CN106432499A - Ctla‑4抗体fab在昆虫表达系统中的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及CTLA‑4抗体FAB 在昆虫表达系统中的制备方法，包括：（a）将N端分别带有信号肽的Fab片段的轻链与重链的氨基酸序列的基因克隆于带有双启动子的杆状病毒表达载体内构建重组表达载体；（b）将所得的重组表达载体转座至感受态细胞中，筛选重组菌斑，提取重组质粒，并将其转染至昆虫细胞中，得到重组杆状病毒后进一步扩增病毒，并使用病毒感染放大培养的昆虫细胞以表达Fab蛋白，离心收集含Fab蛋白的上清产物；（c）将所得昆虫细胞表达上清首先使用膜包进行超滤浓缩和置换缓冲溶液，然后色谱柱纯化，即可得到全人源单克隆抗体CTLA‑4单抗Fab片段。

Description

CTLA-4抗体FAB在昆虫表达系统中的制备方法
技术领域
本发明涉及全人源CTLA-4抗体片段在昆虫细胞/杆状病毒表达系统中的制备方法，属于生物技术领域。
背景技术
CTLA-4的全称叫做细胞毒性T细胞相关蛋白-4(Cytotoxic T lymphocyteassociated protein-4)，它是T细胞表面表达的一类共刺激分子(co-stimulatorymolecule)。与CD28的功能类似，在T细胞激活过程中，CTLA-4能够与抗原呈递细胞(Antigenpresenting cell,APC)表面的CD80/CD86特异性结合来激活下游信号。研究发现，T细胞中主要表达CTLA-4的细胞为调节性T细胞(Treg)，是一类可以负向调节细胞免疫的T细胞；在缺失CTLA-4受体时，小鼠表现出T细胞过度活化伴随严重的自身免疫病。以上结果可以得出，Treg需要通过CTLA-4行使其功能。另外，CTLA-4也在conT细胞中有表达，其作用是抑制T细胞激活的信号传递。CTLA-4FAB片段是人单克隆抗体Ipilimumab(易普利姆玛)的重链和轻链经二硫键结合的二聚物，是属于免疫治疗癌症的潜在重磅药物之一。
Fab是IgG分子的抗原结合片段，是由Fd片段与轻链通过二硫键结合形成的异二聚合体，因其相对分子质量小、有高度确定的完整性结构和免疫原性低等优点成为IgG类抗体生产和改造的首选。由于Fab片段没有Fc段，不需要进行复杂的糖基化和翻译后修饰，所以不需要通过哺乳动物细胞系统来生产。而Bac-to-Bac昆虫细胞表达系统与其他真核表达系统相比有许多优势：能高水平表达外源基因；大多数表达的重组蛋白可溶；能进行翻译后的加工修饰：包括糖基化、磷酸化、酰基化、信号肽切除等；较容易分离纯化；昆虫细胞悬浮生长易放大培养，有利于大规模表达重组蛋白。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在昆虫细胞/杆状病毒表达系统中分泌共表达获得重组CTLA-4抗体Ipilimumab的Fab片段的制备方法。本发明人经研究发现，通过利用昆虫细胞作为宿主进行表达，可获得具有生物活性的重组CTLA-4抗体Fab蛋白。
在此，本发明提供一种全人源单克隆抗体CTLA-4单抗Fab片段的制备方法，包括：
(a)将N端分别带有信号肽的Fab片段的重链(heavy chain，Hc)与轻链(light chain，Lc)的氨基酸序列的基因克隆于带有双启动子的杆状病毒表达载体(优选为pFastBacT1)内构建重组表达载体；
(b)将所得的重组表达载体转座至感受态细胞中，筛选重组菌斑，提取重组质粒，并将其转染至昆虫细胞中，得到重组杆状病毒后进一步扩增病毒，并使用病毒感染放大培养的昆虫细胞以表达Fab蛋白，离心收集含Fab蛋白的上清产物；
(c)将所得昆虫细胞表达上清首先使用膜包进行超滤浓缩和置换缓冲溶液，然后色谱柱纯化，即可得到全人源单克隆抗体CTLA-4单抗Fab片段。
本发明运用基因工程等技术手段，将带有信号肽(例如Ac NPV gp64)的Fab片段的重链与轻链分别克隆至杆状病毒载体(例如pFastBacT1)中，获得重组质粒，将重组质粒转座到感受态细胞(例如DH10Bac)中获得重组Bacmid DNA，转染昆虫细胞(例如Sf9)获得重组杆状病毒，利用病毒感染昆虫细胞，分泌共表达目的蛋白，离心收集含目的蛋白的上清产物。再进行色谱柱纯化，得到有生物活性的CTLA-4蛋白。经本发明方法获得的全人源单克隆抗体CTLA-4片段经分析显示纯度较高，且能特异性结合CTLA-4，其抑制效果与标准品Ipilimumab相似，说明本发明方法Fab片段保留了标准品Ipilimumab具备的抗原结合性和特异性；而该Fab片段分子量低易靶向作用于病灶，另外昆虫细胞悬浮生长易放大培养，该Fab片段可以在昆虫细胞中大规模表达生产，易于分离纯化。
本发明中，选用昆虫细胞杆状病毒表达载体pFastBacT1共分泌表达，能容纳大分子的插入片段，表达多种外源基因并可以高效并大量表达外源基因。通过添加外分泌信号肽可以分泌共表达Fab蛋白于昆虫细胞上清中，利用胞外的氧化环境，能够指导Fab重链和轻链间二硫键的形成。
较佳地，在步骤(a)中，所述重组表达载体为pFastBacT1，包括：两个启动子、复制子、多克隆酶切位点、和两个终止子。
较佳地，在步骤(a)中，Fab片段的Lc与Hc的N端的信号肽为外分泌信号肽Ac NPVgp64。较佳地，Fab片段的重链和轻链的启动子皆为多角体基因启动子(polyhedrin(PH)promoter)。
较佳地，在步骤(b)中，所述感受态为DH10Bac。较佳地，转座菌斑筛选方法为蓝白斑筛选法。
较佳地，在步骤(b)中，所述昆虫细胞为Sf9细胞。较佳地，转染试剂可为脂质体cellfection，另外，转染步骤中所用培养基可为Sf-900TMII SFM培养基。
较佳地，在步骤(b)中，所述重组杆状病毒P0扩增病毒P1，即将200μL重组杆状病毒P0加入100mL细胞密度为2×106cells/ml的Sf9昆虫细胞中，37℃摇床培养96h后离心获得病毒P1。
在步骤(b)中放大培养细胞并表达所用的培养基为ESF AF培养基。
在步骤(c)中，所述纯化依次包括：使用膜包进行超滤浓缩和置换缓冲溶液；以及亲和层析和分子筛介质层析。
在步骤(c)中，所述亲和柱层析的亲和层析介质为Protein A。
在步骤(c)中，所述分子筛介质层析的分子筛层析介质为Superdex 75。
附图说明
图1为CTLA-4抗体片段重组表达载体图谱；
图2为Protein A亲和纯化后的Fab SDS-PAGE电泳图；其中的图A为在非还原条件下电泳所得结果，图B为还原条件下电泳所得结果；Fab为IgG1抗原结合区Hc和Lc二聚体，还原条件下为23kD两条电泳条带，非还原条件下在47kD处有单一电泳条带；
图3为分子筛层析纯化后的Fab SDS-PAGE电泳图，其中的图A为在非还原条件下电泳所得结果，图B为还原条件下电泳所得结果；
图4为分子筛层析纯化并浓缩后的Fab SDS-PAGE电泳图，表明获得的Fab抗体片段具有较高纯度。
具体实施方式
以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
本发明运用基因工程等手段，利用杆状病毒作为表达载体，利用昆虫细胞作为宿主，表达全人源单克隆抗体Ipilimumab的Fab片段(在本文中，亦简称重组CTLA-4抗体片段、CTLA-4抗体Fab片段、CTLA-4抗体片段、CTLA-4片段、CTLA-4蛋白、或Fab片段等)。在一个示例中，本发明的制备方法包括：将分别带有Ac NPV gp64信号肽的Fab片段的重链和轻链克隆至杆状病毒载体pFastBacT1中，构建重组表达载体，将重组质粒转座到感受态细胞DH10Bac中获得重组Bacmid DNA并转染至Sf9昆虫细胞中获得重组杆状病毒，利用病毒感染sf9昆虫细胞，分泌共表达Fab目的蛋白，离心获得含目的蛋白的上清产物；对所得的蛋白进行色谱柱纯化，得到CTLA-4蛋白。以下，示例性地说明本发明的制备方法。
(1)重组表达载体的构建
分别合成带有信号肽的Fab片段的重链与轻链的基因，克隆于带有双启动子的pFastBacT1载体内，构建CTLA-4抗体片段重组表达载体(Fab in pFastBacT1)。
优选地，在Hc和Lc的N端各加上一个外分泌信号肽Ac NPV gp64。
在一个示例中，Lc之前添加信号肽Ac NPV gp64形成AcNPV gp64+Lc inpFastBacT1。优选地，利用5'BamHI和3'EcoRI插入于第一个启动子之后。
在另一个示例中，在Hc之前添加信号肽Ac NPV gp64形成AcNPV gp64+Hc inpFastBacT1。优选地，利用5'XhoI和3'HindIII插入于第二个启动子之后。
所构建的CTLA-4抗体片段重组表达载体图谱如图1所示。由图1可知，该重组表达载体包括：两个昆虫细胞启动子、复制子、多克隆酶切位点和两个终止子。
(2)Fab片段在昆虫细胞中的表达
重组质粒的制备：将所构建的CTLA-4抗体片段重组表达载体转座至感受态细胞(例如DH10Bac)中，筛选重组菌斑，提取重组质粒(重组Bacmid)。其中，转座菌斑筛选方法可为蓝白斑筛选法。
重组Bacmid转染sf9昆虫细胞，转染试剂可为脂质体cellfection，培养基可为Sf-900TMII SFM培养基，得到Fab-P0代病毒。转染得到的P0代病毒进一步扩增病毒得到P1。在一个示例中，扩增方法为：将200μL重组杆状病毒P0加入100mL细胞密度为2×106cells/ml的Sf9昆虫细胞中，37℃摇床培养96h后离心获得病毒P1。使用P1感染昆虫细胞表达Fab蛋白。
(3)Fab的纯化
Fab蛋白的表达为可溶性外分泌表达，表达所用的培养基可为ESF AF培养基，病毒扩增感染细胞培养至细胞有感染迹象且细胞百分数80％左右时收集细胞悬液，离心机3000g 4℃下离心10min，收集上清溶液，使用Vivaflow 200切向流超滤膜包将上清进行浓缩并置换缓冲液，方便后续的分离与纯化。然后进行色谱柱纯化，获得高纯度的Fab片段。优选地，依次通过亲和柱层析和分子筛介质层析进行纯化。在一个示例中，亲和柱层析的亲和层析介质为Protein A。在另一个示例中，分子筛介质层析的分子筛层析介质为Superdex 75。在纯化过中，可以使用SDS-PAGE电泳分析蛋白纯度。可以使用30kD Milipore超滤管浓缩蛋白。
(分析与检测)
可以使用SDS-PAGE电泳分析目的蛋白Fab片段。图2、3分别示出经亲和柱层析、分子筛介质层析所获得的蛋白的SDS-PAGE电泳图，用以表征蛋白的纯度。该两幅图中的图A均为非还原条件，图B均为还原条件。由图2可知，Fab为IgG1抗原结合区Hc和Lc的二聚体，还原条件下在23kD处有两条电泳条带，从上至下分别为Hc和Lc，非还原条件下在47kD处有单一电泳条带为Fab片段。图4示出分子筛层析纯化并浓缩后的Fab蛋白的SDS-PAGE电泳图，其中泳道1样品为非还原条件下处理，泳道2为还原条件下处理，由图4可知缩后的Fab抗体片段的纯度大于98％。
本发明与现有技术相比具有的优点：
(1)本发明所制备的Fab片段分子量小，因此在到达肿瘤靶部位的过程中穿透力大；
(2)本发明所制备的Fab片段保留了全抗体对CTLA-4的高特异性和高亲和力，并且其半衰期较同类药物长，可以减少药物的使用次数；
(3)昆虫细胞系统表达的重组蛋白具有完整的生物学功能，能正确折叠并形成Fab分子间重要的二硫键，表达产物在结构及功能上接近天然蛋白；
(4)能进行翻译后的加工修饰：包括糖基化、磷酸化、酰基化、信号肽切除等；
(5)与其他真核表达系统相比，杆状病毒表达系统可以高效表达外源基因，表达量高；
(6)能容纳大分子的插入片段：杆状病毒毒粒可以扩大，能包装大的基因片段并可以在昆虫细胞中表达多种外源基因；
(7)纯化过程中，使用亲和层析-分子筛层析法纯化获得纯度大于98％的抗体蛋白，是一种操作简单方便，低成本，高产出的抗体片段纯化制备方法；
(8)本发明提供了一种CTLA-4抗体片段的制备方法，为获得高质量的单克隆抗体Fab片段奠定了基础。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
(1)重组质粒的构建
首先扩增基因Lc，添加信号肽AcNPV gp64(苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒)将基因AcNPV gp64+Lc克隆至载体pFastbacT1(Thermo Fisher Scientific)，构建质粒AcNPVgp64+Lc in pFastBacT1。然后从模板质粒Fab in pETDuet1(Shanghai Medicilon Inc)中扩增基因Hc，添加信号肽AcNPVgp64，3’终止密码子TAA，将基因AcNPV gp64+Hc克隆至载体pFastbacT1，构建质粒AcNPVgp64+Hc in pFastBacT1。最终从模板质粒Ac NPV gp64+Hc inpFastBacT1中扩增基因PH promoter+Ac NPV gp64+Hc，使用重组的方法将基因PHpromoter+Ac NPV gp64+Hc克隆至载体AcNPV gp64+Lc in pFastBacT1，构建质粒Ac NPVgp64+Lc and Ac NPV gp64+Hc in pFastBacT1。
(2)Fab在Sf9昆虫细胞中的表达
Sf9昆虫细胞(Thermo Fisher Scientific)在27℃，90rpm的条件下摇瓶培养。当Sf9昆虫细胞浓度达到2.0×106cells/ml时，以感染复数(MOI)为1pfu/cell的比例加入P1代病毒(即每升细胞加入20ml的P1病毒)，于27℃培养箱内进行病毒感染，培养基为ESF AF培养基(Expression systems)。Fab蛋白的表达为可溶性外分泌表达，病毒扩增感染细胞培养至细胞有感染迹象且细胞百分数80％左右时收集细胞悬液，离心机3000g 4℃离心10min，收集细胞上清。
(3)Fab表达上清的浓缩与缓冲液置换
Fab蛋白的表达为可溶性外分泌表达，离心收集的上清溶液，使用Vivaflow 200切向流超滤膜包进行浓缩并置换缓冲液(50mmol/L Tris-HCl pH7.2，150mmol/L NaCl，10％Glycerol)，方便后续的分离与纯化。
(4)色谱柱纯化
第一步Protein A亲和层析
1)色谱柱：亲和层析介质：Protein A亲和填料(GE)；
2)Protein A亲和柱的制备
3)样品处理：将完成浓缩和置换缓冲溶液的上清溶液离心取上清；
4)缓冲液配置：缓冲液A：50mmol/L Tris-HCl pH7.2，150mmol/L NaCl，10％Glycerol，缓冲液B：0.1mol/L Glycine,pH 2.5；
5)纯化过程：用缓冲液A预先平衡填料，样品上样后以缓冲液A平衡柱子，再用缓冲液B洗脱，Ep管收集并中和洗脱下的Fab蛋白至pH 7.0左右；
6)结果：收集目标蛋白峰，测蛋白浓度计算回收率，SDS-PAGE分析蛋白纯度(图2)。结果表明该蛋白纯度为大于90％。
第二步分子筛层析
1)色谱柱：HiLoad 16/60Superdex 75prep grade，美国GE公司；
2)样品处理：通过Protein A亲和层析洗脱的目标蛋白利用截留分子量为30KD的超滤浓缩管浓缩至2-4ml；
3)缓冲液配置：缓冲液为50mmol/L Tris-HCl pH7.0，150mmol/L NaCl，10％Glycerol；
4)纯化过程：用缓冲液预先平衡分子筛，上样，以1ml/min进行洗脱；
5)结果：收集目标蛋白峰，样品进行SDS-PAGE电泳(图3)。结果表明该蛋白纯度大于98％。最后，对纯化产物使用Millipore超滤系统超滤浓缩，截留分子量为30KD的再生纤维素膜包对纯化后的蛋白质溶液进行脱盐和浓缩，整个纯化组合合理，操作简单，工艺稳定。SDS-PAGE分析蛋白纯度(图4)。

Claims (10)

1.一种使用昆虫细胞/杆状病毒表达系统制备重组CTLA-4 抗体Fab片段的方法，其特征在于，包括：
（a）将N端分别带有信号肽的Fab片段的轻链与重链的氨基酸序列的基因克隆于带有双启动子的杆状病毒表达载体内构建重组表达载体；
（b）将所得的重组表达载体转座至感受态细胞中，筛选重组菌斑，提取重组质粒，并将其转染至昆虫细胞中，得到重组杆状病毒后进一步扩增病毒，并使用病毒感染放大培养的昆虫细胞以表达Fab蛋白，离心收集含Fab蛋白的上清产物；
（c）将所得昆虫细胞表达上清首先使用膜包进行超滤浓缩和置换缓冲溶液，然后色谱柱纯化，即可得到全人源单克隆抗体CTLA-4单抗Fab片段。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤（a）中，Fab片段的重链和轻链的N端的信号肽皆为外分泌信号肽Ac NPV gp64。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在步骤（a）中，Fab片段的重链和轻链的启动子皆为多角体基因启动子。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤（a）中，所述重组表达载体为pFastBacT1，包括：两个启动子、复制子、多克隆酶切位点、和两个终止子。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤（b）中，所述感受态为DH10Bac，转座菌斑筛选方法为蓝白斑筛选法。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤（b）中，所述昆虫细胞为Sf9细胞。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法，其特征在于，转染试剂为脂质体cellfection，转染步骤中所用培养基为Sf-900™ II SFM培养基。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤（b）中，所述重组杆状病毒P0扩增病毒P1，即将200μL重组杆状病毒P0加入100 mL细胞密度为2×106 cells/ml 的Sf9昆虫细胞中，37 ℃摇床培养96 h后离心获得病毒P1。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤（b）中，放大培养细胞并表达所用的培养基为ESF AF培养基。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤（c）中，所述纯化包括：膜包进行超滤浓缩和置换缓冲溶液；以及亲和层析和分子筛介质层析；其中所述亲和柱层析的亲和介质为Protein A；所述分子筛介质层析的分子筛层析介质为SuperdexTM 75。
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尹长城 等: "昆虫表达系统及其在基因工程抗体中的应用", 《生物工程进展》 *

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