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CN106674349B - 一种改进的抗vegfr‑2单克隆抗体 - Google Patents

一种改进的抗vegfr‑2单克隆抗体 Download PDF

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CN106674349B
CN106674349B CN201710130518.0A CN201710130518A CN106674349B CN 106674349 B CN106674349 B CN 106674349B CN 201710130518 A CN201710130518 A CN 201710130518A CN 106674349 B CN106674349 B CN 106674349B
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Abstract

本发明涉及生物医药技术领域，具体涉及本发明涉及改进的抗VEGFR‑2单克隆抗体与应用。本发明在原有研究的基础上，以其中亲和力最高的两个为模板，进行计算机辅助模拟设计，设计了新的噬菌体抗体库，并进行了多轮筛选，得到了改进的重链可变区和轻链可变区氨基酸序列，该抗VEGFR‑2单克隆抗体的亲和力和生物学活性均高于原抗。本发明所得到的抗VEGFR‑2单克隆抗体具有较高的亲和力，在体外能够很好的抑制VEGFR‑2和其配体VEGF的结合，具有良好的生物学活性；可用于治疗肿瘤和黄斑变性等新生血管引起的疾病。

Description

一种改进的抗VEGFR-2单克隆抗体
技术领域
本发明涉及生物制药技术领域，具体涉及本发明涉及一种改进的抗VEGFR-2单克隆抗体。
背景技术
肿瘤生长依赖新生血管的形成已经在肿瘤生物学上研究的比较透彻。血管生成可提供氧气、营养物质、生长因子、荷尔蒙及蛋白水解酶,从而促进肿瘤细胞向远处扩散和转移，加速肿瘤的生长和恶化。血管生成是一个高度复杂的动态过程,由许多促/抗血管生成分子调节。血管生成的开关被认为是促血管生成超过抗血管生成的一个恶性标志。VEGF/VEGFR轴触发多重信号网络,导致上皮细胞存活、有丝分裂、转移和分化、血管渗透，VEGF及其受体在正常和病理血管生成中发挥着中枢作用。在人类许多种癌症中,增加的肿瘤血管化作用和肿瘤促血管生成因子的表达被证实与肿瘤的分级和恶性与否有关。
血管内皮细胞生长因子(VEGF)又称血管通透因子,它是内皮细胞的特异性有丝分裂源,也是一种有效的血管形成和通透性诱导因子，已被鉴定的相应受体为VEGFR-1(Flt-1，FMS样酪氨酸激酶1)，VEGFR-2(又称为KDR/Flk-1,激酶插入嵌合受体、胎肝激酶-1)，VEGFR-3(Flt4)，神经纤维蛋白-1(neuropilin-1)，神经纤维蛋白-2。VEGFR-2是血管内皮细胞上的主要VEGF受体，是一种糖蛋白，其胞外区含有七个免疫球蛋白样区(含配体结合域和受体二聚化结构域)，胞内插入了酪氨酸激酶催化结构域，主要在内皮细胞上表达，其他如巨核细胞、视网膜远祖细胞、间充质干细胞，肿瘤细胞如黑色素瘤细胞、脑瘤和某些白血病细胞等。VEGF和VEGFR-2受体作为关键的血管内皮细胞特异因子信号传导途径的分子参与肿瘤新生血管的生成，VEGF的主要生物学功能都是通过VEGFR-2实现，VEGFR-2和VEGF结合后发生二聚体化，并且VEGFR-2胞内的酪氨酸残基自身磷酸化，从而激活并将细胞膜/细胞质激酶级联反应信号传递到细胞核，可引发内皮细胞的一系列变化，包括血管内皮细胞增殖、存活、细胞骨架重排、细胞迁移以及基因表达等，并最终引起血管增生。
由于VEGF/VEGFR2信号通路在肿瘤的发生发展中的关键作用，因此有不少针对VEGF/VEGFR2的信号通路的药物，如抗VEGF抗体贝伐单抗和抗VEGFR-2的抗体雷莫芦单抗。
抗体是生物医药中技术含量最高、难度最大的一类药物，从2012年起，全球销售排名前十名的单药中有六个是抗体类药物，因此，抗体类药物市场的发展潜力巨大。抗体药物筛选最普遍应用的技术是噬菌体抗体库技术，噬菌体抗体库技术是继噬菌体展示技术发展而来的一项基因抗体工程的新技术，它可将含不同物种的全部抗体可变区基因的基因库转化成展示在噬菌体表面的蛋白库，不仅使单克隆抗体的生产更方便、快速、高效地在体外进行,还开辟了单克隆抗体人源化的新途径,促进了人类单克隆抗体生产的发展。我公司专利号为CN103333247B的专利就是通过计算机辅助设计和噬菌体抗体库技术筛选得到的一系列抗VEGFR-2的抗体，为获得抗VEGFR-2的抗体药物奠定了基础，我公司在进一步地研究中发现，上述专利中涉及的抗体在亲和力和生物学活性等方面还存在进一步的提升可能，基于此，我们在原有的研究基础上，对上述抗体进行了改进性优化。
发明内容
本发明提供了一种改进的抗VEGFR-2单克隆抗体；本发明以CN103333247B专利中亲和力最高的两个为模板，进行计算机辅助模拟设计，设计了新的噬菌体抗体库，并进行了多轮筛选，得到了一株亲和力和生物学活性均高于原专利抗体的新的抗VEGFR-2单克隆抗体。
为实现上述目的，本发明提供了一种改进的抗VEGFR-2单克隆抗体，包括：
轻链和重链；所述轻链可变区的氨基酸序列包含SEQ NO.1、SEQ NO.2或SEQNO.3中的任一种；所述重链可变区的氨基酸序列包含SEQ NO.4。
其中，本发明还提供了一种包含上述轻链可变区或上述重链可变区的抗体、多肽或蛋白。
其中，本发明还提供了一种包含上述轻链可变区或上述重链可变区氨基酸序列的多核苷酸序列或组合。
其中，本发明还提供了一种包含上述多核苷酸序列或组合的重组DNA表达载体；所述重组DNA表达载体的DNA序列中包含编码抗VEGFR-2抗体的上述重链可变区、重链恒定区、轻链可变区和轻链恒定区的氨基酸序列。
其中，本发明还提供了一种转染上述重组DNA表达载体的宿主细胞，所述宿主细胞包含哺乳动物细胞、昆虫细胞、大肠杆菌或酵母；优选哺乳动物细胞；进一步优选HEK293E细胞、CHO细胞或NS0细胞。
其中，本发明的重链恒定区选自人的IgG1、IgG2、IgG3、IgG4或鼠的IgG1、IgG2a、IgG2b。
其中，本发明还提供了一种包含上述轻链可变区或上述重链可变区的全长抗体和抗VEGFR-2单克隆抗体的片段，所述片段包含但不限于Fab、Fab’、F(ab’)2、Fv或ScFv。
其中，本发明还提供了一种包含上述轻链可变区或上述重链可变区的氨基酸序列的单链抗体、单域抗体、双特异抗体、抗体药物偶联物和嵌合抗原受体T细胞免疫疗法。
其中，本发明还提供了一种含有上述轻链可变区或上述重链可变区的单克隆抗体、人工载体、药物或药物组合物。
其中，本发明还提供了一种含有上述轻链可变区或上述重链可变区的检测试剂或试剂盒。
其中，所述抗体可用于治疗新生血管引起的疾病，所述疾病包括但不限于肿瘤和黄斑变性。
其中，所述ScFv为单链抗体(single-chain fragment variable)；所述HEK293E细胞为人胚肾293E细胞(human embryonic kidney 293E cell)；CHO细胞为中国仓鼠卵巢细胞(chinese hamster ovary cell)；NS0细胞为小鼠NS0胸腺瘤细胞。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明提供的抗VEGFR-2单克隆抗体具有较高的亲和力，在体外能够很好的抑制VEGFR-2和其配体VEGF的结合，在体外具有良好的生物学活性；开发前景广阔。
本发明提供的抗VEGFR-2单克隆抗体用于治疗由肿瘤新生血管生成引起的疾病，包括但不限于下列疾病：非小细胞肺癌、转移性非小细胞肺癌、神经胶质瘤、结直肠癌、肝细胞癌、转移性肝细胞癌、HER2阴性的转移性乳腺癌、转移性胃腺癌、转移性结直肠癌、转移性黑色素瘤、转移性肾细胞癌等癌症以及黄斑变性等疾病。
说明书附图
图1、pScFvDisb-S质粒图谱；
图2、梯度ELISA比较抗VEGFR-2单链抗体的相对亲和力；
图3、蛋白质表达pTSE质粒图谱；
图4、抗VEGFR-2单克隆抗体与KDR结合能力比较；
图5、本发明抗体与细胞表面的VEGFR-2结合情况；
图6、本发明抗体对人脐静脉内皮细胞HUVEC增殖抑制作用。
具体实施方式
本发明详细的实施方法参见实施例，实施例中所述的实验方法和试剂，若无特殊说明均为常规实验方法和试剂。以下实施例仅用于说明和解释本发明，而不是以任何方式限制本发明。
本发明提供了一种改进的抗VEGFR-2单克隆抗体，包括：
轻链和重链；所述轻链可变区的氨基酸序列包含SEQ NO.1、SEQ NO.2或SEQNO.3中的任一种；所述重链可变区的氨基酸序列包含SEQ NO.4；
SEQ NO.1(VEGFR-2轻链可变区序列1)：DIQMTQSPSSVSASIGDRVTITCRASQAIDNWLGWYQQKPGKAPKLLIYEGSNLNTGVPSRFSGSGSGTDFTLTISSLQAEDFAVYFCQQAKSFPPTFGGGTKVDIK；
SEQ NO.2(VEGFR-2轻链可变区序列2)：DIQMTQSPSSVSASIGDRVTITCRASDAIDQWLGWYQQKPGKAPKLLIYEASNLDTGVPSRFSGSGSGTDFTLTISSLQANQFAVYFCQQAKSFPPTFGGGTKVDIK；
SEQ NO.3(VEGFR-2轻链可变区序列3)：DIQMTQSPSSVSASIGDRVTITCRASQGIDQWLGWYQQKPGKAPKLLIYEGSNLNTGVPSRFSGSGSGTDFTLTISSLQANQFAVYFCQQAKSFPPTFGGGTKVDIK；
SEQ NO.4(VEGFR-2重链可变区序列1)：QVQLVESGGGLVKPGGSLRLSCAASAFTFSSYSMNWVRQAPGKGLEWVSSISSSSSYIYYADSVKGRFTISRDNAKNSLYLQMNSLRAEDTAVYYCARVTDAFDLWGQGTMVTVSS。
优选地，本发明还提供了一种包含上述轻链可变区或上述重链可变区的抗体、多肽或蛋白。
更加优选地，本发明还提供了一种包含上述轻链可变区或上述重链可变区氨基酸序列的多核苷酸序列或组合。
更加优选地，本发明还提供了一种包含上述多核苷酸序列或组合的重组DNA表达载体；所述重组DNA表达载体的DNA序列中包含编码抗VEGFR-2抗体的上述重链可变区、重链恒定区、轻链可变区和轻链恒定区的氨基酸序列。
更加优选地，本发明还提供了一种转染上述重组DNA表达载体的宿主细胞，所述宿主细胞包含哺乳动物细胞、昆虫细胞、大肠杆菌或酵母；优选哺乳动物细胞；进一步优选HEK293E细胞、CHO细胞或NS0细胞。
更加优选地，本发明的重链恒定区选自人的IgG1、IgG2、IgG3、IgG4或鼠的IgG1、IgG2a、IgG2b。
更加优选地，本发明还提供了一种包含上述轻链可变区或上述重链可变区的全长抗体和抗VEGFR-2单克隆抗体的片段，所述片段包含但不限于Fab、Fab’、F(ab’)2、Fv或ScFv。
更加优选地，本发明还提供了一种包含上述轻链可变区或上述重链可变区的氨基酸序列的单链抗体、单域抗体、双特异抗体、抗体药物偶联物和嵌合抗原受体T细胞免疫疗法。
更加优选地，本发明还提供了一种含有上述轻链可变区或上述重链可变区的单克隆抗体、人工载体、药物或药物组合物。
更加优选地，所述单克隆抗体是全人源的。
更加优选地，本发明还提供了一种含有上述轻链可变区或上述重链可变区的检测试剂或试剂盒。
更加优选地，所述抗体可用于治疗新生血管引起的疾病，包括但不限于非小细胞肺癌、转移性非小细胞肺癌、神经胶质瘤、结直肠癌、肝细胞癌、转移性肝细胞癌、HER2阴性的转移性乳腺癌、转移性胃腺癌、转移性结直肠癌、转移性黑色素瘤、转移性肾细胞癌等癌症以及黄斑变性等疾病。
具体实施例
以下结合附图和实施例详述本发明。
实施例1、抗VEGFR-2的单链抗体的生物淘选
采用一系列基因克隆的方法对载体pCom3载体(购自中国质粒载体菌株细胞株基因保藏中心)进行改造，使之用于噬菌体单链抗体库的构建和表达。改造后的载体命名为pScFvDisb-S，其质粒图谱如图1所示，并以此载体为基础，构建基于专利CN10333247B中抗体序列的新的全合成噬菌体抗体库。
以VEGFR-2胞外区为抗原包被免疫管，抗原包被量为2ug/500ul/管，4℃包被过夜。再用4％脱脂奶粉/PBST分别封闭免疫管和全合成噬菌体抗体库，室温封闭1小时。封闭后的噬菌体抗体库加入免疫管中进行抗原抗体结合，噬菌体投入量约为109-1012个，室温反应1小时。PBST-PBS清洗多次以除去未结合的噬菌体，0.1M PH2.2的甘氨酸洗脱，用1.5M PH8.8的Tris-HCl中和洗脱下来的噬菌体抗体溶液至PH 7.0左右。
将上述中和后的噬菌体感染10ml生长至对数期的TG1菌液，37℃培养箱中静置30min，取出部分菌液进行梯度稀释，涂布于2YTAG平板上，用于计算噬菌体产出量。剩余的菌液离心弃上清，将菌体沉淀重悬于少量培养基，吸出后涂布于2YTAG大平板，为下一轮筛选做准备。
将上述感染后涂板的菌体从大平板上刮下，接菌至2YTAG液体培养基，摇至对数期后加入M13辅助噬菌体超感染，28℃培养过夜扩增噬菌体，PEG6000-NaCl沉降纯化噬菌体用于下一轮筛选。共进行三轮噬菌体库富集筛选。
实施例2、抗VEGFR2噬菌体单链抗体阳性克隆的鉴定
经过三轮筛选后，挑取分隔良好的单克隆菌落，接种于加有2YTAG液体培养基的96孔深孔板，37℃，220rpm培养至其对数生长期，每孔加入约1010的辅助噬菌体M13KO7，37℃静止感染30分钟。4000rpm，4℃离心15分钟，弃去上清，菌体用2YTAK重悬沉淀，28℃，220rpm培养过夜。吸取含噬菌体上清进行ELISA鉴定,用相同载体同样构建方法的CN10333247B的生物学抗体序列(重链为CN10333247B序列的No.3,轻链为CN10333247B序列No.9)的噬菌体作为阳性对照(命名为O-1)。筛选得到亲和力较高的单克隆抗体N-1、N-2和N-3，基因测序确定为不同于原专利CN10333247B中序列。
实施例3、梯度稀释噬菌体ELISA比较抗VEGFR2单链抗体的亲和力
将实施例2中获得的克隆进行单克隆噬菌体的展示和纯化，进行噬菌体梯度稀释ELISA实验鉴定亲和力。
用pH 9.6的碳酸盐缓冲液包被VEGFR-2胞外区，20ng/孔/100ul，4℃包被过夜。PBST洗涤三次，4％milk-PBST 37℃封闭1小时h。将纯化后的噬菌体用4％milk-PBST五倍梯度稀释，每孔加入100ul稀释后的样品，室温静置1小时。用PBST洗涤ELISA板，将4％milk-PBST稀释后的HRP-anti-M13单克隆抗体加入ELISA板中，室温放置1h。TMB显色试剂盒显色，室温显色10分钟。用2M H2SO4终止后，450nm/630nm读数。结果如图2所示，筛选出的3株不同的单链抗体均能与VEGFR-2进行特异性结合，且结合能力均高于的O-1。
实施例4、抗KDR全抗体的制备
将上述3个抗体N-1、N-2和N-3的重链VH和轻链基因分别克隆至装有重链和轻链恒定区基因的载体pTSE(见图3)，编码人IgG1的恒定区(见SEQ.5)和链的恒定区(见SEQ.6)的pTSE载体中(pTSE载体如图3所示，制备过程参见CN103525868A说明书第3页第[0019]段)。
SEQ NO.5(人IgG1的恒定区序列)：ASTKGPSVFPLAPSSKSTSGGTAALGCLVKDYFPEPVTVSWNSGALTSGVHTFPAVLQSSGLYSLSSVVTVPSSSLGTQTYICNVNHKPSNTKVDKKVEPKSCDKTHTCPPCPAPELLGGPSVFLFPPKPKDTLMISRTPEVTCVVVDVSHEDPEVKFNWYVDGVEVHNAKTKPREEQYNSTYRVVSVLTVLHQDWLNGKEYKCKVSNKALPAPIEKTISKAKGQPREPQVYTLPPSRDELTKNQVSLTCLVKGFYPSDIAVEWESNGQPENNYKTTPPVLDSDGSFFLYSKLTVDKSRWQQGNVFSCSVMHEALHNHYTQKSLSLSPG；
SEQ NO.6(链的恒定区序列)：RTVAAPSVFIFPPSDEQLKSGTASVVCLLNNFYPREAKVQWKVDNALQSGNSQESVTEQDSKDSTYSLSSTLTLSKADYEKHKVYACEVTHQGLSSPVTKSFNRGEC；
瞬时转染HEK293E细胞，进行全抗体表达。使用AKTA仪器protein A亲和柱纯化获得全抗体蛋白。使用BCA试剂盒进行蛋白浓度测定。
实施例5、全抗体与VEGFR2胞外区的结合实验
用pH9.6的碳酸盐缓冲液包被VEGFR胞外区，20ng/孔/100ul，4℃过夜包被。用300ul/孔PBST洗三次，再加入4％milk-PBST在37℃封闭1h。加入不同稀释度的生物素标记的全抗体。用人的IgG(hIgG)作为同型对照，各种全抗体最高浓度是100ng/ml，5倍稀释做8个梯度，37℃孵育2-3h。用300ul/孔PBST洗五次，再加入用4％milk-PBST 1:10000稀释的链霉亲和素37℃孵育1h。用300ul/孔PBST洗八次，TMB显色试剂盒显色，100ul/孔，室温显色10min，然后用2M H2SO4终止。450nm/630nm读数。实验结果如图4所示，所有抗体均能很好的与细胞表面的KDR分子结合，其中N3的亲和力相对较高，且N-1、N-2、N-3均高于原有的O-1。
实施例6、全抗体与细胞表面VEGFR-2的结合特异性分析
本发明采用过表达VEGFR-2的CHO细胞来检测不同的双特异抗体与细胞表面EGFR的结合情况，用人的IgG(hIgG)作为同型对照。用0.25％胰酶消化、离心收集细胞。同时稀释各种抗体，最高浓度为100nM，4倍梯度稀释。将收集的细胞用PBS+1％BSA洗三遍，再加PBS+1％BSA重悬细胞,然后铺细胞于96孔板中，每孔1×105个细胞，加入100ul稀释好的双特异性抗体，室温孵育1小时；离心去上清，用PBS洗细胞三遍，再用稀释好的Alexa488标记的抗人IgG FC抗体重悬细胞，室温避光孵育1小时，PBS洗三遍，再用100ul PBS重悬，用流式细胞仪检测荧光强度。结果用Graphpad Prism分析。结果显示，N3能够更好的结合细胞表达的VEGFR-2，N1、N2、N3的结合能力均强于O-1(见图5)。
实施例7、全抗体抑制HUVEC细胞增殖实验
人脐静脉内皮细胞(HUVEC)，已被广泛用于血管内皮细胞增殖、细胞信号途径和多种肿瘤发生机制的研究，本发明研究了不同抗VEGFR-2抗体对HUVEC细胞增殖抑制作用。等HUVEC细胞长到80％丰度，换新鲜含5％FBS的EGM培养基，6小时后用胰酶消化，再用无血清培养基洗消化下来的细胞4-5遍，每次离心后尽量倒净培养基，重悬细胞计数，5000个细胞每孔接入96孔板，放弃96孔板边缘孔，100ul无血清培养基每孔，饥饿过夜。14-16小时后吸去上清，加入50ulVEGF/ECM(200ng/ml),至终浓度为100ng/ml，和不同浓度的不同抗体混匀后培养24小时。然后加入CCK-8，检测细胞增殖情况。结果显示，N1、N2和N3的IC50(ng/L)分别为12.76、17.32、和10.53，O-1的IC50(ng/L)为18.59；N1、N2、N3抑制血管内皮细胞增殖能力均强于O-1，其中N3最好(见图6)。综合实施例5-7，可以看出N1、N2、N3均无论在分子还是在细胞学水平的结果均优于原专利CN103525868A的最佳抗体O-1，这也意味着本专利中的候选分子更具有开发和应用前景。
本发明上述抗体可用于治疗新生血管引起的疾病，包括但不限于非小细胞肺癌、转移性非小细胞肺癌、神经胶质瘤、结直肠癌、肝细胞癌、转移性肝细胞癌、HER2阴性的转移性乳腺癌、转移性胃腺癌、转移性结直肠癌、转移性黑色素瘤、转移性肾细胞癌等癌症以及黄斑变性等疾病。
对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种抗VEGFR-2单克隆抗体，其特征在于，该抗体的重链可变区的氨基酸序列为SEQNO.4，该抗体的轻链可变区的氨基酸序列选自SEQ NO.1、SEQ NO.2或SEQ NO.3。
2.一种编码权利要求1所述的轻链可变区和重链可变区氨基酸序列的多核苷酸。
3.一种包含如权利要求2所述的多核苷酸的重组DNA表达载体,所述重组DNA表达载体中包含编码抗VEGFR-2抗体的所述重链可变区、重链恒定区、所述轻链可变区和轻链恒定区的DNA序列。
4.一种转染如权利要求3所述的重组DNA表达载体的宿主细胞，所述宿主细胞包含哺乳动物细胞、昆虫细胞、大肠杆菌或酵母。
5.根据权利要求4所述的宿主细胞，所述宿主细胞为哺乳动物细胞。
6.根据权利要求5所述的宿主细胞，所述宿主细胞选自HEK293E细胞、CHO细胞或NS0细胞。
7.根据权利要求1所述的单克隆抗体，其特征在于，重链恒定区选自人的IgG1、IgG2、IgG3、 IgG4或鼠的 IgG1、IgG2a、IgG2b。
8.一种包含权利要求1所述的轻链可变区和重链可变区的全长抗体。
9.一种包含权利要求1所述的轻链可变区和重链可变区的抗VEGFR-2单克隆抗体的片段，所述片段选自Fab、Fab’、F(ab’)2或Fv。
10.一种包含如权利要求1所述的轻链可变区和重链可变区的氨基酸序列的单链抗体、双特异抗体、抗体药物偶联物或嵌合抗原受体。
11.一种包含权利要求1所述的抗体的药物组合物。
12.根据权利要求1所述的单克隆抗体，其特征在于，所述单克隆抗体是全人源的。
13.一种包含权利要求1所述抗体的检测试剂或试剂盒。
14.一种含有权利要求1所述的轻链可变区和重链可变区的抗体在制备治疗新生血管引起的疾病药物中的应用。
15.一种如权利要求14所述的抗体在制备治疗新生血管引起的疾病药物中的应用，其特征在于，所述疾病为肿瘤和黄斑变性。
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