引言

核医学研究表明，用于癌症治疗的常规化疗药物并不优先在肿瘤部位积累，这可能导致次优活性和不良副作用。越来越多的证据表明，针对可及性肿瘤相关抗原的高亲和力小有机配体可能促进治疗药物的选择性输送到疾病部位，帮助保护正常器官。靶标抗原的特征在于，在肿瘤区域是丰富存在的，可接近的，但是在正常组织中是不存在的，以及靶向试剂本身具有优异的靶向识别性能。肿瘤相关抗原，已被临床验证为配体肿瘤靶向应用，包括生长抑素受体，前列腺特异性膜抗原，叶酸受体等。对于所有的靶向分子，为了确保在肿瘤病灶中高选择性的吸收，解离常数在摩尔范围内(或更好)的配体是确保靶向效果的必要条件。成纤维细胞激活蛋白（FAP）是一种典型的肿瘤相关抗原，在大多数上皮性和间质性肿瘤的基质中都有表达，但是在正常的成人器官中几乎检测不到，因此能开发出针对FAP靶向的小分子试剂，靶向fap的药物也能促进选择性给药或放射性核素。

成果介绍

瑞士苏黎世大学医院和生物技术公司Philochem公司研究员Nicholas Favalli近日在Chem上发表了题为” Selective tumor targeting enabled by picomolar fibroblast activation protein inhibitors isolated from a DNA-encoded affinity maturation library”的研究论文。在这项工作中作者利用DNA编码化学库从头筛选蛋白质的配体，得到对FAP具有高亲和力，半衰期短的小分子配体，可实现肿瘤的特异性靶向。

图文解读

图一：以FAP为中心的DNA编码化学库(DELs)的亲和成熟设计方式。(A)人FAP单体(PDB ID 1Z68)与(S)-4,4-二氟-1-甘氨酸吡咯烷-2-腈结合位点和活性位点的放大(催化三元突出显示:丝氨酸624，天冬氨酸702，组氨酸734)。（B）通过DNA编码的化学库探究不同亲和成熟策略示意图。

图二：Pra-DEL的合成，亲和成熟DEL1和亲和成熟DEL2。（A-C）Fmoc保护的(R,S)-丙甘氨酸(R,S-pra)与178个5’氨基修饰编码A偶联。DNA偶联物被纯化，去保护Fmoc，并单独与178个Fmoc保护的氨基酸偶联(构建块A)。产物被池化，纯化，Fmoc去保护(池步骤1)，并在285个反应孔中分离。库池步骤1为通过酶连接编码285个不同的编码B，随后偶联到285个fmoc保护的氨基酸。构建反应产物被Fmoc去保护，池化，高效液相色谱纯化，得到最终的含有50,730编码的从头设计的Pra-DEL化合物。

图三：对小鼠FAP和人FAP的亲和选择结果和off-DNA选择验证。（A）HTDS结果报告了线性Aff. Mat. DEL1、Pra-DEL和分支Aff. Mat. DEL2对小鼠FAP的三维指纹识别图谱(mFAP)。（B）HTDS结果报告了线性Aff. Mat. DEL1、Pra-DEL和分支Aff. Mat. DEL2对人源FAP的三维指纹识别图谱(mFAP)。（C）氨基-c6- dna所在的最富集组合(A122、B198和HIT1)对小鼠和人类FAP的化学结构被L -赖氨酸取代，消旋丙甘氨酸被对应的S-Pra和R-Pra取代。（D-E）化合物1-5和HIT1对小鼠FAP和人FAP均有抑制作用。

图四：Off-DNA命中引导优化。（A）化合物1化学结构及其衍生物的对应的IC50 (hFAP)值，衍生物来源于HIT1用高亲和力片段取代，A122用L -精氨酸取代A122。（B）化合物9衍生物的化学结构及其对应的IC50值，丙基被Me, iPr和B)所取代形成不同的立体异构体。

图五：亲和成熟FAP配体的体外和体内验证。（A）亲和成熟FAP配体(化合物17、18和21)的FITC和DOTAGA衍生物的化学结构，之前报道的FAP粘合剂(化合物19和20)的FITC和DOTAGA衍生物。（B）用荧光标记化合物17和18 (100 nM)对fas阳性SKRC-52进行流式细胞术分析。（C）FAP阳性/阴性SKRC-52的共聚焦显微镜照片。（D）流式细胞仪滴定法连续(1:3)稀释化合物18和19，对hfap阳性的SKRC-52进行测定。（E）直方图显示化合物20和21之间的比较，通过抑制试验与人FAP和交叉反应化合物21对猫FAP (fFAP)、马FAP (eFAP)、羊FAP (oFAP)和小鼠FAP (mFAP)的抑制作用。（F）在携带HT1080的BALB/c裸鼠上进行定量生物分布。结果表明21号化合物可实现对高表hFAP的肿瘤细胞的长时间靶向。

图六：二价OncoFAP-11在体内的生物分布。（A）二价OncoFAP-11的化学结构，和放射性元素Lu标记的衍生物。（B）用固定化HT1080进行细胞结合试验。hFAP与几种衍生物的结合作用。（C）在携带HT1080的BALB/c裸鼠中进行定量生物分布。活体数据表明了作者成功筛选出了对hFAP高亲和力结合的小分子配体。

总结与展望

DNA编码化学库(DELs)是一种强大的工具用于筛选小的有机配体，用以靶向具有制药价值的蛋白质。DELs不仅用于发现新的配体(即从头发现)，而且用于提高已知蛋白质结合剂的亲和力和选择性。FAP主要在大多数侵袭性恶性肿瘤中才会得以表达，而在正常细胞组织中不会存在，因此利用DELs方法来构建高亲和力，特异性靶向FAP的小分子配体，将有助于构建肿瘤局部药物放疗的方法，有利于帮助病人及时消除肿瘤危害。

文献链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929422005484

作者介绍

Nicholas Favalli

2021-2022 Philochem公司2016-2021 苏黎世联邦理工学院研究活动包括开发DNA编码化学库和小分子药物偶联物，用于治疗癌症和慢性炎症的治疗性抗体的工程