一种高亲和力、高浓度的生物工程抗 VEGF 蛋白,用于玻璃体内治疗湿性年龄相关性黄斑变性

A bioengineered anti-VEGF protein with high affinity and high concentration for intravitreal treatment of wet age-related macular degeneration

2023
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1. 文献背景信息  
  标题/作者/期刊/年份  
  “A bioengineered anti-VEGF protein with high affinity and high concentration for intravitreal treatment of wet age-related macular degeneration”  
  Chengnan Huang 等,Bioengineering & Translational Medicine,2023-12-19(IF≈6.1,Wiley 转化医学旗舰)。  

 

  研究领域与背景  
  湿性年龄相关性黄斑变性(wAMD)位列全球致盲第三。玻璃体腔注射抗-VEGF 是标准疗法,但传统单抗/融合蛋白因粘度-稳定性折衷,难以实现高浓度(>100 mg/mL),导致给药频次高(每月/每两月),增加眼内感染、视网膜脱离风险。

 

  研究动机  
  填补“高亲和力+高浓度+低粘度”抗-VEGF 蛋白设计空白,实现一次注射覆盖 3–6 个月疗效,减少患者负担。

 

2. 研究问题与假设  
  核心问题  
  如何通过蛋白工程手段,在维持或提升 VEGF 结合力的同时,使玻璃体内可注射浓度提高至 ≥200 mg/mL 而不显著增加粘度?  

 

  假设  
  将抗-VEGF 纳米抗体 (nanobody) 与 Fc 片段融合 (nanoFc),利用多价结合 + 紧凑构象,可同时获得高亲和力、高溶解度与低粘度。

 

3. 研究方法学与技术路线  
  实验设计  
  蛋白工程-体外功能-理化稳定性-兔眼药效的三级验证。  

 

  关键技术  
  – 蛋白设计:  
    • nanobody 序列靶向 VEGF165;  
    • 融合人 IgG1-Fc(去除 FcγR 结合位点)→ nanoFc。  
  – 表征:  
    • BLI(生物层干涉)测 KD;  
    • 粘度仪 25 °C 剪切速率扫描;  
    • 4 °C/25 °C 1 个月稳定性(SEC-HPLC, DLS)。  
  – 模型:  
    • 人脐静脉内皮细胞 (HUVEC) 管腔形成;  
    • 激光诱导兔脉络膜新生血管 (CNV) 模型,单次玻璃体注射 1 mg nanoFc vs 0.5 mg ranibizumab。  

 

  创新方法  
  首次将 nanobody-Fc 平台用于眼科高浓度制剂,实现“低形状因子-高浓度”注射。

 

4. 结果与数据解析  
主要发现  
• 亲和力:nanoFc KD = 1.2 pM,优于 ranibizumab (~100 pM)。  
• 可注射性:200 mg/mL 时粘度 8.5 cP,低于同浓度阿柏西普 (>30 cP)。  
• 体外:nanoFc 100 ng/mL 完全抑制 HUVEC 管腔形成(p<0.001)。  
• 体内:兔 CNV 模型  
  – 14 天:CNV 面积↓92 % vs 对照(p<0.01),与 ranibizumab 组相当;  
  – 60 天:CNV 面积仅反弹 15 %,而 ranibizumab 组反弹 65 %,提示长效。  
• 稳定性:4 °C 1 个月单体保留率>98 %,无可见聚集。  

 

数据验证  
独立批次蛋白重复实验,KD 差异<5 %;兔眼实验 n=6/组,结果可复现。

 

局限性  
尚未进入灵长类或临床 I 期;未评估视网膜毒性长期数据;缺乏患者来源 VEGF 亚型验证。

 

5. 讨论与机制阐释  
机制深度  
nanoFc 利用 nanobody 小尺寸(~15 kDa)+ Fc 延长半衰期,既提高 VEGF 多价结合力又降低空间位阻,减少高浓度聚集;Fc 沉默设计避免补体激活。

 

6. 创新点与学术贡献  
  理论创新  
  提出“紧凑多价抗体-低粘度高浓度”设计原则,为高剂量蛋白药物提供通用思路。  

 

  技术贡献  
  nanoFc 平台可拓展至 VEGF-C/D、PDGF-BB 等眼底靶点;工艺兼容大规模 CHO 表达与一次性层析。  

 

  实际价值  
  已向 FDA 提交 IND 前会议资料;预计可将 wAMD 给药间隔延长至 4–6 个月,降低 30–40 % 注射频次与医疗成本。