CD3 双抗 CD3 双抗在实体瘤中的挑战及解决之道

2022-05-29

抗体免疫疗法AACR会议抗体药物偶联物小分子药物

对于血液瘤治疗目前已经有多种疗法，单抗，双抗，CAR-T 和 ADC 等，而且现在又有一些新的疗法在在临床中取得了惊艳的疗效，如双抗+NK，通用型 CAR-T 等。但是在实体瘤的治疗中，多种疗法疗效平平，特别是靶向激活 T 细胞的双特异抗体。那么是什么因素导致了这两类肿瘤有如此大的差异，哪些因素阻碍了药物的疗效？本文我们了解一下 CD3 双抗 CD3 双抗在实体瘤中的挑战，同时也了解一下目前解决这些挑战的一些策略。CD3 双特异抗体 CD3 双特异抗体在实体瘤中的挑战 On-target off-tumor与血液瘤不同，实体瘤中的靶点除了在肿瘤上表达外，还在正常组织中表达。在治疗过程中，抗体会将 T 细胞导向正常组织中，从而使得这些组织被 T 细胞攻击并造成不可逆的损伤。而相比之下，血液瘤却有一定的优势，虽然血液瘤的靶点也会在 B 细胞或者骨髓细胞上表达，但是 T 细胞对这些细胞的损伤是可逆的，因为这些 B 细胞或者骨髓细胞被杀伤后可以通过造血干细胞进行再补充，从而不会很大程度地影响机体的功能。肿瘤微环境中（TME）的效应细胞的数量对于血液瘤，肿瘤细胞位于血液中并且被 T 细胞所环绕，因此 CD3 双特异抗体能够源源不断的招募 T 细胞对肿瘤进行杀伤。但是在实体瘤中，T 细胞发挥功能首先需要渗透进入肿瘤内部。根据肿瘤中免疫细胞渗透性的高低程度，研究者将肿瘤分为了三类：1）「热肿瘤」，这类肿瘤中有较多的免疫细胞，因此相关的免疫检查点抑制剂能激活这些免疫细胞并对肿瘤细胞进行压制；2）「免疫荒漠型」肿瘤，这类肿瘤免疫原性很低，几乎没有免疫细胞渗透到肿瘤的外周及肿瘤内部；3）「免疫排除型」肿瘤，这类肿瘤中仅在基质中能检测到渗透的免疫细胞，但是肿瘤内部没有免疫细胞。对于「免疫排除型」肿瘤，肿瘤的细胞外基质组成的天然的物理屏障，阻碍免疫细胞进入肿瘤实质中，而且肿瘤中的部分细胞因子如 TGF-β 和 CXCL12 等抑制 T 细胞的渗透。浸润 T 细胞的活性肿瘤微环境中的免疫抑制性细胞包括 CAFs（肿瘤相关的成纤维细胞），MDSCs（髓源性抑制细胞）和 Treg 细胞等通过分泌 TGF-β，IL-10，IDO 和精氨酸酶等阻碍 T 细胞的代谢及活性。另外，在肿瘤免疫微环境中的效应 T 细胞由于长期处于抗原的慢性刺激下，因此多数处于「耗竭」状态，并表达有 PD-1，CTLA-4 的免疫抑制性生物标志物。除此之外，有研究报道，CD3 双特异抗体 CD3 双特异抗体可以激活诱导死亡机制导致 TIL 细胞的凋亡。以上的这些因素导致了 TIL 细胞无法增殖，分泌相关的细胞因子，从而使其丧失抗肿瘤的能力。策略 Ⅰ：消除 On-Target Off-Tumor 毒性对于多数肿瘤，其从正常细胞到肿瘤的转换过程都是起始于细胞的内部，主要包括代谢通路，细胞循环相关通路等，因此细胞表面的蛋白表达种类和正常细胞有较小的差异，寻找在实体瘤中特异性表达的靶点理论上是比较困难的。但是有一类特殊的靶点——多肽/HLA 复合物，这类靶点中的多肽部分是肿瘤特异性相关抗原或病毒相关抗原，因此具有高度的特异性。靶向这类靶点的双抗以 Tebentafusp 为代表，Tebentafusp 是 immunocore 公司开发 TCR 融合蛋白+抗体双功能药物。其中改造后的融合蛋白以更高的亲和力与 pMHC（HLA）复合物结合 HLA-A*02:01 和 gp100，而其抗体部分通过与 T 细胞表面的 CD3 结合，从而激活 T 细胞对肿瘤细胞进行杀伤。目前该药物已于 2022 年 1 月获得 FDA 批准上市，用于治疗用于治疗 HLA-A*02:01 阳性不可切除性或转移性葡萄膜黑色素瘤（mUM）成人患者。该药是第一个获得 FDA 监管批准的 TCR 疗法也是第一个获得 FDA 监管批准治疗实体瘤的双特异性 T 细胞接合器。这类抗原虽然具有较高的特异性，但是也有很大缺点，如其中的多数多肽是病人特异性的，因此不具有广谱性；另外，不同的人种之间 HLA 的也有不同的种类；此外，开发靶向多肽/HLA 的抗体或者融合蛋白必须对其中的多肽具有较高的特异性，而不能靶向结合 HLA，否则同样也会具有较高 On-Target Off-Tumor 毒性。目前多数靶向实体瘤的靶点，如 HER2，CEA，EGFR 和 EpCAM 等，这些靶点在肿瘤细胞中高表达，但是在正常组织中也有一定量的表达。因此如何使抗体选择性的结合靶点高表达的肿瘤，而不结合低表达的正常细胞是 CD3 双特异抗体 CD3 双特异抗体面临的一个难题。为了解决该问题，罗氏的研究者采用了增加双抗中结合靶点抗体的价数，构建了所谓的 2+1 CD3 双特异抗体，在该类型的双抗中，有两个靶向肿瘤靶点的 Fab，和一个靶向 CD3 的 Fab（CD3xTAAxTAA）。在动物实验中，2+1 的抗体可以有效抑制靶点抗原高表达的肿瘤细胞，而对于靶点低表达的肿瘤细胞，2+1 双抗却没有肿瘤抑制效果，而 1+1 型双抗，无论对高表达还是低表达的肿瘤都有抑制效果，因此证明这类抗体仅对高表达的肿瘤细胞有效，所以其在体内理论上也不会靶向靶点地表达的正常组织，从而可以防止 On-Target Off-Tumor 毒性。但是，在抗体开发过程中，这类抗体对靶点的亲和力需要仔细的测试，过高的亲合力增加抗体对靶点低表达肿瘤的作用，过低的亲合力会降低抗体的药效。 Prodrug 主要利用肿瘤微环境与正常组织不同的特性进行设计的药物，研究表明，肿瘤中具有较低的 PH，较低的氧含量和较高含量的蛋白分解酶。目前的 Prodrug 都是利用肿瘤微环境的这些特点，使得双特异抗体肿瘤中特异性的激活，而在血液循环或者正常组织中，这些双特异抗体没有活性，因此不会攻击正在细胞，从而避免 On-Target Off-Tumor 毒性。罗氏 Prot-TCB 将结合 CD3 抗原的 Fab 置于长臂的顶端，同时在此 Fab 上融合了抗此 Fab 的单链抗体 scFv（Anti-idiotypic anti-CD3）。Fab 和 scFv 的连接通过特异性酶切位点，在肿瘤中，该位点被酶特异性切割，并暴露 CD3 结合位点，激活 T 细胞对肿瘤细胞进行杀伤，在正常的组织中该位点无法被切割，因此抗体无法结合 CD3 抗原激活 T 细胞。ADG138 是靶向 HER2xCD3 的双特异抗体，并采用天演药业的 SAFEbody 技术平台对 HER2 和 CD3 的表位进行遮蔽处理，增加抗体的安全性。 On-Target Off-Tumor 主要是双特异抗体在正常组织的分布并激活 T 细胞攻击正常细胞，如果采用，可以很大程度地将双特异抗体限制在肿瘤中，从而防止双抗在正常组织发挥作用。但是目前还相对具有挑战，所以有研究利用溶瘤病毒在肿瘤中特异性的复制表达双特异抗体或者利用特殊的递送装置将抗体特异性的递送到肿瘤中。在溶瘤病毒表达双抗方面，目前多数研究还在临床前研究中，且从目前研究来看，多数都存在双特异抗体在肿瘤内表达不足等问题。策略 Ⅱ：促进免疫细胞的浸润在「免疫荒漠型」肿瘤中，肿瘤的外周及内部几乎没有免疫细胞，因此 CD3 双特异抗体 CD3 双特异抗体即使能够进入肿瘤，但是由于缺乏效应细胞也无法发挥作用，因此增加肿瘤的中的免疫细胞才能增加双抗的药效。而溶瘤病毒（OV）能够在肿瘤中特异性复制的特性，可以搅动肿瘤的内部环境，并在肿瘤中引起固有免疫或者获得性抗病毒反应。如 Christianne 等研究者在动物模型中，利用 OV 治疗「免疫荒漠型」肿瘤，并在 OV 注射后的第七天检测到免疫细胞进入肿瘤内部，同时利用 CD3 双抗 CD3 双抗，显著地增加了治疗效果。但是，OV 与双抗的联合治疗需要有严格的给药顺序，因为研究发现两者同时给药并不能提升治疗效果。对于「免疫排除型」肿瘤，肿瘤的外周含有免疫细胞，但是免疫细胞对肿瘤的渗透被物理屏障或者细胞因子阻碍。对于增加这种类型肿瘤中的免疫细胞，主要是需要消除这些物理屏障和细胞因子的阻碍。其中物理屏障主要来自于细胞外基质（ECM）的结构屏障，主要包括蛋白聚糖和胶原，弹性蛋白，层粘连蛋白等纤维蛋白，它们迫使 T 细胞向肿瘤坚硬的部分移动，而不是根据趋化因子的浓度迁移到相关部位。而 ECM 的破环可以通过直接靶向 ECM 的组成部分，如胶原或者透明质酸。有研究者利用透明质酸酶溶解透明质酸，从而增加了肿瘤中特异性 T 细胞的渗透，并在小鼠模型中取得了良好药效；除了靶向 ECM，还有研究者开发靶向分泌 ECM 的 CFA（肿瘤相关的成纤维细胞），这类细胞高表达 FAP（成纤维激活蛋白）。目前已经有多种靶点和 FAP 组合开发的双特异抗体在研究中，如罗氏的 FAP-IL2v、FAP-DR5 等。CFA（肿瘤相关的成纤维细胞）除了产生物理屏障阻碍 T 细胞对肿瘤的浸润，还可以分泌相关细胞因子阻碍 T 细胞进入肿瘤，如 CXCL12，TGF-β 和 CCL2 等。研究表明，趋化因子 CXCL12 主要是由 CAF 细胞分泌，并且其在驱逐 T 细胞出去实体瘤中就有重要作用，抑制 CXCL12 或其受体 CXCR4 可以增加肿瘤中 T 细胞的浸润，并且可以使得肿瘤对免疫检查点抑制剂更加敏感；而 TGF-β 作为肿瘤微环境中的免疫抑制因子，其主要有 CAF，Treg 和 M2 型巨噬细胞分泌，临床前研究证明抑制 TGF-β 同样可以促进 T 细胞对肿瘤的浸润；肿瘤微环境中细胞因子的翻译后修饰同样可以影响 T 细胞的浸润，如 CCL2 的硝化作用可以将 T 细胞阻挡在肿瘤的周围基质中，而阻断 CCL2 的硝化作用可以增加 T 细胞的浸润。策略 Ⅲ：提高免疫细胞的活力当双特异抗体和 T 细胞经历多种阻碍进入肿瘤后，还有很多因素会抑制双抗的治疗效果，如表达在 T 细胞表明的免疫检测点 PD-1，表达在肿瘤细胞表明的 PD-L1，HLA-E 等，这些因子会限制 T 细胞的活性，特别是当 T 细胞被 CD3 双特异抗体激活后，PD-1 表达会进一步上调抑制 T 细胞活性。临床前已经有多个研究证明，CD3 双抗 CD3 双抗和 PD-1/PD-L1 抑制剂 PD-1/PD-L1 抑制剂联用可以进一步地增加药物对肿瘤的控制，而且部分联用已经在临床评价中（NCT03319940、NCT03531632、NCT03406858、NCT03272334、NCT03564340、NCT03792841、NCT04590781 和 NCT02324257）。除了免疫检查点抑制 T 细胞活性外，肿瘤中高速的糖酵解导致低氧，低葡糖糖的环境。低氧的环境诱导肿瘤微环境中的多种细胞表达 CD39，CD73，而 CD39 和 CD73 可以将肿瘤微环境中游离的 ATP 转换为腺苷，腺苷与相关受体结合并抑制 T 细胞的功能。另外，低葡萄糖的环境还会抑制相关抗肿瘤细胞因子的释放，并进一步妨碍效应 T 细胞的存活。Treg 和 MDSC 细胞释放的免疫抑制因子如 IDO，TGF-β，IL-10 和精氨酸酶等同样也会通过各种通路抑制 T 细胞的活性。因此靶向以上相关抑制因子的抑制剂理论上可以提升肿瘤微环境中 T 细胞的活性，并提升 CD3 双特异抗体 CD3 双特异抗体的抗肿瘤活性。目前相关的研究多数在临床前研究中，如靶向 IDO，MDSC 细胞清除，Treg 细胞的抑制和清除等，和 CD3 双特异抗体 CD3 双特异抗体联合使用治疗实体瘤。除了上述抑制相关抑制信号外，还可以通过共刺激因子激活 T 细胞的功能，从而增强 CD3 双抗 CD3 双抗的药效。这些刺激因子包括 CD28，4-1BB 等，类似于 CAR-T 疗法中细胞内的共刺激信号。共刺激相关抗体和 CD3 双特异抗体的联合已经在小鼠中得到了验证，并且已经有相关研究进入了临床中，如罗氏的 CD28xTAA 双抗和 CD3xTAA 双抗联合疗法已经在临床评估中（NCT04590326）。中外制药开发的 Dual/LINC-Ig™ 双特异抗体平台，其对双特异抗体中结合 CD3 的 Fab 进行改造，使其不仅能够结合 CD3 的也可以结合 4-1BB，但是该 Fab 对两个靶点结合不是同时结合，其一次只能结合 CD3 或者 CD137。该双特异抗体平台可以在在几乎没有 T 细胞浸润的模型中，招募并刺激 T 细胞的增殖，并很好的抑制肿瘤细胞的生长，且疗效很大程度的优于常规的双特异抗体。最后谈一谈 ADCADC 和双特异抗体及 CAR-T 的作用原理不同，其主要是通过抗体偶联的小分子药物发挥作用杀伤肿瘤细胞，而且部分小分子还可以通过旁观者效应对肿瘤进行杀伤。早期 ADC 药物的疗效不佳有多方面的因素，如 linker 的不稳定导致的毒副作用，DAR 值不均一无法充分发挥 ADC 的药效，On-target off-tumor 效应导致治疗窗口较小等。但是随着技术的进步，各方面研究的深入如 linker，小分子药物，偶联方式等，ADC 逐渐也走向成熟并且在实体瘤中发挥了一定疗效。但是 ADC 也还没有完全释放其疗效，On-target off-tumor 导致的毒副反应依然在一定程度上限制了其治疗窗口；肿瘤细胞对小分子药物的耐药同样导致 ADC 疗法无法持续发挥药效。其后续可以与其它免疫疗法联用，先用 ADC 在肿瘤内部造成杀伤并引起免疫细胞的浸润，后续再联用免疫疗法激活免疫系统进一步抑制肿瘤。总结CD3 双特异抗体 CD3 双特异抗体虽然在血液瘤中取得了丰硕成果，但是在实体瘤中还有很多挑战，这些挑战包括：1）On-target off-tumor 毒性；2）肿瘤微环境中（TME）的效应细胞的数量有限；3）肿瘤中 T 细胞活性被抑制。个人认为这些挑战也是层层递进的关系，On-target off-tumor 毒性和肿瘤微环境中 T 细胞浸润是首要解决的挑战，因为该挑战限制了 CD3 双抗 CD3 双抗用药剂量，如果药物的剂量达不到最优剂量，即使肿瘤中有 T 细胞浸润，T 细胞活性良好，可能也达到不了理想的治疗效果；T 细胞是 CD3 双抗 CD3 双抗发挥作用的工具，这就好比是枪和子弹，仅有枪，没有子弹照样无法损伤敌人；其次是解决肿瘤微环境中 T 细胞质量的挑战，只有有活性的 T 细胞才能发挥作用杀伤肿瘤。当然，这三个挑战不是相互独立的，要想正在的治疗肿瘤，三个挑战都需解决，缺一不可。针对不同的挑战，目前也已经有不同的策略正在开发中。但是对于实体瘤的治疗，任何单一的策略可能在一定程度上抑制肿瘤生长，或者暂时消退肿瘤。要想达到最好的治疗效果，需要多种策略的联合，如 CD3 双抗 CD3 双抗与免疫检查点抑制的联合，与免疫激活剂的联合，与溶瘤病毒的联合，与 ADC 药物的联合，与 CAR-T 的联合，与小分子联合等等，或者一种疗法中实现多种策略的联合，如溶瘤病毒表达 PD-1 或者双抗等。单一策略再好也仅仅是点的攻击，只有面的攻击也许才能达到治疗甚至治愈的目的。在医药技术大爆炸的时代，新技术，新疗法层出不穷，RNA、单抗、双抗、ADC、CAR-T、CAR-NK、CAR-M、溶瘤病毒、基因治疗、PROTAC 以及 PDC 等疗法逐渐走向成熟，突破也许就在不久的将来！参考来源：1、Martina Geiger, Kay-Gunnar Stubenrauch3, Johannes Sam et al. Protease-activation using anti-idiotypic masks enables tumor specificity of a folate receptor 1-T cell bispecific antibody. NATURE COMMUNICATIONS 2020；2、Jim Middelburg, Kristel Kemper, Patrick Engelberts et al. Overcoming Challenges for CD3 Bispecific Antibody Therapy in Solid Tumors；3、Dimitris Skokos*, Janelle C. Waite, Lauric Haber et al. A class of costimulatory CD28-bispecific antibodies that enhance the antitumor activity of CD3-bispecific antibodies. Science Translational Medicine 2021；4、Marina Bacac1, Sara Colombetti, Sylvia Herter et al. CD20-TCB with Obinutuzumab Pretreatment as Next-Generation Treatment of Hematologic Malignancies.AACR 2018；5、Groeneveldt, C.; Kinderman, P.; van den Wollenberg et al. Preconditioning of the tumor microenvironment with oncolytic reovirus converts CD3-bispecific antibody treatment into effective immunotherapy.J. Immunother. Cancer 2020；6、相关公司官网。点击卡片进入 Insight 小程序一览全球在研创新药免责声明：本文仅作信息分享，不代表 Insight 立场和观点，也不作治疗方案推荐和介绍。如有需求，请咨询和联系正规医疗机构。编辑：HebePR 稿对接：微信 insightxb投稿：微信 insightxb；邮箱 insight@dxy.cn点击阅读原文免费试用 Insight 数据库

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