過去幾十年來，蛋白質藥物（如抗體、酶和細胞因子等）迅速發展，已成為現代生物制藥領域最重要的品類之一。相比于小分子藥物，蛋白質藥物具有活性高、特異性強、毒性低和生物功能明确等優點。然而，它也具有内在的不穩定性和較差的藥代動力學，通常需要經過修飾來提高其穩定性，增強藥效，并減少副作用。目前，将蛋白質藥物與各種功能基團（如聚乙二醇或人血清白蛋白）進行生物偶聯，已經被證明是一種延長蛋白質藥物體内半衰期的有效策略，但諸如生物活性降低、生産工藝複雜、産生免疫原性等缺點大大限制了該方法的普遍應用。發展全新的生物偶聯策略，實現蛋白質藥物改性增效迫在眉睫。

圖1. 機械偶聯策略有效保持了蛋白質基元對相應受體的親和力和生物活性，可顯著提高蛋白質藥物的抗熱聚集能力、有效延長其體内半衰期，并明顯增強其體内抑瘤活性。

近日，基于其發展的蛋白質異質索烴生物合成策略（Angew. Chem., Int. Ed. 2020, 59, 16122），張文彬課題組以幹擾素（IFN，一種抗病毒和抗腫瘤藥物）為模型蛋白質藥物，以白蛋白結合結構域（ABD）為模型功能基元，通過合理運用蛋白質纏結基元p53dim和兩種彼此正交的定點偶聯策略，實現了IFN和ABD的機械偶聯，制備了新型蛋白質異質索烴cat-IFN-ABD。值得注意的是，通過将指導分子鍊纏結的同質p53dim二聚體替換為理性改造所得的異質二聚突變體（J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 18029），異質索烴的合成産率和選擇性得以大幅提升，提供了制備蛋白質機械偶聯物的簡潔方法。

為了進一步探究拓撲的構效關系，他們還構建并合成了線型和環狀的IFN-ABD融合蛋白質（l/c-IFN-ABD），與野生型幹擾素一起作為對照樣品。結果表明，cat-IFN-ABD不僅完全保留了蛋白質藥物和功能蛋白質基元對相應受體的親和能力，還具有明顯改善的抗熱聚集能力。由于ABD可以通過結合人血清白蛋白延長蛋白質藥物的體内半衰期，所有的IFN-ABD融合蛋白質都具有比野生型幹擾素更長的體内半衰期，其中尤以cat-IFN-ABD為最，長達11.8 小時。生物成像進一步顯示，cat-IFN-ABD相比于其他樣品在腫瘤處具有最為明顯的富集。因此，cat-IFN-ABD最終在小鼠腫瘤模型中也表現出最為優異的抗腫瘤活性，突顯了機械偶聯的功能優勢。該工作将蛋白質的線型主鍊拓展為鍊環結構，在實現功能集成的同時，還可顯著改善融合蛋白質藥物的穩定性和藥效。由于該方法亦兼容現有的其他生物修飾技術，故在發展新一代蛋白質藥物方面具有巨大的應用潛力。

該研究近期在線發表于J. Am. Chem. Soc.，并很快得到Faculty Opinions的推薦和評述（https://facultyopinions.com/article/742344893）。beat365官方网站博士後劉雅傑為該論文的第一作者。beat365官方网站張文彬教授和中國科學院過程工程研究所魏炜研究員為論文共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金、科技部國家重點研發計劃、北京分子科學國家研究中心、beat365臨床醫學+X青年專項、生化工程國家重點實驗室開放基金以及中國博士後科學基金的資助。

原文鍊接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.2c06532