TTR：淀粉样变性关键蛋白，多款创新疗法用于ATTR-CM和ATTR-PN罕见病！
日期：2022-04-15 09:54:07
2022年3月1日，全球领先制药公司阿斯利康（AstraZeneca）旗下专注于罕见病领域的Alexion公司与Neurimmune Therapeutics就NI006达成7亿美元合作。NI006是一款靶向转甲状腺素蛋白（TTR）调节剂，正处于I期临床试验阶段，用于治疗罕见病转甲状腺素蛋白淀粉样变性心肌病（ATTR-CM）。同一天，Intellia Therapeutics和Regeneron Pharmaceutical公司公布了其体内基因组编辑候选疗法NTLA-2001的最新I期临床试验数据，结果表明所有的给药剂量都耐受良好，NTLA-2001所针对的疾病是转甲状腺素蛋白淀粉样变性（ATTR），能将靶向TTR基因的CRISPR基因编辑系统递送到人体内，特异性敲除TTR基因，降低TTR蛋白表达，减少致病蛋白累积。TTR作为淀粉样变性关键蛋白，已有多款上市药物，与此同时，越来越多基于TTR靶点的创新疗法进入临床，为TTR相关的淀粉样变性、神经系统、代谢等疾病提供更多的诊疗方案！今天我们一起来了解下TTR。
1、什么是TTR？
转甲状腺素蛋白（Transthyretin，TTR）也被称为维生素A结合蛋白，是一种重要血浆蛋白组成成分，广泛分布在多种细胞、血浆和组织液中 [1]。TTR作为一种载体蛋白，主要在肝脏和脑内脉络丛中合成，分泌到血液和脑脊液中，起着运载甲状腺素（主要是T4）和视黄醇（即维生素A）分布到全身各个组织和细胞中的作用 [2]。甲状腺素对于人体生长发育以及维持机体的重要功能都具有举足轻重的意义 [3]。而维生素A的缺乏也是导致夜盲症的主要原因 [4]。由此可见，TTR对于维持人体正常功能有着重要的意义。在生理环境下，TTR是一种稳定的蛋白质。TTR分解为单体后，可导致淀粉变性病 [5]。近年来，大量研究表明TTR蛋白与感染，炎症，营养不良，淀粉样变性以及肿瘤相关 [6]，尤其是针对TTR淀粉样变性病治疗，已有多种TTR特异性药物研发批准上市 [7, 8]。同时，越来越多的TTR靶向药物正逐步走向临床，用于神经系统疾病、内分泌与代谢疾病等等。
2、什么是TTR淀粉样变性？
首先我们了解下，什么是淀粉样变性（Amyloidosis）？淀粉样变性是一类异常折叠蛋白质在组织中积聚引起的疾病，引起的病症表现取决于淀粉样蛋白积累的部位，病变主要发生在肾脏、心脏以及神经系统等器官。那什么是TTR淀粉样变性？简言之，TTR其突变体的淀粉样沉积，可引发的TTR淀粉样变性 [9]。
具体而言，TTR是一种具有高度稳定性的四聚体结构蛋白，但TTR四聚体在病理情况或非正常生理状态下（如应激、炎症反应时）可发生分解，降解为单体。TTR的单体会生成种类复杂多样的淀粉样纤维，从而导致细胞内淀粉样纤维非正常生理性集聚。而细胞内的淀粉样异常沉积会造成细胞本身新陈代谢异常以至整个组织功能上的改变和紊乱，从而引发相关的疾病，比如报道较多的，遗传性转甲状腺素淀粉样变性病 [10] （图1）。
图1. TTR淀粉样变性级联反应
3、TTR的合成与代谢途径
在人体内中，血浆中90%的TTR都是由肝脏和脉络丛合成分泌。胎儿TTR可能有双重来源，一部分遗传自母体，其余部分由胎儿自身肝脏合成。除了肝脏和脉络丛，TTR还能够在视网膜色素上皮细胞、胰岛细胞、内脏卵黄膜内胚层、松果腺、人胚胎滋养层等细胞中合成 [11, 12]。
尽管TTR的合成分泌已经进行了很深入的研究，但是它的分解代谢并未完全研究清楚。有研究发现，TTR的代谢主要集中在肝脏（36-38%），肌肉（12-15%）和皮肤（8-10%） [13]。进一步的数据表明，TTR在肝脏和肾脏的内化是受体介导的。其中，肾脏摄入TTR是经Megalin（也被称为低密度脂蛋白相关蛋白 2）介导。Megalin属于低密度脂蛋白（LDL）受体家族成员，一种跨膜受体蛋白，也是广泛存在于机体内的多功能内吞受体，主要表达于肾小管近端上皮。而肝脏摄入TTR是由对受体相关蛋白敏感的LDL家族受体成员介导。通过影响受体相关蛋白或可抑制肝脏对TTR的摄入，这表明TTR与蛋白代谢过程存在共同的途径。鉴于Megalin不在肝脏中表达，因此，需要进一步的研究来阐明TTR在肝脏中如何进行代谢作用 [14] （图2）。
图2. TTR的代谢途径
4、TTR在淀粉样变性病、代谢疾病以及肿瘤中的作用
TTR作为人类生命活动的基本物质，TTR生理功能远远不只是转运甲状腺素和视黄醇。特定位置的TTR分别具有特定的生理效应。在TTR相关疾病的研究中，研究最多的是TTR相关淀粉样变性病，如转甲状腺素蛋白淀粉样变性心肌病（Transthyretin Cardiac Amyloidosis Myocardiopathy，ATTR-CM） [15]、转甲状腺素蛋白淀粉样变性多发性神经病（Transthyretin Amyloid Polyneuropathy，ATTR-PN） [16]，以及阿尔兹海默症（Alzheimer's Disease，AD） [17]。TTR还与多种代谢疾病相关，如II型糖尿病和糖调节受损 [18]。TTR与肿瘤也有相关报道，其在不同的肿瘤细胞中的表达水平存在明显差异，可能参与促进或抑制恶性肿瘤的过程 [19, 20]。
4.1 TTR相关的淀粉样变性病
如前所述，TTR基因突变能导致可遗传的家族性淀粉样变性病（如ATTR-CM和ATTR-PN）。ATTR-CM是一种罕见的心肌病，主要是由于TTR基因突变，引起TTR蛋白异常解聚形成异常物质（淀粉样物质）沉积于心脏，表现为限制性心肌病和进行性心力衰竭 [21]。ATTR-PN是一种遗传性的罕见致死性神经退行性疾病，系TTR基因变异致周围神经和多器官系统受累的常染色体显性遗传性疾病，其临床主要表现为四肢远端对称性感觉障碍，如麻木、疼痛、肌无力和肌萎缩等等 [22]。目前，ATTR-CM和ATTR-PN的治疗方法主要是抑制突变型TTR基因mRNA的产生或稳定TTR蛋白四聚体的结构。
除了遗传性的淀粉样病变，另外，与TTR研究较多的疾病是阿尔兹海默症（Alzheimer’s disease，AD），AD是一种中枢神经系统变性病，淀粉样蛋白的粘性斑块是AD的标志。有研究发现，当TTR表达上升时，AD症状发展较慢 [17]。另有报道显示，TTR遗传突变或能作为阿尔兹海默病的风险基因 [23]。因此，TTR可能在AD中既有保护作用又有危害。
4.2 TTR相关的代谢疾病
TTR作为一种常规的生化检测指标，长期以来TTR都被视为评价机体营养状态的敏感临床指标。多项研究表明，糖尿病患者体内TTR水平与其并发症及预后密切相关。此外，血浆高TTR水平与II型糖尿病和糖调节受损患病风险增加存在显著的正关联关系。TTR能结合视黄醇转运蛋白形成大分子化合物，以降低视黄醇结合蛋白的肾脏滤过率，维持血浆视黄醇结合蛋白浓度，而视黄醇结合蛋白作为一种明确的脂肪因子，与糖尿病发生发展有着密不可分的关系 [18, 24, 25]。这些研究为TTR作为代谢患病风险潜在的生物标志物提供了理论基础。
4.3 TTR相关的肿瘤疾病
多项研究表明，TTR在多种肿瘤患者血浆中和肿瘤细胞内的表达存在异常，包括胰腺癌 [26]、肺癌 [27]、肝癌 [28]、卵巢癌 [29]、结直肠癌 [30]。比如，在肝癌细胞中，TTR基因存在缺失，在体外转染肝癌细胞后可抑制其生长。而有实验发现TTR在胰腺导管癌中的表达水平上调，并且TTR在肺癌、卵巢癌及结直肠癌等其他肿瘤中的表达也存在差异性，提示TTR可能在不同肿瘤中起双重作用 [28-30]。现在多数研究认为，作为肿瘤中异于正常表达的蛋白之一，TTR是一种敏感度和特异性均较好的新的肿瘤标志物，在临床应用中具有潜在的价值和广阔的空间。
5、TTR的临床研究进展
目前，已有数种研发上市的TTR靶向药物，主要为TTR抑制剂和TTR稳定剂，用于TTR淀粉样变性病治疗。TTR抑制剂通过抑制TTR基因和运甲状腺素蛋白，从而防止淀粉样蛋白沉积，进而治疗淀粉样变性病。TTR稳定剂通过在甲状腺素结合位点与TTR选择性地结合，稳定化合物并减缓解离成单体，对TTR淀粉样蛋白形成限速，提高TTR结构稳定性。
来自PharmSanp的数据库显示（表1），已上市的TTR的稳定剂包括：辉瑞公司的他法米迪（tafamidis）。此外，BridgeBio Pharma子公司Eidos Therapeutics有一种新研发的四聚体稳定剂acoramidis（AG-10、BBP-265）具有良好的耐受性和安全性，正在进行Ⅲ期临床试验。已上市的TTR抑制剂包括：有Ionis Pharmaceuticals公司的伊诺特生（Inotersen Sodium）、Alnylam Pharmaceuticals公司的帕替司兰（Patisiran Sodium）。除了TTR抑制剂和TTR稳定剂，更多的靶向TTR创新药物进入临床，如NI-006蛋白质折叠调节剂，为一款在研人源化单克隆抗体，正处于I期临床，用于心肌疾病、TTR淀粉样变性病、家族性淀粉样神经病。综合国内外的文献，TTR还对多种代谢和恶性肿瘤的早期预测具有价值。因此，未来进一步的开展TTR对于临床疾病淀粉样变性、代谢、以及肿瘤的研究，将具有巨大的重大意义。
| 药物 | 靶点 | 作用机制 | 药物类型 | 适应症 | 在研机构 | 最高研发状态 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Patisiran Sodium | TTR；RNA | RNA干扰 | siRNA | 神经系统疾病； 先天性遗传性新生儿疾病和畸形； 内分泌与代谢疾病 |
Alnylam Pharmaceuticals, Inc. | 批准上市 |
| INOTERSEN SODIUM | TTR | RNA干扰；TTR抑制剂 | 反义寡核苷酸 | 心血管疾病； 消化系统疾病； 神经系统疾病 |
IONIS PHARMACEUTICALS，INC.； Akcea Therapeutics, Inc. |
批准上市 |
| Tafamidis Meglumine | TTR | TTR稳定剂 | 小分子化药 | 神经系统疾病； 心血管疾病； 先天性遗传性新生儿疾病和畸形 |
Pfizer Europe MA EEIG； FoldRx Pharmaceuticals, Inc.； Pfizer Inc. |
批准上市 |
| Vutrisiran | TTR | RNA干扰；TTR抑制剂 | siRNA | 先天性遗传性新生儿疾病和畸形； 内分泌与代谢疾病； 其他疾病 |
Alnylam Pharmaceuticals, Inc. | 申请上市 |
| Eplontersen | SAA1；TTR | SAA抑制剂；TTR抑制剂 | 反义寡核苷酸 | 内分泌与代谢疾病； 神经系统疾病 |
IONIS PHARMACEUTICALS，INC.； Akcea Therapeutics, Inc. |
临床3期 |
| Acoramidis | TTR | TTR调节剂 | 小分子化药 | 神经系统疾病； 心血管疾病； 内分泌与代谢疾病 |
Eidos Therapeutics； Alexion Pharmaceuticals, Inc. |
临床3期 |
| NI-006 | TTR | 蛋白质折叠调节剂 | 单克隆抗体 | 心血管疾病； 神经系统疾病 |
Neurimmune Therapeutics； Alexion Pharmaceuticals, Inc. |
临床1期 |
| PRX-004 | TTR | TTR调节剂 | 生物药 | 其他疾病 | Prothena Corp. Plc； Novo Nordisk |
临床1期 |
表1：靶向TTR在研药物
为鼎力协助各药企针对TTR靶点在淀粉样变性、代谢、以及肿瘤等疾病药物方面的研发工作，CUSABIO推出TTR活性蛋白产品（Code: CSB-MP025270HUh6；Code: CSB-MP025270MO），助力您在TTR机制方面的研究或其潜在临床价值的探索。
● Recombinant Human Transthyretin (TTR) (Active)
Purity was greater than 90% as determined by SDS-PAGE. (Tris-Glycine gel) Discontinuous SDS-PAGE (reduced) with 5% enrichment gel and 15% separation gel.
Immobilized RBP4 (CSB-MP019483HU) at 5 μg/ml can bind human TTR, the EC50 of human TTR protein is 284.7-391.7 ng/ml.
● Recombinant Mouse Transthyretin (TTR) (Active)
Purity was greater than 95% as determined by SDS-PAGE. (Tris-Glycine gel) Discontinuous SDS-PAGE (reduced) with 5% enrichment gel and 15% separation gel.
Immobilized Mouse Ttr at 5 μg/ml can bind Mouse Rbp4 (CSB-MP4018MO), the EC50 is 17.06-26.23 ng/mL.
参考文献：
[1] Rosales, Francisco J., et al. "Determination of a cut-off value for the molar ratio of retinol-binding protein to transthyretin (RBP: TTR) in Bangladeshi patients with low hepatic vitamin A stores." The Journal of nutrition 132.12 (2002): 3687-3692.
[2] Wojtczak, Andrzej, Piotr Neumann, and Vivian Cody. "Structure of a new polymorphic monoclinic form of human transthyretin at 3 Å resolution reveals a mixed complex between unliganded and T4-bound tetramers of TTR." Acta Crystallographica Section D: Biological Crystallography 57.7 (2001): 957-967.
[3] Zhao, Xiaoya, et al. "Screening and Analysis of Thyroid-Disrupting Chemicals Based on Selective Recognition for a Thyroxine-Binding Peptide." Int. J. Electrochem. Sci 16.211012 (2021): 2.
[4] Norsa, Lorenzo, et al. "Night blindness in cystic fibrosis: the key role of vitamin A in the digestive system." Nutrients 11.8 (2019): 1876.
[5] Bemporad, Francesco, et al. "The Transthyretin/Oleuropein Aglycone Complex: A New Tool against TTR Amyloidosis." Pharmaceuticals 15.3 (2022): 277.
[6] Driggin, Elissa, et al. "Markers of nutritional status and inflammation in transthyretin cardiac amyloidosis: association with outcomes and the clinical phenotype." Amyloid 27.2 (2020): 73-80.
[7] Cotrina, Ellen Y., et al. "Targeting transthyretin in Alzheimer's disease: drug discovery of small-molecule chaperones as disease-modifying drug candidates for Alzheimer's disease." European Journal of Medicinal Chemistry 226 (2021): 113847.
[8] Hayashi, Yuya, and Hirofumi Jono. "Recent advances in oligonucleotide-based therapy for transthyretin amyloidosis: clinical impact and future prospects." Biological and Pharmaceutical Bulletin 41.12 (2018): 1737-1744.
[9] Kapoor, Mahima, et al. "Clinical presentation, diagnosis and treatment of TTR amyloidosis." journal of neuromuscular diseases 6.2 (2019): 189-199.
[10] Azevedo, Estefania, et al. "Transthyretin-related amyloidoses: a structural and thermodynamic approach." Amyloidosis 1 (2013).
[11] Buxbaum, Joel N., and Natàlia Reixach. "Transthyretin: the servant of many masters." Cellular and molecular life sciences 66.19 (2009): 3095-3101.
[12] Monteiro, E., R. Perdigoto, and A. L. Furtado. "Liver transplantation for familial amyloid polyneuropathy. "Hepato-gastroenterology 45.23 (1998): 1375-1380.
[13] Sekijima, Yoshiki, Jeffery W. Kelly, and Shu-ichi Ikeda. "Pathogenesis of and therapeutic strategies to ameliorate the transthyretin amyloidoses." Current pharmaceutical design 14.30 (2008): 3219-3230.
[14] Liz, Márcia A., et al. "Aboard transthyretin: from transport to cleavage." IUBMB life 62.6 (2010): 429-435.
[15] Rozenbaum, Mark H., et al. "Impact of delayed diagnosis and misdiagnosis for patients with transthyretin amyloid cardiomyopathy (ATTR-CM): a targeted literature review." Cardiology and therapy 10.1 (2021): 141-159.
[16] Adams, David, et al. "Expert consensus recommendations to improve diagnosis of ATTR amyloidosis with polyneuropathy." journal of neurology 268.6 (2021): 2109-2122.
[17] Gião, Tiago, et al. "Undiscovered roles for transthyretin: from a transporter protein to a new therapeutic target for Alzheimer's disease." International journal of molecular sciences 21.6 (2020): 2075.
[18] Ko, Emily M., et al. "The complex triad of obesity, diabetes and race in Type I and II endometrial cancers: prevalence and prognostic significance." Gynecologic oncology 133.1 (2014): 28-32.
[19] Lee, Chih-Chun, et al. "Transthyretin stimulates tumor growth through regulation of tumor, immune, and endothelial cells." The Journal of Immunology 202.3 (2019): 991-1002.
[20] Megerian, Cliff A., et al. "Differential expression of transthyretin in papillary tumors of the endolymphatic sac and choroid plexus." the Laryngoscope 107.2 (1997): 216-221.
[21] Rozenbaum, Mark H., et al. "Impact of delayed diagnosis and misdiagnosis for patients with transthyretin amyloid cardiomyopathy (ATTR-CM): a targeted literature review." Cardiology and therapy 10.1 (2021): 141-159.
[22] Lamb, Yvette N., and Emma D. Deeks. "Tafamidis: a review in transthyretin amyloidosis with polyneuropathy. "Drugs 79.8 (2019): 863-874.
[23] Teerlink, Craig C., et al. "Analysis of high-risk pedigrees identifies 11 candidate variants for Alzheimer's disease." Alzheimer's & Dementia (2021).
[24] Westermark, Gunilla T., and Per Westermark. "Transthyretin and amyloid in the islets of Langerhans in type-2 diabetes." Experimental diabetes research 2008 (2008).
[25] Henze, Andrea, et al. "Transthyretin predicts cardiovascular outcome in hemodialysis patients with type 2 diabetes." Diabetes Care 35.11 (2012): 2365 -2372.
[26] Chen, Jiong, et al. "Identification and verification of transthyretin as a potential biomarker for pancreatic ductal adenocarcinoma." journal of cancer research and clinical oncology 139.7 (2013): 1117-1127.
[27] Ding, Hongmei, et al. "Transthyretin as a potential biomarker for the differential diagnosis between lung cancer and lung infection." biomedical reports 2.5 (2014): 765-769.
[28] Shimura, Tatsuo, et al. "Clinical significance of serum transthyretin level in patients with hepatocellular carcinoma. "ANZ Journal of Surgery 88.12 (2018): 1328-1332.
[29] Schweigert, Florian J., and Jalid Sehouli. "Transthyretin, a biomarker for nutritional status and ovarian cancer." Cancer research 65.3 (2005): 1114- 1114.
[30] Nicklasson, J. "Transthyretin as a biomarker for nutritional status during investigation for colorectal cancer." Clinical Nutrition 37 (2018): S191- S192.
