Препараты блокады контрольных точек иммунного ответа, особенно те, которые нацелены на программируемую гибель клеток-1 (PD-1) и лиганд запрограммированной клеточной смерти 1 (PD-L1), находятся на переднем крае стратегий иммунотерапии рака. Анти-PD-1/PD-L1 терапия получила одобрение для использования при различных типах рака, таких как гематологический, кожный, легочный, печеночный, мочевого пузыря и почечный рак1. PD-1 представляет собой трансмембранный гликопротеин, принадлежащий к суперсемейству иммуноглобулинов, характеризующийся одним вариабельным (IgV) доменом на N-конце, примерно 20-аминокислотным стеблем, отделяющим домен IgV от плазматической мембраны, трансмембранным доменом и цитоплазматическим хвостом, содержащим сигнальные мотивы на основе тирозина2. PD-L1, идентифицированный как один из лигандов для PD-1, представляет собой трансмембранный белок I типа, обладающий трансмембранной областью, двумя внеклеточными доменами — иммуноглобулиновой константой (IgC) и IgV, а также относительно коротким цитоплазматическим доменом, который запускает внутриклеточные сигнальные пути3. Ингибирующий путь PD-1/PD-L1 служит важнейшей иммунной контрольной точкой, регулирующей активацию Т-клеток и аутоиммунитет4. PD-1 экспрессируется на Т-клетках, где он взаимодействует с PD-L1, ингибирует передачу сигналов рецепторов Т-клеток и блокирует стимуляцию молекул CD28 и CD80 на антигенпрезентирующих клетках и Т-клетках5. Раковые ткани используют этот физиологический механизм, сверхэкспрессируя PD-L1 во время фазы побега, тем самым создавая иммуносупрессивную среду, способствующую росту и прогрессированию опухоли6. Ингибиторы PD-1 и PD-L1 нарушают это взаимодействие, позволяя иммунной системе уклоняться от индуцированного опухолью подавления и повторно инициировать процесс опосредованной Т-клетками опухолевой гибели7.
Основываясь на фундаменте, заложенном выдающейся ролью терапии блокады иммунных контрольных точек, разработка ингибиторов PD-1/PD-L1 ознаменовала значительный прогресс в иммунотерапии рака. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) одобрило девять ингибиторов иммунных контрольных точек, которые специально нацелены на путь PD-1/PD-L1. К ним относятся шесть ингибиторов PD-1 - пембролизумаб, достарлимаб, ниволумаб, цемиплимаб, орипалимаб и тислелизумаб - и три ингибитора PD-L1 - атезолизумаб, авелумаб и дурвалумаб 8,9. Эти методы лечения эффективно используются для лечения различных видов рака, таких как меланома, рак легких, уротелиальный рак, рак шейки матки, рак желудка или желудочно-кишечного тракта и другиесолидные опухоли. Несмотря на свою эффективность, терапия на основе моноклональных антител сталкивается со значительными ограничениями, включая низкую частоту ответа, высокую стоимость, длительный период полувыведения, тяжелые побочные эффекты, связанные с иммунитетом, и ограничения на внутривенное или подкожное введение 11,12,13. Следовательно, исследования все больше сосредоточены на разработке низкомолекулярных ингибиторов, нацеленных на ось PD-1/PD-L1. Эти малые молекулы обладают явными преимуществами, такими как улучшенное проникновение в клетки, модуляция различных биологических мишеней, повышенная биодоступность при пероральном приеме и снижение затрат, с целью достижения сопоставимых терапевтических результатов с меньшим количествомпобочных эффектов. Тем не менее, разработка низкомолекулярных ингибиторов, нацеленных на взаимодействие PD-1/PD-L1, находится на ранних стадиях, в первую очередь из-за отсутствия надежной высокопроизводительной платформы скрининга. Такие платформы необходимы для быстрой оценки обширных библиотек малых молекул и идентификации ведущих соединений для дальнейшей проверки и оптимизации. Преодоление этой проблемы имеет решающее значение для развития иммунотерапии рака.
Технология поверхностного плазмонного резонанса (SPR) широко используется для обнаружения различных биомолекул, включая антигены антител, ферменты, нуклеиновые кислоты и лекарства, и особенно эффективна при скрининге низкомолекулярных лекарств15,16. В отличие от других биофизических методов, SPR обеспечивает безметочное обнаружение, кинетические данные в режиме реального времени и широкий диапазон обнаружения. В отличие от этого, изотермическая титрательная калориметрия не позволяет получать кинетическую информацию в реальном времени и требует больших объемов образцов, что ограничивает производительность. Микромасштабный термофорез подвержен буферной интерференции и не может предоставить кинетические данные, в то время как биослойная интерферометрия имеет ограничения, зависящие от размера и свойств молекул. Однородная флуоресценция с временным разрешением требует мечения и чувствительна к флуоресцентной интерференции. Мы признаем, что HTRF является еще одной подходящей технологией для изучения ингибиторов PD-1/PD-L1. Одним из неотъемлемых ограничений HTRF, по сравнению с SPR, является гашение флуоресценции, вызванное внешними взаимодействиями с процессом внутримолекулярного возбуждения (например, переносом электронов, FRET и отбеливанием), чувствительность в процессе скрининга лекарственного средства слишком низка из-за малого диапазона окна и интерференции от флуоресцентных библиотечных соединений или биологических белков. Эти особенности делают SPR превосходным инструментом для разработки лекарств. Наши предыдущие исследования показали, что SPR способен определять эффект блокады малых молекул против PD-1/PD-L1, что является преимуществом по сравнению с другими методами, требующими высоких требований к технологии мечения, многоступенчатости, низкой специфичности и высокойстоимости в процессе разработки лекарств.
В этом исследовании представлена оптимизированная платформа на основе SPR, объединяющая двухступенчатый процесс сопряжения, в котором используется связь амина и биострептавидина для улучшения ориентации PD-1 на чипе и минимизации использования белка. Этот обновленный подход был успешно валидирован с использованием ингибитора PD-1/PD-L1 BMS-1166 в качестве положительного контрольного связующего, продемонстрировав блокадные эффекты, сравнимые как с нашим предыдущим методом SPR, так и с другими известными методами, такими как ИФА19,20. Это не только подтверждает надежность и воспроизводимость нашего протокола, но и иллюстрирует эффективность нашей модифицированной платформы в облегчении высокопроизводительного скрининга ингибиторов PD-1/PD-L1. Включение этапа захвата био-стрептавидина обеспечивает ориентацию белка на сайт, а не случайно, что позволяет снизить концентрацию PD-1 (40 мкг/мл против 10 мкг/мл) и сэкономить средства, позволяя конечному пользователю иммобилизовать стрептавидин (SA) в чип CM5, что является менее дорогой альтернативой коммерчески выпущенным предварительно иммобилизованным чипам SA. Это делает его предпочтительным для крупномасштабного и экономически эффективного скрининга библиотек соединений/пептидов. Несмотря на то, что дополнительные методы характеризации, в том числе in silico, in vitro и in vivo, имеют важное значение для оценки клинического потенциала ингибиторов PD-1/PD-L1 против рака, наша усовершенствованная платформа скрининга на основе SPR выделяется как эффективный инструмент для широкомасштабного скрининга ингибиторов PD-1/PD-L1.