我校免疫化学研究所与合作者报道ASIC通道抗体在中风中的神经保护

ON2018-07-31CATEGORY科研进展

近期,我校免疫化学研究所(SIAIS)杨光实验室和Richard Lerner实验室联合上海交通大学基础医学院徐天乐实验室,首次利用抗体通过调节酸敏感离子通道保护中风引起的神经细胞凋亡。725日,该成果以“Selection of an ASIC1a-blocking combinatorial antibody that protects cells from ischemic death ”为题,在国际著名学术期刊《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》上发表。杨光实验室助理研究员强敏、博士研究生董雪为共同第一作者,免疫化学研究所特聘教授杨光、Richard Lerner、副研究员曲志虎为并列通讯作者,上科大为第一完成单位。

酸敏感离子通道(Acid-sensing ion channel,简称ASIC)是一类广泛表达在神经系统中的非电压调控离子通道,在学习、记忆、疼痛、中风等神经系统活动和疾病中发挥重要作用;越来越多的研究显示,开发针对ASIC1a的特异性拮抗剂是治疗疼痛、中风等ASIC1a相关疾病的重要途径。目前已有的ASIC1a小分子和毒素肽抑制剂在特异性、生物稳定性等方面尚存在不足,单克隆抗体药物在生物医药领域显示出强大的优势和迅猛的发展趋势;杨光实验室和Lerner实验室采用全新思路,利用全人源抗体组合库技术,开发出了针对ASIC1a亚型的特异单克隆抗体,有望成为下一个重磅神经治疗性抗体药物。

通过使用纳米磷脂盘(nanodisc)组装ASIC1a膜蛋白模拟该通道天然构象的手段,研究者们利用差异化筛选的方法从噬菌体展示库中筛选出了ASIC1a的数个抗体。在后续研究中,发现抗体ASC06对人源ASIC1a具有很强的亲和力(亲和力常数为7.9 nM),而不结合任何其他亚型的ASICs通道;在ASIC1a基因敲除小鼠神经元上染色的结果也验证了该抗体的特异性,使得ASC06成为目前报道的首个ASIC1a特异性抗体。扫描电子显微镜研究清晰显示:在每三个亚基组成的一个ASIC1a离子通道上,可以结合三个ASC06抗体;进一步的分子动力学模拟显示了复合物的结构(见图1)。

功能研究发现,经全长化改造的ASC06抗体(ASC06-IgG1)不仅可以长期(长达30分钟)有效地抑制酸诱导的ASIC1a通道电流,还能强效阻断酸诱导的、ASIC1a介导的钙离子内流(IC50=2.8 nM)现象;经ASIC1a通道的钙离子内流及其引发的下游信号变化,被认为中风发生时ASIC1a引起神经元死亡的主要机制之一。随后的细胞与动物水平的实验进一步揭示了该抗体在酸中毒环境中的细胞及神经保护作用。ASIC1a作为治疗中风的靶点具有治疗窗口长的显著优势;研究还发现在缺血3小时后注射ASC06-IgG1抗体,可有效降低中风模型小鼠的脑梗死区域体积,显现出良好的临床应用前景(见图2)。初步机制研究表明,该抗体与毒素肽PcTx1不同,以非质子竞争性的方式起拮抗作用。

论文的其他作者包括免疫化学研究所的査昭助理研究员,Francesco Zonta副研究员、赵莉霞博士、博士研究生原超、陶平冬、博士后Damiano Burrato、以及上海交通大学基础医学院的研究生左晓坤、宋兴磊、黄晨等。这项研究得以高效推进与完成,与多个研究团队和平台的通力合作与协同创新密不可分,包括上海交通大学基础医学院徐天乐实验室的李伟广、胡琴研究团队,上海科技大学SIAIS研究所Kornberg实验室的聂焱研究团队、Wilson实验室的杨贝研究团队、蛋白分析与制备平台、高通量筛选平台、计算化学和信息平台、以及国家蛋白质科学上海设施电镜平台等。

文章链接:http://www.pnas.org/content/early/2018/07/23/1807233115

1ASIC1aASC06抗体复合物的电镜结构图与分子动态模拟图

2ASIC1特异性抗体对中风小鼠的神经保护作用