新一代肿瘤微环境特异性激活的增强型偏向性 IL-2，有望开启免疫疗法新局面

● IL-2能够活化多种肿瘤杀伤免疫细胞，是一类重要的细胞因子。天然 IL-2虽然已经获批上市，但存在严重的临床安全性问题。鉴于 IL-2本身在肿瘤免疫治疗、细胞疗法、癌症疫苗、抗感染等领域中具备广泛而重要的应用价值，随着近年来新技术的出现，天然 IL-2的临床痛点有望得到解决，并已逐步显示其临床潜力，进一步孕育商业价值。

● 晶泰科技基于自研 AI 蛋白设计平台，设计了肿瘤微环境特异性激活的高活性偏向性 IL-2。结合对临床需求的精准把握和对生物学机制的深刻理解，已获得优秀的初步体内外数据，有望达到同类最优（Best-in-Class）的研发标准。

IL-2的生物学功能和临床痛点

肿瘤免疫疗法着重调动自身免疫细胞对抗肿瘤细胞，免疫细胞被活化后，发挥杀伤功能。IL-2作为能有效激活具有肿瘤杀伤能力的免疫细胞类型（包括 CD8+ T 细胞、NK 细胞和 γδ T 细胞）的细胞因子而受到重视。

重组白细胞介素-2 （天然 IL-2, aldesleukin，商品名 Proleukin)）是最早开发并应用于临床免疫疗法的细胞因子产品，但其本身具有诸多缺陷，大大限制了临床应用。缺陷具体包括：

● 天然 IL-2无差别激活肿瘤环境中和正常组织中的 T 细胞，引发强烈的细胞因子风暴和血管渗漏综合征（VLS），危及病人生命。

● 天然 IL-2在介导 CD8+ γδT 细胞、T 细胞和 IL-2R βγ + NK 细胞发挥杀伤肿瘤细胞的同时，更加强烈地激活 IL-2Rα+ Tregs细胞和 IL-2Rα+ 嗜酸粒细胞和内皮细胞，不仅发挥免疫抑制作用，降低抗癌疗效，也加深了 VLS 毒性。

● 天然 IL-2代谢半衰期过短的问题严重，迫使反复高剂量给药的策略也加深了毒性的影响。

潜力巨大、寄以厚望

尽管现有基于IL-2的疗法效果不能让人满意，但业界仍对新型 IL-2充满期待。一方面天然 IL-2的临床有效性已经被证实，另一方面 IL-2作为下一代肿瘤免疫疗法的基石，可与多种药物联用增强效果，广泛适用于各种癌症类型，在细胞治疗中也有巨大应用潜力，其背后对应着广阔的市场空间。这一观点不难从近些年全球医药领域的多宗 IL-2交易观察到（交易归纳见下表）。

既有应对策略

阻断与 IL-2Rα 亚基的结合、引发下游通路是目前新型 IL-2设计的主要思路，在发表的文献专利中看到的有效手段主要聚焦于以下四种：

● 增加空间位阻，阻断结合

通过向 IL-2进行 PEG 聚合物化修饰增大位阻的方式阻断其与 α 亚基的结合是一种研究较多的思路，方法上也因聚合物分子量大小、偶联是永久性的还是一过性，使改造后的 IL-2性质有所不同：永久性偶联可利用 Aldesleukin 中 C125S 这一稳定突变位点，引入不同分子量大小的 PEG 聚合物进行尝试。但该方法存在显著的问题：需要不断尝试不同分子量大小的 PEG，在有效阻断和维持结合效力间不断平衡，通过盲试是非常困难的。

● 开发长效前药

在一过性偶联的基础上，可考虑使用大分子量的分枝状 PEG 聚合物载体（branched PEG carrier），利用酶解将聚合物与细胞因子分离，在有效阻碍结合的同时降低了肾脏清除率，达到了有缓释效果的前药目的。

● 添加遮蔽肽 

目前虽已产生了能有效激活 IL-2R β/γ的偏向性 IL-2细胞因子，使其更加倾向于激活 NK 细胞及 CD8+ T细胞，但这些偏向性细胞因子仍存在不小的局限，比如对 β/γ 亚基的选择性和激活效力不足，也有出现类似递送全长细胞因子时观察到的高Cmax引发的毒性问题等。肿瘤微环境特异性激活的遮蔽肽技术有望解决全身毒性问题，实现减毒增效。

● 偶联 PD-1抗体

罗氏等研究团队近期发表的文章（PD-1-cis IL-2R agonism yields better effectors from stem-like CD8+ T cells，见参考文献）指出，偶联了 PD-1抗体的偏向性 IL-2可以通过顺式作用激活抗原敏感的 PD-1+TCF-1+干细胞样 CD8+T 细胞，使其扩增和分化为效应细胞，更好地杀伤肿瘤细胞。相比于偏向性 IL-2与 PD-1抗体联用，融合蛋白有更好的抗肿瘤效果。

AI 智能蛋白设计技术助力实现

差异化 IL-2开发策略

以 AI 为代表的先进技术的应用，在蛋白药物理性设计中发挥了越来越重要的作用，特别对于远距离氨基酸间序列关系对性质的影响预测，具有优势，可预测的应用场景包括：

● 蛋白与受体亲和力

● 修饰位置及相应序列和二级结构

● Linker 序列及结构

● 蛋白结构稳定性，不同浓度下聚合物形成情况、代谢半衰期

● 表达产量

● 免疫原性

基于晶泰科技的 AI 蛋白设计平台，我们设计并筛选得到了在分子亲和力、细胞信号通路、hPBMC 相关免疫细胞增殖、小鼠体内等实验中均显著优于天然 IL-2的候选 IL-2突变体蛋白，将成为 IL-2的 VLS 毒性和免疫抑制问题的更优解决方案。

 策略一：新型偏向性 IL-2，有效避免临床 VLS 和免疫抑制

● 偏向性结合

以候选蛋白#46为代表，其可在分子水平高亲和力结合 IL-2Rβγ。特别是对 IL-2Rβ 的亲和力比天然 IL-2提高了约1000倍；对 MO7E 细胞（细胞表面表达 IL-2Rβγ）的 pSTAT5信号的刺激提升了约35倍，细胞增殖活性提高了约50倍，可更好地激活 CD8+效应 T 细胞。

● 功能活性表现

利用 hPBMC 模拟人体的体内环境进行测试，候选蛋白#46在 IFN-γ 的释放、对CD8+T 细胞增殖激活活性等方面均优于天然 IL-2，特别是在1nM 低浓度下活性提升更加显著。

NC：negative control

● 体内药效结果

初步的小鼠体内实验结果表明，相比于天然 IL-2，候选蛋白#46具有更好的肿瘤抑制活性以及更高的安全性。

● 策略二：具遮蔽肽的 IL-2前药形式，有效避免毒性

为了解决天然 IL-2高剂量给药导致的全身毒性问题，基于 AI 蛋白设计平台进行遮蔽肽和水解酶底物 linker 的设计，我们可以设计得到在肿瘤微环境下特异性激活的前药分子，达到拓宽临床治疗窗口，降低天然 IL-2毒性的目的。

完整的前药分子主要由三部分组成：偏向性 IL-2突变体，阻断 IL-2与受体结合的遮蔽肽，以及连接 IL-2和遮蔽肽且可在肿瘤微环境下特异性水解的 linker。利用 AI 算法进行遮蔽肽，可实现基于指定结合位点的定向设计，相比于随机多肽库和抗体的筛选，避免实验筛选的盲目性，大大提高发现效率和成功率；利用 AI 设计平台设计可被肿瘤微环境下水解酶特异性切割的 linker，可有效提高多肽底物被特定蛋白酶水解切割的效率以及不同蛋白酶对底物的选择性，得到更加高效、安全、可控的多肽 linker 序列。

遮蔽肽和 linker 的设计筛选正在快速推进中，在 AI 算法的帮助下，有望快速获得符合要求完整前药形式的分子。

总结

在蛋白药物研发中，对未满足临床需求的洞察、对已有药物本身临床痛点的理解、对疾病生物学机制的认知是项目能否成功的先决条件。AI 蛋白设计作为一种强大的平台性工具，其价值产生的关键在于如何更好地融入药物研发人员对疾病机理、蛋白-蛋白分子结构层面相互作用的深入理解。在此基础上，要求药物研发人员灵活运用 AI 蛋白设计算法，结合蛋白设计和药物研发领域的专业知识，设计具有特定生物学功能的蛋白，优化各种成药性，在提高药效、降低毒性的同时，提高成药可能性，降低后期 CMC 的风险，最终达成满足药物研发需求、解决临床痛点的目标，真正实现 AI 在蛋白药物研发中的价值。

携手创新

致力智能化蛋白药物设计

晶泰科技创新中心（XtalPi Innovation Center，XIC）从临床需求和生物学功能出发，结合在 AI 算法研发和蛋白设计领域多年的经验积累，建立了具有自主知识产权的 AI 蛋白设计平台，可有效满足生物药研发需求，解决蛋白药物研发中的核心问题，已经在多个项目中得到了充分的验证。结合 AI 蛋白设计的准确性以及自动化实验的高效性，我们将大分子药物的研发效率和成功率提升到了新的台阶。我们正在寻找感兴趣的合作者，携手推动 AI 蛋白设计技术在生物药研发中的落地，满足未满足的临床需求，早日造福广大患者。

参考文献：

Codarri Deak L, Nicolini V, Hashimoto M, et al. PD-1-cis IL-2R agonism yields better effectors from stem-like CD8+ T cells[J]. Nature, 2022, 610(7930): 161-172.

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