上海交通大学系统生物医学研究院陶生策团队，开发了一种基于大肠杆菌的抗体亲和力体内定向进化系统“EASINESS”，可以在一周内将目标抗体亲和力提升1-2个数量级，且无需复杂的机械装置与人工操作。该研究基于一种易错DNA聚合酶I选择性地突变ColE1质粒实现体内抗体突变库的构建，以及来自mDHFR分裂片段的蛋白质-蛋白质相互作用选择系统实现对突变库的筛选。本研究于2021年12月3日在Frontiers in Immunology杂志上在线发表。
图一. 原理图
自1986年第一个治疗性抗体进入临床以来，治疗性抗体领域的发展极为迅速，到目前为止，FDA共批准了近百个治疗性抗体药物，治疗性抗体已成为现代生物医药的重要组成部分。在抗体的应用过程中，亲和力是评估治疗性抗体生物活性和临床功效的最关键参数之一，高亲和力抗体可以减少抗体用量，减少副作用，并同时降低成本。
抗体亲和力成熟（antibody affinity maturation）是提高抗体亲和力、活性、抗原结合能力的过程。自然过程中的抗体亲和力成熟是在B细胞中，通过免疫球蛋白基因体细胞超频突变，经抗原多次重复刺激和选择而实现的。高亲和力抗体在应对首次感染，以及感染后的治疗过程中有较大的应用价值。目前主要有两大抗体亲和力成熟策略：模拟体细胞高频突变和基于抗体库的突变加筛选。前者需要对宿主细胞进行较为复杂的设计，操作难度较高。后者需要在体外构建庞大的突变抗体库，有较多人工操作，不能连续进行，耗时较长，且费用高。针对抗体亲和力成熟的重大需求，本研究建立一个利用原核生物辅助将突变筛选一体化，实现了抗体亲和力成熟的连续定向进化。
本研究以上海交通大学药学院李大伟教授课题组开发的针对人前梯度蛋白2（AGR2）的人源化抗体18A4Hu（Guo H, et al. Biochemical & Biophysical Research Communications, 2016:57-63.）为例，应用“EASINESS”平台快速进行了亲和力成熟，得到亲和力提升10倍的突变体。将突变抗体用于肿瘤转移小鼠模型测试表明与野生型抗体相比，突变抗体可以更好地抑制肿瘤转移。
图二. 突变抗体可有效抑制肿瘤迁移
在抗体的制备过程中，抗体亲和力的提高非常必要，而且很具有挑战性，特别是对于治疗性抗体。在本研究中，文章作者开发了用于加速抗体亲和力成熟的EASINESS方法，采用该方法可极大降低抗体亲和力成熟的技术门槛。在经进一步优化后，该技术有希望实现大规模实际应用。
本项研究的共同第一作者为上海交通大学张海南博士，薛俊彪博士生，王泽玲硕士，通讯作者为上海交通大学系统生物医学研究院陶生策研究员、上海交通大学药学院李大伟教授。
原文链接：https://doi.org/10.3389/fimmu.2021.747267
英文摘要：Antibodiesare one of the most important groups of biomolecules for both clinical andbasic research and have been developed as potential therapeutics. Affinity isthe key feature for biological activity and clinical efficacy of an antibody,especially of therapeutic antibodies, and thus antibody affinity improvement isindispensable and still remains challenging. To address this issue, wedeveloped the E. coli Assisted SpeedaffINity-maturation Evolution SyStem(EASINESS) for continuous directed evolution of Ag–Ab interactions. Two keycomponents of EASINESS include a mutation system modified from error-prone DNApolymerase I (Pol I) that selectively mutates ColE1 plasmids in E. coli anda protein–protein interaction selection system from mDHFR split fragments. Wedesigned a GCN4 variant which barely forms a homodimer, and during a singleround of evolution, we reversed the homodimer formation activity from the GCN4variant to verify the feasibility of EASINESS. We then selected a potentialtherapeutic antibody 18A4Hu and improved the affinity of the antibody (18A4Hu)to its target (ARG2) 12-fold in 7 days while requiring very limited hands-ontime. Remarkably, these variants of 18A4Hu revealed a significant improvedability to inhibit melanoma pulmonary metastasis in a mouse model. Theseresults indicate EASINESS could be as an attractive choice for antibodyaffinity maturation.
稿件来源：陶生策课题组
图文编辑：王华瑶
