一种全人源结缔组织生长因子阻断单克隆抗体通过抑制血管生成改善实验性类风湿关节炎

A fully human connective tissue growth factor blocking monoclonal antibody ameliorates experimental rheumatoid arthritis through inhibiting angiogenesis.

作者信息Yang Qin, Gan Wu, Jiayi Jin, Hao Wang, Jiani Zhang, Li Liu, Heping Zhao, Jianguang Wang, Xinyu Yang
PMID36869335
发布时间2023-03
DOI10.1186/s12896-023-00776-8

实验完整度

包含体外分子结合(SPR)、细胞功能(增殖、迁移、管形成)、体内动物模型(CIA小鼠)及CAM血管生成实验等多个独立证据层级,并进行了功能验证和机制(TSP-1结构域)验证。

主要模型

胶原诱导性关节炎(CIA)DBA/1小鼠模型 人脐静脉内皮细胞(HUVECs) 鸡胚绒毛尿囊膜(CAM)模型

重点核对

CIA小鼠每组10只,在第1天和第21天分别用牛II型胶原与完全/不完全弗氏佐剂免疫,之后每7天腹腔注射IgG mut-B2或对照IgG,至第48天,第49天处死 HUVECs经血清饥饿24小时后,用于迁移和管形成实验,处理浓度为对照IgG 50 nM或IgG mut-B2 50和200 nM,孵育6小时 SPR结合实验使用Biacore T200,将CTGF或IgG偶联在CM5芯片上,抗体或CTGF以递减浓度流过 CTGF诱导HUVECs增殖实验中,CTGF浓度为50 nM,scFv浓度梯度1-500 nM,处理8小时

摘要

背景:结缔组织生长因子(CTGF)通过促进血管生成在类风湿关节炎(RA)的发病机制中发挥关键作用,是RA治疗的一个有前景的靶点。在此,我们通过噬菌体展示技术生成了一种全人源CTGF阻断单克隆抗体(mAb)。结果:通过筛选全人源噬菌体展示文库,分离得到一种对人CTGF具有高亲和力的单链抗体片段(scFv)。我们进行了亲和力成熟以提高其对CTGF的亲和力,并将其重构为全长IgG1格式以进一步优化。表面等离子体共振(SPR)数据显示,全长抗体IgG mut-B2与CTGF结合的平衡解离常数(KD)低至0.782 nM。在胶原诱导性关节炎(CIA)小鼠中,IgG mut-B2以剂量依赖性方式减轻关节炎并降低促炎细胞因子水平。此外,我们证实CTGF的TSP-1结构域对相互作用至关重要。另外,Transwell实验、管形成实验和绒毛尿囊膜(CAM)实验结果表明,IgG mut-B2能有效抑制血管生成。结论:拮抗CTGF的全人源单克隆抗体能有效减轻CIA小鼠关节炎,其机制与CTGF的TSP-1结构域密切相关。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
能否生成一种全人源抗CTGF阻断抗体,并验证其在类风湿关节炎模型中的治疗效果及其作用机制(是否通过抑制血管生成)。
核心机制
抗CTGF抗体通过与CTGF的TSP-1结构域结合,阻断CTGF促进的血管生成,从而减轻关节炎。
主要证据
在CIA小鼠中,IgG mut-B2降低临床评分、组织学评分和CD31阳性血管,并降低促炎细胞因子水平;体外实验显示其抑制HUVECs迁移和管形成,CAM实验抑制血管生成。
研究意义
证实CTGF是RA治疗的有效靶点,抗CTGF全人源单克隆抗体有望成为RA治疗的新策略,为开发特异性生物制剂提供新思路。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

构建全人源scFv噬菌体展示文库并筛选抗CTGF scFv

获得结合人CTGF的scFv克隆

从50名RA患者PBMCs提取RNA,构建scFv文库,通过三轮亲和淘选富集结合hCTGF的噬菌体,经单克隆噬菌体ELISA筛选出4个高亲和力克隆(B2、D6、E10、H7),并表达纯化。

2

对抗CTGF scFv B2进行亲和力成熟并重构为全长IgG1

提高抗体亲和力并延长血清半衰期

在scFv B2的VH-CDR3区域引入随机突变构建突变文库,经三轮淘选选择高亲和力突变体mut-scFv B2,并将其重构为全长IgG1(IgG mut-B2)。通过SPR测定亲和力。

3

在CIA小鼠模型中验证IgG mut-B2的疗效

评估抗体对关节炎进展的影响

DBA/1小鼠诱导CIA,腹腔注射IgG mut-B2或对照IgG,监测临床评分、 paw swelling、组织学评分、CD31免疫组化及血清细胞因子水平。

4

鉴定IgG mut-B2与CTGF的结合结构域

确定抗体识别的CTGF功能区

通过SPR检测IgG mut-B2与CTGF全长及截短突变体的结合,通过同源建模和分子对接分析结合界面。

5

评估IgG mut-B2对血管生成的抑制作用

验证抗体在体外和体内抑制血管生成

使用HUVECs进行Transwell迁移实验和管形成实验,以及鸡胚CAM实验,检测IgG mut-B2对血管生成的影响。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
TRIzol试剂TakaraT9108
M13KO7辅助噬菌体NEBN0315S
链霉亲和素磁珠ThermoFisher Scientific21344
重组人CTGF(生物素化)R&D9190-CC
链霉亲和素包被的96孔板Beaver bio22351
抗M13抗体,HRP偶联Sino biological11973-MM05T-H
TMB底物溶液Sino biologicalSEKCR01
pET28a载体Novagen--
异丙基硫代半乳糖苷BeyotimeST098
镍琼脂糖凝胶GE Healthcare17-5318-06
考马斯亮蓝染色液BeyotimeP0017F
凝胶成像系统Bio-Rad--
CCK-8试剂盒DojindoCK04
ExpiCHO表达系统ThermoFisher ScientificA29133
蛋白G琼脂糖凝胶GE Healthcare17061801
镍琼脂糖凝胶GE Healthcare17371201
Biacore T200仪器GE Healthcare--
CM5芯片GE HealthcareBR100530
0.22 μm过滤器MilliporeSLGP033N
牛II型胶原Chondrex20021
完全弗氏佐剂Chondrex7009
不完全弗氏佐剂Chondrex7002
甲苯胺蓝溶液SolarbioG3668
抗CD31抗体HuaBioER31219
用于IL-6、TNF-α、IL-17A、IL-1β、TGF-β、IL-10的ELISA试剂盒Abcam--
带8.0μm孔径聚碳酸酯膜的Transwell小室Corning3422
结晶紫SolarbioG1062
基质胶BD356234
受精鸡蛋----
ImageJ软件----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
抗体筛选
噬菌体文库来源:50名RA患者PBMCs;文库复杂度:2.72×10^9;三轮淘选洗脱液PBST浓度梯度(0.1%、0.3%、0.5%);筛选克隆数:96个
阅读提示:Methods:Construction of scFvs library 和 Affinity screening of anti-CTGF scFvs
亲和力成熟
突变文库构建:scFv B2的VH-CDR3区域引入RGYW/AGY热点突变;三轮淘选;鉴定最高亲和力克隆mut-scFv B2
阅读提示:Methods:Affinity maturation of mut-scfv B2
CIA小鼠模型
小鼠品系:DBA/1(雄性、8周龄、18-20g);每组10只;免疫方案:第1天和第21天分别皮下注射II型牛胶原(2 mg/mL)与完全/不完全弗氏佐剂乳化液;给药方案:从第?天起每7天腹腔注射IgG mut-B2或对照IgG,至第48天,第49天处死;评分标准:0-4分
阅读提示:Methods:Collagen-induced arthritis (CIA) model
细胞功能实验
HUVECs来源与培养条件;血清饥饿时间:24小时;CTGF诱导浓度:50 nM;scFv处理浓度:1-500 nM;处理时间:8小时;Transwell实验细胞数:1×10^5;管形成实验细胞密度:5×10^5/mL
阅读提示:Methods:Cell proliferation assay, Transwell and tube formation assays
SPR结合分析
仪器:Biacore T200;芯片:CM5;偶联方法:标准胺偶联;流速10 μl/min,结合3分钟,解离5分钟;再生:1 M NaCl 30秒;浓度递减顺序
阅读提示:Methods:Surface plasmon resonance (SPR) assay
血管生成实验
CAM实验:鸡胚孵化7天,第8天处理,培养3天;处理浓度:对照IgG或IgG mut-B2(未提供浓度);血管面积计算方法:血管面积/CAM面积×100%
阅读提示:Methods:Chicken embryo allantoic membrane experiment