CN110167966A - 程序性细胞死亡(pd-1)的单结构域抗体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及阻断PD‑1与其配体相互作用的PD‑1结合剂，以及这种结合剂在治疗、预防和检测疾病中的应用。

Description

程序性细胞死亡(PD-1)的单结构域抗体

发明领域

本发明涉及PD-1结合剂，特别是抗PD-1 V_H单结构域抗体(sdAb)，以及这种结合剂在疾病的治疗、预防和检测中的应用。

导论

基于抗体的疗法已经成为肿瘤学、炎症和传染病等领域越来越多的人类疾病的治疗方法中重要组成部分。事实上，抗体是当今最畅销的药物之一；十大最畅销药物中有五种是抗体。

程序性死亡1(PD-1)蛋白由PDCD1基因编码，且表达为55kDa I型跨膜蛋白(Agata1996 Int Immunol 8(5)：765-72)。PD-1是免疫球蛋白超家族成员(Ishida 1992 EMBO 11(11)：3887-95)，且它是T细胞调控者延伸的CD28/CTLA-4家族的抑制成员。该家族的其他成员包括CD28、CTLA-4、ICOS和BTLA。PD-1作为单体存在，缺乏其他CD28家族成员特有的未配对半胱氨酸残基(Zhang 2004 Immunity 20：337-47)。其细胞质结构域含有基于免疫受体酪氨酸的抑制基序(ITIM)和基于免疫受体酪氨酸的开关基序(ITSM)，其在信号转导期间被磷酸化(Riley 2009 Immunol Rev 229(1)：114-25)。

PD-1在B细胞、T细胞和单核细胞中表达(Agata 1996)。PD-1在维持免疫自身耐受中的作用在PDCD1-/-小鼠中得到证实，其发展为自身免疫性疾病(Nishimura 1999Immunity 11：141-51，Nishimura 2001 Science 291(5502)：319-22)。因此，PD-1途径调节抗原反应，平衡自身免疫和耐受。

PD-1有两种配体介导其调节功能。PD-L1(B7-H1)通常在树突细胞、巨噬细胞、静息B细胞、骨髓衍生的肥大细胞和T细胞以及非造血细胞谱系中表达(综述于Francisco 2010Immunol Rev 236：219-42)。PD-L2(B7-DC)主要在树突细胞和巨噬细胞中表达(Tseng 2001J Exp Med 193(7)：839-45)。配体表达受局部介质的影响，并可被炎性细胞因子上调。

已知PD-1是负调节TCR信号的免疫抑制蛋白。PD-1和PD-L1之间的相互作用可充当免疫限制点，其可以导致例如肿瘤浸润淋巴细胞的减少，T细胞受体介导的扩散减少，和/或癌细胞的免疫逃避。通过抑制PD-1与PD-L1或PD-L2的局部相互作用可以逆转免疫抑制；当PD-1与PD-L1和PD-L2的相互作用被阻断时，该效果是累积的。

随着T细胞被抗原呈递细胞(APC)激活和共刺激，诱导了PD-1的T细胞表达。PD-1与APC上的配体的结合使PD-1交联并将其聚集成免疫突触内的T细胞受体(TCR)复合物(Yokosuka 2012 J Exp Med 209(9)：1201-17)。在T细胞细胞质内，PD-1信号结构域ITIM和ITSM被磷酸化。这诱导含有酪氨酸磷酸酶(SHP1/2)的Src-同源性-2结构域减弱T细胞受体(TCR)信号通路的各种组分。T细胞活化受到抑制，导致细胞因子反应、扩散和细胞溶解活性降低。这种T细胞功能的下调有助于防止过度刺激使细胞免于抵抗弱免疫原性自身抗原。

PD-1通路可在癌症或感染中被利用，由此肿瘤或病毒可逃避有效的免疫识别，并且T细胞表现出“疲惫的”表型。PD-L1也表明在许多肿瘤类型中表达，包括尿路上皮肿瘤、卵巢癌、乳腺癌、宫颈癌、结肠癌、胰腺癌、胃癌、黑色素瘤、胶质母细胞瘤和非小细胞肺癌(综述于Callahan 2014J Leukoc Biol 94(1)：41-53)。由癌基质细胞产生的细胞因子可以进一步上调肿瘤微环境中的PD-L1(He 2015 Nature Scientific Reports 5：13110)。结果，肿瘤特异性T细胞通过PD-1信号传导变得无反应，因此不能消除它们的靶标。T调节细胞(Tregs)也已表明表达高水平的PD-1，并且它们进一步抑制抗肿瘤反应(Lowther 2016 JCIInsight 1(5)：85935)。

PD-1：PD-L1相互作用的破坏增强T细胞活性。抗PD-1单克隆抗体证实阻断PD-1与其配体之间的相互作用(Wang 2014 Cancer Immunol Res 2(9)：846-56)。通过阻断PD-1可以增强体外T细胞功能，如通过T细胞和树突细胞的混合淋巴细胞反应中增加的扩散和细胞因子反应所证实的。来自黑素瘤患者的细胞毒性淋巴细胞(CTL)也已表明可通过使用抗体OPDIVO(nivolumab)体外阻断PD-1以增强，并且可以对Treg抑制产生抗性(Wang 2009 IntImmunol 21(9)：1065-1077)。已经在黑素瘤、非小细胞肺癌(NSCLC)、肾细胞癌(RCC)和其他癌症的临床剂量增加研究中测试了该抗体。与NSCLC患者的化学疗法相比，它显示出增加的总体存活率。另一种PD-1阻断抗体(pembrolizumab)证实了对CTLA-4阻断无效的NSCLC患者的反应。和在功能上阻断人PD-1与其配体的相互作用。

可以通过抗PD-1和抗CD3抗体的组合在膜上与它交联来诱导PD-1信号传导(Bennett 2003 J Immunol 170：711-18，Keir 2005 J Immunol 175：7372-7379)。该功能在抗肿瘤反应期间可能是有害的，因为T细胞活性将被抑制。如果需要抑制T细胞应答，则可以使用对抗的抗PD-1抗体或那些具有效应功能的抗体来治疗免疫相关疾病，例如类风湿性关节炎。

本发明的目的是解决用于治疗疾病，特别是用于治疗癌症的替代的基于抗体的治疗的需求。

发明概述

本发明提供分离的单结构域抗体，特别是结合PD-1并显现出许多所需的特性的V_H单结构域抗体。

本发明的单结构域抗体与人PD-1结合并调节PD-1与PD-L1和/或PD-L2的相互作用。抗PD-1抗体优选以高亲和力结合PD-1并阻断PD-1与PD-L1和/或PD-L2的功能性相互作用。在一些实施方案中，本发明的阻断抗体可以阻断PD-1与PD-L1、PD-L2的结合和/或刺激或增强T细胞活化。在一些实施方案中，阻断抗体可用于刺激或增强免疫应答和/或用于治疗患有癌症和其他疾病的受试者。

因此，在一个方面，本发明提供与人PD-1结合的分离的单结构域抗体，所述分离的单结构域抗体包含选自表1的CDR3的CDR3序列。

在一个实施方案中，单结构域抗体包含如SEQ ID No.1所示的CDR1或与其具有至少80％同源性的序列，如SEQ ID No.2所示的CDR2或与其具有至少80％同源性的序列和如SEQ ID No.3所示的CDR3或与其具有至少80％同源性的序列。

在一个实施方案中，分离的单结构域抗体包含选自如表1所示的CDR1、CDR2和CDR3序列的CDR1、CDR2和CDR3序列。

在一个实施方案中，单结构域抗体包含选自SEQ ID Nos.4，8，12，16，20，24，28，32，36，40，44，48，52，56，60，64，68，72，76，80，84，88，92，96，100，104，108，112，116，120，124，128，132，136，140，144，148，152，156，160，164，168，172，176，180，184，188，192，196，200，204，208，212，216，220，224，228，232，236，240，244，248，252，256，260，264，268，272，276，280，284，288，292，369，373，377，381，385，389，393，397，401，405，409，413，417421，425，429，433，437，441，445，449，453，457，461，465，469，473，477，481，485，489，493，497，501，505，509，513.517，521，525，529或533的序列或与其具有至少70％、80％或90％同源性的序列。

在一个实施方案中，单结构域抗体与毒素、酶、放射性同位素、延长半衰期的结构部分、标记、治疗性分子或其他化学结构部分缀合。

在一个实施方案中，分离的单结构域抗体从表达包含人V、D和J区的转基因的转基因啮齿动物中获得或可得到。

本发明还提供分离的结合剂，其与本文所述的单结构域抗体结合基本相同的表位。

本发明还提供分离的结合剂，其与本文所述的单结构域抗体竞争结合人PD-1。

本发明还提供分离的结合剂，其包含本文所述的单结构域抗体。

在一个实施方案中，所述单结构域抗体与不结合PD-1的第二结合分子连接。

在一个实施方案中，所述第二单结构域抗体与免疫肿瘤学靶标结合。

在一个实施方案中，所述单结构域抗体与结合PD-1的第二结合分子连接。

本发明还提供本文所述的单结构域抗体在多特异性或多价结合剂中的应用。

本发明还提供免疫缀合物，其包含与治疗剂连接的本文所述的单结构域抗体或结合剂。

本发明还提供药物组合物，其包含本文所述的单结构域抗体，本文所述的结合剂或本文所述的免疫缀合物和药物载体。

本发明还提供治疗癌症、免疫病症、神经疾病、炎性病症、变态反应、移植排斥、病毒感染、免疫缺陷或其他免疫系统相关病症的方法，其包括施用治疗有效量的包含如本文所述的根据权利要求的单结构域抗体、免疫缀合物或药物组合物。

本发明还提供如本文所述的单结构域、结合剂、免疫缀合物或药物组合物在制备用于治疗癌症、免疫病症、神经疾病、炎性病症、变态反应、移植排斥、病毒感染、免疫缺陷或其他免疫系统相关病症的药物中的应用。

本发明还提供本文所述的单结构域抗体、结合剂、免疫缀合物或药物组合物，其用作药物。

本发明还提供本文所述的单结构域抗体、结合剂、免疫缀合或药物组合物，其用于治疗癌症、免疫病症、神经疾病、炎性病症、变态反应、移植排斥、病毒感染、免疫缺陷和其他免疫系统相关病症。

本发明还提供分离的核酸分子，其包含编码本文所述的单结构域抗体的核苷酸序列。

本发明还提供制备本文所述的单结构域抗体的方法，包括在宿主细胞中表达编码所述结合分子的核酸并从宿主细胞中分离结合分子。

本发明还提供试剂盒，所述试剂盒包含本文所述的单结构域抗体、结合剂、免疫缀合物或药物组合物。

本发明还提供检测测试样品中人PD-1存在的方法，包括使所述样品与本文所述的单结构域抗体和至少一种可检测标记接触，并检测所述单结构域抗体与人PD-1的结合。

本发明还提供制备结合人PD-1的单V_H结构域抗体的方法，所述方法包括：

a)用PD-1抗原免疫表达包含人重链V基因的核酸构建体并且不能制造功能性内源轻链或重链的转基因动物；

b)从所述动物产生文库；

c)从所述文库中分离单V_H结构域抗体，和

d)鉴定结合人PD-1的单V_H结构域抗体，和

e)分离所述抗体。

本发明还提供通过上述方法获得或可得到的单个V_H结构域抗体。

本发明还提供分离的仅有重链的抗体，其包含与人PD-1结合的V_H结构域。

本发明还提供仅有重链的抗体，其包含与人PD-1结合的V_H结构域，其从表达人V、D和J基因座，且不产生功能性内源λ和κ轻链和重链的转基因小鼠中获得或可得到。

本发明还提供双特异性分子，其包含与第二功能结构部分连接的上述单结构域抗体，所述第二功能部分具有与所述单结构域抗体不同的结合特异性。

本发明的另一方面涉及使用本文所述的抗PD-1单结构域抗体调节免疫应答的方法。

本发明进一步提供使用本文所述的抗PD-1单结构域抗体抑制体内肿瘤细胞生长的方法。

附图

在以下非限制性附图进一步描述本发明。

图1.a)结合试验：鉴定出与CHO人PD-1结合的V_H和b)抑制试验：抑制PD-1与PD-L1结合。

图2：使用不同单结构域抗体的PD-1/PD-L2抑制试验。

图3：物种交叉反应测试，a)V_H单域抗体1.1和1.57与人PD-1结合；b)V_H单结构域抗体1.1和1.57与食蟹猴PD-1重组蛋白结合；c)V_H单域抗体1.1和1.57与小鼠PD-1蛋白质结合。

图4：使用V_H单结构域抗体的FMAT抑制试验，a)利用单价V_H单结构域抗体的CHO PD-1/PD-L1试验；b)利用单价V_H单结构域抗体的CHO PD-1/PD-L2试验；c)利用二价试剂的CHOPD-1/PD-L1试验。

图5：不同V_H单结构域抗体的血清稳定性，a)1.57V_H单结构域抗体的血清稳定性；b)1.64V_H单结构域抗体的血清稳定性；c)格式化V_H1.57-4GS-MSA结合剂的血清稳定性。

图6：V_H单结构域抗体与CD4T细胞的结合。

图7：展示树突细胞和CD4+T细胞的共培养物：a)PD-1特异性1.57在混合淋巴细胞反应中对人T细胞活化的影响；b)PD-1特异性1.92在混合淋巴细胞反应中对人T细胞活化的影响。

图8：化合物在具有皮下MC38小鼠结肠腺癌的HuGEMM PD-1模型中的体内功效。

图9：功能性报告试验中的单价V_H单结构域抗体和双互补位。

详述

现在将进一步描述各个方面和实施例。在以下段落中，更详细地定义了本发明的不同方面。除非有明确的相反说明，如此定义的每个方面可以与任何其他方面组合。特别地，任何表明为优选或有利的特征可以与表明为优选或有利的任何其他特征组合。

通常，与本文所述的细胞和组织培养、病理学、肿瘤学、分子生物学、免疫学、微生物学、遗传学和蛋白质和核酸化学和杂交相关的术语及技术是本领域公知和常用的。除非另有说明，本公开的方法和技术通常根据本领域熟知的常规方法进行，并且如本说明书中引用和讨论的各种一般和更具体的参考文献中所述。参见，例如Green和Sambrook等，分子克隆：A Laboratory Manual，第四版，冷泉港实验室出版社，冷泉港，N.Y.(2012)；Therapeutic Monoclonal Amibodies：From Bench to Clinic，Zhiqiang An(编辑)，Wiley，(2009)；和抗体工程，第2版，第1卷和第2卷，Ontermann和Dubel，编辑，Springer-Verlag，Heidelberg(2010)。

酶促反应和纯化技术根据制造商的说明书进行，如本领域通常完成的或如本文所述。与本文所述的分析化学、合成有机化学以及药物和药物化学所用的相关的术语和实验步骤和技术是本领域公知和常用的。标准技术用于化学合成、化学分析、药物制备、配制和递送以及患者的治疗。

因此，本发明提供结合人PD-1，且阻断PD-1与PD-L1的相互作用和/或PD-1与PD-L2的相互作用的分离的单结构域抗体、包含这种结合分子的药物组合物，以及用于制备这种结合蛋白的分离的核酸、分离的重组表达载体和分离的宿主细胞。还提供了利用本文公开的单结构域抗体检测人PD-1的方法和治疗疾病的方法。另一方面，本发明提供结合分子，其包含如本文所述的结合人PD-1和阻断PD-1与PD-L1的相互作用和/或PD-1与PD-L2的相互作用的单结构域抗体。

在一方面，本发明涉及单结构域抗体，其中单结构域抗体表现出一种或多种下列特性：

(a)以实施例中所示KD与人PD-1结合；

(b)增加MLR试验中的IL-2分泌；

(c)与人PD-1和食蟹猴PD-1结合；

(d)不与小鼠PD-1结合；

(e)抑制PD-L1和/或PD-L2与PD-1的结合；

(f)抑制体内肿瘤细胞生长(例如，如实施例中测定)。

在实施例中描述了用于测量如上所述性质的合适的试验。

在优选的实施方案中，单结构域抗体是其中结构域是人可变重链(V_H)结构域的单结构域抗体。因此，在某些实施方案中，本发明提供结合人PD-1的分离的单结构域抗体，其中所述结构域是可变重链结构域，优选V_H结构域，并且其中所述单结构域抗体结合人PD-1并且阻断PD-1与PD-L1的相互作用和/或PD-1与PD-L2的相互作用。

如上所述的本发明的单结构域抗体的性质可用于如本文所述的治疗方法和用途。

特别地，如下所述，本发明的单结构域抗体可以以多价或多特异性形式使用。因此，本发明还涉及包含如本文所述的单结构域抗体的多功能结合剂。

本发明的分子特异性结合野生型人PD-1(UniProt登录号Q15116，GenBank登录号U64863，SEQ ID No.576)。残基1-20相当于前肽序列，残基171及其之后构成PD-1的跨膜螺旋和细胞内结构域。

除非另有说明，本文所用的术语PD-1是指人PD-1。术语“程序性死亡1”、“程序性细胞死亡1”、“蛋白质PD-1”、“PD-1”、“PD1”、“PDCD1”、“hPD-1”和“hPD-1”可互换使用，并包括人PD-1的变体、同种型、物种同源物。

术语“PD-1结合分子/蛋白/多肽/试剂”、“PD-1抗原结合分子蛋白/多肽/试剂”、“抗PD-1单结构域抗体”、“抗PD-1单免疫球蛋白可变结构域”、“仅有抗PD1重链的抗体”或“抗PD-1抗体”均指能够特异性结合人PD-1抗原的分子。结合反应可以通过标准方法说明，例如参考使用非相关特异性抗体的阴性对照试验。术语“PD-1结合分子/试剂”包括PD-1结合蛋白。

本发明的抗体或结合分子，包括本文所述的单结构域抗体和多价或多特异性结合剂，其“结合”或“能够结合”目标抗原，例如，PD-1，其是以足够的亲和力结合抗原，使得抗体可用作靶向表达抗原的细胞或组织的治疗剂的抗体或结合分子。

本发明的结合分子，包括本文所述的单结构域抗体和多价或多特异性结合剂，特异性结合人PD-1。换句话说，其与PD-1抗原的结合与非特异性相互作用相比具有可测量到的不同。如实施例中所证明的，本发明的单结构域抗体不与小鼠PD-1交叉反应。优选地，本发明的单结构域抗体与人PD-1结合并且还与食蟹猴PD-1结合。

如本文所用，术语“特异性结合”或“特异性结合到”或“特异于”特定多肽或特定多肽靶标上的表位可表现为例如具有针对其的靶标的至少约10^-4M，或者至少约10^-5M，或者至少约10^-6M，或者至少约10^-7M，或者至少约10^-8M，或者至少约10^-9M，或者至少约10^-10M，或者至少约10^-11M，或者至少约10-¹²M，或更大KD的分子。在一个实施方案中，术语“特异性结合”是指分子结合特定多肽或特定多肽的表位而基本上不结合任何其他多肽或多肽表位的结合。

术语“抗体”广泛地指任何免疫球蛋白(Ig)分子或其抗原结合部分，其由四条多肽链，两条重(H)链和两条轻(L)链构成，或其任何功能片段、突变体、变体或衍生物，其保留Ig分子的必需表位结合特征。此种突变体、变体或衍生物抗体形式是本领域已知的。

在全长抗体中，每条重链由重链可变区或结构域(本文中缩写为HCVR)和重链恒定区构成。重链恒定区由三个结构域C_H1、C_H2和C_H3构成。每条轻链由轻链可变区或结构域(本文中缩写为LCVR)和轻链恒定区构成。轻链恒定区由一个结构域C_L构成。

重链和轻链可变区可进一步细分为高变区，称为互补决定区(CDR)，穿插有更保守的区域，称为框架区(FR)。每个重链和轻链可变区由三个CDR和四个FR组成，按照以下顺序从氨基末端到羧基末端排列：FR1、CDR1、FR2、CDR2、FR3、CDR3、FR4。

免疫球蛋白分子可以是任何类型(例如IgG、IgE、IgM、IgD、IgA和IgY)，类别(例如IgG1、IgG2、IgG3、IgG4、IgA1和IgA2)或亚类。

术语“CDR”指抗体可变序列内的互补决定区。对于每个可变区，在重链和轻链的每个可变区中有三个CDR，其被称为CDR1、CDR2和CDR3。术语“CDR组”指在能够结合抗原的单个可变区中存在的三个CDR的组。可根据本领域已知的不同系统不同地定义这些CDR的确切边界。

Kabat互补决定区(CDR)基于序列可变性并且是最常用的(Kabat等，(1971)Ann.NYAcad.Sci.190：382-391和Kabat等，(1991)Sequences of Proteins of ImmunologicalInterest，第五版，U.S.Department of Health and Human Services，NIH出版号：91-3242)。Chothia指的是结构环的位置(Chothia和Lesk J，Mol.Biol.196：901-917(1987)).当提及可变结构域中的残基时(大约轻链的残基1-107和重链的残基1-113)，通常使用Kabat编号系统。

除非另有说明，本文使用由Kabat描述的系统。术语“Kabat编号”、“Kabat定义”和“Kabat标记”在本文中可互换使用。这些术语在本领域中是公认的，是指编码氨基酸残基的系统，其比抗体的重链和轻链可变区中的其他氨基酸残基或抗原结合部分更可变(即高变的)。

嵌合抗体是包含可变结构域的重组蛋白，所述可变结构域包括衍生自一个物种的抗体，优选啮齿动物抗体的互补决定区(CDR)，而抗体分子的恒定结构域衍生自人抗体的恒定结构域。对于兽医应用，嵌合抗体的恒定结构域可以衍生自其他物种，例如猫或狗的恒定结构域。

人源化抗体是重组蛋白质，其中来自一个物种的抗体的CDR；例如，啮齿动物抗体从啮齿动物抗体的重链和轻链的可变链转移到人重链和轻链可变结构域(例如，框架区序列)中。抗体分子的恒定结构域衍生自人抗体的恒定结构域。在某些实施方案中，来自亲本(啮齿动物)抗体的有限数量的框架区氨基酸残基可以被取代到人抗体框架区序列中。

术语“抗原结合位点”是指抗体或抗体片段的一部分，其包含特异性结合抗原的区域。抗原结合位点可以由一个或多个抗体可变结构域提供。优选地，抗原结合位点包含在抗体或抗体片段的相关V_H和V_L内。

抗体片段是抗体的一部分，例如F(ab′)₂、Fab、Fv、sFv等。全长抗体的功能片段保留全长抗体的靶特异性。因此，重组功能性抗体片段，例如Fab(片段，抗体)、scFv(单链可变链片段)和单结构域抗体(dAb)已被用于开发治疗剂，作为基于mAb的治疗剂的替代物。

scFv片段(～25kDa)由两个可变结构域V_H和V_L组成。在天然状态下，V_H和V_L结构域通过疏水相互作用非共价结合并倾向于解离。然而，可以通过将结构域与亲水性柔性接头连接以产生单链Fv(scFv)来改造稳定片段。

最小的抗原结合片段是单可变片段，即V_H或V_L结构域。靶向结合不需要分别与轻链/重链配偶体结合。此种片段用于单结构域抗体。因此，单结构域抗体(～12至15kDa)具有V_H或V_L结构域。

在一方面，本发明涉及分离的单结构域抗体，分离的可变单结构域或分离的免疫球蛋白单可变结构域，其中所述分离的单结构域抗体，分离的可变单结构域或分离的免疫球蛋白单可变结构域与人PD-1结合，且阻断PD-1和PD-L1或PD-L2的相互作用。

术语“单结构域抗体，可变单结构域或免疫球蛋白单可变结构域(ISV)”都是本领域熟知的，并描述与靶抗原结合的抗体的单可变片段。这些术语在本文中可互换使用。如下所述，本发明各方面的优选实施方案涉及单个重链可变结构域抗体/免疫球蛋白重链单个可变结构域，在不存在轻链的情况下结合PD-1抗原。人重链单可变结构域抗体是特别优选的。此种结合分子在本文中也称为是Crescendo BiologiesLtd.的注册商标。

因此，在一些优选的实施方案中，本发明的分离的结合剂/分子包含或由至少一种单结构域抗体组成，其中所述结构域是人重链可变结构域。因此，在一方面，本发明的结合剂包含或由至少一个人免疫球蛋白单可变重链结构域组成；它们没有V_L结构域。

术语“分离的”单结构域抗体是指基本上不含具有不同抗原特异性的其他单结构域抗体、抗体或抗体片段的单结构域抗体。此外，分离的单结构域抗体可基本上不含其他细胞物质和/或化学物质。

如本文所用，“阻断单结构域抗体或抗体”或“中和单结构域抗体或抗体”是指与PD-1结合导致PD-1的至少一种生物学活性受到抑制的抗体。例如，本发明的单结构域抗体可以阻止或阻断PD-1结合PD-L1和/或PD-L2。在一个实施方案中，本发明的单结构域抗体阻断PD-1结合PD-L1。在一个实施方案中，本发明的单结构域抗体阻断PD-1结合PD-L2。

每个单个V_H结构域抗体包含三个CDR和四个FR，按照以下顺序从氨基末端到羧基末端排列：FR1-CDR1-FR2-CDR2-FR3-CDR3-FR4。因此，在本发明的一个实施方案中，结构域是具有下式FR1-CDR1-FR2-CDR2-FR3-CDR3-FR4的人可变重链(V_H)结构域。

可以对本发明的单结构域抗体进行C或N-末端V_H框架序列的修饰以改善其性质。例如，V_H结构域可以包含C或N末端延伸或缺失。可以将C末端延伸添加至以残基VTVSS(SEQID No.585)终止的V_H结构域的C末端。

在一个实施方案中，本发明的单结构域抗体包含1至50个残基的C末端延伸或缺失，例如1至25个，例如1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个另外的氨基酸。在一个实施方案中，本发明的单结构域抗体包含人C_H1结构域的另外的氨基酸，因此C末端延伸到CH₁结构域。在一个实施方案中，所述延伸包含至少1个丙氨酸残基，例如单个丙氨酸残基，一对丙氨酸残基或丙氨酸残基的三联体。

另外的C或N-末端残基可以是用于将本发明的单结构域抗体与另一结构部分或有助于检测分子的标签缀合的接头。此种标签在本领域中是公知的，并且包括例如接头His标签，例如hexa-His(HHHHHH，SEQ ID No.586)或myc标签。

如本文所用，术语“同源性”通常是指序列中的氨基酸残基与比较序列的参考多肽的残基相同的百分比，在比对序列后和在一些实施方案中在引入缺口后，如果必要，以达到最大的同源性百分比，并且不考虑任何保守取代作为序列同一性的一部分。因此，两个氨基酸序列之间的同源性百分比等同于两个序列之间的同一性百分比。N-或C-末端延伸、标签或插入均不应被解释为降低同一性或同源性。用于比对的方法和计算机程序是众所周知的。可以使用众所周知的数学算法确定两个氨基酸序列之间的同一性百分比。

根据本发明的各个方面和实施方案，本发明的单结构域抗体的可变结构域优选是人可变结构域(V_H)。如本文所用，人V_H结构域包括完全的人或大体上完全的人V_H结构域。如本文所用，术语人V_H结构域还包括由表达完全人免疫球蛋白重链基因座的转基因小鼠(特别是响应于用目标抗原免疫的转基因小鼠)制备的仅有重链的抗体中分离的V_H结构域，例如如WO2016/062990和实施例中所述的。在一个实施方案中，人V_H结构域还可以包括衍生自或基于人V_H结构域氨基酸或编码这种V_H结构域的核酸序列的V_H结构域。因此，该术语包括衍生自人种系免疫球蛋白序列或由其编码的可变重链区。衍生自或基于人V_H结构域的基本的人V_H结构域或V_H结构域可包括不由人种系免疫球蛋白序列编码的氨基酸残基(例如，体外引入的突变，例如通过随机或位点特异性诱变引入的突变，或通过体内体细胞突变引入的突变)。因此，术语“人V_H结构域”还包括基本的人V_H结构域，其中一个或更多个氨基酸残基被修饰。例如，与完全的人序列相比，基本的人V_H结构域所述V_H结构域可包括最多10个，例如1、2、3、4或5个氨基酸修饰。

然而，如本文所用，术语“人V_H结构域”或“基本的人V_H结构域”不旨在包括其中衍生自另一哺乳动物物种(例如小鼠)的种系的CDR序列已经移植到人框架序列上的抗体。优选地，如本文所用，术语“人V_H结构域”也不旨在包括骆驼化V_H结构域，即已被特异性修饰的人V_H结构域，例如在体外通过常规诱变方法选择V_H结构域序列中预定位置，并在预定位置处引入一个或更多个点突变以将一个或更多个预定残基改变为可在骆驼科动物V_HH结构域中发现的特定残基。

在一个实施方案中，本发明涉及与人PD-1结合的分离的单V_H结构域抗体，所述分离的单V_H结构域抗体包含如下表1所示的CDR3序列或与其具有至少60％、70％、80％、90％、95％或更高的序列同一性的序列。例如，能够结合人PD-1的单V_H结构域抗体可以包含选自SEQ ID No.3或441或与这些序列之一具有至少60％、70％、80％、90％、95％或更高序列同源性的序列的CDR3序列。在一个实施方案中，所述序列同源性为至少60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％。在一个实施方案中，所述序列同源性为至少90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％。

在一个实施方案中，V_H单结构域抗体具有如SEQ ID No.1或具有1或2个氨基酸替换的SEQ ID No.1所示的CDR1，如SEQ ID No.2或具有1至5个氨基酸替换的SEQ ID No.2所示的CDR2和如SEQ ID No.3或具有1至5个氨基酸替换的SEQ ID No.3所示的CDR3。

在一个实施方案中，V_H单结构域抗体具有包含SEQ ID No.3的CDR3序列或与SEQID No.3具有至少70％、至少80％、至少90％或至少95％同源性的序列。在一个实施方案中，所述序列同源性为至少90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％。

在一个实施方案中，V_H单结构域抗体包含选自表1中的CDR1、2和3序列或其组合的CDR1、2和3序列的组合。在一个实施方案中，V_H单结构域抗体包含一组CDR1、2和3序列，其选自如表1中任何克隆所示的CDR1、2和3序列的组。因此，在一个方面，分离的单结构域抗体包含选自全长序列SEQ ID No：4、8、12、16、20、24、28、32、36、40、44、48、52、56、60、64、68、72、76、80、104、108、112、116、120、124、128、132、136、140、144、148、152、156、160、164、168、172、176、180、184、188、192、196、200、204、208、212、216、220、224、228、232、236、240、244、248、252、256、260、264、268、272、276、280、284、288、292、369、373、377、381、385、389、393、397、401、405、409、413、417、421、425、429、433、437、441、445、449、453、457、461、465、469、473、477、481、485、489、493、497、501、505、509、513、517、521、525、529或533的CDR1-3中的CDR1、CDR2和CDR3。因此，在一个实施方案中，V_H单结构域抗体包含具有SEQ ID No.1的CDR1，具有SEQ ID No.2的CDR2和具有SEQ ID No.3的CDR3(SEQ ID NO.4的CDR)，具有SEQID No.5的CDR1，具有SEQ ID No.6的CDR2和具有SEQ ID No.7的CDR3(SEQ ID NO.8的CDR)等等。因此，V_H单结构域抗体包含以下CDR组合之一：SEQ ID Nos.1，2，3；SEQ ID Nos.5，6，7；

SEQ ID Nos.9，10，11；SEQ ID Nos.13，14，15；SEQ ID Nos.17，18，19；SEQ IDNos.21，22，23；SEQ ID Nos.25，26，27；SEQ ID Nos.29，30，31；SEQ ID Nos.33，34，35；SEQID Nos.37，38，39；SEQ ID Nos.41，42，43，SEQ ID Nos.45，46，47；SEQ ID Nos.49，50，51；SEQ ID Nos.53，54，55；SEQ ID Nos.57，58，59；SEQ ID Nos.61，62，63；SEQ ID Nos.65，66，67；SEQ ID Nos.69，70，71；SEQ ID Nos.73.74.75；SEQ ID Nos.77.78，79；SEQ IDNos.101，102，103；SEQ ID Nos.105，106，107；SEQ ID Nos.109，110，111；SEQ ID Nos.113，114，115；SEQ ID Nos.117，118，119；SEQ ID Nos.121，122，123；SEQ ID Nos.125，126，127；SEQ ID Nos.129；130；131；SEQ ID Nos.133，134，15；SEQ ID Nos.137，18，139；SEQ IDNos.141，142，143；SEQ ID Nos.145，146，147；SEQ ID Nos.149，150，151；SEQ ID Nos.153，154，155；SEQ ID Nos.157，158，159；SEQ ID Nos.161，162，163；SEQ ID Nos.165，166，167；SEQ ID Nos.169，170，171；SEQ ID Nos.173，174，175；SEQ ID Nos.177，178，179；SEQ IDNos.181，182，183；SEQ ID Nos.185，186，187；SEQ ID Nos.189，190，191；SEQ ID Nos.193，194，195；SEQ ID Nos.197，198，199；SEQ ID Nos.201，202，203；SEQ ID Nos.205，206，207；SEQ ID Nos.209，210，211；SEQ ID Nos.213，214，215；SEQ ID Nos.217，218，219，SEQ IDNos，221，222，223，SEQ ID Nos.225，226，227；SEQ ID Nos.229，230，231；SEQ ID Nos.233，234，235；SEQ ID Nos.237，238，239；SEQ ID Nos.241，242，243；SEQ ID Nos.245，246，247；SEQ ID Nos.249，250，251；SEQ ID Nos.253，254，255；SEQ ID Nos.257，258，259；SEQ IDNos.261，262，263；SEQ ID Nos.265，266，267；SEQ ID Nos.269，270，271；SEQ ID Nos.273，274，275；SEQ ID Nos.277，278，279；SEQ ID Nos.281，282，283；SEQ ID Nos.285，286，287；SEQ ID Nos.289，290，291；SEQ ID Nos.366，367，368；SEQ ID Nos.370，371，372；SEQ IDNos.374，375，376；SEQ ID Nos.378，379，380；SEQ ID Nos.382，383，384；SEQ ID Nos.386，387，388；SEQ ID Nos.390，391，392；SEQ ID Nos.394，395，396；SEQ ID Nos.398，399，400；SEQ ID Nos.403，403，404；SEQ ID Nos.406，407，408；SEQ ID Nos.410，411，412；SEQ IDNos.414，415，416；SEQ ID Nos.418，419，420；SEQ ID Nos.422，423，425；SEQ ID Nos.426，427，428；SEQ ID Nos.430，431，432，SEQ ID Nos.434，436，436；SEQ ID Nos.438，439，440；SEQ ID Nos.442，443，444；SEQ ID Nos.446，447，448；SEQ ID Nos.450，451，452；SEQ IDNos.454，455，456；SEQ ID Nos.458，459，460；SEQ ID Nos.462，463，464；SEQ ID Nos.466，467，468；SEQ ID Nos.470，471，472，SEQ ID Nos.474，475，476；SEQ ID Nos.478，479，480；SEQ ID Nos.482，483，484；SEQ ID Nos.486，487，488；SEQ ID Nos.490，491，492；SEQ IDNos.494，495，496；SEQ ID Nos.498，499，500；SEQ ID Nos.502，503，504；SEQ ID Nos.506，507，508；SEQ ID Nos.510，511，512；SEQ ID Nos.514，515，516；SEQ ID Nos.518，519，520；SEQ ID Nos.522，523，524；SEQ ID Nos.526，527，528；SEQ ID No.530，531，532。在一个实施方案中，CDR是SEQ ID NO.438，439，440。

在另一个实施方案中，所述CDR1包含或由氨基酸序列SEQ ID NO.1或与其至少70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％的同源性的序列组成。在一个实施方案中，所述CDR2包含或由氨基酸序列SEQ ID No.2或与其至少70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％的同源性的序列组成。在一个实施方案中，所述CDR3包含或由氨基酸序列SEQ ID No.3或与其至少70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％的同源性的序列组成。

在另一个实施方案中，V_H单结构域抗体包含或由如表1中的V_H单结构域抗体1.1至1.115中的任一种所示的多肽序列或与其至少60％、70％、80％、90％、95％或更高的序列同源性的序列组成。在一个实施方案中，本发明涉及V_H单结构域抗体，V_H单结构域抗体具有如对于V_H单结构域抗体1.41至1.115中的任一个所示的CDR1、CDR2和CDR3的组合。在一个实施方案中，本发明涉及V_H单结构域抗体，V_H单结构域抗体具有如对于V_H单结构域抗体1.57所示的CDR1、CDR2和CDR3的组合。在一个实施方案中，本发明涉及V_H单结构域抗体，V_H单结构域抗体具有如对于V_H单结构域抗体1.62至1.73中的任一个所示的CDR1、CDR2和CDR3的组合。在一个实施方案中，本发明涉及V_H单结构域抗体，V_H单结构域抗体具有如对于V_H单结构域抗体1.74至1.115中的任一个所示的CDR1、CDR2和CDR3的组合。在一个实施方案中，本发明涉及V_H单结构域抗体，V_H单结构域抗体具有如对于V_H单结构域抗体1.92所示的CDR1、CDR2和CDR3的组合。

在一个实施方案中，V_H单结构域抗体包含或由选自SEQ ID No.4、8、12、16、20、24、28、32、36、40、44、48、52、56、60、64、68、72、76、80、104、108、112、116、120、124、128、132、136、140、144、148、152、156、160、164、168、172、176、180、184、188、192、196、200、204、208、212、216、220、224、228、232、236、240、244、248、252、256、260、264、268、272、276、280、284、288、292、369、373、377、381、385、389、393、397、401、405、409、413、417、421、425、429、433、437、441、445、449、453、457、461、465、469、473、477、481、485、489、493、497、501、505、509、513、517、521、525、529或533的氨基酸序列或与其至少60％、70％、80％、90％、95％或更高的序列同源性的序列组成。在一个实施方案中，V_H单结构域抗体包含或由选自SEQ IDNo.4、228、232、236、240、244、248、252、256、260、369、373、377、381、385、389、393、397、401、405、409、413、417、421、425、429、433、437、441、445、449、453、457、461、465、469、473、477、481、485、489、493、497、501、505、509、513、517、521、525、529或533的序列或与其至少60％、70％、80％、90％、95％或更高的序列同源性的序列组成。在一个实施方案中，V_H单结构域抗体包含或由选自SEQ ID No.4、228、381、176、381、441的序列或与其至少60％、70％、80％、90％、95％或更高的序列同源性的序列组成。在一个实施方案中，所述序列同源性为至少60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％。在一个实施方案中，V_H单结构域抗体包含或由SEQ ID No.441组成。

表1 V_H单结构域抗体的全长序列和CDR序列

在一些实施方案中，本发明提供V_H单结构域抗体，其是具有一个或更多个氨基酸替换、缺失、插入或其他修饰的任意上述的单V_H结构域抗体的变体，并且保留单结构域抗体的生物学功能。因此，变体V_H单结构域抗体可以是设计的序列。修饰可以包括编码单结构域抗体或多肽的一个或更多个密码子的一个或更多个替换、缺失或插入，其导致与天然序列的V_H单结构域抗体或多肽相比氨基酸序列的变化。氨基酸替换可以是用具有相似结构和/或化学性质的另一种氨基酸取代一种氨基酸的结果，例如用丝氨酸取代亮氨酸，即保守氨基酸取代。插入或缺失可任选地在约1至5个的范围内。允许的变化可以通过系统地进行序列中氨基酸的插入、缺失或替换并测定所得变体的全长或成熟天然序列所展现的活性来确定。本文所述的V_H单结构域抗体的变体与非变体分子具有至少75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％的序列同源性，优选至少90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％的序列同源性。

在一个实施方案中，修饰是保守序列的修饰。如本文所用，术语“保守序列修饰”意指不显著影响或改变含有氨基酸序列的抗体的结合特征的氨基酸修饰。这种保守修饰包括氨基酸替换、添加和缺失。可以通过本领域已知的标准技术将修饰引入本发明的抗体中，例如定点突变和PCR介导的突变。保守氨基酸替换是其中氨基酸残基被具有相似侧链的氨基酸残基替换的氨基酸替换。本领域已经定义了具有相似侧链的氨基酸残基家族。这些家族包括具有碱性侧链(例如赖氨酸、精氨酸、组氨酸)、酸性侧链(例如天冬氨酸、谷氨酸)、不带电的极性侧链(例如甘氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、色氨酸)、非极性侧链(例如丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸，甲硫氨酸)、β-支链侧链(例如苏氨酸、缬氨酸、异亮氨酸)和芳香侧链(例如酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、组氨酸)的氨基酸。因此，本发明的单结构域抗体的CDR区内的一个或更多个氨基酸残基可被来自相同侧链家族的其他氨基酸残基替换，并且可以采用本文所述的功能试验测定改变的抗体的保留功能(即上述(c)至(I)中所述的功能)。

在一些实施方案中，本发明提供V_H单结构域抗体，其是选自表1中所示的单结构域抗体的变体，所述V_H单结构域抗体包含一个或更多个序列修饰，并且与未修饰的单结构域抗体相比，具有一种或更多种性质(例如结合亲和力、特异性、热稳定性、表达水平、效应功能、糖基化、降低的免疫原性或溶解度)的改善。

技术人员将知道存在不同方式来鉴定、获得和优化如本文所述的抗原结合分子，包括体外和体内表达文库。这在实施例中进一步描述。可以使用本领域已知的优化技术，例如展示(例如核糖体和/或噬菌体展示)和/或诱变(例如易错诱变)。因此，本发明还包含本文所述的单结构域抗体的序列优化变体。

在一个实施方案中，可以进行修饰以降低单结构域抗体的免疫原性。例如，一种方法是将一个或多个框架残基恢复为相应的人种系序列。更具体地，已经历体细胞突变的单结构域抗体可含有不同于衍生单结构域抗体的种系序列的框架残基。可以通过将单结构域抗体框架序列与衍生单结构域抗体的种系序列进行比较来鉴定这些残基。

为了使框架区序列中的一个或多个氨基酸残基返回其种系构型，可以通过例如定点突变或PCR介导的突变将体细胞突变“回复突变”至种系序列。

另一种类型的框架修饰涉及突变框架区内，或甚至一个或更多个CDR区内的一个或更多个残基，以去除T细胞表位，从而降低抗体的潜在免疫原性。

在另一个实施方案中，抗体的糖基化被修饰。例如，可以制备无糖基化的抗体(即缺乏糖基化抗体)。可以改变糖基化以例如增加抗体对抗原的亲和力。这种糖类修饰可以通过例如改变抗体序列内的一个或更多个糖基化位点来实现。例如，可以进行一个或更多个氨基酸替换，其导致消除一个或更多个可变区框架糖基化位点，从而消除该位点的糖基化。这种糖基化可以增加抗体对抗原的亲和力。

在一个实施方案中，变体V_H单结构域抗体选自SEQ ID No.4、8、12、16、20、24、28、32、36、40、44、48、52、56、60、64、68、72、76、80、84、88、92、96、100、104、108、112、116、120、124、128、132、136、140、144、148、152、156、160、164、168、172、176、180、184、188、192、196、200、204、208、212、216、220、224、228、232、236、240、244、248、252、256、260、264、268、272、276、280、284、288或292中的任一个，但与这些序列相比，包含一个或更多个氨基酸替换，例如1至20个，例如1、2、3、4、5、6、7、8、9或10个氨基酸替换。在一个实施方案中，变体VH单结构域抗体选自SEQ ID No.4。在一个实施方案中，变体VH单结构域抗体选自SEQ ID No.228、256或441。在一个实施方案中，一个或更多个氨基酸替换在一个或更多个框架区中。在另一个实施方案中，一个或多个氨基酸替换在一个或更多个CDR中。在一个实施方案中，氨基酸替换在框架和CDR序列中。在一个实施方案中，单结构域抗体包含或由SEQ ID No.4、228、441或包含一个或更多个氨基酸替换的序列，例如1、2、3、4、5、6、7、8、9或10个氨基酸替换的序列组成。

因此，通常可以在不改变多肽的生物活性、功能或其他所需性质(例如亲和力或其对抗原的特异性)的情况下进行这些氨基酸改变。通常，多肽的非必需区域中的单个氨基酸替换基本上不改变生物活性。此外，在结构或功能上相似的氨基酸的替换不太可能破坏多肽的生物活性。包含本文所述多肽和肽的氨基酸残基的缩写，以及这些氨基酸残基的保守取代展示在以下表3中。

表3氨基酸残基和保守氨基酸替换的实例

在一个实施方案中，位置1处的Q被替换为E。

在一个实施方案中，变体V_H单结构域抗体包含SEQ ID No.4(1.1)，但在一个或更多个以下位置具有氨基酸替换：Y32、T33、T53、T56、I57、K58、Y59、T61和/或W115。

在一个实施方案中，V_H单结构域抗体包含SEQ ID No.4(1.1)但具有以下氨基酸替换：Y32→N、T33→S、T53→S、T56→G、I57→V、K58→I、Y59→F、T61→A、W115→S(1.57)。

在一个实施方案中，变体V_H单结构域抗体包含SEQ ID No.228(1.57)，但在一个或更多个以下位置具有氨基酸替换：D31、N32、I58、A61、T35、S30、G56、S25Q117、M120和/或Q1。

在一个实施方案中，变体V_H单结构域抗体包含SEQ ID No.228(1.57)，但具有选自以下之一的氨基酸替换：

1)D31→G，N32→S(1.67)；

2)S30→G，D31→G，N32→S，I58→K，A61→T(1.71)；

3)T35→S(1.69)；

4)S30→G，N32→S，G56→A，I58→K，A61→T(1.70)；

5)S25→T，N32→S，S53→A，I58→R，A61→T(1.73)；

6)N32→S，I58→K，A61→T，N84→D，I114→T(1.66)；

7)S30→G，Q117→R，M120→T(1.68)；

8)N32→S，T35→S(1.72)；

9)N32→S，G56→A，I58→K，A61→T(1.62)；

10)N32→S，I58→K(1.65)；

11)Q1→E，N32→S，I58→K(1.64)；

12)Q1→E，N32→S，I58→K，A61→T(1.63)。

在一个实施方案中，变体V_H单结构域抗体包含SEQ ID No.256(1.64)但在一个或多个或所有下列位置具有氨基酸替换：S32、D90和/或A61。

在一个实施方案中，变体V_H单结构域抗体包含SEQ ID No.256(1.64)，但具有选自以下之一的氨基酸替换：

1.S32→E，D90→E(1.92)

2.S32→R，D90→E(1.99)

3.S32→Y，D90→E(1.89)

4.S32→E，D90→E A61→T(1.84)

5.D85→E A60→T(1.77)

6.S32→T，D90→E A60→T(1.82)

上面使用的编号基于残基的实际位置。

本发明的V_H单结构域抗体展现优异的稳定性。此外，本发明的V_H单结构域抗体还显示出对人PD-1的特异性、结合食蟹猴PD-1和具有快结合速率(参见实施例)。

本发明的V_H单结构域抗体优选具有如本文进一步描述的和实施例中所示的KD、IC₅₀和/或EC₅₀值。V_H单结构域抗体以高亲和力特异性结合人PD-1，正如通过表面等离子体共振分析测量(生物分子相互作用分析，)的KD可以为至少约KD 10^-8M至10^-12，例如10^-8M、10^-9M、10^-10M、10^-11M或10^-12M。如功能试验中测定的，根据本发明的单结构域抗体优选具有在10^-8M至10^-9M范围内抑制PD-1的IC 50值。

术语“KD”是指“平衡解离常数”，并且是指在平衡状态的滴定测量中获得的值或通过解离速率常数(Koff)除以结合速率常数(Kon)获得的值。“KA”是指亲和常数。结合速率常数、解离速率常数和平衡解离常数用于表示抗体与抗原的结合亲和力。确定结合和解离速率常数的方法是本领域熟知的。使用基于荧光技术提供高灵敏度和在平衡状态下检验生理缓冲液中样品的能力。可以使用其他实验方法和仪器，例如试验。

本发明进一步提供编码本发明的单结构域抗体的分离的核酸。核酸可包括DNA和/或RNA。在一个方面，本发明提供编码如表1所示和如上进一步定义的CDR，例如CDR3，一组两个或三个CDR或V_H单结构域抗体的核酸。

在一个方面，本发明因此还涉及包含或由选自SEQ ID No.293至365和534至575的序列的核酸序列组成。这些核酸序列编码如表1所示的V_H单结构域抗体。

在一个实施方案中，核酸序列与选自SEQ ID No.293至365的序列具有至少60％、70％、80％、90％、95％或更高的序列同源性。在一个实施方案中，所述序列同源性为至少60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％。

根据本发明的核酸可包含DNA或RNA，并且可以全部或部分合成或重组产生。除非上下文另有要求，提及本文所述的核苷酸序列包括具有指定序列的DNA分子，并且包括具有指定序列的其中U取代T的RNA分子。

此外，本发明涉及包含至少一种如上定义的核酸的核酸构建体，构建体可以是质粒、载体、转录或表达盒的形式。

本发明还涉及分离的重组宿主细胞，所述重组宿主细胞包含一种或多种如上所述的核酸构建体。宿主细胞可以是细菌、病毒、昆虫、植物、哺乳动物或其他合适的宿主细胞。在一个实施方案中，细胞是大肠杆菌细胞。在另一个实施方案中，细胞是酵母细胞。在另一个实施方案中，细胞是中国仓鼠卵巢(CHO)细胞。

在一个实施方案中，提供了制备如本文所述的抗PD-1单结构域抗体的方法，其中所述方法包括在适于表达编码单结构域抗体的多核苷酸的条件下培养宿主细胞，并分离单结构域抗体。

在另一方面，本发明提供与本发明的任意PD-1单结构域抗体相同的人PD-1表位结合的结合分子，例如抗体、抗体片段或抗体模拟物(即，具有与表1的任何单结构域抗体交叉竞争结合PD-1的能力的抗体。因此，本发明的单结构域抗体可用作参照抗体)。在优选的实施方案中，用于交叉竞争研究的参考抗体是单结构域抗体1.1(SEQ ID No.4)、1.57(SEQ IDNo.228)或1.92(SEQ ID No.441)。

在标准的PD-1结合试验中，这种相互竞争的抗体可以根据其与任意单域抗体1.1至1.115的交叉竞争能力来鉴定。例如，分析，ELISA试验或流式细胞术可用于证明与本发明的单结构域抗体的交叉竞争。

在一个实施方案中，本发明提供了能够结合人PD-1的结合剂，其中上述任何一种单结构域抗体在竞争性试验中取代结合剂。在一个实施方案中，所述单结构域抗体选自1.1(SEQ ID No.4)、1.57(SEQ ID No.228)或1.92(SEQ ID NO.441)。在一些实施方案中，结合剂是抗体，其功能片段，例如单结构域抗体或抗体模拟蛋白。另一方面，本发明提供了能够结合人PD-1的结合剂，其中结合剂在竞争性试验中取代上述任何一种单结构域抗体。在一个实施方案中，所述单结构域抗体选自SEQ ID No.1.1(SEQ ID No.4)、1.57(SEQ IDNo.228)或1.92(SEQ ID NO.441)。另一方面，本发明提供能够结合人PD-1的结合剂，其中结合剂与本发明的单结构域抗体结合基本上相同的表位。

另一方面，本发明提供分离的仅有重链的抗体，所述分离的仅有重链的抗体包含如本文所述的和列于表1的V_H结构域或与其至少70％、80％或90％的同源性。

在一个方面，本发明涉及包含根据本发明的单结构域抗体的结合剂和至少第二结构部分。因此，本发明还提供多功能分子。在一个实施方案中，所述至少第二结构部分是结合分子，例如选自抗体或抗体片段(例如Fab、F(ab′)2、Fv、单链Fv片段(scFv)或单结构域抗体，例如V_H结构域)或抗体模拟蛋白。在一个实施方案中，至少第二结构部分是V_H结构域。在一个实施方案中，本发明的单结构域抗体可以与抗体Fc区或其片段连接，所述抗体Fc区或其片段包含CH₂和CH₃结构域中的一个或两个，以及任选的铰链区。

结合剂可以是多价的，例如二价的或多互补位的，例如双互补的。因此，结合分子可包含第一V_H单结构域抗体和V_H(A)和第二V_H单结构域抗体和V_H(B)，因此具有下式：V_H(A)-V_H(B)。

每个V_H包含CDR和FR区。因此，结合分子可具有下式：FR1(A)-CDR1(A)-FR2(A)-CDR2(A)-FR3(A)-CDR3(A)-FR4(A)-FR1(B)-CDR1(B)-FR2(B)-CDR2(BA)-FR3(B)-CDR3(B)-FR4(B)。免疫球蛋白单可变结构域A和B的顺序没有特别限制，因此，在本发明的多肽内，免疫球蛋白单可变结构域A可位于N末端，免疫球蛋白单可变结构域B可位于C末端，或相反亦然。V_H结构域抗体通常通过接头连接。

在一个实施方案中，结合分子是双互补位或双特异性的。因此，在一个方面，本发明涉及双特异性分子，所述双特异性分子包含与第二功能结构部分连接的本文所述的单结构域抗体，所述第二功能结构部分具有与所述单结构域抗体不同的结合特异性。

在一个实施方案中，提供了双互补位结合分子，所述双互补位结合分子包含结合靶蛋白PD-1但在不同或重叠位点的第一和第二结合分子。在表位分组研究中可以看到完全或部分阻断。第一结合分子是根据本发明的单结构域抗体。在一个实施方案中，第二结合分子是阻断人PD-1与其配体之一的相互作用的PD-1抑制剂。在一个实施方案中，第二结合分子阻断PD-1与PD-L1的相互作用。在一个实施方案中，第二结合分子阻断PD-1与PD-L2的相互作用。在一个实施方案中，第二结合分子阻断PD-1与PD-L1和PD-L2的相互作用。第一和第二结合分子的顺序，没有特别限制且可以颠倒。

在一个实施方案中，PD-1抑制剂是V_H单结构域抗体。因此，另一方面涉及具有下式的结合分子：V_H(A)-L-V_H(B)，其中V_H(A)-是如本文所公开的V_H单结构域抗体，并且其中V_H(B)是阻断PD-1与PD-L1和/或PD-L2结合的V_H单结构域抗体。L是接头。合适的接头包括例如具有GS残基的接头，例如(Gly₄Ser)n，其中n＝从1至20，如1至10，如1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。在一个实施方案中，接头是(Gly₄Ser)n，其中n＝4或更大。在另一个实施方案中，方向是V_H(B)-L-V_H(A)。

如本文所证实的，我们惊奇地展示结合分子具有下式：V_H(A)-L-V_H(B)，其中V_H(A)是阻断分子，B非阻断分子，如上所述，与阻断PD-1与PD-L1和/或PD-L2结合并且不与非阻断V_H单结构域抗体连接的V_H单结构域抗体相比，提供增强的效果。与单价阻断剂相比，效果为10至25倍。因此，本文描述的V_H单结构域抗体特别用于在双互补位分子中与不阻断PD-1与PD-L1和/或PD-L2的结合的V_H单结构域抗体组合。

在一个实施方案中，PD-1抑制剂是选自或的抗PD-1抗体。在一些实施方案中，抗PD-1抗体是的替代名称包括MDX-1106、MDX-1106-04、ONO-4538、或BMS-936558。在其他实施方案中，抗PD-1抗体是(商品名以前称为又称为Merck 3745、MK-3475或SCH-900475)是与PD-1结合的人源化IgG4单克隆抗体。在一些实施方案中，抗PD-1抗体是(CT-011；Cure Tech)是与PD-1结合的人源化IgG1k单克隆抗体。

在一个实施方案中，PD-1抑制剂是V_H单结构域抗体。

在另一个实施方案中，第二结合分子是PD-1抑制剂，其结合PD-1，但不阻断人PD-1与其配体之一的相互作用。因此，本发明还涉及本发明的单结构域抗体在双互补位构建体中与分子(例如结合PD-1但不阻断PD-1与其配体的功能性相互作用的单结构域抗体)一起使用。

在一个实施方案中，结合分子是多价的，例如二价的。二价结合分子包含两个结合相同靶蛋白的V_H单结构域抗体；例如人PD-1，在相同位点。在一个实施方案中，此种分子可包含相同的V_H。在另一个实施方案中，此种分子可能包含两个属于相同家族的V_H单结构域抗体，即选自表1中所示的序列。在另一个实施方案中，此种分子可能包含两个不属于相同家族，但结合人PD-1上的相同位点的V_H单结构域抗体。

可以使用本领域已知的方法构建本发明的双特异性和二价结合分子。

在某些实施方案中，结合剂是多特异性的形式，例如双特异性，结合剂提供多种功能。此种多特异性试剂包含具有对PD-1的第一结合特异性的根据本发明的单结构域抗体和至少一种具有第二结合特异性的其他结合分子。所述其他结合分子可选自抗体、抗体片段或抗体模拟物。在一个实施方案中，所述抗体片段选自F(ab′)₂、Fab、Fv、sFv或结构域抗体。在一个实施方案中，所述抗体片段是V_H单结构域抗体。

在一个实施方案中，结合剂是双特异性的并且包含具有对PD-1的第一结合特异性的根据本发明的单结构域抗体和第二结合特异性的第二结合分子。在一个实施方案中，第二结合分子结合免疫调节剂、限制点调节剂、参与T细胞活化的试剂、肿瘤微环境改性剂(TME)或肿瘤特异性靶标。

例如，免疫调节剂可以是免疫限制点分子的抑制剂，所述抑制剂为选自PD-L1、PD-L2、CTLA-4、TIM-3、LAG-3、CEACAM、VISTA、BTLA、TIGIT、LAIR1、CD160、2B4或TGFR β中的一种或更多种的抑制剂。在另一个实施方案中，免疫调节剂可以是共刺激分子的活化剂，其选自IL-2、IL-12、OX40、OX40L、CD2、CD3、CD27、CDS、ICAM-1、LFA-1(CD11a/CD18)、ICOS(CD278)、4-1BB(CD137)、GITR、CD30、CD40、BAFFR、HVEM、CD7、LIGHT、NKG2C、SLAMF7、NKp80、CD160、B7-H3、B7-H4或CD83配体、CD3、CD8、CD28、CD4或ICAM-1中的一种或更多种的激动剂。在一个实施方案中，免疫调节剂可以是LAG-3的抑制剂。

在一个实施方案中，上述结合剂包含其他结合分子。因此，结合剂可以是三特异性的或四特异性的。还预想了其他的特异性。上述分子的任何组合可以在多特异性结合剂中制备，例如，包含本发明的单结构域抗体和第二和第三结合特异性的三特异性结合剂。

在另一个实施方案中，至少第二结构部分可用于延长结合分子的半衰期。第二结构部分可包含结合血清白蛋白的蛋白质，所述蛋白例如抗体或其部分，所述血清白蛋白例如人血清白蛋白(HSA)或小鼠血清白蛋白(MSA)。第二结构部分可包含结合血清白蛋白的V_H结构域，所述血清白蛋白例如人血清白蛋白(HSA)或小鼠血清白蛋白(MSA)。

第二结构部分可包含血清白蛋白，例如血清白蛋白。人血清白蛋白(HSA)或其变体如HSA C34S。进一步提供如本文所述的包含V_H结构域和Fc结构域的结合分子，例如，其中V_H结构域与Fc结构域融合。还提供了包含特异性结合第二抗原的第二可变结构域的结合分子，其中第二抗原是除人PD-1之外的抗原。第二抗原可以是分化簇(CD)分子或主要组织相容性复合物(MHC)II类分子。

在一个实施方案中，本发明的抗PD-1单结构域抗体或多价结合剂用可检测或功能性标记来标记。标记可以是产生或可以被诱导产生信号的任何分子，包括但不限于荧光基团、荧光剂、放射性标记、酶、化学发光剂、核磁共振活性标记或光敏剂。因此，可以通过检测荧光或发光、放射性、酶活性或光吸收来检测和/或测定结合。

在其他实施方案中，本发明的抗PD-1单结构域抗体或多价结合剂与至少一种治疗结构部分偶联，例如药物、酶或毒素。在一个实施方案中，治疗结构部分是毒素，例如细胞毒性放射性核素、化学毒素或蛋白质毒素。

另一方面，本发明的抗PD-1单结构域抗体或多价结合剂被修饰以增加半衰期，例如通过化学修饰，尤其是通过PEG化，或通过掺入脂质体或使用血清白蛋白。

半衰期可以比本发明相应的V_H单结构域抗体的半衰期增加至少1.5倍，优选至少2倍，例如至少5倍，例如至少10倍或超过20倍或更长。例如，与本发明相应的V_H单结构域抗体相比，增加的半衰期可以超过1小时，优选超过2小时，更优选超过6小时，例如超过12小时，或甚至超过24、48或72小时。

为了产生如上所述的多价结合剂，两个结合分子通过接头连接，例如多肽接头。合适的接头包括例如具有GS残基的接头，例如(Gly₄Ser)n，其中n＝从1至10，如1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。

本文所述的单结构域抗体可以从转基因啮齿动物获得，所述转基因啮齿动物在用PD-1抗原刺激后表达仅有重链的抗体。转基因啮齿动物，例如小鼠，优选具有降低的表达内源抗体基因的能力。因此，在一个实施方案中，啮齿动物具有降低的表达内源性轻链和/或重链抗体基因的能力。因此，啮齿动物可以包含破坏内源性κ和λ轻链和/或重链抗体基因表达的修饰，从而不产生功能性轻链和/或重链，例如如下面进一步解释的。

本发明还涉及产生能够结合人PD-1的仅有人重链的抗体的方法，所述方法包括：

a)用PD-1抗原免疫转基因啮齿动物，其中所述啮齿动物表达包含未重排的人重链V基因并且不能产生功能性内源性轻链或重链的核酸构建体；

b)分离人仅有重链的抗体；

其他的步骤可包括分离V_H结构域形式所述仅有重链的抗体，例如通过产生包含来自所述小鼠的V_H结构域序列的序列文库和包含来自所述文库的V_H结构域序列的分离序列。

本发明还涉及产生能够结合人PD-1的单V_H结构域抗体的方法，所述方法包括：

a)用PD-1抗原免疫转基因啮齿动物，其中所述啮齿动物表达包含未重排的人重链V基因并且不能产生功能性内源性轻链或重链的核酸构建体；

b)产生包含来自所述小鼠的V_H结构域序列的序列文库；和

c)分离包含来自所述文库的V_H结构域序列的序列；

其他的步骤可以包括鉴定结合人PD-1并阻断PD-1和PD-L1的相互作用的单V_H结构域抗体或仅有重链的抗体，并分离所述抗体，例如通过使用如实施例中所示的功能试验。

利用体外表达文库制备或产生本文所述多肽、核酸、宿主细胞、产物和组合物的方法可包括步骤：

a)提供编码氨基酸序列的核酸序列的组、集合或文库；

b)筛选可结合PD-1/具有对PD-1的亲和力的所述氨基酸序列的组、集合或文库，和

c)分离可与PD-1结合/具有对PD-1的亲和力的氨基酸序列。

在上述方法中，氨基酸序列的组、集合或文库可在噬菌体、噬菌粒、核糖体或合适的微生物(例如酵母)中展示，以便于筛选。用于展示和筛选氨基酸序列的(组、集合或文库)的合适方法，技术和宿主生物对于本领域技术人员而言是清楚的(参见例如Phage Displayof Peptides and Proteins：A Laboratory Manual，Academic Press；第一版(1996年10月28日)Brian K.Kay，Jill Winter，John McCafferty)。

通过分离表达抗原特异性仅有重链的抗体的细胞或组织，从分离的细胞或组织衍生的mRNA克隆编码V_H结构域的序列，产生文库，例如噬菌体文库，并利用文库展示编码蛋白。V_H结构域可以在细菌、酵母或其他表达系统中表达。

本发明还涉及分离的V_H单结构域抗体或分离的仅有重链的抗体，所述V_H单结构域抗体或仅有重链的抗体包含与PD-1结合的V_H结构域，其包含人V_H种系序列的氨基酸产物或衍生自人V_H种系序列。仅有重链的抗体可以是完全的人的或包含小鼠的序列。

在本文中的本发明的各个方面和实施方案中，术语啮齿动物可以涉及小鼠或大鼠。

在一个实施方案中，啮齿动物是小鼠。小鼠可包含非功能性内源λ轻链基因座。因此，小鼠不能产生功能性内源λ轻链。在一个实施方案中，通过插入、倒位、重组事件、基因编辑或基因沉默，λ轻链基因座部分或完全缺失或使其失去功能。例如，至少恒定区基因C1、C2和C3可以通过如上所述的插入或其他修饰而缺失或变得无功能。在一个实施方案中，基因座功能性沉默，使得小鼠不产生功能性λ轻链。

此外，小鼠可包含非功能性内源κ轻链基因座。因此，小鼠不能产生功能性内源κ轻链。在一个实施方案中，通过插入、倒位、重组事件、基因编辑或基因沉默，κ轻链基因座部分或完全缺失或使其失去功能。在一个实施方案中，基因座功能性沉默，使得小鼠不产生功能性κ轻链。

具有功能性沉默的内源性λ和κ L链基因座的小鼠可以，例如，如WO 2003/000737中所公开的那样制备，其通过引用整体并入本文。

此外，小鼠可包含非功能性内源重链基因座。因此，小鼠不能产生功能性内源重链。在一个实施方案中，通过插入、倒位、重组事件、基因编辑或基因沉默，重链基因座部分或完全缺失或使其失去功能。在一个实施方案中，基因座功能性沉默，使得小鼠不产生功能性重链。

例如，如WO 2004/076618(通过引用整体并入本文)中所述，所有8个内源重链恒定区免疫球蛋白基因(μ、δ、γ3、γ1、γ2a、γ2b、ε和α)在小鼠中缺失或部分缺失到它们无功能的程度，或基因δ、γ3、γ1、γ2a、γ2b和ε缺失，侧翼基因μ和α部分缺失到它们变得无功能的程度，或基因μ、δ、γ3、γ1、γ2a、γ2b和ε缺失，α部分缺失到使其变得无功能的程度，或δ、γ3、γ1、γ2a、γ2b、ε和α缺失，μ部分缺失到使其变得无功能的程度。部分缺失是指内源基因座基因序列已被删除或破坏，例如通过插入，在某种程度上非功能性内源基因产物被基因座编码，即非功能性产物从基因座表达。在另一个实施方案中，基因座是功能性沉默的。

在一个实施方案中，小鼠包含非功能性内源性重链基因座、非功能性内源λ轻链基因座和非功能性内源κ轻链基因座。因此，小鼠不产生任何功能性内源轻链或重链。因此，小鼠是三重敲除(TKO)小鼠。

转基因小鼠可包含载体，例如用于表达异源，优选人重链基因座的酵母人工染色体(YAC)。YAC是可用于在酵母中克隆非常大的DNA插入的载体。以及表现为像天然酵母染色体的包含必需的所有三种顺式作用结构元件(自主复制序列(ARS)、着丝粒(CEN)和两个端粒(TEL))，它们能够接受大DNA插入，使它们能够达到染色体样稳定性和酵母细胞传递保真度所需的最小尺寸(150kb)。YAC的构建和使用在本领域中是众所周知的(例如，Bruschi，C.V.和Gjuracic，K.Yeast Artificial Chromosomes，Encyclopedia of Life Sciences，2002 Macmillan Publishers Ltd，Nature Publishing Group)。

例如，YAC可包含大量的未重排的人V_H、D和J基因与缺乏C_H1结构域、小鼠增强子和调节区的小鼠免疫球蛋白恒定区基因的组合。人V_H、D和J基因是人V_H、D和J基因座，它们是完全的人的未重排基因。在实施例部分提供了这种YAC的示例。

本领域已知的替代方法可用于内源性小鼠或大鼠免疫球蛋白基因的缺失或失活，以及人V_H、D和J基因与缺乏C_H1结构域、小鼠增强子和调节区的小鼠免疫球蛋白恒定区基因的组合的引入。

可以根据实施例中所示的标准技术产生转基因小鼠。用于产生转基因小鼠的两种最具特征的途径是通过原核显微注射遗传物质到新鲜受精的卵母细胞中或通过将稳定转染的胚胎干细胞引入桑椹胚或胚泡期胚胎中。无论遗传物质是如何被引入的，被操纵的胚胎都被转移到假孕的雌性受体，其中怀孕继续并且候选转基因幼崽出生。

这些广泛方法之间的主要区别在于ES克隆可以在用于产生转基因动物之前进行广泛筛选。相反，原核显微注射依赖于在引入后整合到宿主基因组的遗传物质，并且一般而言，直到幼仔出生后才能确认转基因的成功并入。

本领域已知有许多方法可以辅助和确定是否发生转基因的成功整合。转基因动物可以通过多种方式产生，包括将构建体随机整合到基因组中、位点特异性整合或同源重组。有各种工具和技术可用于驱动和选择转基因整合和随后的修饰，包括使用抗药性标记(阳性选择)、重组酶、重组介导的盒交换、阴性选择技术和核酸酶来改善重组效率。大多数这些方法通常用于ES细胞的修饰。然而，一些技术可用于增强通过原核注射介导的转基因。

进一步的改进可用于在所需背景内更有效地产生转基因系。如上所述，在优选的实施方案中，内源性小鼠免疫球蛋白表达被沉默以允许单独使用引入的转基因来表达可用于药物发现的仅有重链的组库(repertoire)。可以如上所述使用遗传操作的小鼠，例如对所有内源免疫球蛋白基因座(小鼠重链、小鼠κ链和小鼠λ链)沉默的TKO小鼠。任何引入的转基因向该TKO背景的转移可以通过繁殖来实现，或者通过常规方法或通过包含IVF步骤来实现该过程的有效扩展。然而，也可能的在转基因过程中包括TKO背景。例如，对于显微注射，卵母细胞可以源自TKO供体。类似地，衍生自TKO胚胎的ES细胞可用于转基因。

其中已引入转基因以表达免疫球蛋白基因座的三重敲除小鼠在本文中称为TKO/Tg。

在一个实施方案中，小鼠如WO2016/062990中所述。

本发明还涉及啮齿动物，优选小鼠，其表达人重链基因座并且已用PD-1抗原免疫。本发明还涉及如上所述的啮齿动物，优选地是表达仅有重链的抗体的小鼠，所述抗体包含结合人PD-1的人V_H结构域。优选地，所述啮齿动物不能产生功能性内源κ和λ轻链和/或重链。人重链基因座位于转基因上，可如上所述。

本发明还涉及抗人PD-1单V_H结构域抗体或抗人PD-1仅有重链抗体，其包含人V_H结构域或可从用人PD-1抗原免疫且表达人重链基因座的啮齿动物，优选小鼠获得或可得到。优选地，所述啮齿动物不能产生功能性内源κ和λ轻链和/或重链。人重链基因座位于可如上所述转基因上。

在本发明的另一个方面，提供了一种包含根据本发明的单结构域抗体和可选的药学上可接受的载体的药物组合物。本发明的单结构域抗体或发明的药物组合物可通过任何方便的施用方式，包括但不限于口服、外用、肠外、舌下、直肠、阴道、眼、鼻、肺、皮内注射、intravitrial、肌内、腹腔内、静脉注射、皮下、颅内、皮肤、转化粘液质，通过吸入，或外部，尤其是耳朵、鼻子、眼睛、或皮肤或通过吸入。

肠胃外给药包括，例如，静脉内、肌肉内、动脉内、腹腔内、鼻内、直肠、膀胱内、皮内、局部或皮下给药。优选地，该组合物为胃肠外施用。

药学上可接受的载体或媒介物可以是颗粒状的，因此组合物为例如片剂或粉末形式。术语“载体”指稀释剂、佐剂或赋形剂，与本发明的药物抗体缀合物一起施用。这种药学载体可以是液体，如水和油，包括石油、动物、蔬菜或合成原料的液体，如花生油、大豆油、矿物油、芝麻油等。载体可以是生理盐水、阿拉伯树胶、明胶、淀粉糊、滑石粉、角蛋白、硅胶、尿素等。此外，还可以使用助剂、稳定剂、增稠剂、润滑剂和着色剂。在一个实施例中，当给动物施用时，本发明的单结构域抗体或组合物和药学上可接受的载体是无菌的。当静脉注射本发明的药物抗体缀合物时，水是优选的载体。盐水溶液、葡萄糖水溶液和甘油溶液也可作为液体载体，特别用于注射溶液。适宜的药物载体还包括辅料，如淀粉、葡萄糖、乳糖、蔗糖、明胶、麦芽、大米、面粉、白垩、硅胶、硬脂酸钠、单硬脂酸甘油酯、滑石粉、氯化钠、脱脂奶粉、甘油、丙烯、乙二醇、水、乙醇等。如果需要，本发明组合物还可以包含少量润湿剂或乳化剂，或pH缓冲剂。

本发明的药物组合物可以是液体的形式，例如溶液、乳液或悬浮液。该液体可用于通过注射、输液(如静脉输液)或皮下注射递送。

当用于口服给药时，该组合物优选为固体或液体形式，其中半固体、半液体、悬浮液和凝胶形式包括在本文所述的固体或液体形式中。

作为口服给药的固体组合物，可将组合物配制成粉末、颗粒、压片、药丸、胶囊、口香糖、威化片或类似形式。这种固体组合物通常含有一种或更多种惰性稀释剂。此外，可以存在以下一种或多种粘合剂：如羧甲基纤维素、乙基纤维素、微晶纤维素或明胶；淀粉、乳糖、糊精等赋形剂，海藻酸、海藻酸钠、玉米淀粉等崩解剂；润滑剂，如硬脂酸镁；胶质二氧化硅等助流剂；甜味剂，如蔗糖或糖精；一种调味剂，如薄荷、水杨酸甲酯或橙子调味剂；还有着色剂。当该组合物以胶囊(例如明胶胶囊)的形式时，除上述类型的材料外，还可含有液体载体，如聚乙二醇、环糊精或脂肪油。

该组合物可以是液体的形式，例如酏剂、糖浆、溶液、乳液或悬浮液。该液体可用于口服给药或注射递送。当用于口服给药时，组合物可以包括一种或更多种甜味剂、防腐剂、染料/着色剂和增味剂。在通过注射给药组合物中，还可包括一种或更多种表面活性剂、防腐剂、润湿剂、分散剂、悬浮剂、缓冲液、稳定剂和等渗剂。

组合物可以采用一个或多个剂量单位的形式。

在具体的实施方案中，可能需要将组合物局部施用于需要治疗的区域，或通过静脉内注射或输注。

在治疗特定疾病或病症中本发明的单结构域抗体的有效/起效的量将取决于疾病或病症的性质，并可通过标准临床技术确定。此外，可任选地采用体外或体内试验来帮助确定最佳剂量范围。组合物中使用的精确剂量还取决于给药途径和疾病或病症的严重性，并且应根据从业者的判断和每个患者的情况来决定。应考虑年龄、体重、性别、饮食、给药时间、排泄率、宿主情况、药物组合、反应敏感性和病情严重程度等因素。

通常，该量占组合物的重量的至少约0.01％的本发明的单结构域抗体。当用于口服给药时，这个量可以变化至组合物重量的约0.1％至约80％。优选的口服组合物可包含组合物重量的约4％至约50％的本发明的sdAb。

制备本发明的优选组合物，使得肠胃外剂量单位含有约0.01％至约2％重量的本发明的单结构域抗体。

对于通过注射给药，组合物可通常包含约0.1mg/kg至约250mg/kg的动物体重，优选约0.1mg/kg至约20mg/kg动物体重，更优选约1mg/kg至约10mg/kg动物体重。在一个实施方案中，组合物以约1至30mg/kg，例如约5至25mg/kg，约10至20mg/kg，约1至5mg/kg或约3mg/kg的剂量施用。剂量方案可以从例如每周一次到每2、3或4周一次变化。

本发明提供了治疗哺乳动物(例如人类患者)中PD-1介导的疾病或病症的方法，包括将有效量的本发明的抗体施用给有需要的哺乳动物。特别地，本发明还涉及预防和/或治疗选自癌症、免疫病症、神经疾病、炎性病症、变态反应、移植排斥、病毒感染、免疫缺陷和其他免疫系统相关病症的病症的方法，所述方法包括向有此需要的受试者施用药学活性量的本发明的单结构域抗体或药物组合物，或本发明的药物组合物。

如本文所用，“进行治疗”、“治疗中”或“治疗”意指抑制或缓解疾病或病症。例如，治疗可以包括延迟与疾病或病症相关的症状的发展，和/或降低将要或预期所述疾病发展的这些症状的严重性。这些术语包括改善现有症状，预防其他症状，以及改善或预防这些症状的根本原因。因此，该术语表示对正在治疗的至少一些哺乳动物(例如人类患者)赋予有益结果。许多医学治疗对于接受治疗的一些但不是所有患者是有效的。

术语“受试者”或“患者”是指治疗、观察或实验对象的动物。仅举例来说，受试者包括但不限于哺乳动物，包括但不限于人或非人哺乳动物，例如非人灵长类动物，鼠、牛、马、犬、绵羊或猫科动物。

如本文所用，术语“有效量”是指，当单独或与其他的治疗剂组合施用于细胞、组织或受试者时，在给药条件下有效实现所需的治疗或预防效果的抗PD-1抗体的量。

本发明还涉及用于治疗或预防疾病的本发明的单结构域抗体或药物组合物。

另一方面，本发明涉及用于治疗或预防癌症、免疫病症、神经疾病、炎性病症、变态反应、移植排斥、病毒感染、免疫缺陷和其他免疫系统相关病症的本发明的单结构域抗体或药物组合物。

另一方面，本发明涉及本发明的单结构域抗体或药物组合物在治疗或预防疾病中的应用。

另一方面，本发明涉及本发明的单结构域抗体或药物组合物在制备用于治疗或预防癌症、免疫病症、神经疾病、炎性病症、变态反应、移植排斥、病毒感染、免疫缺陷或其他免疫系统相关病症中的应用。

癌症可选自实体或非实体肿瘤。例如，癌症可选自骨癌、胰腺癌、皮肤癌、头部或颈部癌、皮肤或眼内恶性黑色素瘤、子宫癌、卵巢癌、直肠癌、肛门区癌、胃癌、睾丸癌、乳腺癌、脑癌、输卵管癌、子宫内膜癌、子宫颈癌、阴道癌、外阴癌、食道癌、小肠癌、内分泌系统癌、甲状腺癌、甲状旁腺癌、肾上腺癌、肾癌、软组织肉瘤、尿道癌、膀胱癌、肾癌、肺癌、非小细胞肺癌、胸腺瘤、尿路上皮癌白血病、前列腺癌、间皮瘤、肾上腺皮质癌、淋巴瘤，如霍奇金病，非霍奇金病、胃癌和多发性骨髓瘤。

在一个实施方案中，肿瘤是实体瘤。可相应治疗的实体瘤的实例包括乳腺癌、肺癌、结肠癌、胰腺癌，神经胶质瘤和淋巴瘤。此类肿瘤的一些实例包括表皮样肿瘤、鳞状肿瘤，例如头部或颈部肿瘤，结肠直肠肿瘤、前列腺肿瘤、乳腺肿瘤、肺肿瘤、包括小细胞和非小细胞肺肿瘤、胰腺肿瘤、甲状腺肿瘤、卵巢肿瘤和肝脏肿瘤。其他实例包括卡波西肉瘤、CNS、肿瘤、神经母细胞瘤、毛细血管母细胞瘤、脑膜瘤和脑转移瘤、黑色素瘤、胃肠和肾癌和肉瘤、横纹肌肉瘤、胶质母细胞瘤，优选多形性胶质母细胞瘤和平滑肌肉瘤。对于本发明的拮抗剂有效的血管化皮肤癌的实例包括鳞状细胞癌、基底细胞癌和可通过抑制恶性角质形成细胞，如人恶性角质形成细胞的生长来治疗的皮肤癌。

在一个实施方案中，肿瘤是非实体瘤。非实体肿瘤的实例包括白血病、多发性骨髓瘤和淋巴瘤。

在一个方面，癌症被鉴定为PD-L1阳性癌症。在一个方面，癌症是局部晚期不可切除的、转移性或复发性的癌症。

可以使用本发明的抗体抑制其生长的优选癌症包括通常对免疫疗法有反应的癌症。用于治疗的优选癌症的非限制性实例包括黑色素瘤(例如转移性恶性黑色素瘤)、肾癌(例如透明细胞癌)、前列腺癌(例如激素难治性前列腺腺癌)、乳腺癌、结肠癌和肺癌(例如非小细胞肺癌)。

在一个实施方案中，癌症在另一种治疗(例如化疗)后已进展。

本发明的单结构域抗体和药物组合物特别可用于治疗与表达异常高水平PD-1的细胞(例如，耗尽T细胞、B细胞、单核细胞等)相关的癌症。其他优选的癌症包括以PD-1和/或其配体PD-L1和/或PD-L2的表达升高为特征的癌症。在一个实施方案中，癌症选自具有高水平的癌症相关基因突变和/或高水平肿瘤抗原表达的癌症。在另一个实施方案中，癌症选自已知具有免疫原性或在用其他癌症疗法治疗后能够变得具有免疫原性的癌症。

免疫疾病可选自移植物抗宿主病、关节炎、斑秃、强直性脊柱炎、抗磷脂综合征、自身免疫性艾迪生病、肾上腺自身免疫性疾病、自身免疫性溶血性贫血、自身免疫性肝炎、自身免疫性卵巢炎和睾丸炎、自身免疫性血小板减少症、贝赫切特病(Behcet’s disease)、大疱性类天疱疮、心肌病、乳糜泻性皮炎、慢性疲劳免疫功能障碍综合征(CFIDS)、慢性炎症性脱髓鞘性多发性神经病、丘-施综合征(Churg-Strauss syndrome)、瘢痕性类天疱疮、CREST综合征、冷凝集素病、克罗恩病(Crohn’s disease)、盘状狼疮、基本混合性冷球蛋白血症、纤维肌痛-纤维肌炎、肾小球肾炎、格雷夫斯病(Graves′disease)，吉兰-巴雷(Guillain-Barre)，桥本甲状腺炎(Hashimoto’sthyroiditis)、特发性肺纤维化、特发性血小板减少性紫癜(ITP)、IgA神经病变、青少年关节炎、扁平苔癣、红斑狼疮、梅尼埃病(Meniere’sdisease)、混合性结缔组织病、多发性硬化、视神经脊髓炎(NMO)、1型或免疫介导的糖尿病、重症肌无力、寻常型天疱疮、恶性贫血、结节性多动脉炎、多发性软骨炎、多发性综合征、风湿性多肌痛、多发性肌炎和皮肌炎、原发性丙种球蛋白血症、原发性胆汁性肝硬化、银屑病、银屑病关节炎、雷诺现象(Raynauld’s phenomenon)、莱特尔综合征(Reiter’s syndrome)、类风湿性关节炎、结节病、硬皮病、舍格伦综合征(Sjogren’s syndrome)、僵人综合征，系统性红斑狼疮、红斑狼疮、高安动脉炎(takayasu arteritis)、颞动脉/巨细胞动脉炎、横贯性脊髓炎、溃疡性结肠炎、葡萄膜炎、血管炎如疱疹样皮炎、血管炎、白癜风和韦格纳肉芽肿(Wegener’s granulomatosis)。

神经疾病可选自阿尔茨海默病、癫痫、帕金森病、痴呆、多发性硬化、周围神经病或带状疱疹后神经痛。

本发明的单结构域抗体或药物组合物可以作为单独的活性成分施用或与一种或更多种其他治疗剂组合施用。治疗剂是可用于治疗疾病的化合物或分子。治疗剂的实例包括抗体、抗体片段、药物、毒素、核酸酶、激素、免疫调节剂、促凋亡剂、抗血管生成剂、硼化合物、光活性剂或染料和放射性同位素。抗体分子包括完整抗体或其片段(例如，Fab、F(ab′)2、Fv、单链Fv片段(scFv)或单结构域抗体，例如V_H结构域)或抗体模拟蛋白。

在一个实施方案中，单结构域抗体与现有疗法或治疗剂组合使用，例如抗癌疗法。因此，另一方面，本发明还涉及组合疗法，其包含施用本发明的单结构域抗体或药物组合物和抗癌疗法。抗癌疗法可包括治疗剂或放射疗法，并且包括基因疗法、病毒疗法、RNA疗法骨髓移植、纳米疗法，靶向抗癌疗法或溶瘤药物。其他治疗剂的实例包括其他限制点抑制剂、抗肿瘤剂、免疫原性剂、减毒癌细胞、肿瘤抗原、抗原呈递细胞如用肿瘤衍生的抗原或核酸脉冲的树突细胞、免疫刺激细胞因子(例如IL-2、IFNa2、GM-CSF)，靶向小分子和生物分子(例如信号转导途径的组分，例如酪氨酸激酶的调节剂和受体酪氨酸激酶的抑制剂，以及结合肿瘤特异性抗原的试剂，包括EGFR拮抗剂)、抗炎剂、细胞毒性剂、放射性毒剂或免疫抑制剂和用编码免疫刺激细胞因子(例如GM-CSF)、化学疗法的基因转染的细胞。在一个实施方案中，单结构域抗体与外科手术组合使用。

在一个实施方案中，本发明的单结构域抗体或药物组合物与免疫调节剂，限制点调节剂、参与T细胞活化的试剂、肿瘤微环境改性剂(TME)或肿瘤特异性靶标一起施用。例如，免疫调节剂可以是免疫限制点分子的抑制剂，选自PD-1、PD-L1、PD-L2、CTLA-4、TIM-3、LAG-3、CEACAM、VISTA、BTLA、TIGIT、LAIR1、CD160、2B4或TGFRβ中的一种或多种的抑制剂。在另一实施方案中，免疫调节剂可以是共刺激分子的激活剂，其选自OX40、OX40L、CD2、CD27、CDS、ICAM-1、LFA-1(CD11a/CD18)、ICOS(CD278)、4-1BB(CD137)、GITR、CD30、CD40、BAFFR、HVEM、CD7、LIGHT、NKG2C、SLAMF7、NKp80、CD160、B7-H3或CD83配体、CD3、CD8、CD28、CD4或ICAM-1中的一种或多种的激动剂。

在一个实施方案中，PD-1抑制剂是选自或的抗PD-1抗体。

在本发明的一个具体实施方案中，组合物与化学治疗剂或放射疗法同时施用。在另一具体实施方案中，化学治疗剂或放射疗法在本发明组合物给药之前或之后施用，优选在本发明组合物给药之前或之后至少1小时、5小时、12小时、1天、1周、1个月、更优选数月(例如长达三个月)。

在一些实施方案中，本发明的单结构域抗体可以与两种或更多种治疗剂一起施用。在一些实施方案中，本发明的结合剂可以与两种或更多种治疗剂一起施用。

本发明的单结构域抗体或药物组合物可以与其他疗法或治疗化合物或疗法同时或在不同时间施用，例如同时、分别或依次。

另一方面，本发明提供调节受试者中免疫应答的方法，包括向受试者施用本发明的单结构域抗体，使得受试者中的免疫应答被调节。优选地，本发明的抗体增强、刺激或增加受试者的免疫应答。

另一方面，本发明提供抑制受试者中肿瘤细胞生长的方法，包括向受试者施用治疗有效量的本发明的抗PD-1单结构域抗体。

另一方面，本发明涉及免疫缀合物，其包含与至少一种治疗和/或诊断剂偶联的本发明的单结构域抗体。

另一方面，本发明提供用于治疗或预防疾病或免疫应答和/或用于检测PD-1用于诊断、预后或监测疾病的试剂盒，所述试剂盒包含本发明的单结构域抗体。这样的试剂盒可以包含其他组分、包装、说明书或材料以帮助检测PD-1蛋白。试剂盒可包括如上所述的本发明的标记的单结构域抗体和一种或更多种用于检测标记的化合物。

另一方面，本发明提供以冻干形式包装或包装在水性介质中的本发明的单结构域抗体。

本发明还涉及如本文中所述的参考附图和实施例的单结构域抗体。

另一方面，本发明的单结构域抗体用于非治疗目的，例如诊断测试和试验。用于检测测试样品中人PD-1的存在的方法包含使所述样品与根据本发明的单结构域抗体和至少一种可检测标记接触，并检测所述单结构域抗体与人PD-1的结合。

在一个实施方案中，本发明涉及诊断患有癌症的患者中PD-1介导的适应性免疫抗性的方法。该方法包括使样品与本文公开的单结构域抗体接触，所述单结构域抗体已用可检测结构部分标记；检测免疫细胞(例如CD8+T细胞、B细胞和巨噬细胞)上PD-1的表达。样品可以是肿瘤组织。

用于诊断目的的抗体修饰是本领域熟知的。例如，可以用配体基团如生物素或可检测的标记基团如荧光基团、放射性同位素或酶修饰抗体。可以使用常规技术标记本发明的化合物。合适的可检测标记包括但不限于荧光素、发色团、放射性原子、高电子密度试剂、酶和具有特异性结合配偶体的配体。

除非本文另有定义，结合本公开使用的科学和技术术语应具有本领域普通技术人员通常理解的含义。虽然前述公开内容提供了包括在本发明范围内的主题的一般描述，包括制备和使用本发明的方法及其最佳模式，但提供以下实施例以进一步使本领域技术人员能够实施本发明并提供其完整的书面描述。然而，本领域技术人员将理解，这些实施例的细节不应理解为对本发明的限制，本发明的范围应当从权利要求及其附加于本公开的等同物中理解。鉴于本公开，本发明的各种其他方面和实施方案对于本领域技术人员而言是显而易见的。

本说明书中提及的所有文献均通过引用整体并入本文，包括对基因登录号的引用和对专利出版物的引用。

“和/或”在此使用时，将被视为具有或不具有另一个的两个指定特征或组分中的每一个的具体公开。例如，“A和/或B”将被视为(i)A、(ii)B和(iii)A和B中的每一个的具体公开内容，就像每个在本文中单独列出一样。除非上下文另有规定，上述特征的描述和定义不限于本发明的任何特定方面或实施方案，并且同样适用于所描述的所有方面和实施方案。

在非限制性实施例中进一步描述本发明。

实施例

实施例1.Tg/TKO小鼠的构建

如前所述(WO2004/076618，WO2003/000737，Ren等，Genomics，84，686，2004；Zou等，J.Immunol.，170，1354，2003和WO2016/062990)创建了在背景内携带种系构型的人重链抗体转基因座的小鼠，所述基因座沉默用于内源性重链和轻链抗体表达(三重敲除或TKO)。简而言之，转基因小鼠是在用酵母人工染色体(YAC)原核显微注射新鲜受精的卵母细胞后得到的，所述酵母人工染色体包含大量的人V_H、D和J基因与缺乏C_H1结构域的小鼠免疫球蛋白恒定区基因，小鼠增强子和调节区的组合。酵母人工染色体(YAC)是可用于在酵母中克隆非常大的DNA插入的载体。以及表现为像天然酵母染色体的包含必需的所有三种顺式作用结构元件(自主复制序列(ARS)、着丝粒(CEN)和两个端粒(TEL))，它们能够接受大DNA插入，使它们能够达到染色体样稳定性和酵母细胞传递保真度所需的最小尺寸(150kb)。YAC的构建和使用在本领域中是众所周知的(例如，Bruschi，C.V.和Gjuracic，K.Yeast ArtificialChromosomes，Encyclopedia of Life Sciences，2002，Macmillan Publishers Ltd，Nature Publishing Group/www.els.net)。

使用的YAC包含多个人重链V基因、多个人重链D和J基因、鼠C_H1基因和鼠3′增强子基因。它缺乏C_H1外显子。

将转基因建立者小鼠与缺乏内源性免疫球蛋白表达的动物回交以产生用于所述免疫研究的Tg/TKO系。

实施例2.用于免疫的抗原

免疫使用购自R&D，目录号1086-PD，批号FVQ081502B或FVQ081503A的重组人PD-1Fc嵌合体。

重组人PD-1-TetTox蛋白用于另一种单独的免疫。这基于人PD-1的残基1-167，并且在N末端包含通过多接头与PD-1连接的tet毒素。还包括N-末端His标签以及蛋白水解切割的前导序列和限制性位点。

表面表达人PD-1的CHO细胞系在室内制备。

实施例3.免疫试验方案

年龄为8-12周龄的Tg/TKO小鼠各自接受初始剂量50μg或10μg的重组纯化的人PD-1-Fc蛋白，所述人PD-1-Fc蛋白在完全弗氏佐剂中乳化并皮下递送，然后加入三个提高10μg的重组蛋白，在不完全弗氏佐剂中乳化，也在皮下给药，在初始引发后以不同的间隔给予。在不存在佐剂的情况下，在磷酸盐缓冲盐水中，腹腔内施用最终剂量的10μg或20μg重组纯化的人PD-1蛋白抗原。

单独的8-12周龄的Tg/TKO小鼠组群各自接受初始剂量10μg的重组纯化的人PD1-TetTox蛋白，所述重组纯化的人PDl-TetTox蛋白在完全弗氏佐剂中乳化并皮下递送，随后加入三次强化10μg的重组蛋白，在不完全弗氏佐剂中乳化，也在皮下给药，在初始引发后以不同的间隔给予。在不存在佐剂的情况下，在磷酸盐缓冲盐水中，腹腔内施用最终剂量的10μg重组纯化的人PD1-TetTox蛋白抗原。

用50μg上述纯化的人PD-1-Fc蛋白致敏另一组群动物，然后在表面以高水平表达人PD-1的1000万个细胞的三次强化。在没有佐剂的情况下给予加强，其中两次皮下，第三次腹膜内。在不存在佐剂的情况下，在磷酸盐缓冲盐水中腹膜内施用最终剂量的10μg重组纯化的人PD-1-Fc蛋白。

实施例4.血清ELISA

在免疫之前和之后从小鼠收集血清，并且通过ELISA检测响应于用PD-1抗原免疫的血清PD-1/Fc反应性重链抗体的存在。将Nunc Maxisorp板(Nunc目录号443404)在4℃下用50μl/孔的PBS中的1μg/ml重组huPD-1-Fc溶液(R&D 1086-PD)或在PBS中的hPD-1HIS R&D(8986-PD或9047-PD)包被过夜。用补充有0.05％(v/v)Tween 20(Sigma P1379)的PBS(由PBS片剂，Oxoid目录号BR0014G制备)洗涤平板，然后用不添加吐温20的PBS洗涤。为了阻断非特异性蛋白质相互作用，将3％(w/v)脱脂奶粉的PBS溶液加入孔中，将板在室温下孵育至少1小时，然后弃去。

将全血样品以13000rpm离心5分钟以将血液与血清分开。在聚丙烯管或板中的3％/PBS中制备血清稀释液，在室温下预孵育至少1小时，然后转移至封闭的ELISA板中并孵育至少1小时。通过用PBS/Tween20，然后用PBS重复洗涤除去未结合的蛋白质。将1∶10000缀合生物素溶液、山羊抗小鼠IgG、Fcgamma亚类1特异性抗体(Jackson目录号115-065-205)准备在PBS/3％中，加入到每个孔中并在室温下孵育温度至少一小时。通过用PBS/20和PBS重复洗涤除去未结合的检测抗体。将3％/PBS中的Neutravidin-HRP溶液(Pierce目录号31030)加入ELISA板中并使其结合30分钟，然后如上洗涤。使用TMB底物(Sigma目录号T0440)显色ELISA，7分钟后通过加入50μl 0.5M H₂SO₄溶液(Sigma目录号320501)终止反应。用BMG Pherastar在450nm处读取吸光度。

通过ELISA检查小鼠血清中抗体的存在。所有小鼠均表现出强烈的免疫反应。

实施例5.从免疫小鼠中产生文库

组织收集和均质化

来自上述免疫小鼠的文库的产生遵循如下概述的文库产生的标准试验方案。

根据标准试验方案使用总脾，腹股沟和肱淋巴结。

RNA提取和RT-PCR

脾：400μl上清液用于制备总RNA。使用Qiagen试剂盒(目录号74104)按照制造商的试验方案提取RNA。

淋巴结：在Kingfisher上通过基本相同的过程制备。

根据制造商的试验方案，使用Superscript III RT-PCR高保真试剂盒(Invitrogen目录号12574-035)从RNA样品中获取V_H序列。对于每个脾和LN RNA样品，使用单个JH引物与V_H1、V_H2、V_H3、V_H4或V_H6家族的引物组合进行RT-PCR反应。

混合RT-PCR产物，以便将来自淋巴结1-4和脾的V_H1产物组合。根据制造商的试验方案，使用GeneJet^TM纯化试剂盒(目录号K0702)纯化扩增的物质，用50μl水洗脱。

克隆到噬菌粒载体

在这些研究中使用噬菌粒载体pUCG3。使用常规的基于PCR的方法从扩增的V_H序列构建V_H噬菌粒文库。简而言之，使用了以下程序：

使用PCR产生线性化的pUCG3版本。根据制造商的说明，使用Fermentas GeneJetGel纯化试剂盒(目录号K0691)凝胶纯化载体PCR产物(3152bp)。纯化的V_HRT-PCR产物用于从线性化的pUCG3引发PCR反应，导致异质性V_H克隆到pUCG3中。

在1％(w/v)琼脂糖凝胶上分析PCR产物。

生成噬菌粒文库

通过动物源汇集V_H/噬菌粒PCR产物，并根据制造商的说明使用Fermentas PCR纯化试剂盒(目录号K0702)纯化。最终在22μl水中洗脱。

使用在2500V，25uF，200W脉冲的Bio-Rad GenePulser Xcell，通过电穿孔将洗脱的DNA用于转化TG1大肠杆菌(Lucigen，目录号60502-2)。电穿孔的细胞汇集。

将10倍稀释系列的转化物涂布在含有2％(w/v)葡萄糖和100μg/ml氨苄青霉素的2_XTY琼脂培养皿上。在这些培养皿上产生的菌落用于评估文库大小。将剩余的转化物涂布在补充有2％(w/v)葡萄糖和100μg/ml氨苄青霉素的大型2_XTY琼脂生物测定皿上。所有琼脂平板在30℃孵育过夜。

通过向大型生物测定皿中加入10ml 2_XTY液体培养基来收获文库。轻轻刮擦细菌菌落并记录OD600。在加入等体积的50％(v/v)甘油溶液后，将等分试样在-80℃下储存在冷冻管中，或直接用于噬菌体选择过程。

实施例6.用于分离PD-1结合V_H的选择策略和优化

根据公开的方法(Antibody Engineering，由Benny Lo编辑，第8章，161-176，2004)进行文库噬菌体库存和噬菌体展示选择的制备。在大多数情况下，噬菌体展示结合淘选方法用于分离结合V_H结构域。然而，本领域中充分描述了各种不同的选择方法，包括可溶性选择和在胁迫下(例如加热)进行选择。

采用标准方法进行优化，例如增加对抗原的V_H亲和力。这些优化策略在本领域中描述：

a)改组(Antibody Engineering，由Benny Lo编辑，第19章，327-343，2004)；

b)使用随机寡核苷酸和噬菌体展示技术靶向随机化CDR3区(Main等，J PharmacolExp Ther，2006年12月；319(3)：1395-404)和

c)核糖体展示。

实施例7.筛选用于结合CHO人PD1细胞和抑制PD-L1结合PD-1的周质提取物

选择文库后，通过细菌周质提取物的单点筛选鉴定出与表达人PD-1的CHO细胞结合并且抑制重组人PD-1蛋白与重组人PD-L1蛋白之间相互作用的特异性V_H。

从1ml培养物制备小规模细菌周质提取物，在深孔板中生长。将起始培养物用于接种96孔深孔板(Fisher，目录号MPA-600-030X)含有2XTY液体培养基(Melford目录号M2130)，补充0.1％(w/v)葡萄糖和100μg/ml氨苄青霉素，在37℃，250rpm振荡。当OD 600达到0.6-1时，通过添加100μl补充有IPTG(终浓度0.5mM)和氨苄青霉素的2XTY诱导V_H产生，并使培养物在30℃下以220rpm振荡生长过夜。通过在3200rpm离心10分钟沉淀E.coli，弃去上清液。将细胞沉淀重悬于120μl经冰冷的提取缓冲液(50mM MOP，0.5mM EDTA，0.5M蔗糖)中，然后加入180μl 1∶5稀释的经冰冷的提取缓冲液。将细胞在冰上孵育30分钟，然后在4℃以4500rpm离心15分钟。将上清液转移到聚丙烯板中用于试验中测定。

使用荧光微体积测定技术(FMAT)评估上清液中His标记的V_H与CHO细胞表达的人PD-1的结合，所述荧光微体积测定技术是检测定位于微孔底部的珠子或细胞的荧光的基于荧光的平台(Dietz等，Cytometry 23：177-186(1996)，Miraglia等，J.Biomol.Screening4：193-204(1999)。通过标准程序使用全长人PD-1序列在内部产生CHO TREX人PD-1细胞系。所有试剂均在含有PBS，0.1％牛血清白蛋白，0.01％叠氮化钠的FMAT测定缓冲液(pH7.4)中制备。将Peripreps转移到384孔黑色透明底试验平板(Costar目录号3655)中并与1.5nM抗His(Millipore目录号05-949)/3nM山羊抗小鼠Alexa Fluor-488(Jackson Immunolabs目录号115-545-071)及用DRAQ5(Thermo Scientific cat.no.62251)预染色的2000 CHO人PD-1细胞在室温下孵育至少2小时。在488nm和640nm激发后，在TTP Mirrorball盘式分析仪上的FL2(502nm-537nm)和FL5(677-800nm)通道中读平板。数据在FL5视野门控，并且门控数据的峰值强度以及FL2中值平均荧光强度用于测定V_H结合。

与CHO PD-1结合试验平行，在HTRF抑制试验中通过单点筛选测试周质提取物对PD-L1蛋白与PD-1蛋白相互作用的抑制能力。所有样品和试剂均在含有PBS、0.1％(w/v)BSA和0.4M氟化钾的HTRF试验缓冲液中制备。将周质提取物与25nM链霉素标记的PD-L1(AcroBiosystems目录号PD-1-H5282)，1.5nM抗人-Fc Cryptate PAb(Cisbio目录号61HFCKLB)，10nM StrepMAB-Oyster 645缀合物在黑色384-浅孔板(Costar目录号3676)中在室温下孵育至少3小时。在每个平板上设置含有周质提取物样品缓冲液总结合对照和含有过量未标记竞争剂的非特异性结合对照，以用于数据标准化。BMG PHERAstar盘式分析仪上在337nm激发后测量620nm和665nm的时间分辨荧光发射。数据表示为减去从非特异性结合对照孔确定的背景信号后总结合对照(％对照)的％。

V_H家族被鉴定为与CHO人PD-1细胞结合，FL2荧光＞1000(图1a)，并且显示抑制PD-1与PD-L1的结合(图1b)。

实施例8.测序

如上鉴定的来自噬菌粒及基于V_H种系和CDR3氨基酸相似性分组的每个单独的V_H克隆被测序。进一步表征代表性的克隆。通过序列优化克隆1.1产生其他克隆，如表1所示。使用标准方法用于优化。将如上分离的克隆1.1至1.40分组为单个家族。克隆1.41-1.115是序列优化的变体克隆1.1。

实施例9.纯化的V_H的制备和表征

a)纯化的V_H的制备

通过使用V_HC-末端6xHIS标签获得纯化的V_H，用于周质提取物的镍-琼脂糖亲和层析纯化。将每种V_H的起始培养物在2XTY培养基(2XTY液体培养基(Melford目录号M2103)补充2％(w/v)葡萄糖和100μg/ml氨苄青霉素，在30℃下以250rpm振荡。然后将该过夜培养物用于接种50ml-200ml 2XTY培养基中，并在37℃下以250rpm振荡孵育约6-8小时(直至OD₆₀₀＝0.6-1.0)。将培养物以3200rpm离心10分钟，并将细胞沉淀重悬于含有100μg/ml氨苄青霉素和1mM IPTG的新鲜2XTY液体培养基中。将摇瓶在30℃和250rpm孵育过夜。将培养物再次以3200rpm离心10分钟并弃去上清液。通过轻轻吹打将细胞沉淀重悬于经冰冷的提取缓冲液中(20％(w/v)蔗糖，1mM EDTA，50mM Tris-HCl pH 8.0或50mM MOPS)，然后用1∶5稀释的经冰冷的提取缓冲液进一步稀释。将细胞在冰上孵育30分钟，然后在4℃下以4500rpm离心15分钟。将上清液转移到含有咪唑(Sigma cat.no.12399，终浓度10mM)和预平衡的镍琼脂糖珠子(Qiagen，Ni-NTA 50％soln，cat.no.30210)的试管中。V_H结合在4℃下进行2小时，同时轻轻摇动。将珠子转移到polyprep柱(BioRad cat.no.731-1550)并通过重力流动弃去上清液。用PBS+0.05％洗涤柱3次，然后用5ml PBS/20mM咪唑洗涤3次。使用PBS/250mM咪唑从柱上洗脱V_H。通过与NAP-5柱(GE Healthcare，17-0853-01)的缓冲液交换从纯化的V_H准备物中除去咪唑，并用PBS洗脱。用分光光度法估计纯化的V_H的产率，并使用SDS PAGE评估纯度。

或者，用pJExpress载体从W3110 E coli的上清液中纯化V_H。对于该程序，在37℃下TB培养基中振荡250rpm，培养多达400ml培养物，然后用1mM IPTG诱导过夜。收获所得上清液，并使用Ni-Sepharose excel柱(HiScale 16，GE Healthcare)在AKTA Pure上进行V_H纯化。用分光光度法估计纯化的V_H的产率，并使用SDS PAGE评估纯度。

b)抑制人PD-L1和PD-L2与重组人PD-1蛋白的结合

将纯化的V_H在HTRF试验缓冲液中连续稀释，并如上所述实施例1在HTRF PD-1：PD-L1抑制试验中进行测定并测定IC₅₀。这些展示在下表3中。

表3

对于PD-L2抑制试验，根据制造商的实验方案，重组人PD-1蛋白带有EuropiumTrisbipyridine Cryptate(Cisbio cat no.62EUSPEA)标签，并且根据EZ-link试剂盒试验方案(Thermo 21327)，PD-L2-Fc(Acro Biosystems cat no.PD2-H882R)生物素化。以10μl试验体积将连续稀释的V_H与10nM链霉亲和素AlexaFluor-647(Life Technologies catno.S32357)、3nM生物素化的PD-L2-Fc和Europium Cryptate标记的PD-1-Fc(167倍稀释)在室温下孵育至少3小时。例如数据参见图2和表4。

表4

c)1.1和1.57表位竞争试验

在FMAT表位竞争试验中，具有比亲本(未优化的)单结构域抗体提高的活性和/或表达水平的序列优化的单结构域抗体最初通过测定能够竞争亲本克隆1.1或部分优化的1.57与CHO人PD-1细胞结合的细菌周质提取物进行鉴定。

通过PCR扩增1.1或1.57V_H序列，并亚克隆到能够用C末端融合的Strep标签表达的载体中。培养用表达载体转化的TG1细菌培养物，使用提取缓冲液(20％w/v蔗糖，1mM EDTA，50mM Tris-HCl pH8.0)制备周质提取物，然后使用Strep-Tactin亲和树脂(Qiagen 30002)从周质中纯化Strep标记的V_H。

在FMAT试验缓冲液中制备用于表位竞争试验的试剂。将细菌周质提取物，缓冲液(总结合对照)或过量His标记的V_H竞争物(非特异性结合对照)与1nM 1.1-Strep标记的蛋白质或1nM 1.57-Strep标记的蛋白质、1.5nMII单克隆抗体(Millipore71590)、2.5nM山羊抗小鼠Fc-Alexa Fluor 488和2000 CHO人PD-1DRAQ5染色细胞在384孔黑色透明底测定平板中的每孔中一起孵育。将平板在室温下孵育1.5小时，然后在488nm和640nm激发后，在Mirrorball盘式分析仪(TTP)上的FL2(502nm-537nm)和FL5(677-800nm)通道中测量荧光。数据表示为减去从非特异性结合对照孔确定的背景信号后总结合对照的％(即％对照)。与亲本V_H相比，显示出改善的活性的克隆在表位竞争测定中纯化并测试多点以进行IC₅₀测定，或者直接在下述报告基因试验中测定(数据展示在表5中)。

d)报告基因试验

使用NFAT-荧光素酶报告基因试验评估V_H在PD-1：PD-L1阻断的结果下增加转染的Jurkat细胞中的功能性反应的能力。受到具有NFAT反应元件的启动子的控制的表达人PD-1和荧光素酶报告基因的Jurkat报告细胞系和表达T细胞受体活化剂的CHO细胞系以及受到四环素诱导的启动子控制的人PD-L1通过标准方法产生。大量制备细胞，然后冷冻并储存在液氮中。

将CHO人PD-L1/TCR活化剂细胞在37℃水浴中解冻，用PBS洗涤一次，重悬于(HamsF12/10％FBS/1μg/ml四环素)中并以10000个细胞/孔接种于96孔白色TC处理的试验平板。将平板在CO₂培养箱中于37℃孵育过夜。

将样品在试验培养基(RPMI+2％FBS)中连续稀释。将Jurkat PD-1报告细胞在37℃水浴中解冻，用培养基洗涤一次，然后以5e⁵细胞/ml稀释到试验培养基中。从CHO细胞中移除培养基，并将50μl稀释的样品或试验培养基(背景对照)加入平板中，然后加入50μl稀释的Jurkat报告细胞。将平板在37℃下在CO₂培养箱中孵育6小时过夜，然后从培养箱中取出并平衡至室温10分钟。在测量发光信号(RLU)前，加入NanoGlo底物(在NanGlo缓冲液中以1∶50稀释的100μl底物(Promega cat no.N1120))，并将平板在室温下孵育10分钟。数据表示为折叠/背景信号。

或者，根据制造商的试验方案使用PD-1/PD-L1阻断生物测定系统(Promega)测试样品。

报告试验中优化的活性的实施例EC₅₀数据显示在下表5a中。

表5a单价单结构域抗体

表5b多价单结构域抗体

e)物种交叉反应性测试

以HTRF结合试验形式，测试纯化的V_H与人PD-1(R&D Systems cat no.1086-PD)结合的能力，食蟹猴PD-1(Acro Biosystems cat no.PD1-C5254)和小鼠PD1(R&D Systemscat no.1021-PD)。在含有PBS，0.1％BSA和0.4M氟化钾的试验缓冲液中制备所有试剂和连续稀释的V_H。将样品或试验缓冲液(非特异性结合)与2nM人/食蟹猴或小鼠PD-1，1nM抗人FcCryptate PAb(Cisbio cat.no.61HFCKLB)和30nM抗His-D2(CisBio cat no 61HISDLA)在黑色384-浅孔试验平板中在室温下孵育至少3小时。BMG PHERAstar盘式分析仪上在337nm激发后测量620nm和665nm的时间分辨荧光发射。计算HTRF比((665nm发射/620nm发射)×10000)并校正(非特异性结合)数据以得到特异性结合信号。

1.1和变体1.57，1.92展示与人(图3a)和食蟹猴PD-1(图3b)重组蛋白结合，但不与小鼠PD-1蛋白交叉反应(图3c)。

EC 50值展示在下表6中。

表6

还测试了二价结合剂(1.57-4GS-1.57)和半衰期延长结合剂(1.57-4GS-MSA结合剂)，并且与上述单结构域抗体一样，展示与人和食蟹猴PD-1重组蛋白结合，但是不与小鼠PD-1蛋白交叉反应。

f)抑制PD-L1和PD-L2与CHO人PD-1细胞的结合

将纯化的V_H在FMAT试验缓冲液中连续稀释，并如上所述测试与CHO人PD-1细胞的结合，以及抑制人PD-L1与CHO人PD-1细胞的结合。采用FMAT抑制试验证实了纯化的单价和多价V_H分别抑制PD-L1和PD-L2与CHO人PD-1细胞结合的能力(图4)。

所有试剂和连续稀释的V_H均在FMAT试验缓冲液中制备。将V_H、缓冲液(总结合对照)或过量竞争物(非特异性结合对照)与100pM人Fc标记的人PDL-1或200pM PD-L2、3nM抗人Fc-Alexa Fluor-488和每孔2000 CHO人PD1 DRAQ5染色细胞在384孔黑色透明底试验平板中孵育。将平板在室温下孵育2小时，然后在488nm和640nm激发后，在Mirrorball盘式分析仪(TTP)上的FL2(502nm-537nm)和FL5(677-800nm)通道中测量荧光。数据表示为减去从非特异性结合对照孔确定的背景信号后总结合对照的％(即％对照)。

IC50值如下表7所示。实施例数据如图4a和b所示。

表7

g)报告基因试验

如上所述在人PD-1报告基因试验中测定多价V_H构建体的功能活性，并测定EC₅₀值。这些如下表8所示。实施例数据如图9所示。非阻断V_H(1)具有SEQ ID NO.587。非阻断V_H(2)具有SEQ ID NO.588。阻断效果可以提高10到25倍。

表8

h)血清稳定性

在小鼠血清(Sigma M5905)中孵育0、1、4或7天后，通过V_H和多价V_H构建体的活性来评估其血清稳定性。将预孵育的样品连续稀释并在1.57表位竞争试验(如前述实施例3)中测定。与血清一起孵育后观察到最小的活性丧失(图5)。测试的分子为1.57、1.64、1.57-4GS-MSA和1.92。实施例数据如图5a和b所示。

表9

i)V_H与T细胞的结合

使用流式细胞术测定单价单结构域抗体和多价结合剂与T细胞的结合。通过密度梯度离心从人血液中分离外周血单核细胞(PBMC)，然后根据制造商的实验方案(MiltenyiBiotech目录号130-096-533)使用阴性选择分离试剂盒纯化CD4+T细胞。在补充有10％FBS，2mM谷氨酰胺，1XPen/Strep的RPMI培养基中，用2.5μg/mlPHA刺激T细胞2-4天。

将细胞转移到96孔板(每孔75000个)中，用PBS/1％BSA封闭10分钟，然后在染色缓冲液(PBS/1％BSA)中用连续稀释的V_H在4℃孵育1小时。通过离心用染色缓冲液洗涤细胞，然后与10μg/ml生物素化的抗His抗体在4℃温育40分钟。再次洗涤细胞，然后在4℃下用链霉亲和素AlexaFluor-488(10μg/ml)和1∶5000稀释的Live Dead near IR染色(MolecularProbes目录号L10119)染色30分钟。进一步洗涤后，固定细胞并通过流式细胞术测量荧光。EC₅₀值展示在表10中。活细胞门控CD4+T细胞染色的实例结合曲线数据展示在图6中。

表10

j)V_H单结构域抗体表现出良好的稳定性

将纯化的V_H进行尺寸排阻色谱。简而言之，将纯化的V_H储存在醋酸钠pH 5.5，150mMNaCl或PBS pH 7.4中，在4℃或40℃下保存0-14天，然后使用含有PDA检测器(在280nm处检测)的Waters H-Class Bio UPLC在不同时间点进行分析，在Waters ACQUITY BEH 125ASEC柱上分离。将样品以10μl体积注射，并在含有200mM NaCl、100mM磷酸钠、pH 7.4+5％丙-1-醇的流动相中以0.4ml/min的流速运行。收集数据6分钟，并计算与开始时(T＝0)存在的单体峰面积相比，存储后剩余的单体峰面积。在表11中示出了在40℃下孵育14天的抗PD-1V_H单结构域抗体的实例。在4℃下孵育14天后，未观察到显著变化。

表11

	0	1	4	7	14
1.64	100.00	106.53	104.66	93.98	100.03
						1.63	100.00	94.12	91.25	90.23	90.78
1.92	100.00	96.54	92.22	92.00	93.08

k)PD-1特异性对混合淋巴细胞反应中人T细胞活化的影响

从人外周血单核细胞(PBMC)分离单核细胞，并使用STEMCELLTechnologiesDendritic Cell Differentiation media或GM-CSF和IL-4将其分化成树突细胞7天。用同种异体CD4+T细胞培养树突细胞，通过磁分离从PBMC中分离。将共培养物在PD-1特异性或对照的存在下孵育2天。通过来自细胞上清液的增殖试验或细胞因子定量测量T细胞刺激。

1.57和1.92以浓度依赖性方式增强来自同种异体树突细胞/T细胞共培养物的IL-2的分泌(图7a和b)。通过均相时间分辨荧光试验(HTRF，CisBio)在2或3天后测定IL-2水平。

还显示，在没有树突细胞刺激的情况下，PD-1特异性1.57没有影响。这表明1.57没有直接引发刺激信号，因此提议该机制是阻断PD-1/PD-L1抑制途径。

L)结合动力学

使用下述方法测定结合动力学。

使用表面等离子体共振对于人PD-1-huFc的结合动力学

使用Biacore T200仪器(GE Healthcare)通过表面等离共振(SPR)技术测量结合人PD-1-huFc的某些V_H单结构域抗体的结合动力学。使用pH5.5的10mM乙酸钠中的0.1-0.01mg/ml抗原溶液，通过标准胺偶联将重组人PD-1-huFc固定至CM5传感器芯片(GEHealthcare)。对于参考流动池，进行空白固定。使用单循环动力学试验来研究相互作用，制备每种的五点，三倍稀释系列，其最高浓度为30nM。通过使以30μl/min的流速在HBS EP+缓冲液中的芯片表面上流动来跟踪结合动力学。每个关联步骤的接触时间为180秒，解离步骤在1200-3600秒之间变化。使用Biacore T200评估软件在双参考减法后将数据拟合至1∶1结合模型。计算的亲和力和动力学常数展示在下表13中。

表13

使用链霉素标记的人PD-1测定结合亲和力和动力学常数

在Biacore T200仪器(GE Healthcare)上，单循环动力学试验用于研究人PD-1与的相互作用。将链霉素标记的重组人PD-1胺偶联至CM-5芯片的一个流动池，以使用标准Biacore试剂产生低密度表面(14RU)。对于参考流动池，进行空白固定。每种的五点，三倍稀释系列，其最高浓度为25nM。通过使以30μl/min的流速在HBS EP+缓冲液中的芯片表面上流动来跟踪结合动力学。每个关联步骤的接触时间为180秒，解离步骤为3300秒。使用Biacore T200评估软件在双参考减法后将数据拟合至1∶1结合模型。计算的亲和力和动力学常数显示在下表11中。

表14

非阻断性VH(3)具有SEQ ID NO.589。

使用人PD-1-Fc测定结合亲和力和动力学常数

在Biacore T200仪器(GE Healthcare)上，单循环动力学试验用于研究人Fc标记的人PD-1与的相互作用。蛋白G是胺偶联到CM-5芯片的两个流动池。将人Fc标记的重组人PD-1捕获到其中一个流动细胞上。另一个用作参考流动池。制备每种的五点，三倍稀释系列，其最高浓度在50至150nM的范围内。通过使以30μl/min的流速在HBS EP+缓冲液中的芯片表面上流动来跟踪结合动力学。每个结合步骤的接触时间为180秒，解离步骤为3600秒。使用Biacore T200评估软件在双参考减法后将数据拟合至1∶1结合模型。计算的亲和力和动力学常数显示在下表15中。

表15

实施例10.多价构建体

通过使用肽接头(G4S)_x连接分离的V_H核酸序列来产生上述多价构建体，其中X是2、4、6或9并且表达蛋白质。使用的技术基于标准分子生物学技术。

例如，第一阻断核酸序列与第二阻断核酸序列连接。在一个实例中，第一和第二序列是相同的序列。在另一个实例中，第一和第二序列的序列不是相同的序列。此类二价结合剂任选地与延长半衰期的核酸序列(MSA结合剂)连接。还制备并表达构建体，其中单价V_H单结构域抗体与延长半衰期的核酸序列(MSA结合剂)连接。

用于这些构建体的接头序列如下表16所示。

表16

如上实施例中所述测定多价结合剂的血清稳定性和与T细胞的结合。数据如上所示。

实施例11.化合物在具有皮下MC38小鼠结肠癌的HuGEMM PD-1模型中的体内功效

PD-1 HuGEMM小鼠是基因工程小鼠模型(GEMM)，其具有在C57BL/6小鼠中含有人源化外显子2的嵌合人/小鼠PD-1基因(h/mPD-1)。小鼠通过Crown Biosciences生成，研究由Crown管理和实施。

施用的化合物是1.57-4GS-MSA结合剂和Hel4。每周腹腔内(i.p.)给予化合物两次。

将来自Fudan IBS细胞资源中心(FDCC)的MC38小鼠结肠癌细胞在补充有10％热灭活的胎牛血清(Kang Yuan Biology)的DMEM培养基(Gibco)中于37℃，5％CO₂空气中培养。每只小鼠在右后侧腹皮下接种MC38细胞(1×106)用于肿瘤发生。在该研究中招募了具有所需肿瘤大小的18只小鼠。通过肿瘤大小分层后，将小鼠随机分成3个实验组。随机化时，所有这18只小鼠的平均肿瘤大小为85mm3。将随机化日表示为第0天。从第0天至第14天将测试制品施用给荷瘤小鼠，其中BIW方案为5个剂量。

本研究中与动物处理，护理和治疗相关的所有程序均根据CrownBio的机构动物护理和使用委员会(IACUC)在实验动物护理评估和认证协会(AAALAC)的指导下批准的指南进行。在常规监测时，检查动物的肿瘤生长、迁移，食物和水消耗，体重增加/减少，眼/毛发垫和任何其他异常行为。

使用卡尺在两个维度上每周两次测量肿瘤大小，并且使用下述公式以mm3表示体积：TV＝0.5a×b2，其中a和b分别是肿瘤的长径和短径。然后将肿瘤大小用于计算TGI(％)。

所有数据均表示为平均值±SEM。使用重复测量双向ANOVA进行肿瘤体积差异的统计分析。使用GraphPad Prism 5分析所有数据，并且p＜0.05被认为是统计学上显著的。如图8所示，结合剂的施用减小了肿瘤体积。

Claims (44)

1.一种结合人PD-1的分离的V_H单结构域抗体，其包含以下CDR1、2和3的组合之一：SEQID Nos.1，2，3；SEQ ID Nos.5，6，7；SEQ ID Nos.9，10，11；SEQ ID Nos.13，14，15；SEQ IDNos.17，18，19；SEQ ID Nos.21，22，23；SEQ ID Nos.25，26，27；SEQ ID Nos.29，30，31；SEQID Nos.33，34，35；SEQ ID Nos.37，38，39；SEQ ID Nos.41，42，43，SEQ ID Nos.45，46，47；SEQ ID Nos.49，50，51；SEQ ID Nos.53，54，55；SEQ ID Nos.57，58，59；SEQ ID Nos.61，62，63；SEQ ID Nos.65，66，67；SEQ ID Nos.69，70，71；SEQ ID Nos.73.74.75；SEQ IDNos.77.78，79；SEQ ID Nos.101，102，103；SEQ ID Nos.105，106，107；SEQ ID Nos.109，110，111；SEQ ID Nos.113，114，115；SEQ ID Nos.117，118，119；SEQ ID Nos.121，122，123；SEQ ID Nos，125，126，127；SEQ ID Nos.129；130；131；SEQ ID Nos.133，134，15；SEQ IDNos.137，18，139；SEQ ID Nos.141，142，143；SEQ ID Nos.145，146，147；SEQ ID Nos.149，150，151；SEQ ID Nos.153，154.155；SEQ ID Nos.157，158，159；SEQ ID Nos.161，162，163；SEQ ID Nos.165，166，167；SEQ ID Nos.169，170，171；SEQ ID Nos.173，174，175；SEQ IDNos.177，178，179；SEQ ID Nos.181，182，183；SEQ ID Nos.185，186，187；SEQ ID Nos.189，190，191；SEQ ID Nos.193，194，195；SEQ ID Nos.197，198，199；SEQ ID Nos.201，202，203；SEQ ID Nos，205，206，207；SEQ ID Nos.209，210，211；SEQ ID Nos.213，214，215；SEQ IDNos.217，218，219，SEQ ID Nos.221，222，223，SEQ ID Nos.225，226，227；SEQ ID Nos.229，230，231；SEQ ID Nos.233，234，235；SEQ ID Nos.237，238，239；SEQ ID Nos.241，242，243；SEQ ID Nos.245，246，247；SEQ ID Nos.249，250，251；SEQ ID Nos.253，254，255；SEQ IDNos.257，258，259；SEQ ID Nos.261，262，263；SEQ ID Nos.265，266，267；SEQ ID Nos.269，270，271；SEQ ID Nos.273，274，275；SEQ ID Nos.277，278，279；SEQ ID Nos.281，282，283；SEQ ID Nos.285，286，287；SEQ ID Nos.289，290，291；SEQ ID Nos.366，367，368；SEQ IDNos.370，371，372；SEQ ID Nos.374，375，376；SEQ ID Nos.378，379，380；SEQ ID Nos.382，383，384；SEQ ID Nos.386，387，388；SEQ ID Nos.390，391，392；SEQ ID Nos.394，395，396；SEQ ID Nos.398，399，400；SEQ ID Nos.403，403，404；SEQ ID Nos.406，407，408；SEQ IDNos.410，411，412；SEQ ID Nos.414，415，416；SEQ ID Nos.418，419，420；SEQ ID Nos.422，423，425；SEQ ID Nos.426，427，428；SEQ ID Nos.430，431，432，SEQ ID Nos.434，436，436；SEQ ID Nos.438，439，440；SEQ ID Nos.442，443，444；SEQ ID Nos.446，447，448；SEQ IDNos.450，451，452；SEQ ID Nos.454，455，456；SEQ ID Nos.458，459，460；SEQ ID Nos.462，463，464；SEQ ID Nos.466，467，468；SEQ ID Nos.470，471，472，SEQ ID Nos.474，475，476；SEQ ID Nos.478，479，480；SEQ ID Nos.482，483，484；SEQ ID Nos.486，487，488；SEQ IDNos.490，491，492；SEQ ID Nos.494，495，496；SEQ I D Nos.498，499，500；SEQ ID Nos502，503，504；SEQ ID Nos.506，507，508；SEQ ID Nos.510，511，512；SEQ ID Nos.514，515，516；SEQ ID Nos.518，519，520；SEQ ID Nos.522，523，524；SEQ ID Nos.526，527，528或SEQID Nos.530，531，532。

2.根据权利要求1所述的分离的V_H单结构域抗体，其包含选自下述的序列：SEQ IDNos.4，8，12，16，20，24，28，32，36，40，44，48，52，56，60，64，

68，72，76，80，84，88，92，96，100，104，108，112，116，120，124，128，132，136，140，144，148，152，156，160，164，168，172，176，180，184，188，192，196，200，204，208，212，216，220，224，228，232，236，240，244，248，252，256，260，264，268，272，276，280，284，288，292，369，373，377，381，385，389，393，397，401，405，409，413，417421，425，429，433，437，441，445，449，453，457，461，465，469，473，477，481，485，489，493，497，501，505，509，513，517，521，525，529或533，或与其具有至少60％，70％，80％或90％同源性的序列。

3.根据一项前述权利要求所述的分离的V_H单结构域抗体，其中所述单结构域抗体与毒素、酶、放射性同位素、延长半衰期的结构部分、标记、治疗性分子或其他化学结构部分缀合。

4.根据权利要求3所述的分离的V_H单结构域抗体，其中所述延长半衰期的结构部分选自由以下组成的组：白蛋白结合结构部分、转铁蛋白结合结构部分、聚乙二醇分子、重组聚乙二醇分子、人血清白蛋白、人血清白蛋白的片段和结合人血清白蛋白的白蛋白结合肽或单结构域抗体。

5.根据一项前述权利要求所述的分离的V_H单结构域抗体，其从表达包含人V、D和J区的转基因的转基因啮齿动物获得或可得到。

6.根据权利要求5所述的分离的V_H单结构域抗体，其中所述啮齿动物不产生任何功能性内源轻链和重链。

7.一种分离的结合剂，其与权利要求1-6中任意一项所述的单结构域抗体结合基本上相同的表位。

8.一种分离的结合剂，其与权利要求1-6中任意一项所述的单结构域抗体竞争结合人PD-1。

9.根据权利要求7或8所述的分离的结合剂，其中所述结合分子为抗体或其片段。

10.根据权利要求9所述的分离的结合剂，其中所述片段是Fab、Fab′、F(ab′)2、dAb、Fd、Fv或单链Fv片段、人重链可变结构域(V_H)或分离的CDR。

11.一种分离的结合剂，其包含根据权利要求1-6中任意一项所述的的单结构域抗体。

12.根据权利要求11所述的分离的结合剂，其中所述单结构域抗体与不结合PD-1的第二结合分子连接。

13.根据权利要求12所述的分离的结合剂，其中所述第二单结构域抗体与免疫肿瘤学靶标结合。

14.根据权利要求11所述的分离的结合剂，其中所述单结构域抗体与第二结合分子连接，所述第二结合分子在相同、重叠或不同的表位结合PD-1。

15.根据权利要求7-14中任意一项所述的分离的结合剂，其中所述结合是抗体或其片段。

16.根据权利要求15所述的分离的结合剂，其中所述结合分子是人重链可变结构域(V_H)。

17.根据权利要求7-16中任意一项所述的分离的结合剂，其与毒素、酶、放射性同位素、延长半衰期的结构部分、治疗性分子或其他化学结构部分缀合。

18.根据权利要求17所述的分离的结合剂，其中所述延长半衰期的结构部分选自由以下组成的组：白蛋白结合结构部分、转铁蛋白结合结构部分、聚乙二醇分子、重组聚乙二醇分子、人血清白蛋白、人血清白蛋白的片段和结合人血清白蛋白的白蛋白结合肽或单结构域抗体。

19.根据权利要求1-6中任意一项所述的单结构域抗体在多特异性或多价结合剂中的应用。

20.一种免疫缀合物，包含与治疗剂连接的根据权利要求1-6中任意一项所述的单结构域抗体或根据权利要求7-18中任意一项所述的结合剂。

21.根据权利要求20所述的免疫缀合物，其中所述治疗剂是毒素、酶、放射性同位素或其他化学结构部分。

22.一种药物组合物，其包含根据权利要求1-6中任意一项所述的单结构域抗体，根据权利要求7-18中任意一项所述的的结合剂或根据权利要求20和21所述的免疫缀合物和药物载体。

23.一种治疗癌症、免疫病症、神经疾病、炎性病症、变态反应、移植排斥、病毒感染、免疫缺陷或其他免疫系统相关病症的方法，包括施用治疗有效量的根据权利要求1-6中任意一项所述的单结构域抗体，根据权利要求7-18中任意一项所述的结合剂或根据权利要求20和21所述的免疫缀合物或根据权利要求22所述的药物组合物。

24.根据权利要求1-6中任意一项所述的单结构域抗体，根据权利要求7-18中任意一项所述的结合剂或根据权利要求20和21所述的免疫缀合物或根据权利要求22所述的药物组合物在制备用于治疗癌症、免疫病症、神经疾病、炎性病症、变态反应、移植排斥、病毒感染、免疫缺陷或其他免疫系统相关病症的药物中的应用。

25.根据权利要求1-6中任意一项所述的单结构域抗体，根据权利要求7-18中任意一项所述的结合剂或根据权利要求20和21所述的免疫缀合物或根据权利要求22所述的药物组合物，其用作药物。

26.根据权利要求1-6中任意一项所述的单结构域抗体，根据权利要求7-18中任意一项所述的结合剂或根据权利要求20和21所述的免疫缀合物或根据权利要求22所述的药物组合物，其用于治疗癌症、免疫病症、神经疾病、炎性病症、变态反应、移植排斥、病毒感染、免疫缺陷和其他免疫系统相关病症。

27.根据权利要求23所述的方法，根据权利要求24所述的应用，或根据权利要求26所述的单结构域抗体、结合剂或药物组合物，其中所述癌症选自骨癌、胰腺癌、皮肤癌、头部或颈部癌、皮肤或眼内恶性黑色素瘤、子宫癌、卵巢癌、直肠癌、肛门区癌、胃癌、睾丸癌、乳腺癌、脑癌、输卵管癌、子宫内膜癌、子宫颈癌、阴道癌、外阴癌、食道癌、小肠癌，内分泌系统癌、甲状腺癌、甲状旁腺癌、肾上腺癌、肾癌、软组织肉瘤、尿道癌、膀胱癌、肾癌、肺癌、非小细胞肺癌、胸腺瘤、尿路上皮癌白血病、前列腺癌、间皮瘤、肾上腺皮质癌、淋巴瘤，如霍奇金病，非霍奇金病、胃癌和多发性骨髓瘤。

28.一种调节免疫应答的方法，其包括施用根据权利要求1-6中任意一项所述的单结构域抗体，根据权利要求7-18中任意一项所述的结合剂或根据权利要求20和21所述的免疫缀合物或根据权利要求22所述的药物组合物。

29.一种分离的核酸分子，其包含编码根据权利要求1-6中任意一项所述的单结构域抗体的核苷酸序列。

30.根据权利要求30所述的分离的核酸分子，其选自SEQ ID NO.293至365或534至575。

31.一种载体，其包含根据权利要求29或30的核酸。

32.一种宿主细胞，其包含根据权利要求29或30的核酸或根据权利要求31的载体。

33.根据权利要求32所述的宿主细胞，其中所述宿主细胞是细菌、酵母、昆虫、植物、病毒或哺乳动物细胞。

34.一种制备根据权利要求1-6中任意一项所述的单结构域抗体的方法，其包括在宿主细胞中表达编码所述结合分子的核酸，并从宿主细胞中分离结合分子。

35.一种试剂盒，其包含根据权利要求1-6中任意一项所述的单结构域抗体，根据权利要求7-18中任意一项所述的结合剂，根据权利要求20和21所述的免疫缀合物或根据权利要求22所述的药物组合物。

36.一种检测测试样品中人PD-1存在的方法，其包括使所述样品与根据权利要求1-6中任意一项所述的单结构域抗体和至少一种可检测标记接触，并检测所述单结构域抗体与人PD-1的结合。

37.一种制备结合人PD-1的单个V_H结构域抗体的方法，所述方法包括：

a)用PD-1抗原免疫转基因动物，所述转基因动物表达包含人重链V基因的核酸构建体并且不能制造功能性内源轻链或重链；

b)从所述动物产生文库；

c)从所述文库中分离单个V_H结构域抗体，和

d)鉴定结合人PD-1的单个V_H结构域抗体，和

e)分离所述抗体。

38.通过权利要求37所述的方法获得或可得到的单个V_H结构域抗体。

39.一种分离的仅有重链的抗体，其包含结合人PD-1的V_H结构域。

40.一种转基因啮齿动物，其产生权利要求39所述的仅有重链的抗体。

41.仅有重链的抗体，其包含结合人PD-1的V_H结构域，所述V_H结构域从表达人V、D和J基因座并且不产生功能性内源λ和κ轻链和重链的转基因小鼠中获得或可得到。

42.一种双特异性分子，其包含与第二功能结构部分连接的权利要求1-6中任意一项所述的单结构域抗体，所述第二功能结构部分具有与所述单结构域抗体不同的结合特异性。

43.根据权利要求42所述的双特异性分子，其中所述第二结构部分是抗体、抗体片段或抗体模拟物。

44.根据权利要求42或43所述的双特异性分子，其中所述第二结构部分与免疫肿瘤学靶标结合。