logo.jpg

迈杰转化医学研究(苏州)有限公司

技术进展
靶向BTK药物研究中相关药效学生物标志物研究策略
来源: 时间:2023-03-31
01

BTK信号通路和结构


BTK是TEC家族的一种非受体酪氨酸激酶,包含五个结构域。它在B细胞淋巴瘤中作为肿瘤细胞生存的关键介质被持续激活。在抗原与BCR的胞外部分结合后,活化的BTK在BCR下游途径中发挥重要的信号作用,通过交联、激活许多关键蛋白和途径,可以调节多种细胞增殖、分化和凋亡功能。目前很多小分子BTK抑制剂通过与BTK的ATP结合袋内的特定Cys-481共价结合,不可逆地阻断其酶活性。BTK抑制剂不仅抑制BCR信号通路,还抑制其他下游通路,包括NF-kB、MAPK、NFAT和mTOR通路。这些交联途径的抑制导致抗肿瘤T细胞的活化,并最终消除肿瘤。 总之,BTK抑制剂不仅参与BCR途径,还参与与B细胞增殖密切相关的多种重要信号通路。这也解释了它在治疗B细胞淋巴瘤中强大而高效的抑制作用。
图1
图1. 布鲁顿酪氨酸激酶(BTK)的结构及其相关的交联信号通路(Xue et al. Cancer Cell Int (2020) 20:467)


02

靶向BTK的药物概览

针对BTK靶点开发的药物目前已经有很多,主要包括最初的第一代BTK抑制剂,艾伯维和强生的Imbruvica(伊布替尼,ibrutinib),伊布替尼是一种选择性的小分子抑制剂,对BTK具有亚纳摩尔活性。它与BTK的ATP结合位点边缘的C481反应,导致BTK酶活性的抑制,是第一个“靶向共价抑制剂”。阿斯利康的Calquence(阿卡替尼,acalabrutinib)、百济神州的Brukinsa(泽布替尼,zanubrutinib)、小野制药的Velexbru(tirabrutinib)、诺诚健华的宜诺凯(orelabrutinib,奥布替尼)等与Ibrutinib结构相似,它们是对 BTK 具有更高的选择性和靶向抑制活性的第二代 BTK 抑制剂,能够减少脱靶带来的不良反应等。

第一代和第二代BTK抑制剂都是共价抑制剂。 通过与BTK的ATP结合袋内的特定Cys-481共价结合发挥药物的抑制作用。但是癌症的治疗过程中,会导致BTK的481位发生突变,比如C481S(即半胱氨酸突变为丝氨酸),丝氨酸没有一个强的亲电子的硫醇,只有一个羟基,它的反应性比硫醇小得多。所以小分子共价BTK抑制剂不再能很好地发挥作用,这时就产生了耐药性。因此,第三代BTK抑制剂,即不需要和BTK蛋白上的C481形成共价键的药物,将能够克服耐药性。除了礼来公司的非共价BTK抑制剂吡托布鲁替尼(Jaypirca)批准之外,非共价、可逆的BTK抑制剂,还包括基因泰克公司的非尼替尼(GDC-0853)、Sunesis公司的维卡替尼(SNS-062)、ArQule公司的ARQ-531(MK-1026)等等也都在临床研究阶段,预计近年也会陆续上市。

除了传统的小分子BTK抑制剂外,BTK PROTAC目前也是风头无两,BTK PROTAC有望克服BTK TKI耐药突变问题,为B细胞相关的恶性肿瘤患者带来更多的临床获益。 PROTAC的机制与小分子药物截然不同,与阻断蛋白的模式不同,PROTAC通过两种配体与靶蛋白与泛素E3连接酶同时结合,形成稳定的靶蛋白-PROTAC-E3连接酶三元复合物,诱导泛素化并由蛋白酶体降解,有望突破不可成药的蛋白靶标并克服小分子药物耐药性的问题。目前国内很多家药企也开始布局PROTAC的BTK靶点,比如目前海思科的HSK29116和百济神州的BGB-16673均处于临床Ⅰ期,因此BTK PROTAC将来也是一个趋势。

图2

 图2. BTK PROTAC作为一项较新的抗癌策略。PROTAC是双功能分子,由通过短接头连接到E3连接酶招募部分的靶向配体组成(Cell Research (2016) 26:484-498)


03

BTK研究中药效学生物标志物-BTK占据检测

BTK占据(BTK Occupancy)检测 是评估给药后的细胞中BTK蛋白被BTK抑制剂占据掉的比例,通常用于共价BTK抑制剂、也适用于非共价BTK抑制剂研究。通过检测BTK占据率,可以用来评估BTK抑制剂的药效和指导BTK药物剂量选择等,可以测量PBMC、淋巴结和骨髓样本中的靶点参与,以支持BTK抑制剂的临床研究。

目前检测BTK占据的方法原理是通过同时检测Total BTK(总的BTK)和Free BTK(游离BTK,是未结合BTK的抑制剂),一般采用一对BTK抗体使用双抗夹心法检测总的BTK;对于游离BTK方法,一般是将BTK抑制剂标记上生物素(Biotin),包被在亲和素覆盖的板子底部,然后去竞争性的结合样本中游离的BTK,从而检测出Free BTK含量。然后采用下图的公式计算出占据率。

公式

Post BTKFree指的是给药后样本中检测到的游离BTK含量,Post BTK Total 指的是给药后样本中的总的BTK含量,Pre BTKFree和Pre BTKTotal指的是给药前样本中的游离BTK含量和总的BTK含量。

图3

图3. 基于免疫分析平台的BTK占据检测(Free BTK和Total BTK)方法的Format

另外,基于目前的检测平台,也可以在超敏电化学发光MSD平台上进行BTK占据的检测,原理和图3所示一致,只是在MSD平台中能够显著提高方法的灵敏度和检测范围等。或者也可以采用TR-FRET(Time-Resolved Fluorescence Resonance Energy Transfer),即时间分辨荧光共振能量转移技术进行BTK占据检测,相比传统常规的检测方法(例如Western blot,ELISA或昂贵的基于珠子的测定方法),TR-FRET均相测定方法无需包被微孔板,无需洗板,极大节省工作量和时间,更快速、方便和灵敏,原理如下图所示。

图4

图4. TR-FRET技术检测Free BTK和Total BTK(注:图片来自SLAS Discov. 2018 Oct;23(9):919-929)

无论采用哪种检测方法,其基本原理是一致的,即需要同时检测出一个样本中的Total BTK和Free BTK,然后采用上述的公式计算出给药后不同时间点的BTK占据率,用来辅助评估药效等。


04

BTK研究中药效学生物标志物-BTK磷酸化、BTK含量和BTK突变检测

BTK磷酸化检测 的是检测给药后的细胞中BTK(Y223)的磷酸化情况 ,因为BTK也是一种酪氨酸激酶,所以其关键位点的磷酸化也会导致下游或交联信号通路的激活。而通过检测给药前后的细胞中BTK(Y223)的磷酸化程度是否降低,也可以间接来评估药效,目前主要用于非共价可逆结合的BTK抑制剂研究中。目前检测BTK磷酸化的方法也有很多,可以通过流式细胞术、Western Blot、ELISA等方法进行检测,从而有效的评估BTK抑制剂的药效。

BTK PROTAC药物会降解掉细胞中的BTK蛋白,因此评估BTK PROTAC的药效学方法就是检测BTK蛋白的含量是否降低 ,可以通过免疫组化IHC的方法检测肿瘤组织切片中的BTK蛋白变化,在临床实际操作中,往往也是通过检测PBMC样本中的BTK蛋白含量的变化相对更容易操作一些。检测BTK蛋白的技术目前也主要是通过Western Blot、ELISA等方法进行检测,操作简易,数据可靠。

BTK的突变检测 ,主要还是检测BTK的耐药突变, 比如C481S(即半胱氨酸突变为丝氨酸),该检测往往用于一些临床试验的入组筛选或疗效预测。目前根据检测的目的和要达到的检测程度,采用的检测技术包括qPCR、NGS等进行。


05

总结
迈杰医学中心实验室目前拥有丰富的BTK研究中药效学生物标志物检测经验 ,已经建立了4-5种BTK药物的占据检测方法,并且支持了很多临床样本的检测,具有检测BTK磷酸化、BTK蛋白降解和突变检测的设备平台和相关检测经验,借助迈杰医学的全平台优势,能够为BTK研究提供更准确更全面的服务。迈杰医学中心实验室目前能够提供药物临床试验过程中生物标志物检测方法的开发和验证,已完成上百项的方法开发和确认,为客户临床试验项目提供优质的服务。
参考资料

1.  Xue C, et al. Ibrutinib in B-cell lymphoma: single fighter might be enough?. Cancer Cell Int 20, 467 (2020).

2.  Huang XD, et al. Drugging the undruggables: exploring the ubiquitin system for drug development. Cell Res. 2016 Apr;26(4):484-98.

3.  Yu H, et al. Homogeneous BTK Occupancy Assay for Pharmacodynamic Assessment of Tirabrutinib (GS-4059/ONO-4059) Target Engagement. SLAS Discov. 2018 Oct;23(9):919-929.

4.  BarfT, CoveyT, IzumiRetal.Acalabrutinib (ACP-196): A Covalent Bruton Tyrosine Kinase Inhibitor with a Differentiated Selectivity and In Vivo Potency Profile. J Pharmacol Exp Ther 2017;363(2):240-252.

5.  Byun JY, et al. Target modulation and pharmacokinetics/pharmacodynamics translation of the BTK inhibitor poseltinib for model-informed phase II dose selection. Sci Rep. 2021 Sep 21;11(1):18671.

6.  Evans EK, et al. Inhibition of Btk with CC-292 provides early pharmacodynamic assessment of activity in mice and humans. J Pharmacol Exp Ther. 2013 Aug;346(2):219-28.

本文标签: 药物临床前服务 药物临床前研发服务 靶向药伴随诊断 核酸检测多少钱 生物标志物分析