价数成为可调控的设计变量
这篇论文要回答的问题是:把更多小分子神经氨酸酶抑制剂连接到抗体 Fc 结构域上,是否只是增强了结合力。为检验这一点,作者用点击化学搭建了一个平台,可以按设定的价数把扎那米韦、奥司他韦或帕拉米韦连接到 Fc 上。他们以扎那米韦为模型配体,制备了单价、二价和三价偶联物(AVC-Z1、AVC-Z2、AVC-Z1H、AVC-Z3),另加一个短连接臂对照。
实测的药物与 Fc 比值分别为 AVC-Z1 4.2、AVC-Z2 4.0、AVC-Z1H 11.8、AVC-Z3 3.7,对应每个偶联物上约 4.2、8.0、11.8 和 11.1 个扎那米韦分子。这一点很关键:AVC-Z1H 携带的扎那米韦单元数量与 AVC-Z3 相近,但排列方式不同,因此研究得以把单纯的配体数量与空间排布区分开来。
价数越高,与 NA 结合越紧、抑制越强
表面等离子共振显示,偶联物对流感神经氨酸酶(NA)的亲和力随价数升高而增强。针对 N2 亚型,平衡解离常数分别为 AVC-Z1 23.00 nM、AVC-Z2 10.09 nM、AVC-Z1H 8.33 nM、AVC-Z3 6.71 nM;AVC-Z3 的解离也最慢。所有偶联物的结合都强于游离扎那米韦。
功能检测结果遵循同样的顺序。AVC-Z3 对 PR8 NA 的抑制活性分别是 AVC-Z1、AVC-Z2 和 AVC-Z1H 的 17 倍、10 倍和 5 倍,并且对奥司他韦耐药的 H275Y NA 变体仍保持活性。在覆盖五株病毒株的细胞实验中,效力排序为 AVC-Z3 > AVC-Z2 > AVC-Z1H > AVC-Z1 > 扎那米韦,AVC-Z3 对 A/H1N1 和 A/H3N2 的中位 IC50 分别为 10.98 nM 和 7.75 nM。药物与 Fc 比值相近的短连接臂对照 AVC-Z1H-S 明显更弱,说明除价数外,连接臂的几何构型同样重要。
交联病毒颗粒解释了价数优势
单靠结合强度无法解释 AVC-Z3 为何优于携带相近扎那米韦量的 AVC-Z1H。动态光散射显示,AVC–NA 复合物随价数升高而增大,AVC-Z3 形成的 NA 聚集体约 100 nm,而 AVC-Z2 和 AVC-Z1H 约为 20 nm。电镜确认 AVC-Z3 对 NA 蛋白和病毒颗粒的交联更广泛。
作者把这一现象归因于几何构型:三价偶联物中连接臂的跨度为 23.6 至 37.3 Å,这一范围足以桥接分处不同病毒颗粒上的 NA 四聚体。加药时间实验支持双阶段作用。无论感染时还是感染后加入,AVC-Z3 都降低了细胞外病毒滴度;预处理病毒(P = 0.0052)或与病毒同时加入(P = 0.0308)时滴度也下降,而单独预处理细胞并不阻断病毒进入。荧光成像显示 MDCK 和 A549 细胞表面出现聚集的病毒。因此论文把该机制描述为从神经氨酸酶抑制转向物理性病毒固定,把阻断进入与限制释放耦合在一起。
帕拉米韦偶联物在交联之外延长了体内存留
随后作者更换配体,选择旨在保留 NA 结合能力的衍生化位点。奥司他韦偶联物 AVC-O3 未通过这一检验:其对 NA 的 IC50 为 442.10 nM,细胞水平 EC50 超过 600 nM,作者将其归因于 C5 位 PEG 链造成的空间位阻,因此放弃了该设计。
三价帕拉米韦偶联物 AVC-P3 保持了强效活性,对野生型和 H275Y 突变 NA 的 IC50 均为 3 nM,而帕拉米韦对突变体的活性下降超过 10 倍。它对来自 A/Darwin/6/2021 和 A/Sydney/5/2021 的 NA 的 KD 分别为 1.43 nM 和 3.29 nM,并能像 AVC-Z3 一样诱导病毒聚集。在小鼠中,AVC-Z3 的半衰期为 141.2 h,单独 Fc 蛋白为 34.3 h,AVC-P3 达到 225.02 h;在人源化 FcRn 小鼠中,AVC-P3 为 253 h,带 YTE 突变的 CD388 为 163 h。这些是特定小鼠模型中的药代动力学测量,并非人体结果。
体内保护覆盖多个亚型,但仍限于小鼠
在小鼠感染模型中,AVC-P3 优于各对照组。摘要报告,其在 H1N1、H3N2、H5N1 和乙型流感模型中的体内效力超过其他 AVC、巴洛沙韦和 CD388。在 H1N1 和 H3N2 模型中,AVC-P3 相对 PBS 降低了肺部 IL-6 和 γ-IFN 水平,并改善了肺组织病理,所示比较的 P 值均低于 0.05。
一项序贯感染实验进一步凸显了与巴洛沙韦的差异。巴洛沙韦在第一轮中降低肺部病毒载量的效果最好,但第 15 天再次感染后,接受巴洛沙韦治疗的小鼠开始死亡;而 3 mg/kg 的 AVC-Z3 和 AVC-P3 到第 29 天仍提供 100% 保护。与未治疗组和巴洛沙韦组相比,AVC 还使每克肺组织的病毒拷贝数降低 100 至 1000 倍。这些结果全部来自小鼠模型,全程使用雌性小鼠并采用静脉给药,因此向人类预防或治疗的转化在本研究中尚未检验。
指导偶联物设计的不只是效力,还有价数
论文的核心主张是:配体价数决定抗病毒机制,而不只是决定结合强度。最清晰的内部比较是 AVC-Z3 与 AVC-Z1H:两者扎那米韦载量相近,空间排布不同,而在聚集能力和抗病毒活性上差距很大。这使连接臂长度和几何构型成为设计规格的一部分,而非事后考虑。
对于把这一结果与现有 Fc 偶联抗病毒药物相比较的读者,值得优先关注的是 AVC-P3 展示的组合:它保留了来自三价扎那米韦设计的交联活性,同时在所测试的小鼠体系中,半衰期长于 AVC-Z3,也长于带 YTE 突变的 CD388。尚未回答的问题是这一组合能否在人体中成立,因为这里的效力和药代动力学证据都来自小鼠模型,论文未报告人体数据。
本文引用的文献
Multivalent antiviral conjugates enhance activity against Influenza via cross-linking viruses
扎那米韦和帕拉米韦的三价 Fc 偶联物交联流感病毒颗粒,阻断病毒进入与释放;AVC-P3 还具备更长的半衰期,在小鼠中的保护作用强于低价数 AVC、巴洛沙韦和 CD388。
