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靶向PD-1/PD-L1的新策略:降解剂、双功能分子及共价抑制剂

王志杰, 廖晓彤, 郭霞, 陈建军

王志杰,廖晓彤,郭霞,等. 靶向PD-1/PD-L1的新策略:降解剂、双功能分子及共价抑制剂[J]. 中国药科大学学报,2024,55(1):5 − 14. DOI: 10.11665/j.issn.1000-5048.2023112702
引用本文: 王志杰,廖晓彤,郭霞,等. 靶向PD-1/PD-L1的新策略:降解剂、双功能分子及共价抑制剂[J]. 中国药科大学学报,2024,55(1):5 − 14. DOI: 10.11665/j.issn.1000-5048.2023112702
WANG Zhijie, LIAO Xiaotong, GUO Xia, et al. New strategies for targeting PD-1/PD-L1: degraders, bifunctional molecules and covalent inhibitors[J]. J China Pharm Univ, 2024, 55(1): 5 − 14. DOI: 10.11665/j.issn.1000-5048.2023112702
Citation: WANG Zhijie, LIAO Xiaotong, GUO Xia, et al. New strategies for targeting PD-1/PD-L1: degraders, bifunctional molecules and covalent inhibitors[J]. J China Pharm Univ, 2024, 55(1): 5 − 14. DOI: 10.11665/j.issn.1000-5048.2023112702

靶向PD-1/PD-L1的新策略:降解剂、双功能分子及共价抑制剂

基金项目: 国家自然科学基金项目(No. 82173668,No.82373706)
详细信息
    作者简介:

    郭霞,医学博士,药学博士后,南方医科大学肿瘤学研究员,南方医科大学博士生导师,博士后导师,深圳市高层次人才。南方医科大学深圳医院科技创新部部长,深圳市病毒肿瘤学重点实验室副主任,一直致力于病毒相关肿瘤以及肿瘤免疫代谢微环境、肿瘤表观遗传相关的研究工作。承担了肿瘤相关方面的多项课题,包括国家自然科学基金3项,霍英东创新性基础研究项目1项,国家博士后基金1项、深圳市科创委面上项目2项等,以第一或通信作者在Advanced Science(IF:15.1)、Cancer Letter(IF:9.7)、J Exp Clin Cancer Res(IF:12.5)、Int J Biol Sci(IF:9.2)、PLOS Pathogens(IF:6.7)、Biosensor and Bioelectronics(IF:12.6)等期刊发表了30余篇,专利3项,获得省科技进步三等奖

    陈建军,教授,博士生导师,2017年入选中组部青年海外高层次人才,南方医科大学药学院药物化学系主任、 药物设计与发现研究创新群体主任, 曾在美国担任正式教职(Tenure-track)。主要研究方向为肿瘤/免疫小分子调节剂的设计与发现。主持美国NIH SC3、中国国家自然科学基金面上项目等6项国家级课题。在STTTAPSBJ Med ChemPharmacol Res等高水平期刊发表SCI论文120余篇;2021-2023连续3年入选全球前2%科学家。申请和授权30多项中外专利,转让5项。担任J Med Chem编委、药学学报(APSB)青年编委、广东省药学会药物化学委员会副主任委员等学术兼职。主导发现的原创小分子候选药物在美国进入多项临床研究并申请EUA;主持发明的20多个工具化合物被MCE、陶素、InvivoChem等公司收录并进行全球销售

    通讯作者:

    郭霞: Tel:0755-23360150 E-mail:guoxia0504_sz@163.com

    陈建军: Tel:020-62789423  E-mail:jchen21@smu.edu.cn

  • 中图分类号: R914;R730.3

New strategies for targeting PD-1/PD-L1: degraders, bifunctional molecules and covalent inhibitors

Funds: This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 82173668,No.82373706)
  • 摘要:

    靶向细胞程序性死亡受体-1(programmed cell death protein-1, PD-1)/细胞程序性死亡配体-1(programmed cell death ligand-1, PD-L1)已成为最具前景的肿瘤免疫治疗靶点之一。目前,PD-1/PD-L1单克隆抗体药物及小分子抑制剂都面临着相应的发展瓶颈,许多研究者尝试探索不同的策略以阻断PD-L1/PD-L1通路,期望改善肿瘤治疗的效果。本文总结了靶向PD-L1的降解剂、双功能分子及共价抑制剂,旨在为PD-1/PD-L1药物的开发提供有益的思路。

    Abstract:

    Programmed cell death protein-1 (PD-1) / programmed cell death ligand-1 (PD-L1) has been considered to be one of the most promising targets for tumor immunotherapy. At present, both monoclonal antibody drugs and small molecule inhibitors targeting PD-1/PD-L1 are facing bottlenecks. Numerous researchers have tried to explore different strategies to block the PD-L1/PD-L1 pathway, hoping to improve the effects of tumor immunotherapy. This review focuses on the degraders, bifunctional molecules and covalent inhibitors that target PD-L1, aiming to provide inspiring insights for the development of anti-PD-1/PD-L1 drugs.

  • 恶性肿瘤是21世纪最大的健康和发展挑战之一,严重威胁着人类的生命健康,已成为“全球头号杀手”之一。据世界卫生组织国际癌症研究机构(International Agency for Research on Cancer, IARC)、中国国家癌症中心和美国癌症协会等多个机构统计,肿瘤的发病率和病死率正在逐年上升。根据IARC发布的全球最新癌症负担数据显示:2020年全球癌症新发病例1929万例,其中中国457万例,占全球23.7%,位居全球第一;全球癌症死亡病例996万例,其中中国300万例,占全球30%,也位居全球第一[12]。肿瘤的预防与治疗已成为世界范围内公共医疗卫生中的研究热点。随着对肿瘤不断深入的研究,肿瘤的治疗经历了三大突破性进展,即“肿瘤治疗的三次革命”。第一次革命的放疗与化疗在杀伤肿瘤细胞的同时,连带杀伤正常的人体细胞,给患者带来了巨大的副作用。第二次革命的靶向治疗能够精准地瞄准并打击致癌蛋白,从而特异性地杀灭肿瘤细胞而对正常细胞的影响较小,但肿瘤患者在接受分子靶向治疗后的一定时间内会出现耐药性,从而影响疗效。在放化疗和靶向治疗无法战胜肿瘤的情况下,人们开始将目光转向了人体内的免疫系统,从而诞生了第三次革命的免疫治疗,相关药物的开发成为了目前抗肿瘤药物研究的主流之一[36]

    肿瘤免疫治疗通过激活人体自身免疫系统以对抗肿瘤,具有能够治疗多种类型肿瘤、治疗已经转移的晚期肿瘤、防止肿瘤细胞进化出耐药性从而降低复发率等优势[3,6]。作为一个热点研究领域,多种免疫治疗策略不断涌现,并且部分已表现出显著的临床疗效,包括免疫检查点阻断剂、过继细胞疗法和肿瘤疫苗等。正常生理条件下,免疫细胞能够识别并杀伤肿瘤细胞,但肿瘤细胞能够通过多种机制逃避免疫系统的监视,发生免疫逃逸,该过程中免疫检查点发挥着重要的作用[68]。细胞程序性死亡受体-1(programmed cell death protein-1, PD-1)/细胞程序性死亡配体-1(programmed cell death ligand-1, PD-L1)是重要的免疫检查点共抑制分子,介导了多种肿瘤细胞的免疫逃逸。抑制PD-1/PD-L1通路的肿瘤免疫疗法近年来发展迅速,表现出巨大的临床治疗优势和应用前景[910]

    PD-1是一种由288个氨基酸组成的Ⅰ型跨膜蛋白,包括膜外的IgV和IgC区域、跨膜区域和膜内区域,主要表达于多种免疫细胞,如B细胞、T细胞、自然杀伤细胞、树突状细胞和肿瘤浸润淋巴细胞等[11]。PD-L1作为PD-1的内源性配体也属于Ⅰ型跨膜蛋白,包括与PD-1结合的膜外IgV区域、跨膜区域和膜内区域,常常表达于多种肿瘤细胞,如黑色素瘤、结肠癌、肺癌、胰腺癌、卵巢癌等[1213]。在正常生理条件下,PD-1/PD-L1通路的主要功能是调节免疫反应的强度至适当的水平,从而使机体能够成功地完成免疫反应,同时避免有害的影响。然而在肿瘤微环境中,肿瘤细胞表面的PD-L1与T细胞表面的PD-1相互作用,导致效应T细胞功能降低,抑制抗肿瘤免疫应答,从而使肿瘤得以生长。阻断PD-1与PD-L1的结合,能够恢复T细胞活性,增强机体杀灭肿瘤的能力(图1)。因此靶向PD-1/PD-L1的药物研究如火如荼[1316]

    Figure  1.  Mechanism of inhibiting the PD-1/PD-L1 pathway in tumor immunotherapy[15]
    TCR: T-cell receptor; MHC: Major histocompatibility complex; PD-1: Programmed cell death protein-1; PD-L1: Programmed cell death ligand-1

    目前,多款单克隆抗体类PD-1/PD-L1抑制剂已被批准用于多种肿瘤的治疗,例如,PD-1单抗pembrolizumab已被美国食品药品监督管理局(FDA)批准用于黑色素瘤、头颈部鳞状细胞癌、非小细胞肺癌、三阴性乳腺癌、膀胱癌、经典型霍奇金淋巴瘤等肿瘤的治疗,PD-1单抗nivolumab已被FDA批准用于尿路上皮癌、鳞状非小细胞肺癌、结直肠癌、黑色素瘤、肝癌等肿瘤的治疗,PD-L1单抗atezolizumab已被批准用于尿路上皮癌和非小细胞肺癌的治疗,此外还有camrelizumab、durvalumab、toripalimab等均已获批上市。然而,抗体类药物存在免疫相关不良反应、组织和肿瘤渗透性差、药物代谢性质差和生产成本高等问题,阻碍了其更广泛的临床应用[1718]。小分子抑制剂有望克服抗体类药物的缺陷,近年来获得了广泛关注并发展迅速。国内外多个制药公司、研究院所、大学等机构相继报道了不同结构的小分子PD-1/PD-L1抑制剂(图2),如MAX-10181、INCB086550、BMS-202、NP-19等[1922]。共晶结构解析阐明了小分子抑制剂的作用模式,这些化合物作用于PD-L1胞外区域的表面,诱导PD-L1发生二聚化,化合物与疏水空腔形状的二聚化PD-L1结合。二聚化后的PD-L1/PD-L1相互作用表面与PD-1/PD-L1相互作用表面高度相似,导致PD-1和PD-L1无法正常相互作用,最终阻断PD-1/PD-L1信号通路[23]。尽管PD-1/PD-L1小分子抑制剂取得了较大的进展,但与抗体类药物相比,其发展远远滞后,目前仅有少数的小分子抑制剂进入临床试验。此外肿瘤患者对PD-1/PD-L1疗法的临床响应率仅为40%[24]。除了临床响应率低,继发性耐药也严重影响了PD-1/PD-L1药物的治疗效果[2527]。多项研究表明,联合疗法,即PD-1/PD-L1药物与其他疗法(如化疗、放疗、血管生成抑制剂、其他的免疫检查点抑制剂、靶向药物、干扰素基因激动剂、表观遗传药物等)联合使用,表现出了优越的抗肿瘤效果以及更高的响应率。然而,联合疗法时常面临着复杂的药物-药物相互作用、药代动力学性质难以预测、不良反应大和患者依从性差等问题[14,16,24,28]。因此,许多研究者尝试寻找其他不同的策略开发靶向PD-1/PD-L1通路的药物,以改善基于PD-1/PD-L1药物的治疗效果。例如,降解剂以降解致病蛋白为作用机制,较抑制剂具有高活性、高选择性等优势;双靶向药物在有望保留联合疗法协同抗肿瘤作用机制的同时,避免上述联合疗法的弊端;共价抑制剂通过与靶蛋白形成共价键发挥作用,能够提高药物与靶蛋白的结合力及结合时间,从而具有更强的药效。本文综述了靶向PD-1/PD-L1的新策略,包括PD-L1降解剂、双功能分子和共价抑制剂,为基于PD-1/PD-L1的药物开发提供参考。

    Figure  2.  Chemical structures of the representative PD-1/PD-L1 inhibitors

    近年来,蛋白水解靶向嵌合体(proteolysis-targeting chimeras, PROTAC)技术和溶酶体靶向嵌合体(lysosome-targeting chimeras, LYTAC)技术被广泛关注,它们分别利用泛素-蛋白酶体系统和溶酶体通路降解靶蛋白,在肿瘤治疗领域表现出显著的潜力[29]。基于这两项技术,研究者报道了多种靶向PD-L1的降解剂。

    2020年,本课题组根据BMS-8、BMS-1233、BMS-1198和泊马度胺的结构,首次报道了一系列靶向PD-1/PD-L1通路的PROTAC分子[30]。其中,多个化合物对PD-1/PD-L1相互作用具有明显的抑制活性。进一步Western blot分析发现偶联BMS-1198和泊马度胺的化合物P22(13图3-A)通过溶酶体途径诱导PD-L1的降解,这与经典的PROTAC分子依赖于泛素-蛋白酶体系统的降解机制不同。

    Figure  3.  PROTACs (A, B and C) and CDTACs (D) for targeting PD-L1 degradation. The ligands of PD-L1 are shown in black; the ligands of E3 ubiquitin ligase are shown in red; the linkers are shown in blue
    CDTAC: Carbon-dot-based proteolysis-targeting chimeras; PD-L1: Programmed cell death ligand-1; CRBN: Cereblon

    2021年,Wang等[31]基于BMS-37和沙利度胺的结构,设计了一个PROTAC分子21a(14图3-B)。Western blot分析表明化合物21a在多种肿瘤细胞(包括MC-38、Skno-1、Kasumi-1、HL-60、MCF-7、MB-49、SW-480和PC-3细胞)中都能有效诱导泛素-蛋白酶体途径的PD-L1降解。此外,在皮下移植MC-38细胞的C57BL/6小鼠模型中,静脉注射化合物21a表现出明显的抗肿瘤活性。

    最近,基于不同的PD-L1配体和E3连接酶配体(CRBN、VHL、cIAP和MDM2),Liu等[32]设计了4个系列的PROTAC分子。其中,偶联BMS-37和泊马度胺的化合物BMS-37-C3(15图3-C)表现出最强的PD-L1降解活性,降解能力依赖于泛素-蛋白酶体系统。流式细胞分析发现BMS-37-C3也降低了B16-F10和A375细胞膜上的PD-L1表达水平。此外,在T细胞和A375细胞共培养模型中,BMS-37-C3增强了T细胞对A375细胞的杀伤能力。

    在PROTAC的基础上,Su等[33]通过将BMS-1166和沙利度胺偶联到碳点(carbon-dot, CD)的氨基上,设计了能够降解细胞膜PD-L1的PROTAC分子(CDTACs)(18图3-D)。CDTACs首先与细胞膜上的PD-L1结合并通过内吞到溶酶体,然后PD-L1被降解,CDTACs则被释放。在细胞质中,CDTACs与新合成的PD-L1结合,并诱导PD-L1泛素化,最终导致PD-L1被蛋白酶体降解。

    同样在PROTAC的基础上,Cotton等[34]开发了一类基于抗体的PROTAC(antibody-based PROTAC, AbTAC),其通过招募细胞膜上的E3泛素连接酶从而降解细胞膜蛋白。他们利用PD-L1抗体atezolizumab和细胞膜上的E3泛素连接酶RNF43的重组抗体,设计了一个双特异性抗体AC-1。Western blot实验表明,在MDA-MB-231细胞中,AC-1通过溶酶体和RNF43依赖的方式有效诱导PD-L1降解。此外,在HCC827和T24细胞中,AC-1也都明显诱导了PD-L1降解,表明该技术广泛的细胞适用性。

    不同于典型的PROTAC,Banik等[35]开发的LYTAC(19)能够通过溶酶体途径降解细胞膜外和细胞膜蛋白(图4)。LYTAC是一种异双功能分子,包括3个部分:与靶蛋白结合的小分子或抗体、与细胞表面溶酶体靶向受体(cell-surface lysosome-targeting receptor, LTR)结合的配体以及连接二者的连接子。在LYTAC作用下,靶蛋白与LYTAC和LTR形成三元复合物,随后发生内吞和溶酶体降解。基于以上原理,Banik等[35]利用非阳离子依赖性甘露糖-6-磷酸受体(cation-independent mannose-6-phosphate receptor, CI-M6PR)作为细胞表面的LTR,将PD-L1抗体atezolizumab与CI-M6PR的配体糖多肽(glycopolypeptide)偶联,获得了靶向PD-L1的LYTAC,其在MDA-MB-231和HDLM-2细胞株中均通过溶酶体途径明显降低了细胞膜PD-L1的水平。

    Figure  4.  Mechanism of degrading PD-L1 by LYTAC
    LYTAC: Lysosome-targeting chimeras; CI-M6PR: Cation-independent mannose-6-phosphate receptor

    与LYTAC相似,Zheng等[36]利用整合素促进的溶酶体降解策略(integrin-facilitated lysosomal degradation, IFLD),设计了能够降解细胞外和细胞膜蛋白的IFLD分子(20~22图5)。IFLD分子包括靶蛋白配体、整合素配体和连接子。在IFLD分子作用下,靶蛋白与IFLD分子和整合素形成三元复合物,随后发生内吞和溶酶体降解。Zheng等[36]设计了一种环肽cRGD作为整合素αVβ3的配体,通过不同的连接子将其与BMS-8偶联,得到了3个靶向PD-L1的IFLD分子。其中,BMS-L1-RGD在MDA-MB-231细胞中表现出最强的PD-L1降解活性。此外,在移植B16-F10细胞的C57BL/6J小鼠模型中,BMS-L1-RGD显著抑制了肿瘤生长,并诱导PD-L1降解。

    Figure  5.  Mechanism of degrading PD-L1 by IFLD molecules
    IFLD: Integrin-facilitated lysosomal degradation

    趋化因子配体12(C-X-C motif chemokine ligand 12, CXCL12)是一种由基质细胞产生的重要趋化因子。CXCL12与其受体(例如CXCR4或CXCR7)结合会触发多个下游信号分子(例如PI3K、AKT、MEK/ERK等)的激活,并对趋化性、基因表达、细胞迁移和增殖等方面产生重大影响。CXCL12还可抑制T细胞浸润,在肿瘤免疫逃逸中发挥着至关重要的作用[3739]。因此,CXCL12已成为肿瘤免疫治疗的潜在靶点之一。此外,研究表明PD-1/PD-L1和CXCL12/CXCR4通路的双重阻断具有协同抗肿瘤的效果,能够通过解除肿瘤微环境中的免疫抑制提高卵巢癌小鼠的生存期[40]。为此,本课题组最近设计了一系列PD-L1/CXCL12双靶点抑制剂。其中,化合物CP21(23图6)表现出最强的PD-1/PD-L1抑制活性,同时对CXCL12具有较高的亲和力。在Jurkat T/HepG2细胞共培养模型中,CP21剂量依赖地诱导了HepG2细胞死亡。在移植B16-F10细胞和CT-26细胞的小鼠模型中,CP21都表现出了显著的抗肿瘤活性[41]

    Figure  6.  PD-L1-based bifunctional molecules
    CXCL12: C-X-C motif chemokine ligand 12; HDAC6: Histone deacetylase 6; IDO1: Indoleamine 2,3-dioxygenase 1; PARP: Poly ADP-ribose polymerase; STING: Stimulator of interferon genes

    组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase, HDAC)是表观遗传学的重要靶点之一,在细胞迁移、增殖、分化、基因调控、转录和转移等许多生理和病理过程中起着重要作用[4243]。有研究表明,HDAC6能够上调肿瘤微环境中PD-L1的表达,导致免疫逃逸。抑制或敲除HDAC6可以降低STAT3的磷酸化水平,减少肿瘤组织中PD-L1的表达,并提高肿瘤免疫治疗的应答率[44]。目前,已经有几种HDAC6抑制剂正在进行抗肿瘤的临床前或临床试验研究。然而,HDAC6抑制剂单一治疗效果有限,常与PD-1/PD-L1抗体联合使用,或设计成双靶点/多靶点药物。例如,HDAC6抑制剂(如ACY-1215和ACY-241)与PD-1抗体(如nivolumab)联合使用的疗法已进入临床研究(NCT02635061)。2021年,Bian等[45]设计了一系列的PD-L1/HDAC6双靶点抑制剂。其中,化合物Bian-10(24图6)表现出最强的PD-1/PD-L1和HDAC6抑制活性。在移植CT26细胞的小鼠模型中,Bian-10表现出强效的抗肿瘤活性,且优于BMS202(PD-1/PD-L1抑制剂)和SAHA(HDAC抑制剂)单一治疗的效果。

    吲哚胺-2,3-双加氧酶1(indoleamine 2,3-dioxygenase 1, IDO1)能够将色氨酸转化为犬尿氨酸,而色氨酸的耗竭和犬尿氨酸的聚积能够诱导T细胞失活,抑制免疫系统,因此IDO1已被证明为肿瘤免疫治疗的潜在靶点[46]。同时抑制IDO1和阻断PD-1/PD-L1通路能够提高抗肿瘤免疫效果[4748]。2021年,Feng等[49]通过利用可裂解的二硫键连接子设计合成了一系列PD-L1/IDO1双靶向小分子前药。在肿瘤微环境或肿瘤细胞内,这些前药的二硫键断裂,释放出PD-L1抑制剂和IDO1抑制剂,因此有望在实现协同抗肿瘤作用的同时,有效降低药物的靶点副作用。在移植CT26细胞的小鼠模型中,化合物Feng-1(25图6)有效抑制了肿瘤生长,并且优于单独使用PD-L1抑制剂或IDO1抑制剂的组别。机制研究发现,当小鼠接受化合物Feng-1治疗时,脾脏内调节性T细胞(CD4+CD25+Foxp3+)数量减少,表明双靶点化合物Feng-1可通过抑制IDO1活性有效地抑制调节性T细胞的产生。

    最近的一项研究发现,聚腺苷二磷酸核糖聚合酶(poly ADP-ribose polymerase, PARP)抑制剂和PD-1/PD-L1抑制剂联合使用比单药治疗具有更好的抗肿瘤效果,机制研究表明,PARP抑制剂通过失活GSK3β上调PD-L1,导致肿瘤细胞发生免疫逃逸[50]。目前,多个联合使用PD-1/PD-L1抗体(如tislelizumab、durvalumab)和PARP抑制剂(如BGB-290、olaparib、niraparib)的疗法已进入了临床研究(NCT02660034、NCT02484404、NCT02657889)。此外,Ofori等[51]设计了PD-L1/PARP双靶点抑制剂(26图6),在MDA-MB-231细胞中都显著诱导了PD-L1的降解。与PARP抑制剂和PD-L1抑制剂单靶点药物相比,这些双靶点抑制剂对多种肿瘤细胞都表现出更强的抗增殖活性。

    微管由α-微管蛋白(tubulin)和β-tubulin组成,已被确定为一个有效的肿瘤治疗靶点。研究表明,微管在机体免疫反应中扮演着重要的角色,联合使用tubulin抑制剂和PD-1/PD-L1抗体,可以通过增加肿瘤的抗原呈递和增强效应T细胞的浸润实现协同的抗肿瘤作用[5253]。2020年,本课题组设计了一系列combretastatin A-4(CA-4)的衍生物作为PD-L1/tubulin双靶点抑制剂[54]。其中,TP5(27图6)对多种肿瘤细胞(HepG2、MC38,等)都表现出了最强的抗增殖活性。机制研究证明了TP5能够有效抑制tubulin聚合,抑制HepG2细胞的迁移和集落形成,诱导凋亡并阻滞细胞周期在G2/M期。此外,TP5具有中度的抗PD-1/PD-L1活性。在移植B16-F10细胞的人源化PD-1 C57BL/6J-Pdcd em1(hPDCD1)/Smoc小鼠模型中,TP5有效抑制了肿瘤生长。

    干扰素基因刺激因子(stimulator of interferon genes, STING)是一种重要的信号适配分子,能够通过响应与组织或细胞损伤相关的某些危险信号,对抗感染威胁[55]。研究发现在肿瘤微环境中,cGAS-STING通路的激活能够诱导免疫细胞如自然杀伤细胞(NK细胞)和T细胞浸润,从而产生抗肿瘤反应,抑制肿瘤进展。因此,STING已成为先天免疫系统中一个令人关注的靶点。STING激动剂具有作为肿瘤免疫治疗药物的潜力,可作为肿瘤疫苗佐剂,也可与免疫检查点抑制剂(如抗CTLA-4免疫疗法、抗PD-L1免疫疗法或CAR-T细胞疗法)联用以进一步提高其治疗效果[14,5556]。最近,Incyte公司公开了一系列PD-L1/STING双靶向化合物用于免疫治疗[57]。这些化合物由3部分组成:结合到细胞表面PD-L1并诱导PD-L1内化的PD-L1抑制剂部分,活化STING的STING激动剂部分和肽类模拟连接基团(28图6)。机制研究表明,PD-L1抑制剂部分不仅可以阻断PD-1/PD-L1的相互作用,还可以在靶细胞群内诱导PD-L1内化。这个内化过程又可以选择性地将STING激动剂递送到表达PD-L1的细胞,从而实现对肿瘤的双重靶向作用。STING激动剂的一个主要不良反应是引发细胞因子风暴的发生,而PD-L1/STING双靶向分子可将STING激动剂特异性靶向肿瘤微环境,从而避免全身性毒性。

    共价药物通过共价键与靶蛋白结合,与传统药物的非共价相互作用相比,具有多种更加理想的药物特性,如增加的生化效率和效力、延长的作用时间、减少给药剂量和给药频率、完全失活靶点并有可能抑制难以成药的靶点。2020年,Li等[58]通过遗传密码扩增,将一个潜在的生物反应性氨基酸氟硫酸盐-L-酪氨酸(FSY)融合到PD-1中,利用接近激活反应疗法(proximity-enabled reactive therapeutics, PERx),设计了一个靶向PD-L1的共价分子。只有当PD-1与PD-L1相互靠近时,FSY才与PD-L1的His69发生共价结合,从而阻断PD-1与PD-L1的结合。体外实验中,FSY提高了T细胞活化水平。体内研究表明FSY具有显著的抗肿瘤活性。

    靶向PD-1/PD-L1通路的免疫疗法已被证明是一种治疗肿瘤的有效策略,吸引着持续的研究兴趣。其中,抑制PD-1/PD-L1相互作用的抗体药物已表现出临床疗效,但固有缺陷阻碍了其进一步的发展。小分子药物有望克服抗体药物的缺陷,但其发展滞后。现在的PD-1/PD-L1小分子抑制剂的药代动力学性质普遍较差,这可能是由于这些分子的疏水性较高所致。此外,PD-1/PD-L1的结合界面较为平坦和疏水,这也给小分子药物的开发增加了难度。因此,利用不同的策略开发靶向PD-1/PD-L1通路的各种药物尤为重要。

    PD-L1降解剂首先与PD-L1结合,然后通过泛素-蛋白酶体系统或溶酶体途径降解PD-L1。理论上,PROTAC用于降解细胞内蛋白,但PD-L1是从细胞质到细胞膜不断循环和更新的,因此仍然有必要开发靶向PD-L1的PROTAC分子。此外,设计结合PD-L1细胞内区域的分子将有可能实现利用PROTAC降解细胞膜上的PD-L1。与PROTAC不同,LYTAC和IFLD策略通过利用细胞膜上的转运蛋白降解了细胞膜PD-L1。探索更多的转运蛋白及其配体将加速相关技术的发展。诱导PD-L1内化并降解的小分子抑制剂仍处于早期研发阶段,尚缺乏有效的设计策略。基于PD-L1的双功能分子通过同时靶向相关的肿瘤信号分子,有望通过协同作用提高抗肿瘤效果,但如何巧妙地设计化合物以实现双靶点作用是一大挑战。目前仅有复星医药的PD-L1/FGFR双靶向小分子抑制剂进入临床试验,仍需要更多的机制研究、药效评价及安全性评估等以加速基于PD-L1的双功能分子的研究。另外,PD-L1共价抑制剂有望提高化合物与PD-L1的结合力,延长作用时间,但目前相关的研究报道较少。总的来说,开发不同的策略靶向PD-1/PD-L1通路是目前该领域研究中的热点,有望提高肿瘤免疫治疗的效果,给肿瘤患者带来希望。

  • Figure  1.   Mechanism of inhibiting the PD-1/PD-L1 pathway in tumor immunotherapy[15]

    TCR: T-cell receptor; MHC: Major histocompatibility complex; PD-1: Programmed cell death protein-1; PD-L1: Programmed cell death ligand-1

    Figure  2.   Chemical structures of the representative PD-1/PD-L1 inhibitors

    Figure  3.   PROTACs (A, B and C) and CDTACs (D) for targeting PD-L1 degradation. The ligands of PD-L1 are shown in black; the ligands of E3 ubiquitin ligase are shown in red; the linkers are shown in blue

    CDTAC: Carbon-dot-based proteolysis-targeting chimeras; PD-L1: Programmed cell death ligand-1; CRBN: Cereblon

    Figure  4.   Mechanism of degrading PD-L1 by LYTAC

    LYTAC: Lysosome-targeting chimeras; CI-M6PR: Cation-independent mannose-6-phosphate receptor

    Figure  5.   Mechanism of degrading PD-L1 by IFLD molecules

    IFLD: Integrin-facilitated lysosomal degradation

    Figure  6.   PD-L1-based bifunctional molecules

    CXCL12: C-X-C motif chemokine ligand 12; HDAC6: Histone deacetylase 6; IDO1: Indoleamine 2,3-dioxygenase 1; PARP: Poly ADP-ribose polymerase; STING: Stimulator of interferon genes

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出版历程
  • 收稿日期:  2023-11-26
  • 网络出版日期:  2024-03-05
  • 刊出日期:  2024-02-24

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