工程化改造IL-18延长半衰期并抵抗IL-18BP结合以增强抗肿瘤治疗潜力

研究人员针对重组IL-18在癌症治疗中因IL-18BP快速上调导致疗效受限的问题，通过蛋白质工程技术开发了抗IL-18BP且半衰期延长的IL-18变体。研究证实这些变体在超生理水平IL-18BP下仍保持完全生物活性，能持久激活TH1细胞因子产生并扩增细胞毒性NK细胞和效应CD8+ T细胞，在多种同源肿瘤模型中显著抑制肿瘤生长并提高生存率。该研究为克服IL-18治疗瓶颈提供了创新解决方案。

　　

在肿瘤免疫治疗领域，白细胞介素18(IL-18)因其独特的免疫调节功能一直备受关注。作为一种强大的免疫刺激因子，IL-18能够激活先天性和适应性免疫系统，促进干扰素-γ(IFN-γ)产生，增强自然杀伤细胞(NK细胞)和细胞毒性T细胞(CD8⁺ T细胞)的抗肿瘤活性。然而，临床研究却遭遇了意想不到的挫折——重组人IL-18(rhIL-18)在早期临床试验中表现平平，未能展现出预期的治疗效果。这一现象背后的机制逐渐被揭示：机体在IL-18刺激下会迅速上调其天然抑制剂IL-18结合蛋白(IL-18BP)，这种可溶性因子能紧密结合并中和IL-18活性；同时，未结合的活性IL-18在体内清除速度过快，导致治疗效果受限。这些发现为IL-18的临床应用设置了双重障碍，亟需创新解决方案。

为突破这些限制，来自Mural Oncology和Alkermes的研究团队开展了一项开创性研究。他们采用蛋白质工程技术对人和小鼠IL-18进行改造，通过结构引导的理性设计和定向进化技术，成功开发出既能抵抗IL-18BP结合又具有延长半衰期的IL-18变体。这些变体与Fc支架或血清白蛋白(MSA)融合，显著改善了药代动力学特性。研究结果令人振奋：在多种同源肿瘤模型中，每周一次的给药方案就能产生显著的肿瘤生长抑制和生存获益。该研究成果发表在《Cytokine》杂志上，为IL-18在肿瘤免疫治疗中的应用开辟了新途径。

研究团队运用了多项关键技术方法：通过酵母展示技术筛选IL-18突变体；采用生物层干涉仪(BLI)测定结合动力学；建立IFN-γ释放实验评估生物活性；在野生型和人源化小鼠模型中进行药代动力学和药效学研究；利用多色流式细胞术分析免疫细胞亚群变化；并在MC38、LLC1和H22等同源肿瘤模型中评估抗肿瘤效果。人源化小鼠模型使用了CD34-hu-NSG-FLT3L和PBMC-hu-NSG-SGM3-IL15两种类型。

研究结果部分，首先在"蛋白工程化半衰期延长的IL-18BP抗性变体"中，研究人员通过结构引导设计获得了一系列IL-18变体。BLI分析证实hV1-hFc、hV2-hFc和hV3-hFc完全阻断了IL-18BP结合，而野生型IL-18-Fc则保持结合能力。IFN-γ释放实验显示，即使在300 nM IL-18BP存在下，这些变体仍能有效刺激人PBMCs产生IFN-γ，EC₅₀值在4 pM至912 pM之间。小鼠同源变体mO1-mFc、mO2-mFc和mO1-MSA也表现出类似的IL-18BP抗性特征。

"半衰期延长的IL-18BP抗性融合蛋白在非肿瘤小鼠中展现持久的细胞因子和细胞免疫反应"部分显示，mO1-mFc和mO2-mFc的血清半衰期分别为15小时和30小时，显著长于"裸露"的mTV^res变体。药效学研究表明，单次皮下注射后，这些变体能诱导IFN-γ、CXCL9和CXCL10等T_H1细胞因子/趋化因子持续升高，并促进NK细胞和效应CD8⁺ T细胞的扩增。值得注意的是，mO2-mFc处理组的细胞毒性标志物颗粒酶B(Granzyme B)在NK细胞中的表达显著增加且持续时间更长。

在"半衰期延长的小鼠同源变体在多种肿瘤模型中显示抗肿瘤活性"部分，研究人员在MC38结直肠癌模型中观察到mO2-mFc的剂量依赖性抗肿瘤效果。0.64-10.2 mg/kg剂量组的肿瘤生长抑制(TGI)超过75%，其中2.6 mg/kg组有17%的完全缓解率。特别值得注意的是，在PD-1耐药的LLC1肺癌模型和免疫抑制的H22肝癌模型中，5.1 mg/kg的mO2-mFc每周给药仍能显著抑制肿瘤生长并延长生存期。

"mO2-mFc通过促进细胞毒活性和减少抑制性免疫细胞重塑MC38肿瘤微环境"部分揭示了作用机制。单次给药7天后，肿瘤中CD8⁺ T细胞数量增加4.6倍，同时TCF1⁺前体耗竭CD8⁺ T细胞显著增多。流式细胞分析显示，mO2-mFc促进NK细胞向CD11b⁺CD27^-细胞毒性表型分化，并持续上调颗粒酶B表达。此外，治疗组肿瘤中髓系来源抑制细胞(MDSCs)减少，CD8⁺ T细胞与调节性T细胞(Tregs)比例提高，伴随血浆IFN-γ、CXCL9和CXCL10水平显著升高。

最后在"人IL-18 Fc变体在人源化小鼠中显示延长半衰期和持久免疫反应"部分，hV2-hFc在CD34-hu-NSG-FLT3L小鼠中的半衰期约16小时，显著长于hTV^res。药效学分析显示，hV2-hFc能诱导T_H1细胞因子IFN-γ和趋化因子CXCL9、CXCL10持续升高至少7天，证实了人源变体的生物活性。

这项研究通过创新的蛋白质工程策略，成功解决了限制IL-18临床应用的两大关键障碍。研究结果表明，将IL-18BP抗性突变与半衰期延长技术相结合，可以显著增强IL-18的治疗潜力。在多种肿瘤模型中，工程化IL-18变体展现出持久的免疫激活能力和显著的抗肿瘤效果，特别是在传统免疫治疗耐药的肿瘤类型中也表现出色。这些发现为开发新一代IL-18疗法奠定了坚实基础，有望为癌症患者提供更有效的治疗选择。值得注意的是，研究还揭示了IL-18变体能够促进TCF1⁺干细胞样记忆T细胞的生成，这一特性对于长期抗肿瘤免疫应答尤为重要。未来研究可进一步探索这些变体与其他免疫疗法(如PD-1/PD-L1抑制剂)的联合应用潜力，以及在不同肿瘤微环境中的精确作用机制。