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新型抗HER2单克隆抗体的抗肿瘤作用及机制研究

于晓杰  
【摘要】:人表皮生长因子受体2(Human Epidermal growth factor Receptor 2,HER2,也称为ErbB2)是受体酪氨酸激酶的ErbB受体家族成员。约20%-30%乳腺癌患者的癌组织中有HER2基因的过度表达,HER2过表达的乳腺癌浸润性强,无病生存期短,预后差。HER2是具有酪氨酸激酶活性的跨膜蛋白,它没有天然配体,在单体状态下无活性,当与ErbB家族其他3个成员EGFR、HER3、HER4形成异源二聚体时可使酪氨酸激酶活化,激活MAPK和PI3K/Akt通路,最终导致肿瘤细胞增殖。近年来以HER2为靶点的靶向治疗已成为乳腺癌治疗研究的热点。Trastuzumab(Herceptin,曲妥珠单抗,赫赛汀)是由美国Genentech公司开发的靶向HER2的人源化单克隆抗体,它于1998年获得美国FDA批准用于HER2高表达转移性乳腺癌的治疗。HER2分子的膜外区包括I、II、III、IV四个结构域,Trastuzumab与HER2分子的细胞外结构域IV结合,可阻断配体非依赖的HER2:HER3异源二聚体的形成,但不能阻断配体依赖的HER2:HER3异源二聚体形成。即使在HER2高表达乳腺癌,Trastuzumab的有效率也仅为30%。Pertuzumab(Omnitarg,帕妥珠单抗)是美国Genentech公司研制的另一株的抗HER2人源化抗体。Pertuzumab可通过结合HER2分子膜外区的结构域II阻断配体依赖的HER2:HER3异源二聚体的形成,但不能阻断配体非依赖的二聚体形成。总的说来,Trastuzumab抑制配体非依赖HER2异源二聚体,而Pertuzumab抑制配体依赖的HER2异源二聚体,它们具有互补的抗肿瘤作用机理。研究表明Trastuzumab和Pertuzumab的联合用药可以有效抑制体内外的肿瘤细胞增殖。2012年6月美国FDA已批准trastuzumab联合pertuzumab用于临床治疗HER2过表达转移性乳腺癌。但双抗体联合治疗的疗效仍有所不足,其客观缓解率仅为24%,完全缓解率不足8%。因此,发展新型HER2靶向治疗性抗体或者提供新的抗体组合治疗策略显得迫切重要。本课题首先构建了HER2分子胞外段基因的表达质粒,通过真核转染纯化制备了HER2分子胞外段蛋白,利用其免疫小鼠使并通过杂交瘤技术筛选得到一株全新的抗HER2单克隆抗体7C3,竞争结合实验表明Trastuzumab和Pertuzumab均不能与7C3竞争结合HER2,提示7C3识别的抗原表位与Trastuzumab或Pertuzumab识别的表位均不相同。我们利用免疫共沉淀实验对7C3抑制配体依赖的HER2异源二聚化的能力进行了评价。在SK-BR-3和BT-474乳腺癌细胞系中,7C3可以有效抑制EGF刺激的HER2:EGFR异源二聚化。利用蛋白质印迹法对7C3抑制HER2下游信号通路的能力进行检测,实验数据显示7C3单抗可以显著降低MAPK磷酸化的水平,但对Akt磷酸化的影响不明显。细胞增殖抑制实验表明7C3抗体能够有效地抑制乳腺癌细胞的体外增殖。为了确定7C3的抗原表位,我们对7C3和HER2膜外区蛋白进行了共结晶,在3.1埃分辨率下解析了7C3:HER2复合物晶体结构,结晶数据表明7C3主要与HER2分子的结构域III结合,部分残基与结构域II结合,但远离二聚化臂。重要的是,与游离的HER2分子结构相比,当7C3结合HER2时,HER2的二聚化臂发生了明显的构象改变。我们推测:尽管7C3不直接与HER2分子二聚化臂结合,但可以通过与HER2结构域III的结合而使HER2分子发生构象改变,进而阻断HER2异源二聚化的形成及下游信号通路。综上所述,本课题发现了一种新的抗HER2单克隆抗体,与以往所有的HER2抗体不同的是,它能诱导HER2分子发生构象改变。尽管其不直接与HER2分子二聚化臂结合,仍能有效抑制HER2分子二聚化,继而阻断HER2分子下游信号通路,抑制HER2过表达乳腺癌细胞生长。我们的研究结果还进一步阐明了HER2分子结构和功能的关系,为乳腺癌的治疗提供了新的HER2靶向抗体制剂。这个新HER2抗体可能与以往的HER2靶向抗体联合应用提高HER2靶向治疗的疗效。


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