抗体药物英夫利昔单抗结合TNFα的结构基础研究

摘要

肿瘤坏死因子α(TNFα)是一个炎症细胞因子，主要由活化的巨噬细胞和淋巴细胞产生，在急性炎症中扮演着中心角色，而且参与多种细胞事件，启动坏死或凋亡。另外，TNFα在成纤维细胞、平滑肌细胞和肿瘤细胞等其它细胞中也有少量表达。TNF受体(TNFR)，包括TNFR1(又名p55，p60或CD120a)和TNFR2（又名p75，pS0或CD120b），可分别结合游离型及膜型TNFα。报道显示TNFα能在炎症反应时诱导中性粒细胞的增殖，但是当和TNFR1结合时却诱导凋亡。1988年解析了TNFα的晶体结构，理清了TNF的聚集方式，明确了TNFβ-TNFR1复合物的结构。这些信息和高分辨率的受体胞外区结构结合在一起，为预测TNFβ和受体的相互作用提供了足够的证据。Mukai et al．关于TNFα-TNFR2的晶体结构报道了TNFα和其受体的基于实验的结构信息。这些结果表明TNFα-TNFR2和TNFβ-TNFR1的相互作用界面非常相似。实验显示中和TNFα可以治疗自身免疫性疾病，一些抗TNFα制剂（如化合物，单克隆抗体等）陆续被开发出来用于治疗TNFα相关的疾病，如Crohn's病，牛皮癣性关节炎，类风湿性关节炎，强直性脊柱炎和顽固的眼葡萄膜炎。因此，TNFα和其拮抗剂复合物的结构信息对于理解TNFα的中和机制非常关键。
　　 Infliximab(英夫利昔单抗)是近10余年来广泛使用的一种治疗TNFα相关疾病的抗体药物。除可以阻断游离型TNF-α外，推测其还可与细胞表面TNFα前体结合来发挥作用，但是，精确的机制、结构细节和表位仍不清楚。在此研究中，我们率先报道了Infliximab Fab和TNFα的共晶在2.6-A水平上的X线衍射结构解析结果。TNFα和Infliximab Fab间的相互作用包括氢键和范德华力，同时其具有高度的结构和化学互补性，包括TNFα分子的C-D，E-F，G-H环和Infliximab Fab重链Ile28-Trp33，Arg52-Asn57，Tyr102-Ser105环以及轻链的几个主要残基。TNFα和其抗体结合的E-F区不在其和TNFR的作用区内，A-A'环区域为其和TNFR的主要作用区， Infliximab通过部分重合TNFα和其受体的作用表位来抑制TNFα功能，同时说明了抗体药物和TNFα作用中E-F环区域的关键角色。这些结果第一次揭示了Inflixmab特异性识别TNFα的精确分子基础，而且为更高特异性和更强亲和力抗体药物的开发提供了有用的信息。