK、生长激素、促红细胞生成素、凝血因子、单链Fv、单域抗体及其功能性变体所组成的组;
(c)支架表示所述支架蛋白,其在溶液中形成同源三聚体;
(d)m为0或1;n为0或1,k为0或1,且m+n+k>=1;其中所述数字表示所标明的多肽的存在数量。
3.融合蛋白,其包含融合至一个或多个柔性非结构性多肽接头和三聚体支架蛋白的治疗性多肽,其中所述融合蛋白内,所述治疗性多肽经由人源的蛋白连接部分被连接至所述柔性非结构性多肽序列,其中所述融合蛋白在对受试者给药时相较所述治疗性多肽单独给药表现出改善的药代动力学性质。
4.权利要求3所述的融合蛋白,其中所述融合蛋白从N端至C端根据下述公式构造:
(接头)m–TP–环–PCM–(接头)n–支架–(接头)k或
(接头)m–支架–(接头)n–PCM–环–TP–(接头)k
其中:
(a)接头为权利要求1中所表征的所述柔性非结构性多肽接头;
(b)TP为治疗性多肽,选自但不限于由人胰高血糖素样肽-1(GLP-1)、艾塞那肽
(Exenatide)、GLP-2、C肽、降钙素、人甲状旁腺激素(PTH)、胰高血糖素、G-CSF、GM-CSF、干扰素、白介素因子、VEFG受体、TNFα受体、RANK、生长激素、促红细胞生成素、凝血因子、单链Fv、单域抗体及其功能性变体所组成的组;
(c)支架表示所述支架蛋白,其在溶液中形成同源三聚体;
(d)m为0或1;n为0或1,k为0或1,且m+n+k>=1;其中所述数字表示所标明的多肽的存在数量;
(e)PCM为所述人源蛋白连接部分;以及
(f)环为柔性环,其中所述柔性环具有从0到100个残基的可变长度,所述柔性环富含甘氨酸(G)和丝氨酸(S),所述柔性环还可以含有谷氨酸(E)、丙氨酸(A)、脯氨酸(P)和苏氨酸(T),且据GOR算法测定,所述柔性环具有多于95%的非结构性无规卷曲形成。
5.前述任一权利要求所述的融合蛋白,其中所述柔性非结构性多肽接头选自由以下构成的组:(G2S)n、(G3S)n、(G4S)n、(G5S)n、(GS)n、(G2S2)n、(GS2)n、(GS3)n、(S2G)n、(S3G)n、(S4G)n、(S5G)n、(SG)n、(S2G2)n、(SG2)n、(SG3)n(其中n为整数)、GGGSGGGG、GGGSGGGGS、GSGG、GGGSGGG、GGGGSGGG、GGGSGG、GGGGSGG、GGGGSGGGGSGGGGSGGGGS、GGGGSGGGGSASSASTGGPSGGGGSGGGGS、GGGGSGGGGSTASSASTGGPSGGGGSGGGGSAPSSGSTSGGTAAGGGGSGGGGS和GGGSGGGSGGGSTASSASTKGPSGGGSGGGSGGGSAPSSKSTSGGTAAGGGSGGGSGGGS。
6.融合蛋白,其包含融合至一个或多个pCloud序列和支架蛋白的治疗性多肽,其中所述支架蛋白在溶液中形成同源三聚体,所述pCloud序列为含有至少100至约3000个氨基酸残基的柔性非结构性多肽,其中所述融合蛋白对受试者给药时相较所述治疗性多肽单独给药表现出改善的药代动力学性质。
7.权利要求6所述的融合蛋白,其中所述pCloud多肽的特征在于:
(a)所述pCloud总氨基酸残基为至少100至约3000个氨基酸残基;(b)所述pCloud多肽序列系通过使用源自人纤维蛋白原α链的部分或全部片段生成,且在pCloud序列中,所述纤维蛋白原片段两侧为1至100个残基的长度多样的柔性环,因此所述pCloud多肽主要是人源的,对人给药时具有低免疫原性;(c)所述pCloud序列富含甘氨酸(G)、丝氨酸(S)和谷氨酸(E),所述pCloud还含有丙氨酸(A)、脯氨酸(P)、精氨酸(R)和苏氨酸(T),G、S、E、A、P和T合计构成所述pCloud序列的超过90%;(d)据GOR算法测定,所述pCloud序列具有大于90%的非结构性无规卷曲形成;以及(e)据TEPITOPE算法预测,所述pCloud序列不含任何T细胞表位。
8.权利要求6或7所述的融合蛋白,其中在pCloud序列中,所述人纤维蛋白原片段两侧为0至100个残基的长度可变的柔性环,所述柔性环富含甘氨酸(G)和丝氨酸(S),所述柔性环还可含谷氨酸(E)、丙氨酸(A)、脯氨酸(P)和苏氨酸(T),据GOR算法测定,所述柔性环具有多于95%的非结构性无规卷曲形成。
9.前述任一权利要求所述的融合蛋白,包含所述治疗性多肽、一个或多个pCloud序列和所述支架蛋白,其中所述pCloud序列可以置于所述治疗性多肽N端和C端中的任一端或两端,且所述pCloud序列也可以置于所述支架蛋白N端和C端中的任一端或两端,其中所述融合蛋白从N端至C端按照下述公式构造:
(pCloud)m–TP–(pCloud)n–支架–(pCloud)k或
(pCloud)m–支架–(pCloud)n–TP–(pCloud)k
其中:
(a)pCloud为权利要求7或8所表征的pCloud多肽;
(b)TP为治疗性多肽,其选自但不限于由以下构成的组:人胰高血糖素样
肽-1(GLP-1)、艾塞那肽(Exenatide)、GLP-2、C肽、降钙素、人甲状旁腺激素(PTH)、胰高血糖素、G-CSF、GM-CSF、干扰素、白介素因子、VEFG受体、TNFα受体、RANK、生长激素、促红细胞生成素、凝血因子、单链Fv、单域抗体及其功能性变体;
(c)支架表示所述支架蛋白,其在溶液中形成同源三聚体;
(d)m为0或1;n为0或1,k为0或1,且m+n+k>=1,所述数字表示所标明的多肽的存在数量。
10.前述任一权利要求所述的融合蛋白,其中所述治疗性多肽系经由人源的蛋白连接部分连接至所述pCloud序列,其中柔性环可用于融合所述治疗性多肽和所述蛋白连接部分,所述柔性环在权利要求8中被表征,所述蛋白连接部分可以融合在所述治疗性多肽的N端或C端,其中所述融合蛋白从N端至C端按照下述公式构造:
(pCloud)m–TP–环–PCM–(pCloud)n–支架–(pCloud)k或
(pCloud)m–支架–(pCloud)n–PCM–环–TP–(pCloud)k
其中:
(a)pCloud为权利要求7或8中所表征的所述pCloud多肽;
(b)TP为所述治疗性多肽,其选自但不限于由以下构成的组:人胰高血糖素样
肽-1(GLP-1)、艾塞那肽(Exenatide)、GLP-2、C肽、降钙素、人甲状旁腺激素(PTH)、胰高血糖素、G-CSF、GM-CSF、干扰素、白介素因子、VEFG受体、TNFα受体、RANK、生长激素、促红细胞生成素、凝血因子、单链Fv、单域抗体及其功能性变体;
(c)支架表示所述支架蛋白,其在溶液中形成同源三聚体;
(d)m为0或1;n为0或1,k为0或1,且m+n+k>=1,所述数字表示所标明的多肽的存在数量;
(e)环为柔性环,其在权利要求8中被表征;以及
(f)PCM为所述人源的蛋白连接部分。
11.前述任一权利要求所述的融合蛋白,其中所述蛋白连接部分为人源的具有细长形状的蛋白序列。
12.前述任一权利要求所述的融合蛋白,其中所述蛋白连接部分为人纤连蛋白III型结构域。
13.权利要求12所述的融合蛋白,其中所述人纤连蛋白III型结构域选自由以下构成的组:肌蛋白(Tenascin)、Usherin、肌联蛋白、三分模体(TRIM)家族成员、组织因子、TIE1、TIE2、SPEG、SORL1、SDK1、ROBO1、ROBO2、SDK2、受体型酪氨酸蛋白磷酸酶、催乳素受体、L1CAM、NCAM1、NCAM2、肌间蛋白1(myomesin 1)、肌间蛋白2(myomesin 2)、肌球蛋白结合蛋白C、LIFR、瘦素受体、整合素、胰岛素受体、接触蛋白(Contactin)、胶原蛋白、细胞因子受体样因子、干扰素受体、生长激素受体、纤连蛋白、富亮氨酸跨膜蛋白(FLRT)成员、IL、肝配蛋白(ephrin)A型受体、肝配蛋白B型受体、IL-6R、gp130、IL11RA、IL12RB、IL20RB、IL23R、IL27RA和IL31RA。
14.前述任一权利要求所述的融合蛋白,其中所述支架蛋白选自由以下构成的组:人胶原蛋白非胶原(NC)结构域,其在溶液中形成稳定的同源三聚体;C1q样分子结构,其在溶液中形成同源三聚体;TNF样分子结构,其在溶液中形成同源三聚体;以及具有C型凝集素样结构域(CTLD)的蛋白质,其在溶液中形成同源三聚体。
15.前述任一权利要求所述的融合蛋白,其中所述支架蛋白选自由以下构成的组:
Multiplexin型人胶原蛋白内的NC1结构域、FACIT型胶原蛋白内的NC2结构域、人C1q A链、C1q B链,C1q C链、cbln家族成员、人EMILIN-1、多聚素(multimerin)、ACRP30/脂联素、adipolin、抵抗素、抵抗素样分子(RELM)激素家族成员、人TNFalpha、TNFbeta、TRAIL、RANK配体、Fas配体、CD 30配体、CD40配体、CD27配体、OX40L、CD137、甘露聚糖结合凝集素(MBL)、表面活性蛋白A(SP-A)、表面活性蛋白D(SP-D)、肝胶原凝集素1(CL-L1)、胎盘胶原凝集素1(CL-P1)、共凝集素、43kDa胶原凝集素(CL-43)和46kDa胶原凝集素(CL-46)、Langerin、四连蛋白(Tetranectin)及其功能性变体。
16.前述任一权利要求所述的融合蛋白,其中所述支架蛋白优选地选自Multiplexin型人胶原蛋白内的NC1结构域,例如来自胶原蛋白XV和胶原蛋白XVIII的NC1结构域。
17.前述任一权利要求所述的融合蛋白,其中所述治疗性多肽选自但不限于由以下构成的组:人胰高血糖素样肽-1(GLP-1)、艾塞那肽(Exenatide)、GLP-2、C肽、降钙素、人甲状旁腺激素(PTH)、胰高血糖素、G-CSF、GM-CSF、干扰素、白介素因子、VEGF受体、TNFα受体、RANK、生长激素、促红细胞生成素、凝血因子、单链Fv、单域抗体及其功能性变体。
18.前述任一权利要求所述的融合蛋白,其中所述融合蛋白包含:治疗性多肽,其选自GLP-1、GLP-1(A8G/G22E)、GLP-1(A8G/G22E/R36G)和GLP-1(A8G/G22E/R36S)所组成的组;
柔性环;蛋白连接部分,其选自人纤连蛋白结构域7(Fn7)、人纤连蛋白结构域8(Fn8)和人肌腱蛋白C纤连蛋白III型结构域3(TNCfn3)所组成的组;pCloud多肽序列,其如权利要求7或8所定义;以及支架蛋白,其选自人胶原蛋白XVIII NC1结构域(COL18NC1)、人胶原蛋白XV NC1结构域(COL15NC1)、人胶原蛋白XIV NC2结构域(COL19NC2)和ACRP30C1q样结构域所组成的组。
19.前述任一权利要求所述的融合蛋白,其中所述融合蛋白包含:GLP-1(A8G/G22E/R36S)或GLP-1(A8G/G22E/R36G)、柔性环、Fn8、pCloud多肽和COL18NC1。
20.前述任一权利要求所述的融合蛋白,其中所述融合蛋白选自SEQ ID NO:1-31所组成的组。
21.前述任一权利要求所述的融合蛋白,包含与选自SEQ ID NO:1-31的任一序列具有至少90%序列同一性的蛋白质序列。
22.前述任一权利要求所述的融合蛋白,其中所述柔性非结构性多肽和/或所述
pCloud序列的长度可以被改变,以调节所述融合蛋白的表观分子量(流体力学半径和/或回转半径)和/或体内半衰期
23.前述任一权利要求所述的含有所述pCloud多肽的融合蛋白,其中当所述柔性非结构性多肽和/或所述pCloud序列连接至所述治疗性多肽时,增强所述治疗性多肽的热稳定性溶解度
24.多核苷酸序列,其编码前述任一权利要求所述的融合蛋白。
25.表达载体,其包含权利要求24所述的多核苷酸序列和表达控制元件。
26.药物组合物,其包含前述权利要求1-23的任一项所述的融合蛋白和可药用载体。
27.前述权利要求1-23的任一项所述的融合蛋白,其中所述融合蛋白可以通过PEG化(PEGylation)进一步修饰,以延长所述融合蛋白和PEG缀合物的所述体内半衰期,所述PEG部分可具有介于2kDa和100kDa之间的分子量。
28.改善治疗性多肽的药代动力学性质的方法,其包含步骤:将所述治疗性多肽融合至一个或多个柔性非结构性多肽(和/或pCloud多肽)及三聚体支架蛋白,所述融合蛋白可以进一步含有人源的蛋白连接部分,所述融合蛋白具有以下性质:(a)所述融合蛋白的终末半衰期相较所述治疗性多肽自身的终末半衰期显著延长;(b)所述融合蛋白在生理条件下的稳定性和溶解度相较所述治疗性多肽自身的稳定性和溶解度得到改善。

说明书全文

具有改善的药代动学性质的治疗性多肽融合蛋白及其应

技术领域

[0001] 本发明一般地涉及具有治疗效能的融合蛋白。具体而言,本发明涉及通过将治疗性多肽与一个或多个柔性非结构性多肽序列及三聚体支架蛋白融合,改善所述治疗性多肽半衰期的方法及其应用。

背景技术

[0002] 许多治疗性多肽注射入受试者时存在体内终末半衰期短和热稳定性差等缺陷血浆半衰期短普遍是由于肾清除率快以及体循环期间发生的酶降解所致。为达到其最佳效力,治疗性多肽常常需要较长的半衰期时间。增加治疗性多肽的体内停留时间可降低其给药频率,使其更便于病人使用。
[0003] PEG化(PEGylation)已广泛用于延长治疗性多肽的半衰期(见综述文献[1-4]、专利1-9)。PEG化改变了生物医学分子的理化性质,例如其构象、静电结合和疏性,从而带来该药物在药代动力学行为上的改进。一般而言,PEG化改善药物溶解度,降低免疫原性。PEG化也增加药物稳定性和缀合物在血液中的保留时间。然而,PEG化对于蛋白质的生物活性有着严重的后果。PEG化蛋白的活性一般会降低至20-50分之一[2、5](专利1-9)。此外,PEG化位点需要小心确定,以避免干扰治疗性多肽的活性位点。对于一些短肽,例如GLP-1、PTH和降素,很难选择合适的PEG化位点而不妨碍该肽的生物活性。再者,PEG是相关聚合物的非均匀混合物,其缀合至治疗性多肽会产生具有类似的分子大小和化学性质的许多不同化学物种(species)。这会令纯化变得复杂,并增加PEG化产物的生产成本。
[0004] 据报道,将治疗性多肽与人IgG Fc片段或人血清白蛋白(HSA)融合可显著增加该治疗性多肽的半衰期[6-9](专利10、11、12)。然而,具有IgG的Fc片段或HSA的重组融合蛋白需要从真核系统例如哺乳动物细胞系或酵母细胞中合成,其显著增加了该重组蛋白的成本。

发明内容

[0005] 本发明涉及提高所述治疗性多肽的药物特性、稳定性、溶解度和安全性。本发明特别有益于改善治疗性多肽的药代动力学性质,例如体内终末半衰期。
[0006] 本发明一方面提供了融合蛋白,其包含融合至支架蛋白的治疗性多肽,所述支架蛋白在溶液中形成同源三聚体。所述融合蛋白还包含一个或多个柔性非结构性多肽序列。在一些实施方式中,所述融合蛋白还包含人源的蛋白连接部分(proteinous connecting moiety,PCM)。在具体实施方式中,所述蛋白连接部分为具有细长形状(elongaged shape)的蛋白质序列,例如人纤连蛋白III型结构域。
[0007] 所述柔性非结构性多肽序列含有1至3000个基酸残基,其中G、S、E、A、P和T合计构成所述柔性非结构性多肽序列的超过90%;且据GOR算法测定,所述柔性非结构性多肽序列具有大于90%的非结构性无规卷曲形成[10]。将治疗性多肽与一个或多个柔性非结构性多肽序列及三聚体支架蛋白(trimeric scaffold protein)融合能显著增加该融合蛋白的表观分子量,并提高所述治疗性多肽的体内半衰期。此外,该方法使所述治疗性多肽呈三价,这可大大提高所述治疗性多肽的效力(potency)和疗效(efficacy)(见综述[11])。由本发明提供的这一新颖方法称为“三叉戟技术”(Trident technology),能够有效地增加所述多肽分子的流体力学半径和/或回转半径(Radius of gyration,Rg),以延长其体内半衰期。所述融合蛋白内的柔性非结构性多肽序列和蛋白连接部分(PCM)对提高所述融合蛋白的表观分子量具有显著帮助。
[0008] 在本发明中,所述治疗性多肽可以以多种方式与一个或多个柔性非结构性多肽及三聚体支架蛋白融合。在一些实施方式中,本发明的融合蛋白从N端至C端可以按下述公式构造:
[0009] (接头)m–TP–(接头)n–支架–(接头)k或
[0010] (接头)m–支架–(接头)n–TP–(接头)k
[0011] 其中:
[0012] (a)接头为上述柔性非结构性多肽接头;
[0013] (b)TP为治疗性多肽;
[0014] (c)支架表示所述支架蛋白,其在溶液中形成同源三聚体;
[0015] (d)m为0或1;n为0或1,k为0或1,且m+n+k>=1。这些数字表示所标明的多肽的存在数量。
[0016] 在本发明的一些实施方式中,所述融合蛋白还可以含有人源的蛋白连接部分。所述治疗性多肽通过人源的蛋白连接部分与所述柔性非结构多肽序列连接。所述融合蛋白对受试者给药时,相较所述治疗性多肽单独给药表现出改善的药代动力学性质。所述融合蛋白从N端至C端可以按以下公式构造:
[0017] (接头)m–TP–环–PCM–(接头)j–支架–(接头)k或
[0018] (接头)m–支架–(接头)n–PCM–环–TP–(接头)k
[0019] 其中:
[0020] (a)接头为上文表征的所述柔性非结构性多肽接头;
[0021] (b)TP为所述治疗性多肽;
[0022] (c)支架表示所述支架蛋白,其在溶液中形成同源三聚体;
[0023] (d)m是0或1;n为0或1,j为0或1,k为0或1,且m+n+j+k>=1。这些数字表示所标明的多肽的存在数量。
[0024] (e)PCM为人源的所述蛋白连接部分;以及
[0025] (f)环为柔性环,指具有0至100个残基的长度可变的蛋白质序列。这些柔性环富含甘氨酸(G)和丝氨酸(S)。这些柔性环也可含谷氨酸(E)、丙氨酸(A)、脯氨酸(P)和苏氨酸(T)。据GOR算法测定,这些柔性环具有多于95%的非结构性无规卷曲形成。
[0026] 在本发明的优选实施方式中,所述柔性非结构性接头表现为一个或多个柔性非结构性pCloud多肽。所述pCloud序列的特征在于:(a)所述pCloud总氨基酸残基为至少100至约3000个氨基酸残基;(b)所述pCloud多肽系通过使用源自人纤维蛋白原α链的部分或全部片段生成(表1)。在pCloud序列中,所述纤维蛋白原片段两侧为长度多样的柔性环。因此所述pCloud多肽主要是人源的,并具有低免疫原性。(c)所述pCloud多肽富含甘氨酸(G)、丝氨酸(S)和谷氨酸(E)。该pCloud多肽还含有丙氨酸(A)、脯氨酸(P)、精氨酸(R)和苏氨酸(T)。G、S、E、A、P和T合计构成所述pCloud序列的超过90%。(d)据GOR算法测定,所述pCloud序列具有超过90%的非结构性无规卷曲形成[10];以及(e)据TEPITOPE算法预测,所述pCloud序列不含任何T细胞表位[12]。
[0027] 在一些实施方式中,所述pCloud多肽代表源于人纤维蛋白原α链的柔性非结构性多肽。源自人纤维蛋白原α链的片段(如表1所示)可被用作构成pCloud多肽的构件。在pCloud序列中,所述人纤维蛋白原α链片段两侧为具有0至100个残基的长度可变的柔性环。将一个或多个pCloud多肽附着在治疗性多肽上可显著增加该治疗性多肽的表观分子量,并改善该治疗性多肽的体内半衰期。与pCloud序列连接的治疗性多肽的体内半衰期可以通过改变pCloud序列的长度进行调整。更重要的是,该pCloud序列基于人纤维蛋白原α链生成,因此,该pCloud多肽在给药时可能不会刺激人患者的免疫应答。
[0028] 在一些实施方式中,本发明的支架蛋白选自由以下构成的组:人胶原蛋白非胶原(noncollagenous,NC)结构域,其在溶液中形成稳定的同源三聚体;具有C1q样分子结构的蛋白质,其在溶液中形成同源三聚体;具有TNF样分子结构的蛋白质,其在溶液中形成同源三聚体;以及具有C型凝集素样结构域(C-type lectin-like domains,CTLD)的蛋白质,其在溶液中形成同源三聚体。在一些实施方式中,所述支架蛋白选自由以下构成的组:Multiplexin型人胶原蛋白内的NC1结构域、FACIT型胶原蛋白内的NC2结构域、人C1q A链、C1q B链,C1q C链、cbln家族成员、人EMILIN-1、多聚素(multimerin)、ACRP30/脂联素、adipolin、抵抗素、抵抗素样分子(resistin-like molecule,RELM)激素家族成员、人TNFalpha、TNFbeta、TRAIL、RANK配体、Fas配体、CD 30配体、CD40配体、CD27配体、OX40L、CD137、甘露聚糖结合凝集素(MBL)、表面活性蛋白A(SP-A)、表面活性蛋白D(SP-D)、肝胶原凝集素1(collectin liver 1,CL-L1)、胎盘胶原凝集素1(CL-P1)、共凝集素(conglutinin)、43kDa胶原凝集素(CL-43)和46kDa胶原凝集素(CL-46)、Langerin、四连蛋白(Tetranectin)及其功能性变体。在优选的实施方式中,Multiplexin型人胶原蛋白(如胶原蛋白XV和XVIII)内的NC1结构域被选作本发明中的支架蛋白。
[0029] 在一些实施方式中,所述治疗性多肽选自由以下构成的组:人胰高血糖素样肽-1(GLP-1)、塞那肽(Exenatide)、GLP-2、C肽、降钙素、人甲状旁腺激素(PTH)、胰高血糖素、G-CSF、GM-CSF、干扰素、白介素因子(interleukin factors)、VEGF受体、TNFα受体、RANK、生长激素、促红细胞生成素、凝血因子(blood-coagulation factors)、单链Fv、单域抗体(single domain antibodies)及其功能性变体。
[0030] 在一些实施方式中,所述治疗性多肽通过人源的蛋白连接部分与pCloud序列连接。在具体实施方式中,所述蛋白连接部分为具有细长形状的蛋白质序列,例如人纤连蛋白III型结构域。
[0031] 在本发明的具体实施方式中,本发明的融合蛋白从N端至C端包含:治疗性多肽,其选自GLP-1、GLP-1(A8G/G22E)、GLP-1(A8G/G22E/R36G)和GLP-1(A8G/G22E/R36S)所组成的组;柔性环;蛋白连接部分,其选自Fn7、Fn8和TNCfn3所组成的组;pCloud序列;以及支架蛋白,其选自COL18NC1、COL15NC1、COL19NC2和ACRP30 C1q样结构域所组成的组。
[0032] 在本发明的优选实施方式中,本发明的融合蛋白从N端到C端包含:GLP-1(A8G/G22E/R36G)、柔性环、Fn8、pCloud序列和COL18NC1。
[0033] 在本发明的另一优选实施方式中,本发明的融合蛋白从N端至C端包含:第一pCloud序列、人生长激素、第二pCloud序列和COL18NC1。
[0034] 本发明还提供了编码所述融合蛋白的多核苷酸序列、包含所述融合蛋白和可药用载体的药物组合物、以及包含所述多核苷酸序列和表达控制元件的表达载体。
[0035] 本发明在另一方面提供了改善治疗性多肽的药代动力学性质的方法,其包含步骤:将所述治疗性多肽融合至一个或多个pCloud多肽及三聚体支架蛋白。在一些实施方式中,所述治疗性多肽通过人源的蛋白连接部分与所述pCloud序列连接。本发明的融合蛋白具有以下性质:(a)连结至所述支架蛋白及一个或多个pCloud序列的所述治疗性多肽的终末半衰期相较所述治疗性多肽自身的终末半衰期显著延长;(b)连结至所述支架蛋白及一个或多个pCloud序列的所述治疗性多肽在生理条件下的稳定性和溶解度相较所述治疗性多肽自身的稳定性和溶解度得到改善。附图说明
[0036] 图1所示为本发明部分机理的示意图。治疗性多肽在图1a和图1c中示为红星,在图1b中示为红色螺旋。a)该治疗性多肽直接连接至pCloud多肽和支架蛋白。b)该治疗性多肽通过人源的蛋白连接部分与pCloud多肽及支架蛋白融合,所述蛋白连接部分优选为具有细长形状的蛋白质序列。c)该治疗性多肽和该pCloud多肽可以融合在该支架蛋白的相对的两端。
[0037] 图2成熟人纤维蛋白原α链的氨基酸序列。纤维蛋白原α链的氨基酸残基编号被列出。主要含有甘氨酸(G)、丝氨酸(S)和谷氨酸(E)、脯氨酸(P)、精氨酸(R)和苏氨酸(T)残基的12条非结构性片段带有下划线。为进一步降低这些片段的免疫原性,引入突变Y277S、V379A和D396E。Y277、V379和D396残基为粗体。
[0038] 图3所示为使用分析柱Superdex200(GE Healthcare)进行的经纯化的GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1、GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-20、GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-30和GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-54的凝胶过滤层析图谱。图中这些蛋白的图谱标为NC1、NC1-20、NC1-30和NC1-54。分子标记蛋白(158Kd、67Kd和44Kd)的洗脱时间用箭头表示。X轴系指洗脱时间,Y轴系指UV280吸光强度。
[0039] 图4所示为通过使用夹心ELISA法测定的Sprague Dawley大鼠中含有GLP-1的蛋白(GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1、GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-20、GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-30 和 GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-54)的药代动力学图谱。图中这些蛋白的图谱分别标为NC1、NC20、NC30和NC54。纵轴表示通过使用夹心ELISA法测定的蛋白浓度与Cmax相比的百分比。
[0040] 图5所示为通过使用分析柱Superdex200(GE Healthcare)进行的经纯化的GLP-1-Fn8、GLP-1-Fn8-COL18NC1、GLP-1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1的凝胶过滤层析图谱。图中这些蛋白的图谱被标出。分子标记蛋白的洗脱时间用箭头表示。X轴系指洗脱时间,Y轴系指UV280吸光强度。
[0041] 图 6 所 示 为 GLP-1(7-37) 肽、GLP-1-Fn8-COL18NC1 和 GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1的cAMP检测结果。该检测基于竞争性结合技术。cAMP的特异单克隆抗体结合至包被于微孔板上的山羊抗小鼠抗体。其后洗涤以除去过量的单克隆抗体,样本中存在的cAMP与既定量的辣根过化物酶(HRP)标记的cAMP竞争单克隆抗体位点。此后再次洗涤以除去过量缀合物和未结合样本。加入底物溶液至孔中以测定结合酶活性。
停止显色,并在450nm处读取吸光度。颜色强度与样本中cAMP的浓度成反比。Y轴系指酶标仪所获得的OD450值,X轴系指GLP-1(7-37)肽、GLP-1-Fn8-COL18NC1和GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1的浓度。
[0042] 图 7 所 示 为 融 合 蛋 白 GLP-1-Fn8-COL18NC1、GLP-1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1 和 GLP-1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p285-COL18NC1 在 Sprague Dawley大鼠中的药代动力学图谱。血液样本中的蛋白质浓度通过使用夹心ELISA法测定。图中这些蛋白质的图谱分别被标为NC1、p246和p285。由每组6只大鼠计算而来的误差线被标出。
[0043] 图8所示为融合蛋白GLP-1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1在三只食蟹猴中的药代动力学图谱。血清样本中的蛋白质浓度通过使用夹心ELISA法测定。图中三只食蟹猴分别被标为#1、2和3。
[0044] 图9所示为GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1在SD大鼠中的腹腔葡萄糖耐量试验(Intraperitoneal glucose tolerance test,IPGTT)结果。图中GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1被标为p246。图9a中,大鼠分别被注射盐水10nmol/kg和20nmol/kg剂量的GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1。融合蛋白(和对照)给药后
8小时进行IPGTT实验。三条曲线分别表示接受阴性对照(盐水)、10nmol/kg和20nmol/kg剂量GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1的大鼠IPGTT葡萄糖水平。图9b中,对大鼠注射盐水、20nmol/kg剂量的GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1。融合蛋白(和对照)给药后32小时和102小时进行IPGTT实验。三条曲线分别表示阴性对照(盐水)、GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1给药后32小时和102小时的大鼠IPGTT葡萄糖水平。
[0045] 定义
[0046] 术语“多肽”、“肽”和“蛋白质”在本文可互换使用,系指任意长度的氨基酸聚合物。所述聚合物可以为线性的或支化的,其可以包含修饰的氨基酸,并且其可以被非氨基酸中断。该术语还涵盖经修饰的氨基酸聚合物,譬如通过二硫键形成、糖基化、脂质化、乙酰化、磷酸化或任何其他操作,例如与标记组分缀合。术语“柔性非结构性多肽”(flexible unstructured polypeptide)、“柔性非结构性多 肽序列”(flexible unstructured polypeptide sequence)和“柔性非结构性接头”(flexible unstructured linker)、“柔性非结构性多肽接头”(flexible unstructured polypeptide linker)在本发明中可互换使用。所述柔性非结构性多肽序列含有1至3000个氨基酸残基,其中G、S、E、A、P和T合计构成所述柔性非结构性多肽序列的超过90%;并且据GOR算法测定,所述柔性非结构性多肽序列具有大于90%的非结构性无规卷曲形成[10]。
[0047] 术语“pCloud”多肽的特征在于:(a)所述pCloud总氨基酸残基为至少100至约3000个氨基酸残基;(b)所述pCloud多肽序列通过使用源自人纤维蛋白原α链的部分或全部片段生成。在pCloud序列中,纤维蛋白原片段两侧为长度多样的柔性环。因此pCloud主要是人源的,对人给药时具有低免疫原性。(c)所述pCloud序列富含甘氨酸(G)、丝氨酸(S)和谷氨酸(E)。所述pCloud还含有丙氨酸(A)、脯氨酸(P)、精氨酸(R)和苏氨酸(T)。
G、S、E、A、P和T合计构成所述pCloud序列的超过90%。(d)据GOR算法测定,所述pCloud序列具有大于90%的非结构性无规卷曲形成;以及(e)据TEPITOPE算法预测,所述pCloud序列不含任何T细胞表位。在所述pCloud多肽中,人纤维蛋白原片段两侧为0至100个残基的长度可变的柔性环。
[0048] 本发明中术语“柔性环”是指具有0到100个残基的长度可变的蛋白质序列。这些柔性环富含甘氨酸(G)和丝氨酸(S)。这些柔性环也可含谷氨酸(E)、丙氨酸(A)、脯氨酸(P)和苏氨酸(T)。据GOR算法测定,这些柔性环具有多于95%的非结构性无规卷曲形成。所述柔性环一般是具有更短长度和更高柔性的柔性非结构性多肽接头。本领域技术人员将会理解,所述柔性环可在融合蛋白内用作间隔子(spacer)以提供柔性。
[0049] “片段”为天然蛋白质的截短形式。术语蛋白质的“变体”或“功能性变体”是指所述天然蛋白质的修饰版本,其包含一个或几个氨基酸的替换、删除和/或添加,并且其基本保留所述天然蛋白质的生物活性。例如,变体蛋白质可以与参比蛋白质具有至少70%、75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%或99%的氨基酸序列同一性。通常,氨基酸的保守性替换是优选的,所述替换为技术人员的公知常识。删除优选为从不参与所述蛋白质生物功能的区域删除氨基酸。例如,GLP-1(A8G/G22E/R36G)为野生型GLP-1的功能性变体,其含有三个氨基酸替换,并且如cAMP检测所示,其基本保留或增加其生物活性。
[0050] “缀合”、“连结”、“连接”和“融合”在本文可互换使用。这些术语是指将两个或更多的化学元素或成分以任何方式结合在一起,包括化学缀合或重组方式。例如,两个不同的蛋白质可以通过“框内融合”连结在一起,“框内融合”是指将两个或更多个开放阅读框(ORFs)按照保持原ORFs的正确阅读框的方式结合,以形成更长的连续ORF。因此,所得的重组融合蛋白为含有两个或更多个区段的单个蛋白,所述区段对应于原ORFs所编码的多肽(自然界正常情况下所述区段不会如此结合)。再举一例,这两个蛋白也可以通过使用化学交联剂连结在一起,获得含有由交联剂连接的两个单独多肽的蛋白缀合物。
[0051] 在描述多肽的语境中,“序列”为多肽中从氨基段至羧基端方向的氨基酸顺序,其中所述序列中彼此相邻的残基在所述多肽的一级结构中相连。
[0052] 术语“DNA”、“多核苷酸”、“核酸”、“核苷酸”(nucleotides)和“寡核苷酸”可互换使用。它们是指任意长度的核苷酸的聚合形式,所述核苷酸或是脱氧核糖核苷酸,或是核糖核苷酸,或其类似物。多核苷酸可以具有任意三维结构,并可以表现出任何已知或未知的功能。以下为多核苷酸的非限制性示例:基因或基因片段的编码或非编码区、由连分析定义的基因座、外显子、内含子、信使RNA(mRNA)、转运RNA、核糖体RNA、核酶、cDNA、重组多核苷酸、支链多核苷酸、质粒、载体、任意序列的分离DNA、任意序列的分离RNA、核酸探针和引物。多核苷酸可以包含修饰的核苷酸,例如甲基化核苷酸和核苷酸类似物。如果修饰存在,可以在所述聚合体组装之前或之后对所述核苷酸结构进行修饰。核苷酸序列可以被非核苷酸成分中断。多核苷酸在聚合后可以被进一步修饰,例如与标记成分缀合。
[0053] 术语蛋白质的“功能性变体”是指天然蛋白质的修饰版本,其包含一个或几个氨基酸的替换、删除和/或添加,例如少于15个氨基酸,或优选地少于10个或5个氨基酸,并且其基本保留所述天然蛋白的生物活性。通常,氨基酸的保守性替换是优选的,所述替换为技术人员的公知常识。删除优选为从不参与所述蛋白质生物功能的区域内删除氨基酸。例如,GLP-1(A8G/G22E)和GLP-1(A8G/G22E/R36G)是野生型GLP-1的功能性变体,该变体含有两个或三个氨基酸替换,并且基本保留其生物活性,例如提高cAMP水平。
[0054] 发明详细描述
[0055] 本发明一方面提供了通过将治疗性多肽融合至一个或多个柔性非结构性多肽序列及支架蛋白以增加该治疗性多肽半衰期的方法。所述支架蛋白可以在溶液中形成稳定的同源三聚体。此方法可以有效地增加多肽分子的流体力学半径和/或回转半径(Rg),以延长其体内半衰期。此外,改变融合蛋白内的柔性非结构性多肽接头的长度可以以可调的方式调节该融合蛋白的体内半衰期。在一些实施方式中,本发明的融合蛋白可以进一步包含人源的蛋白连接部分,优选为具有细长形状的蛋白质序列。该蛋白连接部分可以经由柔性环连接至治疗性多肽。该蛋白连接部分可以经由长度可调的柔性非结构性接头连结到支架蛋白。由本发明提供的这一新颖方法称为“三叉戟技术”,可以有效地改善治疗性多肽的药代动力学性质。
[0056] 在本发明的优选实施方式中,柔性非结构性接头表现为一个或多个非结构性pCloud多肽。融合蛋白内,治疗性多肽、pCloud多肽和支架蛋白可以按多种方式排列。例如在一些实施方式中,治疗性多肽直接连接至pCloud多肽和支架蛋白(图1a)。在一些实施方式中,治疗性多肽经由人源的蛋白连接部分与pCloud多肽及支架蛋白融合,所述蛋白连接部分优选为具有细长形状的蛋白质序列(图1b)。在一些实施方式中,治疗性多肽和pCloud多肽可以融合在支架蛋白的相对的两端(图1c)。
[0057] 在本发明的优选实施方式中,本发明的方法可以拥有优于传统的PEG化方法或Fc/HAS融合方法的数项主要优点。1.本发明的方法中,对多肽分子的PEG化不是必需的,因此完全保留了该治疗性多肽的生物活性。2.因为支架蛋白形成同源三聚体,所以治疗性多肽与该支架蛋白的融合蛋白可以大大增加该融合蛋白的表观大小,以减缓肾滤过。此外,三聚体的形成也使该融合蛋白呈三价。这可以大大增加该治疗性蛋白的活性。3.融合蛋白内柔性非结构性多肽接头的长度对于决定该融合蛋白的体内半衰期发挥重要作用。本发明的方法通过改变融合蛋白内柔性非结构性多肽接头的长度,为微调治疗性多肽的体内半衰期提供了平台。4.支架蛋白和pCloud多肽优选由人蛋白产生,通常来自人胞外蛋白,因此没有外源蛋白序列被引入至融合蛋白。使用本方法生成的融合蛋白免疫原性低。5.在许多情况下,本发明的重组融合蛋白可以使用大肠杆菌(E.coli)表达系统生成,这消除了对一些治疗性多肽的昂贵化学合成工艺的需求,或是使用真核表达系统的需求。
[0058] 柔性非结构性多肽序列
[0059] 在本发明中,融合蛋白内柔性非结构性多肽序列对于延长治疗性多肽的半衰期起到关键作用。柔性非结构性多肽序列的长度对决定融合蛋白的流体力学半径和/或回转半径起到重要作用。柔性非结构性多肽的一级序列严重影响着融合蛋白的稳定性和溶解度。
[0060] 术语“柔性非结构性多肽”是指在运动中呈柔性并且不形成任何常规稳定的二级和三级蛋白结构的氨基酸序列。所述柔性非结构性多肽序列含有1至3000个氨基酸残基,其中G、S、E、A、P和T合计构成所述柔性非结构性多肽序列的超过90%;且据GOR算法测定,所述柔性非结构性多肽序列具有大于90%的非结构性无规卷曲形成[10]。
[0061] 如果该治疗性多肽是相对较大的蛋白质(例如干扰素、生长激素、促红细胞生成素、G-CSF或TNFR2,通常为具有超过100个氨基酸残基的蛋白质),它可以通过柔性非结构化多肽接头直接融合至支架蛋白。在另一些情况下,该治疗性多肽可能是短肽(例如GLP-1、艾塞那肽、GLP-2、C肽、降钙素或PTH,通常为不超过100个残基的肽)。为了有效利用我们的方法,该融合蛋白可以进一步含有人源的蛋白连接部分,优选为具有细长形状的蛋白质序列,例如人纤连蛋白III型结构域。治疗性多肽和柔性非结构性多肽接头通过使用蛋白连接部分连接。该蛋白连接部分可以进一步增加该融合蛋白的流体力学半径和/或回转半径(Rg)。此外,该蛋白连接部分可以稳定治疗性多肽。在一些实施方式中,蛋白连接部分可以包含整个蛋白质、蛋白质的截短版本、蛋白质结构域或串联的多个结构域、或是蛋白质片段。本领域技术人员将会理解,蛋白连接部分可以包含一些并非由氨基酸形成的非蛋白修饰,例如PEG。
[0062] 柔性非结构性接头的长度可以对决定融合蛋白的流体力学半径和/或回转半径(Rg)及体内半衰期起有重要作用。柔性非结构性多肽接头可以含有序列例如(G5S)n、(G4S)n、(G3S)n、(GS)n、(G2S2)n、(G3S3)n、(GS3)n,其中n为整数,或是其他富含G、S、A、T或P的序列。柔性接头的长度可以为1至3000个氨基酸残基不等,特别是在5至500个氨基酸残基的范围内。现已报道,多肽的非结构性伸展可以与PEG分子表现类似,并增加该蛋白质分子的流体力学半径和/或Rg[13]。由于三聚体的形成,与单体相比,通过使用我们的方法达到所期望的Rg需要相对更短的柔性接头。通过降低免疫原性,这对治疗性蛋白质而言可具有巨大优势。
[0063] 在本发明的一些实施方式中,融合蛋白可以含有一个或多个柔性非结构性多肽接头。本领域技术人员将会理解,该融合蛋白内的这些柔性非结构性接头可以相同或不同。
[0064] 我们的数据清楚表明,改变单个或多个柔性非结构性接头的长度可以有效改变该分子的流体力学半径和/或Rg,并控制该工程化蛋白质分子的体内半衰期。因此,通过改变融合蛋白内柔性非结构性接头的长度,我们的方法可以生成体内半衰期可调的重组蛋白。这与体内半衰期固定的传统治疗性IgG相比十分有利。此外,我们的“三叉戟技术”可以使融合蛋白相对于配体具有三价,相比之下,IgG仅具有二价。
[0065] pCloud多肽
[0066] 本发明提供了包含“pCloud”多肽的组合物。在本发明的优选实施方式中,柔性非结构性接头表现为一个或多个非结构性pCloud多肽。在一些实施方式中,pCloud多肽一般是在生理条件下具有低程度或没有二级或三级结构的伸展多肽。
[0067] 所述pCloud序列的特征在于:(a)所述pCloud总氨基酸残基为至少100至约3000个氨基酸残基;(b)所述pCloud多肽序列是通过使用源自人纤维蛋白原α链的部分或全部片段生成。在pCloud序列中,纤维蛋白原片段两侧为长度多样的柔性环。因此pCloud主要是人源的,对人给药时具有低免疫原性。(c)所述pCloud序列富含甘氨酸(G)、丝氨酸(S)和谷氨酸(E)。所述pCloud还含有丙氨酸(A)、脯氨酸(P)、精氨酸(R)和苏氨酸(T)。G、S、E、A、P和T合计构成所述pCloud序列的超过90%。(d)据GOR算法测定,所述pCloud序列具有大于90%的非结构性无规卷曲形成[10];以及(e)据TEPITOPE算法预测,所述pCloud序列不含任何T细胞表位[12]。
[0068] 现已报道,将非结构性多肽融合至治疗性多肽可以显著延长该治疗性多肽的体内半衰期(XTEN技术)[13]。然而在XTEN技术中,非结构性多肽系使用人工肽片段生成,且并未与三聚体支架蛋白融合。XTEN技术中的这些人工肽对人体而言意味着外源肽,这些外源肽在给药时很可能在患者体内引发免疫应答。因为许多治疗性多肽,例如人生长激素和GLP-1类似物,需要对患者长期施用,所以XTEN技术引入的外源肽对患者而言可能意味着潜在威胁。本发明中,通过使用人纤维蛋白原α链序列生成的柔性非结构性“pCloud”多肽被证明能有效延长治疗性多肽的体内半衰期。此外,本发明中,pCloud多肽进一步与三聚体支架蛋白融合,这进一步改善了该治疗性多肽的药代动力学性质。
[0069] 在本发明的一些实施方式中,为了构造具有低免疫原性的非结构性pCloud多肽,我们利用了人纤维蛋白原α链序列。人纤维蛋白原(因子I)为可溶的、340kDa的血浆糖蛋白,其在血形成过程中由凝血酶转化成纤维蛋白[14-16]。纤维蛋白原由肝细胞在肝脏中合成。人体血浆中纤维蛋白原的正常浓度是相当高的(1.5-3mg/ml),这有力地表明,人纤维蛋白原序列可能表现出非常低的免疫原性。人纤维蛋白原是含有两组各三个不同链(α、β、γ)的异源六聚物,各链通过二硫键彼此连结。纤维蛋白原α链内存在固有的非结构区(残基262-455)(图2)。据GOR算法测定,纤维蛋白原的这一非结构区含有最少的二级结构[10,17]。经鉴定,这一纤维蛋白原非结构区(残基262-455)内的12条片段主要含甘氨酸(G)、丝氨酸(S)和谷氨酸(E)、脯氨酸(P)、精氨酸(R)和苏氨酸(T)残基。在本发明的一些实施方式中,为进一步减少这些片段的免疫原性,分别将突变Y277S、V379A和D396E引入片段1、9和11中(图2)。在一些实施方式中,将获得的源自人纤维蛋白原α链序列的12条片段用作生成pCloud多肽的构件(表1)。在一些实施方式中,与表1中所列片段具有至少70%、75%、80%、85%或90%氨基酸序列同一性的这些片段的变体可用作pCloud多肽的构件。
[0070] 表1源自人纤维蛋白原α链的12条片段的蛋白质序列
[0071]1 GSTSSGTGSETESP
2 PSSAGS
3 SGSSGPGSTG
4 PGSSGTGGTAT
5 PGSSGPGSTGS
6 SGSSGTGSTG
7 PGSPRPGSTGT
8 PGSSERGSAG
9 TSESSASGSTG
10 SESGS
[0072]11 PESPGSG
12 TSGST
[0073] 在本发明的一些实施方式中,为了生成pCloud多肽,表1所列源自人纤维蛋白原α链的片段两侧为具有0至100个残基的长度可变的柔性环。这些柔性环富含甘氨酸(G)和丝氨酸(S)。这些柔性环还含有谷氨酸(E)、丙氨酸(A)、脯氨酸(P)和苏氨酸(T)。据GOR算法测定,该柔性环具有多于95%的非结构性无规卷曲形成。柔性环序列可以选自但不限于表2。
[0074] 柔性环通常是具有更短长度和更高柔性的柔性非结构性多肽接头。在本发明中,柔性环用于连接人纤维蛋白原α链片段以构成pCloud多肽。此外,柔性环也用于连接融合蛋白中的治疗性多肽和人源的蛋白连接部分。柔性环也可用于将治疗性多肽与支架蛋白连结,将支架蛋白与柔性非结构性多肽(或pCloud多肽)连结,以及将蛋白连接部分与柔性非结构性多肽(或pCloud多肽)连结。本领域技术人员将会理解,柔性环可在融合蛋白内用作间隔子(spacer)以提供柔性。
[0075] 表2在pCloud序列中用于连接纤维蛋白原α链片段的柔性环的蛋白质序列。在该表的第一行中,若干富含G/S的接头被列出,n为整数,可根据需要调整。
[0076]
[0077]
[0078] 在一些实施方式中,表1中所列所有片段均被用于生成pCloud序列,或者表1中所列至少10个片段,或者表1中所列至少8个片段,或者表1中所列至少6个片段,或者表1中所列至少5个片段,或者表1中所列至少3个片段,或者表1中所列至少一个片段被用于生成pCloud序列。在一些实施方式中,表1所列片段可以按其出现在人纤维蛋白原α链序列中的顺序连接而构成pCloud序列。在一些实施方式中,表1所列片段可以按有别于其出现在人纤维蛋白原α链序列中的顺序连接而构成pCloud序列。在本发明的另一方面,所述pCloud多肽含有100至3000个氨基酸残基,其通过使用表1所列源自人纤维蛋白原的片段生成。据GOR算法测定,所述pCloud序列具有多于90%的非结构性无规卷曲形成。
[0079] 某些情况下,pCloud序列可以包含多个带电残基,所述带电残基被其它残基例如丝氨酸或甘氨酸分隔开,这可能带来更好的表达或纯化表现。带电残基例如D、E、K和R,还可阻止所述pCloud多肽聚集。在本发明的一些优选实施方式中,pCloud多肽可在生理条件下携带净负电荷,这可能有助于非结构性构象以及降低pCloud多肽成分与哺乳动物蛋白和组织的结合。根据净电荷,pCloud多肽的等电点可为(pI)2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0,甚或6.5。在优选的实施方式中,pCloud多肽的等电点会介于2.0和5.0之间。
[0080] 由于大的疏水氨基酸残基(如I、L、V、M、F、W、Y)能诱导蛋白质聚集,并可形成多肽的核心结构,所以在本发明的一些实施方式中,pCloud多肽中疏水性氨基酸(I、L、V、M、F、W、Y)的含量通常会少于总氨基酸残基的5%,或少于2%,或少于1%。
[0081] 某些情况下,本发明提供了组合物,其中pCloud序列免疫原性程度低或基本无免疫原性。几项事实可能有助于pCloud的低免疫原性,例如非结构性构象、高溶解度、具大型侧链的残基程度低或缺乏、自聚集程度低或缺乏、序列内蛋白水解位点程度低或缺乏、疏水性残基程度低或缺乏、以及pCloud序列中缺乏表位。
[0082] 在本发明的一些实施方式中,pCloud多肽通过使用人纤维蛋白原α链片段序列生成,因此,所述pCloud多肽可以不刺激人体的任何免疫应答。此外,pCloud多肽主要由非结构性序列组成,并含有低程度的二级结构,这会防止所述pCloud多肽活化B细胞。为了能够被宿主体液免疫系统有效识别,外源多肽需要形成稳定构象。多肽的精确折叠可允许其形成能被宿主体液免疫系统识别为“外源”的表位,导致针对该多肽的抗体产生,或引发细胞介导的免疫应答。此外据TEPITOPE算法分析,pCloud多肽缺乏预测的T细胞表位[12],其中所述pCloud序列内的表位的TEPITOPE算法预测基于-7分或更高,或-8或更高,或-9或更高。该数据有力地表明,所述pCloud多肽可能不会被MHC分子和T细胞受体识别而引发T细胞活化,T细胞活化可导致细胞因子释放,进一步活化其它淋巴细胞如B细胞以产生抗体,或活化T杀伤细胞,形成完整的细胞免疫应答。
[0083] 治疗性多肽、pCloud多肽和支架蛋白的融合蛋白的构建
[0084] 本发明中,治疗性多肽被连接至一个或多个pCloud序列及支架蛋白以延长该治疗性多肽的体内半衰期。所述pCloud序列可以置于所述治疗性多肽N端和C端的任一端或两端。所述pCloud序列也可以置于所述支架蛋白N端或C端的任一端或两端。融合蛋白内的所述pCloud序列可以相同或彼此不同。
[0085] 在一些实施方式中,本发明的所述融合蛋白按照以下公式构造:
[0086] (pCloud)m–TP–(pCloud)n–支架–(pCloud)k或
[0087] (pCloud)m–支架–(pCloud)n–TP–(pCloud)k
[0088] 其中:
[0089] (a)pCloud为上文表征的pCloud多肽,它们可以彼此不同。
[0090] (b)TP为治疗性多肽,其选自但不限于由以下构成的组:人胰高血糖素样肽-1(GLP-1)、艾塞那肽、GLP-2、C肽、降钙素、人甲状旁腺激素(PTH)、胰高血糖素、G-CSF、GM-CSF、干扰素、白介素因子、VEFG受体、TNFα受体、RANK、生长激素、促红细胞生成素、血液凝固因子、单链Fv、单域抗体及其功能性变体;
[0091] (c)支架表示所述支架蛋白,其在溶液中形成同源三聚体;
[0092] (d)m为0或1;n为0或1,k为0或1,且m+n+k>=1。
[0093] 某些情况下,治疗性多肽可能是短肽(如GLP-1或PTH,通常为不超过100个残基的肽)。为了有效利用我们的方法,所述治疗性多肽经由人源的蛋白连接部分与pCloud序列连接。柔性环可用于融合治疗性多肽和蛋白连接部分。所述柔性环已在上文表征。蛋白连接部分可以稳定所述治疗性多肽,并进一步增加融合蛋白的流体力学半径和/或Rg。在一些实施方式中,蛋白连接部分可包含整个蛋白质、蛋白质的截短版本、蛋白质结构域或串联的多个结构域、或是蛋白质片段。本领域技术人员将会理解,蛋白连接部分可以包含一些并非由氨基酸形成的非蛋白修饰,例如PEG。
[0094] 在一些实施方式中,本发明的含有治疗性多肽、蛋白连接部分、pCloud多肽和支架蛋白的融合蛋白根据以下公式构造:
[0095] (pCloud)m–TP–环–PCM–(pCloud)n–支架–(pCloud)k或
[0096] (pCloud)m–支架–(pCloud)n–PCM–环–TP–(pCloud)k
[0097] 其中:
[0098] (a)pCloud为上文表征的pCloud多肽;
[0099] (b)TP为治疗性多肽,其选自但不限于由以下构成的组:人胰高血糖素样肽-1(GLP-1)、艾塞那肽、GLP-2、C肽、降钙素、人甲状旁腺激素(PTH)、胰高血糖素、G-CSF、GM-CSF、干扰素、白介素因子、VEFG受体、TNFα受体、RANK、生长激素、促红细胞生成素、血液凝固因子、单链Fv、单域抗体及其功能性变体;
[0100] (c)支架表示所述支架蛋白,其在溶液中形成同源三聚体;
[0101] (d)m为0或1;n为0或1,k为0或1,且m+n+k>=1。
[0102] (e)环为上文表征的柔性环;及
[0103] (f)PCM为所述人源的蛋白连接部分。
[0104] 在一些实施方式中,融合蛋白内的蛋白连接部分为人源的具有细长形状的蛋白质序列。在一些实施方式中,融合蛋白内的蛋白连接部分为人纤连蛋白III型结构域。在本发明具体的实施方式中,融合蛋白内的蛋白连接部分含有人纤连蛋白III型结构域8(Fn8)。本发明中使用野生型人纤连蛋白III型结构域作为蛋白连接部分是因为纤连蛋白III型结构域具有细长的分子形状,并且它可以大大增加该融合蛋白的流体力学半径和/或回转半径。这一机理与之前所示将突变体纤连蛋白III型结构域用作对人白蛋白的结合子(binder)以延长半衰期(专利13)完全不同。
[0105] 纤连蛋白(Fibronectin,Fn)是胞外基质的高分子量(~440kDa)糖蛋白,其与包括整合素、胶原蛋白、纤维蛋白和硫酸乙酰肝素蛋白聚糖(如多配体聚糖(syndecans))在内的许多蛋白质结合[18]。纤连蛋白作为蛋白二聚体存在,由两个几乎相同的多肽链组成,这两个多肽链由一对C端二硫键连结。各纤连蛋白单体的分子量为230-250kDa,含有三种类型的结构域:I、II和III型。I型和II型由链内二硫键所稳定,而III型纤连蛋白结构域不含任何二硫键[19]。纤连蛋白III型结构域是进化保守的蛋白结构域,广泛见于动物蛋白中。此结构域首次发现于人纤连蛋白中,该人纤连蛋白含有此结构域的16个拷贝(Fn1至Fn16)。纤连蛋白III型结构域家族(pfam ID:PF00041)成员含有约95个氨基酸长,拥有β夹心结构。据DSC测定,纤连蛋白III型结构域形成非常稳定的域结构,融解温度为~70℃[20,21]。纤连蛋白III型结构域广泛见于各种胞外蛋白。在人类基因组中,纤连蛋白III型结构域存在于许多蛋白质中,包括肌蛋白(Tenascin)、Usherin、肌联蛋白、三分模体(TRIM)家族成员、组织因子、TIE1、TIE2、SPEG、SORL1、SDK1、ROBO1、ROBO2、SDK2、受体型酪氨酸蛋白磷酸酶、催乳素受体、L1CAM、NCAM1、NCAM2、肌间蛋白1(myomesin 1)、肌间蛋白
2(myomesin 2)、肌球蛋白结合蛋白C、LIFR、瘦素受体(Leptin receptor)、整合素、胰岛素受体、接触蛋白(Contactin)、胶原蛋白、细胞因子受体样因子、干扰素受体、生长激素受体、纤连蛋白、富亮氨酸跨膜蛋白(FLRT)成员、IL、肝配蛋白(ephrin)A型受体、肝配蛋白B型受体、IL-6R、gp130、IL11RA、IL12RB、IL20RB、IL23R、IL27RA和IL31RA等。因此,在我们的方法中使用纤连蛋白III型结构域作为蛋白连接部分可具有低免疫原性。该纤连蛋白III型结构域也能以串联方式用于所述蛋白连接部分。此外,纤连蛋白III型结构域可以使用多种表达系统,包括大肠杆菌(E.coli),以重组形式表达,使用纤连蛋白III型结构域作为本发明的方法中的蛋白连接部分可以大大提高融合蛋白的表达产量。
[0106] 支架蛋白
[0107] 胶原蛋白是多样化的蛋白质家族,这些蛋白质构成胞外基质主要结构成分[22-24]。胶原蛋白由三螺旋组成,该三螺旋一般由两个相同链(α1)和化学成分略有不同的附加链(α2)组成。根据超分子结构分类,胶原蛋白被归至纤维(fibril)、间断三螺旋纤维结合胶原(fibril-associated containing interrupted triple helicies,FACIT)、珠状纤维(beaded filament)、锚原纤维(anchoring fibrils)、网络形成、跨膜或间断性多三螺旋(multiple triple helicies with interruptions,Multiplexin)家族[25]。至今已在脊椎动物中发现属于28种胶原(类型I-XXVIII)的43种不同的α链。胶原蛋白的α链由至少一个长度各异的三螺旋胶原结构域及两个序列、大小与形状可变的非胶原(NC)结构域组成,所述非胶原结构域位于N端和C端。该胶原结构域含有G-X-Y重复,并形成胶原分子内典型的三螺旋,而部分NC域形成同源三聚体以稳定该胶原蛋白三螺旋。对于经典的纤维形成胶原蛋白的研究发现,羧基末端NC(NC1)结构域对于三聚反应而言不可或缺[26]。Multiplexin家族成员也利用NC1结构域进行三聚反应。另一方面,最近显示,原纤维相关胶原(Fibril associated-collagens,FACIT)通过其NC2结构域(从羧基末端起算的第二个NC结构域)三聚化[27,28]。网络形成胶原蛋白IV、VIII和X的NC1结构域的晶体结构表明,这些NC1结构域构成具有C1q样分子结构的稳定同源三聚体[29-31]。约有130个氨基酸残基存在于各单体中。相比之下,multiplexin家族成员如胶原蛋白XV和XVIII的NC1结构域形成的同源三聚体则小得多,其各单体约有55个残基长[26,32]。这两种类型的胶原蛋白NC结构域均在溶液中形成非常稳定的同源三聚体(Tm>60℃),适合作为本发明所述的支架蛋白。
[0108] 许多其他能在溶液中形成同源三聚体的人蛋白质或其结构域亦可作为本发明的方法中的支架蛋白。C1q家族的特征在于C端保守球状C1q结构域(pfam ID:PF00386),其能形成稳定的同源三聚体[33-35]。C1q样蛋白家族包括但不限于:人C1q A链、C1q B链、C1q C链、cbln家族成员、人EMILIN-1、多聚素(multimerin)、ACRP30/脂连素、adipolin、抵抗素和抵抗素样分子(RELM)激素家族成员。肿瘤坏死因子(TNF)是指能够诱导细胞凋亡和炎症反应的细胞因子[36,37]。TNF家族(Pfam ID::PF00229)的成员包括但不限于:人TNFα、TNFβ、TRAIL、RANK配体、Fas配体、CD 30配体、CD40配体、CD27配体、OX40L和CD137。TNF家族成员在溶液中形成同源三聚体,并表现出与C1q家族成员相似的分子结构。
因此,这两个家族成员也称为C1q/TNF相关蛋白(CTRP)[34]。
[0109] 含有C型凝集素样结构域(CTLD,pfam ID:PF00059)的蛋白质超家族是一大类胞外蛋白,这些蛋白具有多种功能,包括细胞-细胞黏附、病原体免疫应答和凋亡[38]。一些CTLD蛋白含有颈部和C端C型糖识别结构域(CRD),并在溶液中形成同源三聚体。这种类型的CTLD包括甘露聚糖结合凝集素(MBL)、表面活性蛋白A(SP-A)、表面活性蛋白D(SP-D)、肝胶原凝集素1(CL-L1)、胎盘胶原凝集素1(CL-P1)、共凝集素、43kDa胶原凝集素(CL-43)和46kDa胶原凝集素(CL-46)、Langerin和四连蛋白(Tetranectin)[39-42]。
[0110] 本发明中,CTRP家族成员,包括C1q样结构域和TNF家族成员,可以用于与治疗性多肽融合以延长该融合蛋白的体内半衰期。作为替代,CTLD家族成员可以充当支架蛋白以驱动治疗性多肽的三聚反应。
[0111] 在优选的实施方式中,Multiplexin型人胶原蛋白(如胶原蛋白XV和XVIII)内的NC1结构域和FACIT型胶原蛋白(如胶原蛋白IX、XII、XIV、XVI、XIX、XX、XXI和XXII)内的NC2结构域可作为本发明的方法中的支架蛋白。治疗性多肽和pCloud多肽可以融合到该支架蛋白的N端或是C端。融合蛋白的三聚体形成能够有效增加该蛋白质分子的流体力学半径。与具有相同分子量的紧凑分子相比,该融合蛋白可表现出大得多的表观大小。因此,该融合蛋白会显示出大大降低的肾滤过清除率,并会表现出延长的体内半衰期。
[0112] 在优选的实施方式中,Multiplexin型人胶原蛋白(如胶原蛋白XV和XVIII)内的NC1结构域被选作本发明的支架蛋白。NC1结构域不利用G-X-Y重复,不形成典型的三螺旋。此外,NC1结构域之间无需二硫键以形成稳定的同源三聚体。再者,NC1结构域只含有约55个氨基酸残基,表现为小蛋白质,这使得它不太可能干扰融合蛋白中治疗性多肽的正常功能。Multiplexin型人胶原蛋白(如胶原蛋白XV和XVIII)内的NC1结构域的所有特点使其成为本发明中理想的支架蛋白。使用NC1结构域作为支架蛋白是本发明中优选的,这与别处所述使用其他胶原蛋白结构域作为支架蛋白(专利14,15)大有不同。
[0113] 本领域技术人员将会理解,本文所用术语“支架蛋白”未必意味着整个野生型蛋白质;可在溶液中形成稳定的同源三聚体因而符合本发明目的的结构域或其功能性变体也可用于我们的方法。例如在本发明的一些实施方式中,Multiplexin型人胶原蛋白(如胶原蛋白XV和XVIII)内的NC1结构域被用作支架蛋白。
[0114] 治疗性多肽
[0115] 在本发明的一些实施方式中,治疗性多肽可以选自但不限于:人胰高血糖素样肽-1(GLP-1)、艾塞那肽(Exenatide)、GLP-2、C肽、降钙素、人甲状旁腺激素(PTH)、胰高血糖素、G-CSF、GM-CSF、干扰素、白介素因子、VEGF受体、TNFα受体、RANK、生长激素、促红细胞生成素、凝血因子、单链Fv、单域抗体及其功能性变体。在本发明的优选实施方式中,我们使用GLP-1作为其中一例说明本发明的方法能如何显著改善GLP-1及其突变体的药代动力学性质,同时保留其生物活性。天然肠促胰素(incretin hormone)胰高血糖素样肽-1(GLP-1)通过增强β-细胞的葡萄糖依赖性胰岛素分泌并抑制α-细胞的餐后胰高血糖素分泌不当升高而支持葡萄糖稳态。此外,GLP-1已被证明会降低食欲与食物摄取,并抑制胃排空,这可能有助于体重控制[43,44]。因此,GLP-1对于2型糖尿病和减肥而言仍是大有前途的治疗性多肽。然而,GLP-1为30个残基的多肽,其体内半衰期非常短,这严重制约了其应用。本发明中我们提供数据表明,GLP-1的半衰期可以通过使用本发明的方法得到显著延长。
[0116] 在本发明其它一些优选实施方式中,我们可以将pCloud多肽及支架蛋白与人生长激素、人干扰素α-2b和人G-CSF融合。这些治疗性多肽(人生长激素、干扰素α-2b和G-CSF)因其体内半衰期短而受到显著影响。与pCloud多肽及支架蛋白融合可以大大改善该治疗性多肽在体内的药代动力学性质。
[0117] 我们的“三叉戟技术”方法的一大优点在于,其能使治疗性多肽呈三价。已有文献显示,蛋白质多价可大大提高其与结合伴侣(binding partner)的亲和力(affinity)和亲合力(avidity)[11,45-47]。抗体IgG是双价的Y形分子,利用两个相同的可变结构域与其配体相互作用。使用本发明的方法所生成的融合蛋白具三价,因此在与配体相互作用方面可能表现得比传统人单克隆抗体IgG更好。例如,TNFα在溶液中形成同源三聚体,并同时与三个TNF受体相互作用。为抑制TNFα功能,现已将TNF受体2(TNFR2,p75)融合至IgG Fc片段而构成依那西普(Etanercept)(恩利(Enbrel))以治疗严重的类湿性关节炎。然而,一个恩利分子只能封闭位于TNFα同源三聚体上三个可能结合位点中的两个。相比之下,我们所生成的TNFR2与胶原蛋白XVIII NC1结构域的融合蛋白(如下文实施例中所述)可以形成同源三聚体,并封闭TNFα的全部三个结合位点,同时保留长的体内半衰期。
[0118] 用于本发明的支架蛋白可以通过同时自组装形成同源三聚体。在优选的实施方式中,Multiplexin型人胶原蛋白(如胶原蛋白XV和XVIII)内的NC1结构域被选作支架蛋白。NC1结构域中无需链间二硫键驱动三聚反应,这使得蛋白质表达更为便利。许多表达系统如大肠杆菌(E.coli)、酵母、昆虫细胞和哺乳动物细胞系统能用于表达本发明所生成的融合蛋白。而与此形成鲜明对比的是,治疗性单克隆抗体单纯依靠哺乳动物系统大量生产。
[0119] 三叉戟技术总结
[0120] 改善治疗性多肽的药代动力学特性可能对其临床应用产生重大影响。就GLP-1而言,延长其体内半衰期使其转变为具有良好疗效和广阔市场的实用药物。众所周知,增加治疗性多肽的表观分子量(流体力学半径和/或回转半径)能够为该治疗性多肽带来药代动力学行为的改善,这可能是由于更慢的肾清除率所致。蛋白质的表观分子量(流体力学半径和/或Rg)取决于其分子量以及其结构,包括形状和紧密度。柔性非结构性多肽(在优选实施方式中为pCloud多肽)能够保持非结构性构象,这是由于该多肽各个电荷间的静电排斥,和/或序列中缺少产生二级结构的潜能的特定氨基酸所赋予的固有柔性。相比序列长度和/或分子量相当并具有紧密二级和/或三级结构的多肽,如典型的球状蛋白,柔性非结构性多肽(在优选实施方式中为pCloud多肽)的伸展的和非结构性的构象可具有更大比例的流体力学半径和/或Rg。测定流体力学半径和/或Rg的方法是本领域公知的,例如通过使用尺寸排阻色谱法(SEC),如美国专利号6,406,632和7,294,513所述。
[0121] 本发明一方面提供了称为“三叉戟技术”的新颖技术,该技术允许治疗性多肽与一个或多个柔性非结构性多肽(优选实施方式中为pCloud多肽)及三聚体支架蛋白融合。三聚体的形成可以大大增加融合分子的流体力学半径,改善融合蛋白的体内半衰期。此外,柔性非结构性多肽(优选实施方式中为pCloud多肽)可以与PEG分子表现类似,并增加该融合蛋白的表观大小。结果显示,将治疗性多肽与柔性非结构性多肽(优选实施方式中为pCloud多肽)及三聚体支架蛋白融合,相比分子量相同的紧密折叠的球状蛋白,会使得融合蛋白具有大得多的表观分子大小。这将大大改善该治疗性多肽的药代动力学性质。在一些实施方式中,源自人纤维蛋白原α链序列的片段被用作生成pCloud多肽的构件,使得该pCloud多肽对人给药时呈低免疫原性。此外,本发明的方法能使治疗性多肽具三价,这可以大大提高该融合蛋白对配体的亲和力(affinity)和亲合力(avidity)。
[0122] 为进一步延长本发明的方法所产生的融合蛋白的体内半衰期,该融合蛋白可以通过PEG化进一步修饰。所述PEG部分的分子量可介于2kDa和100kDa之间。为进行特异性PEG化,可能需要使用定点突变在融合蛋白中产生Cys残基。
[0123] 本发明所生成融合蛋白的制备方法
[0124] 本发明的融合蛋白可以通过应用重组DNA技术产生。编码本发明融合多肽的重组多核苷酸构建体通常包括表达控制序列,该序列可操作地连结(operably-linked)至该融合多肽的编码序列,包括天然相关的或异源的启动子区。由此,本发明另一方面包括含有一个或多个核酸序列的载体,所述核酸序列编码本发明的融合多肽。为进行本发明的一个或多个多肽的重组表达,如下文所详述,通过本领域公知的重组DNA技术,将含有编码该融合多肽的核苷酸序列的全部或部分序列的核酸插入至合适的克隆载体,或表达载体(即含有转录和翻译所插入多肽编码序列所必需元件的载体)。产生各式各样载体群的方法已在Lerner et al.,美国专利No.6,291,160;6,680,192中记述。
[0125] 一般而言,用于重组DNA技术的表达载体往往是质粒形式。在本发明的一些实施方式中,“质粒”和“载体”可以互换使用,因为质粒是最常用的载体形式。不过,本发明旨在包括诸如其它从技术上讲并非质粒的表达载体形式,例如病毒载体(如复制缺陷型逆转录病毒、腺病毒和腺相关病毒),其发挥等同功能。所述表达控制序列优选为能够转化或转染真核宿主细胞的载体中的真核启动子系统。一旦该载体被整合至合适的宿主中,该宿主将被保持在适于高水平表达编码所述融合多肽的核苷酸序列的条件下。这些表达载体在宿主生物体中,通常可作为附加体(episome)或作为宿主染色体DNA的组成部分进行复制。一般而言,表达载体含有选择标记,例如氨苄青霉素抗性或卡那霉素抗性,以允许检测那些被所期望的DNA序列转化的细胞。载体也可以编码信号肽,例如果胶裂合酶,用于引导胞外抗体片段的分泌。参见美国专利No.5,576,195。
[0126] 本发明的重组表达载体可以包含编码融合多肽的核酸,其形式适于在宿主细胞中表达该核酸,这意味着该重组表达载体可以包括一个或多个根据待用于表达的宿主细胞选择的调节序列,该调节序列可操作地连结(operably-linked)至待表达的核酸序列。在重组表达载体内,“可操作地连结”(operably-linked)意指目的核苷酸序列以允许该核苷酸序列表达的方式(例如在体外转录/翻译系统中,或该载体被引入宿主细胞时在该宿主细胞中)被连结至调节序列。术语“调节序列”旨在包括启动子、增强子和其他表达控制元件(如多腺苷酸化信号)。这类调节序列描述于例如Goeddel,GENE EXPRESSION TECHNOLOGY:METHODS IN ENZYMOLOGY 185,Academic Press,San Diego,Calif.(1990)。调节序列包括在许多类型的宿主细胞中指导核苷酸序列组成型表达的序列,以及仅在某些宿主细胞中指导核苷酸序列表达的序列(如组织特异性调节序列)。本领域技术人员将会理解,该表达载体的设计可能取决于待转化宿主细胞的选择、所期望的多肽表达水平等诸如此类因素。
[0127] 本发明另一方面涉及表达融合多肽的宿主细胞,其含有编码一个或多个融合多肽的核酸。本发明的重组表达载体可被设计用于在原核或真核细胞中表达融合多肽。例如,融合多肽可表达于细菌细胞如大肠杆菌(E.coli)、昆虫细胞、真菌细胞如酵母、或哺乳动物细胞。合适的宿主细胞在Goeddel,GENE EXPRESSION TECHNOLOGY:METHODS IN ENZYMOLOGY185,Academic Press,San Diego,Calif.(1990)中有进一步讨论。作为替代,该重组表达载体能在体外被转录和翻译,例如使用T7启动子调节序列和T7聚合酶。
[0128] 原核生物中表达多肽最常见的是在含载体的大肠杆菌(E.coli)中进行,该载体含有指导该重组多肽表达的组成型或诱导型启动子。该载体可添加多种氨基酸至其中编码的多肽,通常添加在该重组多肽的氨基端。这类具有额外氨基酸残基的载体一般用于三种目的:(1)提高重组多肽的表达;(2)将重组蛋白引导至周质空间;以及(3)在亲和纯化中通过充当配体,协助重组多肽纯化。用于这一目的的典型表达载体包括pGEX(GE Healthcare)、pMAL(New England Biolabs)、pET20b(Novagen)、pET43b(Novagen)、pET32b(Novagen)和pRIT5(GE Healthcare)。
[0129] 合适的诱导型大肠杆菌(E.coli)表达载体的例子包括pTrc载体(Invitrogen)、pQE(Qiagen)和pET载体(Novagen)。为了最大化重组多肽表达,一种策略是改变待插入表达载体的核酸的核酸序列,从而使每种氨基酸的各密码子都是表达宿主例如大肠杆菌48
(E.coli) 中优先利用的密码子。本发明对于核酸序列的此类改变能够通过标准DNA合成技术进行。
[0130] 在另一实施方式中,融合多肽的表达载体为酵母表达载体。酿酒酵母(Saccharomyces cerivisae)中的表达载体的例子包括pYES2(Invitrogen)、pMFa 49和pJRY8850。该融合蛋白也可使用载体pPICZ pGAPZ和pPIC9(Invitrogen)在毕赤酵母系统中表达。作为替代,融合多肽可使用杆状病毒表达载体或使用稳定昆虫细胞系在昆虫细胞中表达。在培养的昆虫细胞(如SF9细胞)中可用于多肽表达的杆状病毒系统包括BaculoGold系统(BD Biosciences)、BaculoDirect系统(Invitrogen)和BacVector系统(Novagen)。所述稳定昆虫表达系统包括但不限于DES系统(Invitrogen)和
InsectDirect(Novagen)中。
[0131] 在另一实施方式中,编码本发明的融合多肽的核酸使用哺乳动物表达载体在哺乳动物细胞中表达。哺乳动物表达载体的例子包括但不限于,例如pcDNA3.1(Invitrogen)、pSecTag(Invitrogen)和pTriEx系列载体(Novagen)。当用于哺乳动物细胞时,表达载体的控制功能通常是由病毒调控元件提供。例如,常用的启动子源于多瘤病毒、腺病毒2、巨细胞病毒和猿猴病毒40。关于其它适用于原核和真核细胞的用于表达本发明的融合多肽的表达系统,请参见,例如Sambrook,et al.,MOLECULAR CLONING:A LABORATORY MANUAL.2nd ed.,Cold Spring Harbor Laboratory,Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,N.Y.,1989.中第16、17章。
[0132] 在真核表达系统中,所述重组融合蛋白可以在细胞质中表达。或者作为替代,该融合蛋白可以通过加入N端分泌信号被分泌至培养基中。
[0133] 本发明另一方面涉及宿主细胞,本发明的重组表达载体被引入其中。术语“宿主细胞”和“重组宿主细胞”在本文中可互换使用。可以理解,这样的术语不仅指特定的对象细胞,也指这种细胞的子代或潜在子代。由于突变或环境影响,后代可能发生某些修饰,所以这些子代实际上可能不会与母细胞一致,但仍包括在本文所使用的该术语范围内。
[0134] 宿主细胞可以是任何原核或真核细胞。例如,融合多肽可以在细菌细胞如大肠杆菌(E.coli)、昆虫细胞、酵母或哺乳动物细胞中表达。哺乳动物细胞是表达编码免疫球蛋白或其片段的核苷酸区段的优选宿主。参见Winnacker,From Genes To Clones,(VCH Publishers,NY,1987)。本领域已研发出不少能够分泌完整异源蛋白质的合适宿主细胞系,包括中国仓鼠卵巢(CHO)细胞系、293细胞、多种COS细胞系、HeLa细胞、L细胞和骨髓瘤细胞系。所述细胞优选为非人细胞。用于这些细胞的表达载体可以包括表达控制序列,如复制起点、启动子、增强子,以及必需的加工信息位点,如核糖体结合位点、RNA剪接位点、聚腺苷酸化位点,以及转录终止子序列。优选的表达控制序列为源自内源基因、巨细胞病毒、SV40、腺病毒、乳头瘤病毒等的启动子。其它合适的宿主细胞为本领域技术人员所公知。
[0135] 为了稳定转染哺乳动物细胞,现已知道,根据所用的表达载体和转染技术,只有一小部分细胞可以将外源DNA整合入其基因组。为了鉴定并选择这些整合体,通常将编码选择标记(如对抗生素抗性)的基因与目的基因一同引入该宿主细胞。各种选择标记包括赋予对药物抗性的标记,所述药物例如G418、潮霉素和甲氨蝶呤。编码选择标记的核酸可以在编码所述融合多肽的相同载体上引入宿主细胞,或者可以在单独的载体上引入。稳定转染所引入核酸的细胞可以通过药物筛选鉴定(例如,整合有选择标记基因的细胞会存活,而其他细胞死亡)。
[0136] 一经表达,所述融合多肽从培养基和/或宿主细胞中纯化。重组多肽的纯化为本领域公知,包括硫酸铵沉淀、亲和层析纯化技术、柱层析、离子交换纯化技术、凝胶过滤等等(一般参见Scopes,Protein Purification(Springer-Verlag,N.Y.,1982))。
[0137] 药物组合物制备
[0138] 本发明预想通过施用本发明的融合蛋白的组合物治疗哺乳动物疾病,例如II型糖尿病。依照本发明的融合蛋白的给药可以是连续或间歇的,这取决于,例如,接受者的生理条件,给药目的是治疗还是预防,以及熟练从业者所知晓的其他因素。本发明的疫苗的给药可以是在预先选定的时期内基本连续的,或者可以是一系列间隔剂量。局部和全身给药都在预期之内。
[0139] 本发明的药物组合物可以在哺乳动物体内经由多种途径递送至多个部位,以实现特定效果。本领域技术人员会认识到,尽管有多于一种的途径可用于给药,但某一特定途径可以提供比另一途径更直接更有效的反应。局部或全身递送可以通过以下给药方式实现,包括施用或滴注所述制剂至体腔、气溶胶的吸入或吹入、或通过肠胃外引入,包含肌内、静脉内、腹膜内、皮下、皮内,以及局部给药。
[0140] 本发明的融合蛋白的给药量会根据多种因素变化,所述因素包括但不限于,特定疾病、哺乳动物的体重、身体条件和年龄,以及目的是预防还是治疗。这些因素可由临床医生使用动物模型或本领域公知的其他测试系统容易地确定。一般而言,本发明的融合蛋白对哺乳动物受试者的给药量可以在受试者体重的1ng/kg至100mg/kg的范围内变化。本发明的实施方式中,给药量为1ug/kg至1.0mg/kg。
[0141] 为了给药而制备本发明的融合蛋白时,其优选与可药用载体结合以形成药物制剂或单位剂型。常用的可药用载体为药学领域技术人员所公知。这类制剂中的总活性成分包括该制剂重量的0.1至99.9%。用于给药的所述活性成分可以作为粉末或作为颗粒,作为溶液、悬浊液或乳浊液存在。
[0142] 因此,该治疗剂可以被配制用于肠胃外给药(例如通过注射,例如推注或连续输注),并且可以连同添加的防腐剂以单位剂型的方式提供在安瓿瓶、预填充注射器、小体积输注容器或多剂量容器中。活性成分可以采取油性或水性赋形剂中的悬浊液、溶液或乳浊液等形式,并且可以含有配制剂如悬浮剂、稳定剂和/或分散剂。作为替代,该活性成分可以是粉末形式,通过无菌固体的无菌分离或通过溶液冻干获得,用于在使用前与合适的赋形剂例如无菌无热原水重构。
[0143] 一般而言,水、合适的油、盐水、水溶葡萄糖(葡萄糖)以及相关的糖溶液和二醇类如丙二醇或聚乙二醇对于肠胃外溶液而言是合适的载体。用于肠胃外给药的溶液含有活性成分和合适的稳定剂,若有必要还含有缓冲物质。抗氧化剂,例如硫酸氢钠、亚硫酸钠或抗坏血酸,是合适的稳定剂,可以单独或组合使用。也可使用柠檬酸及其盐和乙二胺四乙酸(EDTA)钠。此外,胃肠外溶液可以含有防腐剂,例如苯扎氯铵、对羟基苯甲酸甲酯或对羟基苯甲酸丙酯以及氯丁醇。合适的药物载体如本领域标准参考书《Remington's Pharmaceutical Sciences》所述。
[0144] 此外,可运用标准药学方法控制作用时间。这些均为本领域公知,包括控释制剂,且可以包括合适的大分子,例如聚合物、聚酯、聚氨基酸、聚乙烯、吡咯烷、乙烯醋酸乙烯酯(ethylenevinylacetate)、甲基纤维素羧甲基纤维素或硫酸鱼精蛋白。可以调节大分子的浓度以及掺入方法以控制释放。此外,可以将该药剂掺入聚合物材料颗粒,例如聚酯、聚氨基酸、水凝胶、聚(乳酸)或乙烯醋酸乙烯酯共聚物。除了将其掺入,这些药剂也可以用于将该化合物捕获在微胶囊中。
[0145] 术语“可药用”、“生理可耐受”及其语法变体当用于描述组合物、载体和试剂时可互换使用,表示该材料能够对受试者给药,而不会产生达到要禁止该组合物给药的程度的不利生理效应。
[0146] 此类载体的优选例子包括但不限于,水、盐水、林格氏溶液和葡萄糖溶液。也可以使用脂质体和非水性赋形剂,例如不挥发性油(fixed oil)。针对药学活性物质使用此类介质和化合物为本领域公知常识。除非任何常规介质或化合物与所述融合多肽不相容,否则其在组合物中的使用均在预期之内。还可以将补充性活性化合物掺入组合物。
[0147] 本发明的药物组合物经配制以与其预期的给药途径相容。本发明的融合多肽组合物可通过肠胃外、局部、静脉内、口服、皮下、动脉内、皮内、透皮、直肠、颅内、腹膜内、鼻内,肌内途径或作为吸入剂给药。该融合多肽可任选地与治疗各种疾病至少部分有效的其他药剂联合给药,所述疾病包括各种肌动蛋白或微丝相关疾病。
[0148] 用于肠胃外、皮内或皮下应用的溶液或悬浊液可以包括以下组分:无菌稀释剂,例如注射用水、盐溶液、不挥发性油、聚乙二醇、甘油、丙二醇或其它合成溶剂;抗菌化合物,例如苄醇或对羟基苯甲酸甲酯;抗氧化剂,例如抗坏血酸或亚硫酸氢钠;螯合化合物,例如乙二胺四乙酸(EDTA);缓冲剂,例如乙酸盐、柠檬酸盐或磷酸盐,以及调节张力(tonicity)的化合物,例如氯化钠或葡萄糖。pH可以使用酸或,例如盐酸或氢氧化钠调节。肠胃外制剂可封装在安瓿瓶、一次性注射器或玻璃或塑料制成的多剂量瓶中。
[0149] 适用于注射的药物组合物包括无菌水溶液(若可溶于水)或分散液以及无菌粉末,用于现配现用无菌注射溶液或分散液。对于静脉内给药,合适的载体包括生理盐水、抑TM菌水、Cremophor EL (BASF,Parsippany,N.J.)或磷酸盐缓冲液(PBS)。在任何情况下,该组合物必须为无菌,应当为流体,并且其流动性应达到易于注射的程度。它在生产和储存条件下必须稳定,并且必须在防止微生物例如细菌和真菌的污染作用的情况下保藏。载体可以是溶剂或分散介质,其含有例如水、乙醇、多元醇(如甘油、丙二醇和液体聚乙二醇等等)及其合适的混合物。可以例如通过使用包衣例如卵磷脂、对于分散液而言维持所需颗粒大小、以及通过使用表面活性剂,来保持适当的流动性。预防微生物的作用可以通过各种抗菌剂和抗真菌化合物来实现,例如对羟基苯甲酸酯类、氯丁醇、苯酚、抗坏血酸、硫柳汞等等。在许多情况下,优选在组合物中包括等渗化合物,例如糖、多元醇如甘露醇、山梨醇、氯化钠。注射组合物的延长吸收可通过在组合物中包括延迟吸收的化合物实现,例如单硬脂酸和明胶。
[0150] 无菌可注射溶液可以通过将所需量的所述融合多肽与上述所列举成分中的一种或组合(如果需要的话)掺入合适的溶剂中来制备,然后过滤灭菌。一般而言,通过将结合剂掺入到含有基本分散介质和以上列举的其它所需成分的无菌赋形剂中来制备分散液。对于用于制备无菌注射溶液的无菌粉末,制备方法是真空干燥和冷冻干燥,从其先前无菌过滤的溶液收得活性成分外加任何所期望的附加成分的粉末。本发明的药剂能以贮库型注射剂(depot injection)或植入制剂的形式给药,其能以允许持续或脉冲释放活性成分的方式配制。
[0151] 口服组合物一般包括惰性稀释剂或可食用载体。其可以封装在明胶胶囊中或压制成片剂。为达到口服治疗给药的目的,粘合剂可以掺入赋形剂,并以片剂、锭剂或胶囊的形式使用。口服组合物也可以使用流体载体制备以用作漱口水,其中流体载体中的化合物经口应用,并被漱洗和吐出或吞下。可以包括药学相容的结合化合物和/或佐剂材料作为组合物的一部分。所述片剂、丸剂、胶囊、锭剂等等可以含有任何下列成分或类似性质的化合物:黏合剂,例如微晶纤维素、黄蓍胶或明胶;赋形剂,例如淀粉或乳糖;崩解化合物,例如藻酸、Primogel或玉米淀粉;润滑剂,例如硬脂酸镁或Sterotes;助流剂,例如胶体二氧化甜味剂化合物,例如蔗糖或糖精;或调味化合物,例如薄荷油、水杨酸甲酯或橘子香精。
[0152] 对于吸入给药,所述融合多肽以气溶胶喷雾的形式从加压容器或分配器递送,其中含有合适的推进物,例如二氧化等气体或喷雾器
[0153] 全身给药也可通过透黏膜或透皮手段进行。对于透黏膜或透皮给药,适合待渗透屏障的渗透剂被用于制剂中。此类渗透剂为本领域公知,包括:例如对于透黏膜给药,洗涤剂、胆汁盐和夫西地酸衍生物。透黏膜给药可以通过使用鼻喷雾剂或栓剂实现。对于透皮给药,所述融合多肽被配制成本领域所公知的软膏、油膏、凝胶或乳膏。
[0154] 所述融合多肽还能够以栓剂(例如使用常规的栓剂基质,例如可可脂和其它甘油酯)或用于直肠递送的保留灌肠剂的形式,制备成药物组合物。实施例
[0155] 本发明通过以下实施例作进一步说明,其不应解释为以任何方式进行限制。
[0156] 实施例1:GLP-1融合人纤连蛋白III型结构域7(Fn7)与人胶原蛋白XVIII NC1结构域(COL18NC1)表达载体的构建
[0157] 本实施例中,GLP-1多肽被融合至人胶原蛋白XVIII NC1结构域(COL18NC1)的N端,其中COL18NC1形成稳定的同源三聚体。为进一步延长该分子的Rg,人类纤连蛋白III型结构域7(Fn7)被用作蛋白连接部分。Fn7通过柔性环(GGGSGGGG)和柔性非结构性接头(GGGSGG)被连接至所述GLP-1多肽和COL18NC1。使用pET29b载体(Novagen)构建含有GLP-1-Fn7-COL18NC1融合基因的重组质粒。首先,人COL18NC1通过BamHI和XhoI克隆到pET29b,从而获得pET29b-COL18NC1载体。使用人胶原蛋白XVIII cDNA作为模板,通过使用下述引物进行PCR反应:
[0158] Col18NC1-正向:
[0159] CGGGATCCGGTGGCGGCGCCTCCTCAGGGGTGAGG
[0160] Col18NC1-反向:
[0161] CCGCTCGAGTTACCCTCGTGGGAGTGGTGTCCGGGCCTCC
[0162] PCR产物由限制性酶BamHI和XhoI(Fermentas)消化,并通过使用T4连接酶(Fermentas)连接至pET29b载体。所得pET29b-COL18NC1载体序列通过DNA测序确认。
[0163] 使用人纤连蛋白cDNA作为模板,通过使用下述引物进行PCR反应:
[0164] GLP1-Fn7-正向:
[0165] GGAATTCCATATGCATGCCGAAGGGACTTTTACCAGTGATGTAAGTTCTTATTTGGAAGGTC[0166] AAGCTGCAAAAGAATTCATTGCTTGGCTGGTGAAAGGCCGTGGTGGTGGCGGCTCTGGTGGC[0167] GGTGGCACACCATTGTCTCCACCAACAAACTTGCATCTG
[0168] GLP1-Fn7-反向:
[0169] CGGGATCCACCACCAGCTGGGATGATGGTATCAGAGATAGGGACACTTTCC
[0170] PCR产物由限制性酶NdeI和BamHI(Fermentas)消化,并连接至经消化的pET29b-COL18NC1载体。人GLP-1(7-37)的优化DNA序列被包括在名为GLP1-Fn7-正向的引物内。克隆得到的GLP-1-Fn7-COL18NC1融合基因通过DNA测序确认。GLP-1-Fn7-COL18NC1的蛋白质序列如SEQ ID NO:1所示。
[0171]
[0172]
[0173] 实施例2:GLP-1融合纤连蛋白III型结构域8(Fn8)和人胶原蛋白XVIII NC1结构域(COL18NC1)的克隆
[0174] 本方法中,其他人纤连蛋白III型结构域也可充当治疗性多肽和支架蛋白之间的蛋白连接部分。本实施例中我们表明,纤连蛋白III型结构域8(Fn8)可被用作GLP-1和胶原蛋白XVIII NC1结构域之间的蛋白连接部分。编码GLP-1和人纤连蛋白III型结构域8(Fn8)的基因使用下述引物,以人纤连蛋白cDNA为模板通过PCR扩增:
[0175] Fn8-正向:
[0176] GGAATTCCATATGCATGCCGAAGGGACTTTTACCAGTGATGTAAGTTCTTATTTGGAAGGTC[0177] AAGCTGCAAAAGAATTCATTGCTTGGCTGGTGAAAGGCCGTGGTGGTGGCGGCTCTGGTGGC[0178] GGTGGCTCTGCTGTTCCTCCTCCCACTGACCTGCGATTC
[0179] Fn8-反向:
[0180] CGGGATCCACCACCACCTGTTTTCTGTCTTCCTCTAAGAGGTGTGC
[0181] PCR产物由NdeI和BamHI消化。经消化的插入物被连接至经消化的载体pET29b-COL18NC1(实施例1中生成)。将所得载体命名为pET29b-GLP-1-Fn8-COL18NC1。
融合蛋白GLP-1-Fn8-COL18NC1的蛋白质序列如SEQ ID NO:2所示。
[0182]
[0183] 实施例3:融合蛋白GLP-1-Fn8-COL18NC1的表达和纯化
[0184] 所构建的表达载体pET29b-GLP1-Fn8-COL18NC1经测序确认后用于转化大肠杆菌(Escherichia coli)BL21(DE3)以进行蛋白质表达(转化详细流程参见《Molecular Colning:A Laboratory Manual》)。从培养皿中挑取单菌落,置于10ml含卡那霉素(终浓度50μg/ml)的LB液体培养基中,37℃220rpm振荡过夜。接种1L LB培养液,并使其生长至OD600达到0.4-1.0。加入异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)至终浓度为0.2mM。经30℃过夜连续培养后,离心收集细胞。细胞用20mM Tris、50mM NaCl、2mM EDTA,pH 8.0,以1:20稀释,彻底混合后超声破碎。13,000RCF离心30分钟除去不溶性沉淀。目的蛋白存在于上清液中,其中表达产物占可溶性蛋白的20%。将50ml上清液上样于HiTrap Q柱(5ml)(GE Healthcare)上。GLP1-Fn8-COL18NC1融合蛋白被含约0.3M NaCl的缓冲液洗脱。洗脱蛋白使用凝胶过滤柱S-200(GE Healthcare)进一步纯化,缓冲液替换为PBS(pH7.5)。最终产物经SDS-PAGE电泳确认。
[0185] 实施例4:与Fn8-COL18NC1融合的GLP-1突变体
[0186] GLP-1序列内的A8G/G22E、A8V/G22E、A8S/G22E、A8G/G22E/R36S和A8G/G22E/R36G突变可以提高其对蛋白酶消化的抗性,降低免疫原性并提高其生物活性[6,48]。本实施例中,我们构建了载体将GLP-1(A8G/G22E)与纤连蛋白III型结构域8及胶原蛋白XVIII NC1结构域融合。使用实施例2中制备的载体pET29b-GLP1-Fn8-COL18NC1作为模板,采用下列引物进行PCR反应:
[0187] Glp-1(A8G/G22E)-Fn8-正向:
[0188] GGAATTCCATATGCATGGCGAAGGGACTTTTACCAGTGATGTAAGTTCTTATTTGGAAGAGCAAGCTGCAAAAGAATTCATTGC
[0189] Col18NC1-反向:
[0190] CCGCTCGAGTTACCCTCGTGGGAGTGGTGTCCGGGCCTCC
[0191] PCR产物由NdeI和XhoI(Fermentas)消化。经消化的插入物被连接入经消化的pET29b载体。所得载体命名为pET29b-GLP1(A8G/G22E)-Fn8-COL18NC1。融合蛋白GLP-1(A8G/G22E)-Fn8-COL18NC1的表达和纯化流程与实施例3所述相同。GLP-1内的其它突变,例如A8V/G22E、A8S/G22E、A8G/G22E/R36S和A8G/G22E/R36G,可以使用QuikChange II定点突变试剂盒(Agilent)、使用GLP-1(A8G/G22E)-Fn8-COL18NC1基因作为模板生成。这些与Fn8-COL18NC1融合的GLP1突变体的蛋白质序列如SEQ ID NO:3-7所示。这些融合蛋白的表达和纯化流程可以使用实施例3所述类似流程进行。
[0192]
[0193]
[0194]
[0195]
[0196]
[0197] 实施例5:在治疗性多肽和支架蛋白之间,各种长度的柔性非结构性接头可用于生成具有所期望的流体力学半径和/或回转半径(Rg)的融合蛋白
[0198] 在本实施例中,我们提供数据证明长度多样的柔性非结构性接头可以用于本方法以调节融合蛋白的流体力学半径和/或Rg。现已公认,具有更大流体力学半径和/或Rg的蛋白质可以呈现出更长的体内半衰期。因此,本发明的方法可以通过可调的方式调节治疗性多肽的体内半衰期。
[0199] 在实施例4所述的GLP-1(A8G/G22E)-Fn8-COL18NC1融合蛋白中,Fn8和COL18NC1之间的柔性非结构性接头含有6个残基(GGGSGG)。为生成具有不同长度的柔性非结构性接头,我们合成了基因GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-2、GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-30、GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-54 和 GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-60。在这些基因中,Fn8和COL18NC1之间的柔性非结构性多肽接头的长度分别含有20、30、54和60个残基。GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-20、GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-30、GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-54和GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-60的蛋白质序列如SEQ ID NO:8-11所示。GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-20、GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-30、GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-54和GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-60的合成基因通过NdeI和XhoI移入pET29b以进行蛋白表达。这些融合蛋白的表达和纯化采用与实施例3类似流程进行。为估计该融合蛋白的流体力学半径和/或Rg,将经纯化的蛋白质加载于分析凝胶过滤柱Superdex200(GE Healthcare)上。
[0200] 凝胶过滤数据清楚地表明,改变Fn8和COL18NC1之间的柔性非结构性接头的长度可以显著改变该融合蛋白在溶液中的表观分子大小(图3)。GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1三聚体显示出~100Kd的表观分子量,而其真实分子量为~68Kd。GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-60三聚体(数据未示出)和GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-54三聚体显示出~200Kd的表观分子量,而其真实分子量为~80Kd。
GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-20、GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-30也显示出相较其真实分子量更大的表观分子量。因此,本方法可以为治疗性多肽提供更大的流体动力学半径和/或Rg,其在凝胶过滤图谱上表现出增加的表观分子大小。此外,治疗性多肽和支架蛋白之间的柔性非结构性接头可以通过可调的方式调节融合分子的流体动力学半径和/或Rg。
[0201]
[0202]
[0203]
[0204]
[0205]
[0206] 实 施 例 6:GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1、GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-20、GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-30、GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-54的药代动力学研究
[0207] 为评估使用本发明的方法所生成的含有GLP-1的融合蛋白的药代动力学性质,我们在PBS缓冲液,pH 7.2中纯化了GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1、GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-20、GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-30、GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-54。通过腹膜内注射将这些融合蛋白给予Sprague-Dawley(SD)大鼠,剂量分别为0.66mg/kg、0.72mg/kg、0.75mg/kg、0.78mg/kg动物。注射后在不同时间点取血液样本,例如0分钟、30分钟、1小时、2小时、4小时、8小时、24小时、48小时、3天,4天、5天、7天、10天。血清样本经离心保存在-80℃箱中。
[0208] 血清样本中的GLP-1浓度使用夹心ELISA法检测。兔抗人纤连蛋白多克隆抗体以3ug/ml(Ab299,Abcam company)的浓度室温包被ELISA板1小时。然后将板用PBST缓冲液洗涤三次,用含10%FBS的PBS室温下封闭孔1小时。将板洗涤三次,然后加入含GLP-1融合蛋白的血清样本。血清样本在使用前可稀释20-10000倍。ELISA板与血清样本室温下温育1小时,然后用PBST缓冲液洗涤五次。然后将PBST缓冲液中浓度为1ug/ml的小鼠抗人GLP-1肽单克隆抗体(sc57510,Santa Cruz Biotich)加入至孔中。室温温育该板1小时后将其彻底洗涤。加入二级抗体山羊抗兔IgG HRP缀合抗体(北京ZSGB-Bio公司,ZB
5301)至孔中,使用TMB(3,3',5,5'-四甲基联苯胺,BD biosciences,Cat 555214)显色。
利用酶标仪(Bio-Rad microplate reader Model 680)获得OD450读数。此方法已首先使用纯化蛋白校准。
[0209] 图4所示为使用上述夹心ELISA法测定的含有GLP-1的蛋白质的药代动力学图谱。药代动力学参数使用WinNonlin软件(表3)获得。该数据清楚表明,使用本发明方法所生成的含有GLP-1的融合蛋白表现出延长的体内半衰期,这可能是由于其Rg增大所致。该数据还表明,治疗性多肽和支架蛋白之间的柔性非结构性接头可以以可调的方式调节融合分子的体内半衰期。
[0210] 表3含GLP-1的融合蛋白在Sprague-Dawley大鼠中的药代动力学参数。GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1、GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-20、GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-30、GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1-54分别以缩写示为NC1、NC1-20、NC1-30和NC1-54。
[0211]NC1 NC1-20 NC1-30 NC1-54
T1/2 小时 5.22 6.45 7.22 9.10
Cmax ug/ml 1.86 2.26 2.15 2.64
AUC(0-t) ug*h/ml 24.8 36.21 47.58 86.64
AUCinf ug*h/ml 26.53 37.24 47.6 86.67
V ml/kg 568.04 530.16 479.81 350.86
CL ml/h/kg 75.96 57.03 46.04 27.06
[0212] 实施例7:含GLP-1突变体、Fn8、pCloud序列和COL18NC1的融合蛋白构建[0213] 本实施例中,我们将pCloud多肽引入含有GLP-1的融合蛋白。我们构建了载体将GLP-1野生型或其突变体与纤连蛋白III型结构域8(Fn8)、pCloud多肽及胶原蛋白XVIII NC1结构域融合。
[0214] 本实施例的pCloud序列(p246)包含表1所列的所有12条纤维蛋白原片段。在p246的蛋白质序列中,表1所列的12条片段按照其出现在人纤维蛋白原α链序列中的顺序放置。用于连接p246序列中这些源自纤维蛋白原的片段的柔性环为GSGSESGSG、GGGSGGGS和GGSGGGSGG。编码p246和COL18NC1的优化基因经合成,由BamHI和XhoI消化,并连接入经消化的pET29b载体。将所得载体命名为pET29b-p246-COL18NC1。
编码GLP-1(A8G/G22E)和 Fn8的优 化基 因经 合成,由NdeI和BamHI消 化,并 连接入经消 化的pET29b-p246-COL18NC1。将所得 载体命名 为pET29b-GLP-1(A8G/G22E)-Fn8-p246-COL18NC1。融合蛋白GLP-1(A8G/G22E)-Fn8-p246-COL18NC1的蛋白质序列如SEQ ID NO:12所示。从N端至C端,GLP-1(A8G/G22E)-Fn8-p246-COL18NC1含有GLP-1(A8G/G22E)、柔性环、Fn8、pCloud序列p246和支架蛋白COL18NC1。
[0215] GLP-1 内 的 其 它 突 变,例 如 A8V/G22E、A8S/G22E、A8G/G22E/R36S 和A8G/G22E/R36G,可 以 使 用QuikChange II定 点 突 变 试 剂 盒 (Agilent)、使 用GLP-1(A8G/G22E)-Fn8-p246-COL18NC1基因作为模板生成。将所得到的融合蛋白载 体 命 名 为 pET29b-GLP-1(A8V/G22E)-Fn8-p246-COL18NC1、pET29b-GLP-1(A8S/G22E)-Fn8-p246-COL18NC1、pET29b-GLP-1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-p246-COL18NC1 和pET29b-GLP-1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1。这些融合蛋白的蛋白质序列如SEQ ID NO:13-16所示。这些融合蛋白的表达和纯化流程可使用实施例3所述类似流程进行。
[0216]
[0217]
[0218]
[0219]
[0220]
[0221]
[0222] 实施例8:与肌腱蛋白C纤连蛋白III型结构域3(TNCfn3)、pCloud序列p246和人胶原蛋白XVIII NC1(COL18NC1)融合的GLP-1(A8G/G22E/R36G)的克隆与表达
[0223] 本实施例中我们证明,可以用作我们方法的蛋白连接部分的纤连蛋白III型结构域并不限于人纤连蛋白。其它合适的III型纤连蛋白结构域也可以用作本发明方法中的蛋白连接部分。此处我们表明,来自人肌腱蛋白C(Tenascin C)的纤连蛋白III型结构域也可以用于连接治疗性多肽和pCloud序列。
[0224] 本实施例中,人肌腱蛋白C纤连蛋白III型结构域3(TNCfn3)作为蛋白连接 部分 被连接 至GLP-1(A8G/G22E/R36G)和pCloud序 列。编码 GLP-1(A8G/G22E/R36G)的基因、柔性环和TNCfn3经合成,由NdeI和BamHI消化,并连接入经消化的pET29b-GLP-1(A8G/G22E/R36G)-p246-COL18NC1载体。将所得载体命名为pET29b-GLP1(A8G/G22E/R36G)-TNCfn3-p246-COL18NC1。 融 合 蛋 白 GLP1(A8G/G22E/R36G)-TNCfn3-p246-COL18NC1(SEQ ID NO:17)的表达和纯化流程与实施例3所述相同。
[0225]
[0226] 实施例9:与Fn8、pCloud序列p246和人胶原蛋白XV NC1(COL15NC1)融合的GLP-1(A8G/G22E/R36G)的克隆与表达
[0227] 本实施例中我们提供数据表明,胶原蛋白XV的NC1结构域也能够用作我们方法中的支架蛋白。现已报道,人胶原蛋白XV NC1结构域与人胶原蛋白XVIII NC1结构域相似,形成稳定的同源三聚体[26,32]。为了生成编码融合蛋白GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL15NC1的表达载体,编码pCloud序列p246和COL15NC1结构域的基因经合成,由BamHI和XhoI消化,并连接入经消化的先前生成的pET29b-GLP-1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1载 体。 将 所 得 载 体 命 名 为 pET29b-GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL15NC1,载 体 序 列 经 DNA测 序 确 认。GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-COL15NC1的蛋白质序列如SEQ ID NO:18所示。融合蛋白GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-COL15NC1的表达和纯化流程与实施例3所述相同。
[0228]
[0229]
[0230] 实施例10:与Fn8、pCloud序列和人胶原蛋白XIX NC2结构域(COL19NC2)融合的GLP-1(A8G/G22E/R36G)的克隆与表达
[0231] 本实施例中我们证明,来自胶原蛋白XIX的NC2结构域能够用作我们方法中的支架蛋白。现已表明,人胶原蛋白XIX NC2结构域(COL19NC2)形成高度稳定的同源三聚体[28]。为了生成编码融合蛋白GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL19NC2的表达载体,编码pCloud序列p246和COL19NC2结构域的基因经合成,由BamHI和XhoI消化,并连接至经消化的先前生成的pET29b-GLP-1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL15NC1载体。将所得载体命名为pET29b-GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL19NC2,载体序列经DNA测序确认。GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL19NC2的蛋白质序列如SEQ ID NO:19所示。融合蛋白GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL19NC2的表达和纯化流程与实施例3所述相同。
[0232]
[0233] 实施例11:与Fn8、pCloud序列和人ACRP30 C端C1q样结构域的融合的GLP-1(A8G/G22E/R36G)的克隆与表达
[0234] ACRP30(也称为脂联素、GBP-28、apM1和AdipoQ)是一种蛋白激素,其调节不少代谢过程,包括葡萄糖调节和脂肪酸分解代谢[49]。ACRP30含有C端球状结构域,该结构域形成具有典型C1q样结构的同源三聚体[50]。本实施例中我们证明,C1q样结构域例如ACRP30 C1q样结构域,可以用作我们方法中的支架蛋白。为了生成编码融合蛋白GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-ACRP30 C1q样结构域的表达载体,编码pCloud序列p246和ACRP30 C1q样结构域的基因经合成,由BamHI和XhoI消化,并连接入经消化的先前生成的pET29b-GLP-1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL15NC1载体。将所得载体命名为pET29b-GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-ACRP30,载体序列经DNA测序确认。GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-ACRP30的蛋白质序列如SEQ ID NO:20所示。
[0235]
[0236] 实施例12:GLP-1(A8G/G22E/R36G)、Fn8、长度多样的pCloud序列和COL18NC1的融合蛋白构建
[0237] 许多pCloud序列能够通过使用表1所列人纤维蛋白原片段和表2所列柔性环生成。在pCloud序列中,纤维蛋白原片段两侧为柔性环。本实施例中,我们使用所述方法生成了3个pCloud序列p245、p271和p285。pCloud序列p245和p271中,表1所列12条人纤维蛋白原α链片段按照其出现在人纤维蛋白原α链序列中的顺序连接以构成pCloud序列。对于p285,表1所列片段按照有别于其出现在人纤维蛋白原α链序列中的顺序连接,以生成pCloud序列。p285中,某些纤维蛋白原α链片段被使用不止一次。为构建p245,表2所列柔性环GGGSGGGSGS、GSGSESTSG、GSTSESGSG、GSTSGSESG、GSESGSTSG、GSESTSGSG、GSGSTSESG和GGSGGGSGG被用于连接人纤维蛋白原α链片段。为构建p271,柔性环GGGSGGGS,GGSGGGSGG和GGSGSESGSGG被用于连接人纤维蛋白原α链片段。为构建p285,柔性环GGGSGGGS,GGSGGGSGG和GSGSESGSG被用于连接纤维蛋白原α链片段。
[0238] 编码pCloud序列(分别为p245、p271和p285)和支架蛋白COL18NC1的基因经合成,由BamHI和XhoI消化,并连接入经消化的先前生成的载体pET29b-GLP-1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1。 将 所 得 载 体 命 名 为 pET29b-GLP-1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p245-COL18NC1、pET29b-GLP-1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p271-COL18NC1 和pET29b-GLP-1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p285-COL18NC1。将所得融合蛋白分别命名为GLP-1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p245-COL18NC1,GLP-1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p271-COL18NC1和GLP-1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p285-COL18NC1。这些融合蛋白的蛋白质序列如SEQ ID NO:21-23所示。这些融合蛋白使用实施例3所述流程表达和纯化。
[0239]
[0240]
[0241]
[0242] 实施例13:与pCloud多肽和支架蛋白融合的治疗性多肽表现出对其分子量而言大得多的流体力学半径和/或Rg
[0243] 本实施例中我们提供数据证明,将治疗性多肽与非结构性pCloud多肽及三聚体支架蛋白连接,相较于具有相同分子量的紧密折叠蛋白质,能使该治疗性多肽呈现大得多的流体力学半径和/或Rg。融合蛋白的表观分子量使用安装在AKTA FPLC系统(GE Healthcare)上的分析凝胶过滤柱Superdex-200(GE Healthcare)估算。经纯化的融合 蛋 白 GLP-1-Fn8、GLP-1-Fn8-COL18NC1、GLP-1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1被装载在Superdex200柱上。GLP-1-Fn8为GLP-1与Fn8的融合蛋白,含有融合蛋白GLP-1-Fn8-COL18NC1(SEQ ID NO:2)的前144个氨基酸残基。GLP-1-Fn8不含支架蛋白COL18NC1,故其在溶液中形成单体。图5所示为这些融合蛋白的层析图谱。凝胶过滤分析 显 示,GLP-1-Fn8、GLP-1-Fn8-COL18NC1、GLP-1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1的表观分子量分别为~20KD、~100Kd和~550Kd。融合蛋白GLP-1-Fn8单体、GLP-1-Fn8-COL18NC1三聚体和GLP-1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1三聚体的真实分子量分别为~15Kd、65KD和123Kd。该数据清楚表明,支架蛋白COL18NC1结构域所引起的三聚体形成,与GLP-1-Fn8-COL18NC1的真实分子量相比,为其提供了更大的表观分子量(65Kd VS100Kd)。更重要的是,该数据还表明,将非结构性pCloud多肽包括入融合蛋白GLP-1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1,与该融合蛋白真实分子量相比,大幅增大了其表观分子量(123Kd VS 550Kd)。因此,我们的“三叉戟技术”方法可以为治疗性多肽提供大流体力学半径,这表现为凝胶过滤图谱中表观分子大小的增加,以延长体内半衰期。
[0244] 实施例14:用于测量GLP-1活性的cAMP检测
[0245] 通过结合并激活特定G蛋白偶联受体(GLP-1受体),GLP-1刺激信号传导途径以增加细胞中的cAMP水平。因此,测量细胞质cAMP水平可以是评价GLP-1生物活性的准确方法。稳定转染人GLP-1受体(GLP-1R)的中国仓鼠卵巢(CHO)细胞被生成,并命名为S-CHO细胞。S-CHO细胞在加有10%FCS、含0.05mg/ml G418的DMEM培养基中繁殖。分析前,SCHO细胞在6孔板中于37℃生长至70-80%汇合。用0.2mM 3-异丁基-1-甲基黄嘌呤(IBMX)处理细胞。细胞在37℃与1nm、3nM、10nM、33nM、100nM浓度的GLP-1融合蛋白温育15分钟。然后使用冷裂解缓冲液裂解细胞。细胞提取物的上清液被用于cAMP水平测定。利用R&D Systems的Parameter cAMP ELISA试剂盒测量细胞裂解物中的cAMP浓度。使用Origin软件生成GLP-1融合蛋白的EC50值。将GLP-1(7-37)肽(Anaspec)和BSA用作阳性和阴性对照。图6所示为GLP1(7-37)肽和另一些GLP-1融合蛋白的cAMP检测结果。一些含有GLP-1的融合蛋白的EC50值如表4所示。该数据表明,将GLP1与柔性非结构性多肽及支架蛋白融合并未影响GLP-1的活性。事实上,如果增加柔性非结构性接头序列的长度,融合蛋白的活性得到改善。我们推断,更长的柔性非结构性接头和/或pCloud多肽可为GLP-1肽提供与GLP-1受体相互作用的更多自由。
[0246] 表4.cAMP检测测定的GLP-1和含有GLP-1的融合蛋白的活性
[0247]蛋白质 cAMP检测所测量的EC50(nM)
GLP-1(7-37)peptide 3.8
GLP-1-Fn7-COL18NC1 2.2
GLP-1-Fn8-COL18NC1 2.1
GLP1(A8G/G22E)-Fn8-COL18NC1 1.3
GLP1(A8V/G22E)-Fn8-COL18NC1 1.3
GLP1(A8S/G22E)-Fn8-COL18NC1 1.3
GLP1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL18NC1 1.3
GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-COL18NC1 1.2
GLP1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL15NC1-20 1.4
GLP1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL15NC1-30 1.3
GLP1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL15NC1-54 0.5
GLP1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-COL15NC1-60 0.5
GLP1(A8G/G22E)-Fn8-p246-COL18NC1 0.5
GLP1(A8V/G22E)-Fn8-p246-COL18NC1 0.5
GLP1(A8S/G22E)-Fn8-p246-COL18NC1 0.6
GLP1(A8G/G22E/R36S)-Fn8-p246-COL18NC1 0.4
GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1 0.4
GLP1(A8G/G22E/R36G)-TNCfn3-p246-COL18NC1 0.5
GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL15NC1 0.5
GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL19NC2 0.6
GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-ACRP30 0.6
GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p245-COL18NC1 0.5
GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p271-COL18NC1 0.4
GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p285-COL18NC1 0.4
[0248] 实施例15:GLP-1-Fn8-COL18NC1、GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1和GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p285-COL18NC1的药代动力学研究
[0249] 为评估使用本发明方法所生成的含有GLP-1的融合蛋白的药代动力学性质,我们在pH 7.2的PBS缓冲液中纯化了重组融合蛋白GLP-1-Fn8-COL18NC1、GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1和GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p285-COL18NC1。这些融合蛋白经腹膜内注射以5nmol/kg动物的剂量分别向SD(Sprague-Dawley)大鼠给药。注射后在不同时间点提取血液样本,例如0分钟、30分钟、1小时、2小时、4小时、6小时、8小时、24小时、48小时、3天、4天、5天、6天、7天。血清样本经离心保存在-80℃冰箱中。
[0250] 血清样本中的GLP-1浓度通过夹心ELISA法检测。兔抗人纤连蛋白多克隆抗体以3ug/ml(Ab299,Abcam company)的浓度室温下包被ELISA板1小时。然后将板用PBST缓冲液洗涤三次,用含10%FBS的PBS室温下封闭孔1小时。将板洗涤三次,然后加入含GLP-1融合蛋白的血清样本。血清样本在使用前可稀释20-10000倍。ELISA板与血清样本室温下温育1小时,然后用PBST缓冲液洗涤五次。然后将PBST缓冲液中浓度为1ug/ml的小鼠抗人GLP-1肽单克隆抗体(sc57510,Santa Cruz Biotich)加入至孔中。室温下温育该板
1小时后将其彻底洗涤。加入二级抗体山羊抗兔IgG HRP缀合抗体(北京ZSGB-Bio公司,ZB 5301)至孔中,使用TMB(3,3',5,5'-四甲基联苯胺,BD biosciences,Cat 555214)显色。利用酶标仪(Bio-Rad microplate reader Model 680)获得OD450读数。此方法已首先使用纯化蛋白校准。
[0251] 图7所示为用上述夹心ELISA方法测定的含有GLP-1的蛋白的药代动力学图谱。药代动力学参数使用WinNonlin软件获得(表5)。该数据清楚表明,使用本发明的方法所生成的含有GLP-1的融合蛋白表现出大大延长的体内半衰期,这可能是由于其Rg增大所致。特别是将pCloud多肽包括入融合蛋白大幅改善了该融合蛋白的药代动力学性质。
GLP-1-Fn8-COL18NC1的半衰期达5.3小时,相比之下GLP-1肽半衰期为数分钟。GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1和GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p285-COL18NC1的半衰期分别被进一步延长到30.8和31.2小时,这是由于融合蛋白内应用了柔性非结构性pCloud序列。
[0252] GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1在SD大鼠中的毒性亦经过检测。30nmol/kg的单次剂量和每三天5nmol/kg共四周的重复剂量并未在大鼠中诱导出不可接受的副作用,例如显著体重减轻和发热。
[0253] 为了进一步研究使用本发明的方法所生成的含有GLP-1的融合蛋白的药代动力学性质,将融合蛋白GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1经皮下注射给予食蟹猴。融合蛋白以5nmol/kg的剂量给予三只食蟹猴。注射后在不同时间点提取血液样本,例如
0分钟、2小时、4小时、6小时、8小时、24小时、48小时以及每日直至第15日。血清样本经离心保存在-80℃冰箱中。血清样本中的融合蛋白浓度通过使用上述夹心ELISA法测定。融合蛋白GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1在食蟹猴中的药代动力学图谱如图8所示。药代动力学参数使用WinNonlin软件获得(表5)。融合蛋白GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1在食蟹猴中的半衰期被估算为~67小时,这比GLP-1-Fc融合蛋白在猴中的半衰期(半衰期~51小时)显著延长[6]。在大鼠和猴中的药代动力学性质有力地表明,每周剂量甚或10天一次的GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1在人体中可能有效。
[0254] 用药一个月后,接受融合蛋白GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1的食蟹猴的血清样本被取出,以检测抗GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1的特异性抗体是否已经生成。使用ELISA法分析接受所述融合蛋白的三只猴的血清样本,结果表明没有任何食蟹猴中诱导出抗GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1的特异性抗体。
[0255] 表5含有GLP-1的融合蛋白在Sprague-Dawley大鼠和食蟹猴中的药代动力学参数。表中融合蛋白GLP-1-Fn8-COL18NC1、GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1和GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p285-COL18NC1分别以简写示为NC1、p246-NC1和p285-NC1。
[0256]NC1 p246-NC1 p285-NC1 P246-NC1
物种 大鼠 大鼠 大鼠 猴
T1/2 小时 5.32 30.8 31.2 67.3
Cmax ug/ml 1.96 5.73 7.98 8.21
AUCall ug*h/ml 25.8 301.2 475.3 1267.8
Vss ml/kg 518.64 90.23 62.0 51.6
CL/F ml/h/kg 77.6 2.03 1.37 0.48
[0257] 实施例16:GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1在SD大鼠中的腹腔葡萄糖耐量试验(IPGTT)
[0258] 为了评估GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1在动物模型中降低葡萄糖水平的效能,我们在SD大鼠中进行了腹腔葡萄糖耐量试验(IPGTT)。融合蛋白GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1经腹膜内注射,分别以10nmol/kg和20nmol/kg动物的剂量向SD(Sprague-Dawley)大鼠给药。注射融合蛋白GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1后第8小时、32小时、100小时,以2g/kg的剂量向所述动物注射葡萄糖。注射后在不同时间点提取血液样本,例如0分钟、10分钟、20分钟、30分钟、60分钟和120分钟。血液样本中的葡萄糖水平使用Accu-Chek Performa血糖仪(Roche)立即测定。图9a中,进行IPGTT实验之前约8小时,以10nmol/kg和20nmol/kg的剂量对大鼠注射GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1。图9a所示数据表明,剂量为10nmol/kg和20nmol/kg的融合蛋白GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1可有效降低葡萄糖水平。图9b中,对大鼠以20nmol/kg的剂量注射GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1之后约32小时和100小时,进行IPGTT实验。图9b中数据清楚表明,单剂量的GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1可以在延长的时间段内保持其体内的葡萄糖降低活性。甚至在对动物注射融合蛋白GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1之后100小时,该融合蛋白仍可以显著降低葡萄糖水平。大鼠中的IPGTT实验有力地表明,融合蛋白GLP1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1可用作长效GLP-1类似物治疗糖尿病。
[0259] 实施例17:干扰素、pCloud多肽与支架蛋白COL18NC1的融合蛋白构建
[0260] 本实施例中我们证明,干扰素可与pCloud多肽和支架蛋白融合,以增加干扰素的体内半衰期。编码人干扰素α-2b的基因经合成,由NdeI和BamHI消化,并连接入经消化的先前生成的载体pET29b-GLP-1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1和pET29b-GLP-1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p271-COL18NC1。将所得融合蛋白分别命名为IFN-p246-COL18NC1和IFN-p271-COL18NC1。这些融合蛋白的蛋白质序列如SEQ ID NO:24和25所示。含有干扰素的融合蛋白通过使用毕赤酵母表达系统(Life Technologies)表达。编码IFN-p246-COL18NC1和IFN-p271-COL18NC1的基因经PCR扩增,通过使用XhoI和NotI克隆入表达载体pPICZalphaA(Life Technologies)。依照Life Technologies提供的流程进行蛋白表达。使用实施例3所述类似流程纯化分泌的重组蛋白。作为替代,融合蛋白IFN-p246-COL18NC1和IFN-p271-COL18NC1可以如实施例3所述,通过使用大肠杆菌(E.coli)表达系统表达。
[0261] 为了测量融合蛋白IFN-p246-COL18NC1和IFN-p271-COL18NC1激活JAK/STAT途径的生物活性,利用了Cignal ISRE Luciferase Reporter Assay Kit(Qiagen)。用含有干扰素刺激应答元件(ISRE)报告基因的载体转染Hela细胞。转染16小时后,培养基被更换为检测培养基(Opti-MEM+10%热灭活FBS+0.1m NEAA+1mM丙酮酸钠+100U/ml青霉素+100μg/ml链霉素)。转染24小时后,细胞以各种浓度的IFN-p246-COL18NC1和IFN-p271-COL18NC1融合蛋白处理18小时。进行双荧光素酶测定,启动子活性值表达为任意单位(arbitrary unit),使用Renilla报告基因进行内标归一。市售干扰素α-2b5
的活性测量为2.20x10IU/ug,IFN-p246-COL18NC1和IFN-p271-COL18NC1的活性测量为
5 5
1.85x10IU/ug和1.72x10IU/ug。该数据清楚表明,与pCloud序列和支架蛋白融合并未削弱干扰素α2b的生物活性。
[0262]
[0263]
[0264]
[0265] 实施例18:TNFR2、COL18NC1和pCloud多肽的融合蛋白构建
[0266] 现已将TNF受体(TNFR2或p75)融合至IgG1Fc片段而构成融合蛋白依那西普(恩利(Enbrel))。通过阻断TNFα的功能,依那西普已被成功用于治疗重度活动性类风湿关节炎[51]。本实施例中,我们对TNFR2应用本发明的方法生成TNFR2、COL18NC1和pCloud多肽的融合蛋白。本实施例中,TNFR2已被置于支架蛋白COL18NC1的N端,而pCloud多肽被置于支架蛋白COL18NC1的C端。此设计的基本原理是为确保三个TNFR2能够正确地相互作用,并同时阻断TNFα三聚体的功能。所得融合蛋白TNFR2-COL18NC1-pCloud为三价,并能封闭TNFα的全部三个结合位点,同时保留较长的体内半衰期。另一方面,一个依那西普分子只能封闭位于TNFα同源三聚体上的三个可能结合位点中的两个。
[0267] 为了构建该融合蛋白,编码TNFR2的优化基因被合成,并通过XhoI和BamHI克隆入pPICZalphaA(Life Technologies)。所得载体被命名为pPICZalphaA-TNFR2。编码COL18NC1和p246的优化基因被合成,并通过BamHI和NotI克隆入载体pPICZalphaA-TNFR2。所得融合蛋白TNFR2-COL18NC1-p246的蛋白质序列如SEQ ID NO:26所示。编码COL18NC1和p271的优化基因被合成,并通过BamHI和NotI克隆入载体pPICZalphaA-TNFR2。所得融合蛋白TNFR2-COL18NC1-p271的蛋白质序列如SEQ ID NO:27所示。
[0268]
[0269]
[0270]
[0271] TNFR2-COL18NC1-p246和TNFR2-COL18NC1-p271的蛋白表达通过使用毕赤酵母系统如前所述进行。分泌的重组蛋白使用实施例3所述类似流程纯化。经纯化的蛋白质保存在20mM Hepes缓冲液(pH 7.5),NaCl 150mM之中。融合蛋白的纯度通过用SDS-PAGE电泳检测(纯度>95%)。
[0272] TNFR2-COL18NC1-p246和TNFR2-COL18NC1-p271的生物活性根据其阻断TNF-α信号传导的能力测量。阳性对照TNFR2-Fc融合蛋白(R&D systems)在放线菌素D存在下能有效阻断由TNF-α(0.25ng/mL)诱导的L-929小鼠成纤维细胞凋亡。使用上述检测法,TNFR2-Fc融合蛋白的ED50值显示为~5ng/ml。我们的数据表明,TNFR2-COL18NC1-p246和TNFR2-COL18NC1-p271可以抑制TNFα对L929细胞的细胞杀伤活性,使用同样检测法其ED50值为1-5ng/ml。这说明,在体外研究中TNFR2-COL18NC1-p246和TNFR2-COL18NC1-p271能够起到与TNFR2-IgG1Fc融合蛋白一样有效的功能。
[0273] 实施例19:含有VEGFR1R2、COL18NC1和pCloud序列的融合蛋白构建
[0274] 血管内皮生长因子(VEGF)在正常胚胎血管再生以及病理性血管再生例如癌症中起有关键作用。许多研究表明,抑制VEGF功能可能是对癌症患者的有效治疗方式。VEGF-Trap是通过将VEGF受体1(VEGFR1)的第二Ig结构域与VEGF受体2(VEGFR2)的第三Ig结构域及IgG的Fc片段融合而制成[52]。VEGF-Trap具有对VEGF的高亲和性,已在临床试验中表现出前景良好的抗癌效能。本实施例中,我们构建了由人VEGFR1第二Ig结构域和人VEGFR2第三Ig结构域组成的新颖融合蛋白VEGFR1R2。然后我们将本发明的方法应用到VEGFR1R2,以生成三价VEGFR1R2-COL18NC1-p246和VEGFR1R2-COL18NC1-p271融合蛋白。
[0275] 通 过 使 用 XhoI和 BamHI,编 码 人 VEGFR1R2的 合 成 基 因 被 移 入 经消 化 的 实 施 例 14 中 生 成 的 载 体 pPICZalphaA-TNFR2-COL18NC1-p246 和pPICZalphaA-TNFR2-COL18NC1-p271。将所得融合蛋白命名为VEGFR1R2-COL18NC1-p246和VEGFR1R2-COL18NC1-p271,其蛋白质序列如SEQ ID NO:28和29所示。
[0276] VEGFR1R2-COL18NC1-p246和VEGFR1R2-COL18NC1-p271如实施例13所述通过使用毕赤酵母系统进行蛋白表达。分泌的重组蛋白使用实施例3所述类似流程纯化。经纯化的蛋白质保存在20mM Hepes缓冲液(pH 7.5),NaCl 150mM之中。融合蛋白的纯度通过SDS-PAGE电泳检测(纯度>95%)。VEGFR1R2-COL18NC1-p246和VEGFR1R2-COL18NC1-p271的生物活性根据其与VEGF相互作用的能力表示。我们使用Biacore 2000(GE Healthcare)获得的来自SPR的数据表明,VEGFR1R2-COL18NC1-p246和VEGFR1R2-COL18NC1-p271融合蛋白能够以与VEGFR1R2-IgG Fc融合蛋白相似的亲和力结合VEGF。
[0277]
[0278]
[0279] 实施例20:与Fn8、pCloud序列和人体胶原蛋白XVIII NC1(COL18NC1)融合的艾塞那肽(EX)的克隆与表达
[0280] 艾塞那肽(Exenatide)(INN,商品名为百泌达(Byetta)、Bydureon)为胰高血糖素样肽-1激动剂(GLP-1激动剂)药物,属于肠促胰素类似物类,2005年4月被批准用于治疗II型糖尿病。为了有效延长艾塞那肽的体内半衰期,本实施例中,我们已通过使用本发明的方法构建了艾塞那肽、Fn8、pCloud多肽与支架蛋白COL18NC1的融合蛋白。编码艾塞那肽和Fn8的优化基因被合成,由NdeI和BamHI消化,并连接入经消化的实施例4和9中所生成的载体pET29b-GLP-1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p246-COL18NC1和pET29b-GLP-1(A8G/G22E/R36G)-Fn8-p271-COL18NC1。将所得融合蛋白命名为EX-Fn8-p246-COL18NC1和EX-Fn8-p271-COL18NC1,其蛋白质序列如SEQ ID NO:30和31所示。
[0281] 如实施例3所述对EX-Fn8-p246-COL18NC1和EX-Fn8-p271-COL18NC1进行蛋白表达和纯化。该融合蛋白的生物活性可以通过使用实施例11所述的cAMP检测进行测定。数据拟合表明,EX-Fn8-p246-COL18NC1和EX-Fn8-p271-COL18NC1的EC50值分别为~0.11nM和0.08nM。
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