致敬加西亚【上】：Neoleukin-2/15
首先插个广告，KN-024更新了OS结果
对chemo arm的crossover因素校正后，K药组和Chemo组OS：30 vs 8.7 mo
下面正题，上周被一篇文章刷屏，而我除了感叹计算大牛DB外，还想致敬本文的通讯作者之一，IL-2大佬，斯坦福大学结构生物学系的加西亚教授，具体理由参照之前一篇推送：
ALKERMES启动ALKS-4230联合K药的临床
所有的IL-2的改造都是基于：1）促进IL-2结合二元复合物形式的IL-2Rβγ，这类受体表达在NK细胞和CD8+ T细胞，；2）破坏IL-2结合三元复合物形式的IL-2Rαβγ，因为这类受体主要表达在Treg，但是IL-2结合该形式复合物亲和力较二元复合物高100倍（Kd 10pM vs 1nM）,所以目前的改造都是基于这个机制。
NKTR-214用了PEG修饰阻挡了结合α亚基的界面，而ALKS-4230用了circularly permuted即环状结构重组来构建全新的IL-2，具体步骤见上面推送。SITC18上也披露了递增阶段的PKPD，显示了3 μg/kg/day能引起NK细胞和CD8+ T细胞以剂量依赖形式的增长，而Treg没有剂量依赖的变化
本周晚期推送推送原文，首先看下Nature的点评
免疫系统中，IL-2通过给受体传递信号来调节白细胞的活性，因此可以通过调节免疫反应的强度来用于治疗，但临床上的应用通常受限于它们的内在结构。本研究描述了如何从头设计出蛋白质的结构来重复出IL-2结合受体的有益性质，却没有原始细胞因子的缺陷。
IL-2可以同时结合2个受体亚基IL-2LRβ(CD122)和IL-2Rγ(CD132)形成的IL-2LRβγc异源二聚体后，另外不传递信号的受体亚基IL-2Rα(CD25) 和IL-2LRβγ形成异源三聚体受体后IL2的结合亲和力增强了100倍。IL-2临床上被用来治疗癌症患者来刺激免疫系统细胞更有效的工作来清除肿瘤；尽管如此，IL-2的毒副反应限制了其使用，机制目前还不清除，但是小鼠中的研究提示与结合含CD25的复合物有关。
因此有的研究组试图改造IL2不再结合含CD25的复合物但是却依旧促进形成结合IL-2Rβγc。标准的改造从天然蛋白开始，找到可以产生一系列有着上述结合性质的不同蛋白的突变。但这个办法对于IL-2来说是失败的。部分原因可能是未突变的蛋白十分稳定，而携带突变的蛋白通常稳定性较差，作为治疗制剂来说在生产和储存上都有很大困难；另外突变的IL-2强度降低，依旧保留着对CD25的结合能力。
这项研究试图从头开始设计蛋白结构以提供稳定的骨架，然后添加各个结构元件以产生特异性结合IL-2Rβ和IL-2Rγ的界面，更重要的是这些结合表面需要进一步在空间上相互正确定位以确保设计的细胞因子可以结合IL-2Rβγc二聚体并触发信号。
研究人员分析天然的细胞因子与受体结构来获得所设计的因子的结构和空间上的要求，IL-2属于细胞因子大家族的一员，核心区域含一束4个α螺旋组成的结构。这4个螺旋通过长短不一的loop以一定的顺序连接。研究人员并没有继续保持这个特定的排布而是通过重新设计结合表面逆转了这一进程，他们从设计结合表面的位点开始并用计算方法设计了α螺旋的排布，不仅仅连接了这些表面，而且结构预测是稳定的。
任何模型只有试过才知道：研究人员从首轮设计中制备并描述最好的候选蛋白结合IL-2Rβγc的能力令人鼓舞，但却是热力学不稳定，很明显需要改进。研究人员回过头去，对首选α螺旋进行最优化排布，并且用计算方法搜索最理想的loop将它们连接，次轮设计产生有了有着稳定性改进并对IL-2Rβγc有着卓越的结合亲和力的候选。随后开展了实验驱动的突变，通过微调的引入单个氨基酸残基的改变来提升候选的结合亲和，最终这个因子对IL-2Rβγc有着最高的结合。结果令人深刻，最终设计好的细胞因子高度稳定，对IL-2Rβγc结合能力强同时完全不结合CD25。亦可赛艇的是这个新蛋白再结肠和皮肤肿瘤小鼠模型有疗效，保持着天然IL-2的免疫治疗效果特征，并且毒性低。研究人员命名Neo-2/15，因为这个新的细胞因子可以模拟天然的IL-2和IL-15。
研究人员解析了Neo-2/15结合IL-2Rβγc的晶体结构，结果令人满意，结合表面的定位与设计一致，4个螺旋和计算设计的匹配高度精确。重新设计的白介素中4个α螺旋根本上变化了：连接顺序被重排，氨基酸序列也和人或鼠的IL-2不同。
Neo-2/15能否走上临床还需要观察，4-螺旋束可能是重新设计的特别有利的案例，其他有着更复杂构造的细胞因子家族可能更难重新设计。不过Neo-2/15的结果令人兴奋，证明了从头设计再加上对结构的深刻理解可以产生有着特定结合性质的细胞因子。该研究中设计蛋白的方法有着改造涉及多个蛋白互作的生物学体系的潜力，同时研究人员开启了基于4-螺旋束的治疗药物的未知领域，仍需要进一步探索。