治療性抗體藥物的思考（上）

前段時間，有小伙伴在公眾號留言說能不能寫點生物藥的文章，不要老是小分子藥嘛。難道你們團(tuán)隊里只有化學(xué)，沒有生物？我們團(tuán)隊的生物大咖劉博坐不住了，閃開，我來做個分享，絕對干貨！后面還要加鹵蛋?。ú粚?，是彩蛋?。?/p>

話不多說，直接開始：

1897年P(guān)aul Ehrlich 提出的“魔術(shù)子彈”( magic bullet) 假說是治療性抗體藥物概念的雛形。從提出這一假說至今，抗體藥物的發(fā)展已經(jīng)歷了100多年（圖1）。

圖1：抗體藥物的百年發(fā)展歷程

綠色為鼠源抗體，紫色為嵌合抗體，黃色為人源化抗體，紅色為人源抗體

1986年美國FDA批準(zhǔn)了第一個抗體藥物Orthoclone OKT3上市，截止目前獲FDA批準(zhǔn)上市的治療性單抗新藥多達(dá)70多個，幾百種治療用抗體處于臨床研發(fā)階段。

就目前的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，抗體藥物的成功率高于小分子化學(xué)藥物，抗體藥物已在腫瘤、自身免疫性疾病領(lǐng)域獲得了巨大的成功，目前抗體藥物最重要的應(yīng)用領(lǐng)域為自身免疫性疾病和癌癥，隨著對疾病機制理解和研究的深入，抗體藥物已迅速拓展到眼科、抗感染、心血管等諸多領(lǐng)域。并且其適應(yīng)癥也越來越廣，囊括了不同種類的癌癥、骨質(zhì)疏松、多發(fā)性硬化癥和哮喘等諸多適應(yīng)癥。

治療性抗體藥物發(fā)展空間廣闊，據(jù)相關(guān)資料預(yù)測到2021年全球治療性抗體藥物的市場能達(dá)到3200億美元的規(guī)模，治療性抗體藥物具有巨大的市場容量和空間，對于創(chuàng)新型抗體研發(fā)企業(yè)，成功開發(fā)抗體藥物是抗體研發(fā)企業(yè)的重要目標(biāo)，同時也是抗體研發(fā)人員為之努力的方向。

那么成功的抗體藥物開發(fā)首先應(yīng)從哪方面考量呢？大家首先可能會想到的是抗體藥物的療效和副作用。

作為藥，未滿足的臨床需求同樣是抗體藥物研發(fā)企業(yè)和人員最初需要考量的一個重要因素，也是治療性抗體藥物研發(fā)的始動因素和落腳點，任何創(chuàng)新如果偏離了臨床需要都沒有太大的價值和意義。

那么我們?nèi)绾魏饬课礉M足的臨床需求？簡而言之可以概括為以下2大方面：

（1）針對某種疾病，目前還沒有治療藥物；

（2）針對某一疾病的藥物，目前療效還不理想或存在部分患者不可耐受的副作用。

當(dāng)然這兩大方面還可以進(jìn)一步細(xì)化，真正臨床需求的確認(rèn)是需要經(jīng)過大量的調(diào)查和數(shù)據(jù)分析得出的?？贵w藥物研發(fā)企業(yè)在某一方面能夠做出真正滿足和解決臨床需求的差異化的產(chǎn)品，就是巨大的創(chuàng)新，在抗體藥物研發(fā)和后期的商業(yè)化推廣中就更可能獲得成功。

大家注意，是否是真正的臨床需求是需要研發(fā)企業(yè)充分調(diào)研不同醫(yī)院的一線醫(yī)生、病人及考察相關(guān)的產(chǎn)品、技術(shù)、市場等多個維度得出的綜合判斷。在我們接觸的新藥研發(fā)企業(yè)中也發(fā)現(xiàn)有的企業(yè)根本沒有經(jīng)過上述的訪談、調(diào)研和分析，就僅憑個別醫(yī)生及資料的調(diào)查就認(rèn)定自己開發(fā)的產(chǎn)品能滿足臨床需求解決實際問題，其實這樣做出的結(jié)論是很不客觀和真實的，對于這樣的企業(yè)我們首先就會打上一個大大的問號。

為什么說這一點很重要，因為對于創(chuàng)新藥企包括創(chuàng)新性抗體藥物研發(fā)企業(yè)來說，這是一個方向性問題，涉及到后續(xù)的立項策略和靶標(biāo)選擇，如果方向錯了就好比我們開車去一個目的地，走錯了方向南轅北轍，無論如何都到不了終點，同樣對于抗體藥物開發(fā)來說也很難實現(xiàn)最終的價值，也難以獲得成功。

上面分析的以解決未滿足的臨床需求為目標(biāo)的抗體藥物研發(fā)策略屬于戰(zhàn)略層面的問題，那么如何實現(xiàn)這一目標(biāo)，做出一些差異化的抗體藥物就是戰(zhàn)術(shù)層面的問題，分析FDA已經(jīng)批準(zhǔn)上市的70多個治療性抗體藥物以及目前處于臨床后期研發(fā)階段的幾百個抗體藥物，我們可以發(fā)現(xiàn)這些治療性抗體藥物的研發(fā)有兩方面的重要變化：

（1）抗體藥物的副作用可控，功能及療效不斷改進(jìn)提升；

（2）單抗藥物作用靶標(biāo)不斷擴(kuò)大已拓展到新的疾病治療領(lǐng)域和新的適應(yīng)癥。

治療性抗體藥物研發(fā)企業(yè)可以圍繞上述兩個方面開發(fā)一些能解決和滿足實際臨床需求的差異化產(chǎn)品，這兩方面同樣也是剖析抗體藥物研發(fā)企業(yè)及相關(guān)產(chǎn)品價值的關(guān)鍵考量因素。

下面我們圍繞這兩方面并結(jié)合具體的實例來具體分析。

抗體藥物質(zhì)量控制貫穿于從抗體藥物最初研發(fā)到病人使用的全過程，關(guān)于抗體全流程的質(zhì)量控制的文章很多，本文就不再詳細(xì)闡述。這里我們主要談?wù)勆厦嫣岬降目贵w藥物研發(fā)的兩大方面的變化。

我們首先看看第一個方面：影響治療性抗體藥物副作用、功能及療效的主要因素——治療性抗體的免疫原性和效應(yīng)功能，結(jié)合具體的實例分析一下。

1、通過削弱抗體藥物的免疫原性以提升抗體藥物的功能及療效降低因免疫原性引起的副作用

我們可以通過四種方式降低抗體的免疫原性，消除人抗鼠（HAMA）反應(yīng)：

（1）抗體人源化和開發(fā)人源抗體：可以通過移植鼠抗體的CDR到人抗體的相應(yīng)部位和正確融合鼠抗體CDR 到人Ig 胚系框架中并建庫用相應(yīng)抗原篩庫來實現(xiàn)； 截止2018年11月FDA批準(zhǔn)的70多個治療性抗體新藥中全人源化單抗或人源化單抗藥物已經(jīng)成為主流，目前人源單抗的生產(chǎn)技術(shù)主要有轉(zhuǎn)基因小鼠技術(shù)、抗體庫技術(shù)、人工設(shè)計人源化抗體、EB病毒轉(zhuǎn)化人B細(xì)胞、人-人雜交瘤細(xì)胞技術(shù)等，目前已經(jīng)上市的全人源抗體中，大部分是通過轉(zhuǎn)基因小鼠獲得。

（2）通過分析設(shè)計去除抗體上能被人T 細(xì)胞識別的表位實現(xiàn)；

（3）通過引入Treg 表位并刺激Treg細(xì)胞功能，誘導(dǎo)對異源蛋白的耐受實現(xiàn)；

（4）通過糖基化修飾的改造來實現(xiàn)。

當(dāng)然抗體藥物的免疫原性還和其他一些因素有關(guān)，比如說給藥途徑，給藥的頻率，用藥時間的長短以及病人自身免疫系統(tǒng)的狀態(tài)，抗體藥物生產(chǎn)過程中的問題，比如說雜質(zhì)、聚體或其它污染物等。

因此抗體藥物不光是在研發(fā)階段，在抗體藥物上市以后的使用過程中都需要嚴(yán)密的監(jiān)測。對于抗體人源化的過程中需要我們充分考慮影響抗體穩(wěn)定性及成藥性的多種因素作出綜合設(shè)計分析，從全局進(jìn)行把控。在抗體藥物研發(fā)進(jìn)程中盡可能早的發(fā)現(xiàn)和去除影響抗體藥物ADA的因素，尤其是抗體序列和結(jié)構(gòu)上可能影響抗體藥物ADA的因素，盡可能避免到抗體藥物研發(fā)的較后期發(fā)現(xiàn)ADA而造成重大的損失

2、通過增強抗體的穩(wěn)定性及效應(yīng)功能以提升抗體藥物的功能和療效

目前FDA批準(zhǔn)的抗體藥物大都以IgG抗體為主，本節(jié)我們以傳統(tǒng)的IgG抗體結(jié)構(gòu)以及具體抗體藥物的例子來分析增強抗體效應(yīng)功能的策略。目前上市的以傳統(tǒng)IgG結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的治療性抗體可以通過優(yōu)化和改造Fab及Fc片段來增強抗體藥物的穩(wěn)定性及效應(yīng)功能（圖2）。

圖2增強抗體藥物效應(yīng)的方法

2.1抗體Fab片段的優(yōu)化

抗體Fab片段的CDR區(qū)參與了抗體與抗原的結(jié)合，通過與抗原結(jié)合發(fā)揮抗體的效應(yīng)功能，抗體結(jié)合抗原以后可以阻斷或中和靶分子的生物學(xué)功能，或與細(xì)胞膜表面分子結(jié)合引起細(xì)胞內(nèi)信號通路的變化誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡或抑制細(xì)胞增殖；通過結(jié)合靶標(biāo)抗原調(diào)節(jié)人體的自身免疫系統(tǒng)或激活免疫細(xì)胞。

對抗體Fab片段CDR區(qū)域及框架區(qū)的優(yōu)化可以提高抗體特異性、親和力及結(jié)合動力學(xué)的特性進(jìn)而增強抗體的穩(wěn)定性及效應(yīng)功能。下邊我們看幾個例子：

（1）通過優(yōu)化奧馬珠單抗（omalizumab）CDR殘基提高抗體親和力以增強體內(nèi)效力

普特南等人研究了高親和力抗IgE抗體-1（HAE1），該抗體是FDA批準(zhǔn)的奧馬珠單抗的高親和力版本。HAE1與奧馬珠單抗IgG1框架相同但CDR序列不同，其中9個CDR殘基的變化使HAE1的koff降低約22倍，并且對IgE的結(jié)合親和力提高約23倍。食蟹猴PK / PD研究中，HAE1只需要較低的濃度來抑制游離血清IgG水平，這表明HAE1的較高親和力可能轉(zhuǎn)化為更高的體內(nèi)效力。

（2）優(yōu)化帕利珠單抗增加kon來提高親和力可以改善單抗IgG形式的病毒中和作用

帕利珠單抗(Palivizumab，商品名Synagis)是靶向呼吸道合胞病毒的人源化單抗，屬于兒科領(lǐng)域的“重磅藥”。帕利珠單抗可通過結(jié)合病毒表面上的RSV融合蛋白而阻斷膜融合過程，也可以阻止被RSV感染的細(xì)胞間的融合過程，該抗體藥物主要用于預(yù)防小兒呼吸道合胞病毒(RSV)感染。Wu等人應(yīng)用定向進(jìn)化方法來改善帕利珠單抗與RSV F蛋白的結(jié)合率（kon）和解離率（koff），并發(fā)現(xiàn)通過增加kon來提高親和力可以改善單抗IgG形式的病毒中和作用，但是在提高抗體親和力的同時需要同時充分考慮抗體的PK特性和組織的生物利用度。

那么抗體藥物來說親和力是不是越高越好呢？

對于抗體的親和力我們需要辯證地去看，對于作用于不同靶標(biāo)的抗體我們需要有區(qū)別的去分析判斷，對于抗體藥物來說其親和力并不是越高越好，親和力提高有可能提高抗體的療效但同時也面臨導(dǎo)致副作用增大的風(fēng)險，當(dāng)然抗體的親和力降低，副作用可能會降低，但藥效可能下降。

因此我們優(yōu)化抗體親和力的時候，需要兼顧到副作用和療效，根據(jù)不同的作用靶點以及靶點在不同組織器官的表達(dá)情況確定抗體藥物適合的親和力，找到副作用及療效的平衡點。

例如靶向EGFR 家族的抗腫瘤抗體藥物可細(xì)分為靶向表皮生長因子受體EGFR的抗腫瘤抗體藥物，靶向HER-2 的抗腫瘤抗體藥物，靶向血管內(nèi)皮生長因子VEGF／VEGFR 的抗腫瘤抗體藥物。

其中以表皮生長因子受體EGFR為靶點的單抗藥物已上市的有Cetuximab（西妥昔單抗）、panitumumab（帕尼單抗）和尼妥珠單抗（泰欣生，Nimotuzumab），它們用于治療轉(zhuǎn)移性結(jié)腸癌和頭頸部腫瘤，通過阻斷EGFR 信號通路發(fā)揮作用。

在Cetuximab（西妥昔單抗） 和panitumumab（帕尼單抗）治療中，最常見的不良反應(yīng)是皮膚反應(yīng)（如過性痤瘡樣皮疹）和低鎂血癥（EGFR在腎髓袢中高表達(dá)），帕尼單抗的Kd為5×10-11（M）,因此皮膚副作用相對較大，尼妥珠單抗（泰欣生，Nimotuzumab）的Kd約為2×10-8，皮膚的副作用較低。

靶向HER-2 的主要抗體藥物為trastuzumab（曲妥珠單抗），通過阻斷HER2 相關(guān)信號通路起作用，主要用于治療乳腺癌和胃食道癌。此類藥物常見副反應(yīng)有心臟毒性、心力衰竭，有時有嚴(yán)重過敏反應(yīng)，輸液反應(yīng)和肺中毒等，對于此類靶點的抗體親和力同樣不能太高，因此抗體親和力的優(yōu)化是需要我們在充分考慮成藥性的前提下進(jìn)行的。

好了，我們今天就講到這，干貨太長了好多小伙伴看不過來，下期我們接著講糖基化改造。