用疾病遗传学数据寻找IO新靶点 | 江湖

· 在学术界，基于孟德尔随机原理，业界近年开始大量使用蛋白质GWAS研究与疾病GWAS研究相结合的方法，帮助判断蛋白质表达与疾病之间的关系。

· 在工业界，有更多的疾病遗传学研究结果被转化为新药研发靶点，大型制药公司也关注到了疾病遗传学研究的发展，如再生元、安进。

· 丹码生物将GWAS研究直接应用到肿瘤免疫新靶点发现上。创始人邴楠认为，丹码领先的两个项目的开发展现了丹码的核心竞争力。

近日，一篇发表在PLOS Genetics（《PLoS遗传学》）上的文章指出，研究人员利用孟德尔随机方法，对血浆蛋白及COVID-19进行全基因组关联研究（GWAS）发现，血液中的几种蛋白与新冠重症存在明显关系，但其中并不包含之前临床普遍认为有关的IL-6或C反应蛋白。该研究或为预测新冠患者预后提供新的血液标志物，也可能为新冠药物研发提供新的靶点。

文中提到的GWAS是探索基因与疾病关联性的一种研究方法，其以单核苷酸多态性（SNP）为分子遗传标记，目标从基因层面发现与复杂疾病相关的遗传变异因素。

从2005年全球首个复杂疾病GWAS研究结果发表至今，已有5千多篇GWAS与性状或疾病之间相关性的文献发表。期间GWAS也逐渐从学术界走向工业界，成为药物靶点发现并提高新药研发成功率的新方法。

如今，GWAS有望进一步改变传统肿瘤靶点发现方式，为肿瘤免疫疗法注入更多的源头活水。

数据挖掘方法走向成熟

GWAS研究兴起的一个重要原因，即其有望将海量遗传数据转化为药物靶点发现，为疾病治疗提供新的思路和方向。尽管逻辑显而易见，实践过程却不轻松，GWAS数据应用十几年来经历多次起起伏伏。

当GWAS找到的SNP落在基因蛋白质编码区时，人们能较直接了解SNP对蛋白质功能的影响。例如，IL-6R基因上的SNP，会导致IL-6R蛋白Asp358Ala氨基酸发生改变，从而引起更多的IL-6R从细胞膜表面脱落，而GWAS研究发现具有这样SNP的人不容易患类风湿关节炎。这一发现提示抑制IL-6R的信号通路，可能对类风湿关节炎有治疗作用。

但人类基因组有97%的区域是非蛋白质编码区，大部分GWAS研究发现的SNP都发生在基因组中的非蛋白质编码区。因此GWAS研究多数时候无法直接阐明SNP与蛋白质功能以及疾病发生的关系，这也导致依据GWAS数据进行的靶点选择，难度及错误可能性大大增加。这也是大量GWAS的发现未被人们重视和利用的原因。

如FTO基因与肥胖之间的关系就是一个经典案例。自2007年来，先后有90多篇肥胖的GWAS研究发现，在FTO基因第一内含子上的一个SNP与肥胖发生存在最强有力的关联，所以很自然地认为距离这个SNP最近的FTO基因是导致肥胖的原因。

但是内含子上的SNP如何改变FTO的功能，却一直困扰着科学家们，也一直不能确定FTO是真正的肥胖基因。此后多种功能性基因组技术进步相互叠加，为GWAS数据挖掘和解释找到了新方法。

2015年一篇Nature文章，重新阐明了FTO与肥胖的关系。该文章发现FTO基因第一内含子在DNA三维空间中，会与下游一个远端基因IRX3的启动子在染色体上直接相互作用，从而影响IRX3的表达。在老鼠体内脂肪组织中特异性降低IRX3可以显著降低老鼠体重。所以FTO第一内含子对IRX3基因表达的调控才是导致肥胖的原因。

这篇文章表明了GWAS发现的SNP可以通过改变远端的基因来改变疾病，而离SNP最近的基因不一定是真正的致病基因，这为研究非蛋白质编码区基因变异与疾病之间的关系提供了开创性的思路。

随着GWAS数据的积累，一个新兴的分析方法——孟德尔随机实验越发受到业界的重视。孟德尔随机实验相当于用基因型来模拟临床随机试验分组，其可以区分因果与关联关系。基于这一研究理念，业界近年开始大量使用蛋白质GWAS研究与疾病GWAS研究相结合的方法，帮助判断蛋白质表达与疾病之间的关系。

若发现某个基因型与蛋白质表达有关，又与某一疾病有关，同时由于GWAS研究的基因型改变发生在疾病之前，而孟德尔随机化又排除了其他因素造成的偏倚，因此就可以推断该蛋白质表达与某个疾病发生存在因果关系。文章开头提到的新冠重症相关蛋白发现，采用的就是这种方法。

孟德尔随机实验最初引人注目的一个案例，是确定低密度脂蛋白（LDL）和高密度脂蛋白（HDL）谁是造成心血管事件发生的元凶。

2012年柳叶刀杂志发表的一篇文章，采用了孟德尔随机法结合GWAS研究数据对此做了分析。该研究收集了LDL、HDL以及心血管事件三者的GWAS数据，结果发现只有LDL升高与心血管事件发生存在因果关系，而HDL与心血管事件之间只是表面的关联关系。

制药界在该研究发表前，已经用惨痛的失败结果验证了这一因果关系推断的正确性。降低LDL蛋白的药物在开发上取得巨大成功，如阿托伐他汀曾经是“一代药王”，而多个用来升高HDL蛋白的CETP抑制剂，却均在临床研究中以失败告终。

工业界的应用多次迭代

GWAS数据挖掘能力的进步，更多发生在学术研究领域。在工业界，对GWAS研究的应用同样经历多次迭代。

GSK是最早将疾病遗传学研究引进工业界的大型制药公司之一。早在2003年人类基因组测序完成前，GSK就成立了人类遗传学研究部门，但彼时技术远未成熟，遗传学对新药研发的影响还为时尚早。2005年学术界第一篇GWAS研究发表后，GSK又率先开始了GWAS研究在制药中的应用，发现了多个已上市药物不良反应及药效与患者基因型之间的关系。

之后随着数据积累外加技术进步，GWAS研究的应用提前到新药靶标研究阶段，并与产品的临床前或早期临床数据结合，共同决定是否推进药物的下一步开发。此时GWAS研究的作用在制药领域开始逐步受到重视。

2015年GSK科学家发表在Nature Genetics的文章表明，有人类遗传学数据支持的药物研发项目在临床上的成功率可以得到一倍的提升。这一点在其他公司的产品研发中也得以体现。

如2012年前后，有多家公司的IL-6抑制剂处于临床研究阶段。当时研发进展最快的是罗氏的托珠单抗，适应症是类风湿关节炎。而辉瑞在Ⅱ期研究时开展了IL-6抑制剂针对红斑狼疮的研究。

从表面上看，这两种疾病发生时都有IL-6表达升高。但GWAS层面的研究却得出不一样的结论，如上面提到的显著降低类风湿关节炎风险的IL-6R的SNP（Asp358Ala），与红斑狼疮的发生却没有关联。

最终，临床研究结果与GWAS分析的推断相符，托珠单抗用于类风湿关节炎治疗顺利获批上市，而辉瑞IL-6抑制剂的Ⅱ期临床研究以失败告终，最终停止了这一产品的继续开发。

如今，有更多的GWAS研究结果被转化为新药研发靶点。例如，有GWAS研究发现，TL1A升高与炎症性肠病存在关系，同时其配体DcR3也与炎症性肠病存在关系，因此提示TL1A有望成为炎症性肠病的药物开发新靶点。辉瑞已有一款TL1A（TNSF15）抑制剂PF-06480605进入临床研究阶段，目标适应症即炎症性肠病，其也是业内首个布局该靶点新药研发的公司。辉瑞在总结2010~2020年新药研发成功率较此前显著提升的文章中，专门列出了这一案例，并提到该产品的临床研究数据优于JAK抑制剂托法替布。

其他大型制药公司也关注到了疾病遗传学研究的发展，再生元和安进都成功研发了靶向PCSK9的降血脂药物，而该靶点发现正是归功于人类遗传学数据研究。两家公司初尝甜头后，均加大在人类遗传学研究方面的投入，安进以4.15亿美元收购冰岛的Decode，以获得该公司拥有的大量疾病遗传学数据，而再生元也专门成立了遗传学研究中心，对遗传学领域研究投入巨额资金支持。

IO靶点发现展现GWAS新魅力

综上可见，GWAS研究的应用思路和方法日趋成熟，伴随着数据积累量与日俱增，其已成为新药靶点挖掘的一座金山。而最早参与GWAS研究的科学家，正在思考如何让其与生物医药发展的新潮流结合，进一步拓展研究的应用领域。

邴楠就经历过GWAS研究发展的全过程。他2004年从弗吉尼亚理工大学博士毕业，研究方向即生物信息和遗传学，那时这一学科刚刚兴起。毕业后他又直接加入GSK人类遗传学研究小组，后于2012年加入辉瑞。他曾任辉瑞人类遗传学靶标学高级总监，辉瑞自身免疫疾病药物研发部门内部的人类遗传学研究小组，是他从零开始一手打造的。他也曾担任辉瑞自免疾病新药靶点立项委员会成员之一，利用GWAS研究方法为多个新靶点产品的立项及开发做出了贡献。

而多年的跨国药企耕耘，也让邴楠萌生了自己创业的想法。在2020年，他创立了自己的公司D2M——丹码生物。D2M寓意为Data to Medicine，邴楠希望探索出一条由基因大数据出发进行源头创新的道路，找到新药创新的密码。

丹码首先将GWAS研究直接应用到肿瘤免疫新靶点发现上。利用新成立的公司，丹码对全球已发表的数万条SNP与疾病数据进行了整合，随后其利用孟德尔随机实验确定蛋白与疾病之间的关系，并将它们转化为肿瘤、自身免疫疾病等药物研发的新靶点。

“传统基于肿瘤细胞测序的靶点发现方法，对于肿瘤免疫不一定奏效。因为免疫治疗靶点除存在于肿瘤细胞外，更可能产生于肿瘤与免疫细胞互动之间或多种免疫细胞上，因此其很难再通过简单肿瘤细胞测序来确定。”

同时邴楠认为，肿瘤免疫与自身免疫疾病，二者在新药靶点发现上有许多相通之处，它们就像硬币的正反面，前者是免疫受到抑制，后者是免疫过度激活。因此，之前他在自身免疫疾病上积累的GWAS研究经验，也可适用于肿瘤免疫靶点发现，而多数长期从事肿瘤药研发的专家对此并不熟悉，这给他留下了发挥的空间。

邴楠举了CTLA-4靶点的例子。该靶点在类风湿关节炎和肿瘤免疫两方面都有产品获批上市，分别是阿巴西普（CTLA4-Fc融合蛋白）和伊匹单抗（CTLA-4抑制剂），二者均由BMS研发。而从GWAS研究中，也能发现导致CTLA4表达量升高的SNP可以降低类风湿关节炎的风险却可以增强皮肤癌的风险。这与CTLA-4靶点批准的适应症和机制十分吻合。

2019年皮肤癌GWAS研究发表后，邴楠就注意到这个现象，这证明了用GWAS发现肿瘤免疫新靶标的可能性。丹码正是在这个少有人意识到的机会上，开始布局公司的产品研发。目前丹码的数据挖掘工作取得部分进展，管线上已有两个产品的研发推进到临床前研究阶段，公司预计会在明年递交首个产品的IND申请。

首个产品DM001的靶点是将血浆中数千个蛋白质的GWAS和多种癌症的GWAS数据放在一起研究时发现的，孟德尔随机试验p值排序显示该靶点蛋白与数个癌症都存在较强的因果关系。最近的文献表明，该蛋白可被肿瘤细胞利用，从而逃避固有免疫系统对肿瘤的杀伤作用。

丹码很快筛选出针对该靶点的抗体，在体外研究中发现可以激活固有和获得性免疫系统，其在多个动物模型中，显示出对肿瘤生长和转移的抑制作用。目前这一靶点尚未对外公开，但邴楠表示，DM001有望成为在固有免疫上成为全球领先的免疫检查点抑制剂。

第二个产品DM002的靶点则已对外公开，该单抗可同时靶向LILRB1和LILRB2，在最近召开的美国癌症研究学会年会（AACR）上，丹码公布了该产品的临床前研究数据。

这一靶点发现过程相对复杂，丹码首先是在癌症GWAS研究中，注意到一个SNP与癌症发生有关，此后又发现该SNP也与HLA-G基因在多个组织中的表达高度有关，而通常情况下HLA-G基因仅在胎盘中表达，起免疫抑制作用。因此，丹码捕捉到HLA-G可能是肿瘤逃避免疫监视的一个手段。

与HLA-G结合的受体是同一家族的两个蛋白LILRB1和LILRB2。它们都在髓性免疫细胞（巨噬细胞、树突状细胞等）上有表达，同时LILRB1也在T、NK及B细胞上表达。凑巧的是，丹码发现另一篇GWAS研究同时提示LILRB1/2也与肿瘤发生有关。根据此前的经验，邴楠知道若一对配体与受体都与同一类疾病有关（就如上面提到的TL1A和DcR3），这就是一个不容错过的靶点发现信号。

但在该靶点立项时，丹码发现业界已有单独靶向LILRB1或LILRB2的项目在早期临床或研发阶段。邴楠不愿意自己研发的产品只是一个快速跟进者，因此他希望寻找让产品成为“同类最佳”的途径，而鉴于上述GWAS研究结果，他想到了开发同时靶向LILRB1和LILRB2的抗体。

而在此后的抗体筛选上，丹码生物的另一位创始人章东博士起到了关键作用。他加入新公司前，曾任德国默克肿瘤免疫学总监，长期专注于肿瘤免疫抗体药研发。默克与辉瑞合作开发的PD-L1抑制剂avelumab即由他领导团队完成临床前研发，此外他负责的多个项目处于临床研究阶段，涉及不同的肿瘤免疫靶点。

邴楠和章东探讨发现，LILRB1和LILRB2与HLA-G结合的区域尽管相似性不是很高，但还存在发现同时拮抗两个靶点单抗的可能。经过多轮筛选，并数次调整筛选策略后，丹码最终找到了预想中的单克隆抗体DM002。

DM002抗肿瘤机制示意图

此次AACR上，丹码公布了该产品与竞争对手LILRB1以及LILRB2抗体，进行头对头比较的临床前研究数据。结果显示DM002能增强巨噬细胞对肿瘤的吞噬功能，并促进巨噬细胞从M2向M1转化，抑制肿瘤细胞生长。而对照组LILRB1的抗体只有增强巨噬细胞吞噬的功能，LILRB2的抗体仅能促进M2向M1转化。邴楠对研究中这个意外发现十分惊讶：“这说明LILRB1和LILRB2分别介导了巨噬细胞两种不同的抗肿瘤功能，同时拮抗LILRB1/2两个靶点的单抗将有可能给患者带来更有效的治疗。”

近两年，其他大公司也开始关注HLA-G/LILRB1/2靶点的产品研发，其间产生了多笔大额交易。包括赛诺菲以1.25亿美元首付款加超10亿美元里程碑付款，引进Biond的LILRB1抗体。吉列德也以3亿美元首付款和12.5亿美元里程碑付款收获Tizona的HLA-G抗体。同时拮抗两个靶点的单抗使丹码在此通路的竞争中处于一个有利的位置。

邴楠认为丹码领先的两个项目的开发展现了丹码的核心竞争力所在：“我们可以利用基因组学研究从大数据中挖掘出可信度高的靶点，亦能针对新靶点设计出更好的抗体。”他认为丹码是极少数公司之一，能够有效地将GWAS研究与创新药结合，有望提高新药临床成功率，为新药研发注入新的血液。

接下来丹码打算继续夯实公司的技术平台，一方面支持公司的内部创新，另一方面考虑与外部公司合作，拓展平台技术的应用范围。

邴楠计划今后公司的产品线主要覆盖肿瘤免疫、自身免疫和神经免疫三个领域。而最近他刚参加完AACR返回国内，隔离中他也开始思考能否将GWAS研究用于新冠重症治疗药物的靶点发现，解决这个问题眼下显得迫在眉睫。

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总第1600期