癌症治疗的有利武器：治疗性抗体衍生物

2022-09-13

抗体抗体药物偶联物免疫疗法siRNAAACR会议

前言单克隆抗体（mAb）是一类可特异性结合靶抗原并通过发挥中和或促凋亡作用诱发细胞毒性，以及促进先天免疫反应的分子。研究人员发现mAb在增强天然免疫系统功能，抑制癌细胞活性并消除癌细胞方面具有亮眼的表现。1975年Georges Köhler 和 César Milstein 成功开发杂交瘤技术，促成了单克隆抗体的持续大量生产。1988年Greg Winter 开创的抗体人源化技术进一步推动了mAb在癌症治疗领域的应用与发展。迄今为止，美国食品和药物管理局(FDA) 已批准超过100 种mAb 用于治疗不同的人类疾病，包括癌症、自身免疫性疾病和慢性炎症性疾病。随着现代生物技术的进步，新型治疗性抗体的开发和应用有着令人欣喜的进展。01 抗体偶联物，主要包括ADCs和ARCs1.1抗体-药物偶联物（Antibody–drug conjugates，ADCs）近年来，ADCs的应用逐渐升温，成为肿瘤治疗领域的后起之秀。ADCs包含三个主要组件：mAb、细胞毒性药物（payload）和连接子（linker）。在与肿瘤细胞上的靶抗原结合后，ADC 可以通过受体介导的内吞作用将细胞毒性药物递送到靶细胞的细胞质中，在溶酶体内降解期间，从ADC 释放细的细胞毒性药物通过破坏DNA等方式，抑制细胞分裂增殖并最终杀死肿瘤细胞。图1 ADC药物结构示意图高度的肿瘤靶向性，是决定ADC 成药性的关键因素。肿瘤特异性或过表达的靶抗原可提高ADCs靶向性，包括人表皮生长因子受体2 (HER2)、滋养层细胞表面抗原2 (Trop-2)、和B 细胞成熟抗原(BCMA)等在内的50余种抗原目前被用作ADCs的临床前或临床应用开发靶点。游离的细胞毒性药物由于其效力过强不适宜直接作为化疗药物施用，但可以通过将其与肿瘤特异性抗体偶联来尽可能减少对机体正常细胞的损害。用于ADCs的细胞毒性药物主要分为3种类型：1）微管蛋白抑制剂，如monomethyl auristatin E (MMAE) ；2）DNA合成抑制剂，如calicheamicin；3）拓扑异构酶抑制剂和RNA聚合酶2抑制剂，如α-鹅膏蕈碱。与常规化疗的效果相比，负载这些药物的ADC对肿瘤细胞显示出更高的毒性效力。将细胞毒性药物与抗体共价结合的连接子也是ADC 的重要组成部分。理想的连接子在到达目标肿瘤部位之前是很稳定的，并且经过合理设计，可在进入溶酶体时从ADC 中快速释放细胞毒性药物。根据药物释放的机制，连接子可分为可切割或不可切割型。可切割连接子可对肿瘤微环境变化作出响应，例如gemtuzumab ozogamicin (GO) 中的酸不稳定腙基连接子等。不可切割的连接子依赖于抗体在溶酶体的降解来释放药物，例如，ado-trastuzumab emtansine 中的硫醚连接子。迄今为止，已有11个ADC 被FDA 批准用于癌症治疗。表1 FDA批准用于癌症治疗的ADC药物1.2 抗体-siRNA偶联物（Antibody–small interfering RNA conjugates，ARCs）截至 2021 年 1 月，四种负载于脂质纳米颗粒 (LNP) 或N-乙酰半乳糖胺 (GalNAc) 递送系统的 siRNA药物已获得 FDA 或欧洲药品管理局 (EMA) 的批准。但这两种siRNA递送疗法存在递送效率低和靶器官有限（仅肝脏和眼睛）的问题。2015 年底，使用THIOMAB 平台，Genentech 实现了与抗体的位点特异性、大规模 siRNA 偶联。最近，Alnylam Pharmaceuticals 报道了在不引入突变或使用酶的情况下，生成结构确定的 ARC (DVD-ARC)，该药物之前已开发出三种 siRNA 药物（patisiran、givosiran 和 lumasiran）。研究表明，该ARC显著下调了肿瘤细胞中靶 mRNA 和蛋白质的表达水平，进一步证明了使用抗体作为载体将 siRNA 特异性递送至非肝组织的基本原理及可行性。图2 ARC药物结构示意图02多特异性抗体在过去的三十年里，多特异性抗体作为治疗药物受到了极大的关注。目前已开发出100多种多特异性抗体形式，通过干预癌症免疫治疗中的不同机制发挥作用，包括：1）结合T 细胞或其他免疫细胞（例如 NK 细胞）以特异性消除肿瘤细胞；2）桥接受体阻断或激活协同信号通路；3）靶向肿瘤细胞上的多个肿瘤抗原或不同抗原表位以增加肿瘤选择性。2.1 多特异性抗体的形式在1960 年代，Nisonoff及其同事首次描述了混合单价抗体片段以产生多特异性抗体的原始概念。最初，BsAb是通过两个抗体片段的化学偶联，然后由两个不同杂交瘤细胞系的体细胞融合产生的。重组DNA技术和抗体工程技术的发展，使得将不同的抗体结构域组装成具有靶向性和稳定性的多特异性抗体成为可能。多特异性抗体的形式可分为两大类：IgG 样抗体形式（具有Fc 结构域）和非 IgG 样抗体形式（不具有Fc 结构域）。全长IgG样多特异性抗体含有可与FcRn结合的Fc结构域，显示出比抗体片段更好的药代动力学特征，并表现出多种抗肿瘤机制。与全长IgG 样多特异性抗体相比，非IgG 样多特异性抗体缺乏Fc 结构域，因此具有较低的分子量，使其在实体瘤中具有更好的穿透性。由于其代谢速度快，非IgG 样多特异性抗体具有相对较短的血清半衰期，可用于预防先天免疫系统以及Fc 介导的ADCC 或CDC 的非特异性激活。图3多特异性抗体结构示意图2.2多特异性抗体治疗癌症的作用机制靶向CD3 与T 细胞结合：BiTEs，即以T细胞作为效应细胞的双特异性单链抗体。BiTEs能够同时结合 TCR 复合物中的 CD3ε 和肿瘤细胞上的特定肿瘤相关抗原 (TAA)，然后，细胞毒性T 细胞被重定向以杀死特定的肿瘤细胞。Blinatumomab是由靶向T 细胞上的CD3ε 和B 淋巴细胞抗原CD19 的scFv 组成的BiTEs。临床II 期试验结果显示，在连续静脉输注blinatumomab 治疗两个周期后，成年R/R B-ALL 患者的CR 率为43%（81/189）。目前，FDA批准将blinatumomab 的临床适应症扩大到费城染色体阳性R/RB-ALL 患者和患有R/R ALL 或MRD 阳性ALL。靶向T 细胞共刺激受体：为了减少应用单克隆抗体进行全身性T 细胞共刺激后引起的肝毒性，将抗TAA 抗体与识别共刺激受体的激动性抗体融合，用于肿瘤定位、TAA依赖性聚集和共刺激受体的激活。CD28 和TNF 受体(TNFR) 超家族的成员，如4-1BB 和OX40，是T 细胞共刺激相关癌症免疫治疗的有希望的靶点。例如，4-1BB/HER2双特异性分子PRS-343 通过HER2 依赖性4-1BB 聚集和激活诱导T 细胞共刺激，增加肿瘤中淋巴细胞的浸润和活化，从而显着抑制HER2+ 小鼠异种移植肿瘤模型中的肿瘤生长。靶向CD16 与NK 细胞结合：NK细胞在先天免疫系统中发挥不可或缺的作用，它们能够减少肿瘤负荷和发挥肿瘤免疫监视作用。CD16 (FcγRIII) 是一种低亲和力受体，主要表达于成熟NK细胞，可与IgG 抗体的Fc 域结合介导ADCC。AFM13采用四价双特异性CD30/CD16A 串联双抗体，具有NK细胞上CD16A 同型的两个结合位点和淋巴瘤细胞上 CD30 抗原的两个结合位点。一项针对 R/R HL 患者的I 期研究显示，在26 名患者中，AFM13的总体疾病控制率为61.5%，部分缓解率达到11.5%。最近另一项关于AFM13 与pembrolizumab 联合用于R/R HL 患者的Ib 期研究显示，患者的总体反应率为83%，并显示出良好的耐受性。靶向T 细胞免疫检查点受体：多项研究表明，PD-L1 在晚期肿瘤细胞中的高表达，抑制了T 细胞反应并促进了癌细胞的免疫逃逸，这限制了癌症治疗的体内疗效。利用治疗性抗体靶向免疫检查点分子，例如CTLA-4、PD-1和PD-L1，可激活抗肿瘤免疫反应。IBI315是一种抗PD-1 × HER2的BsAb，将表达PD-1 的T 细胞与表达HER2 的肿瘤细胞连接起来，以HER2依赖性方式阻断PD-1/PD-L1信号通路，抑制HER2信号通路的激活。IBI315将靶向治疗与免疫治疗相结合，从而通过多种作用机制增强抗肿瘤活性。靶向CD47 以增强巨噬细胞介导的吞噬作用：CD47在健康细胞和癌细胞中广泛表达，并在与骨髓细胞上的SIRPα相互作用时传递““do not eat me”信号。抗CD47 mAb 可阻断CD47-SIRPα 轴通过释放巨噬细胞介导的吞噬作用增强了抗肿瘤活性，但它也会损害正常CD47 阳性细胞（如红细胞）。因此，为了保护红细胞，同时最大限度地提高CD47 阻断效力。引入了基于CD47的BsAb TG-1801（也称为NI-1701）是一种IgG1 双特异性κλ 抗体（CD19 × CD47），可同时发挥靶向恶性B 淋巴细胞和选择性CD47 阻断的作用。目前，TG-1801的I 期临床试验正在进行中。靶向肿瘤细胞中的受体信号通路：据报道，奥希替尼（EGFR TKI）联合萨沃替尼（MET TKI）在晚期非小细胞肺癌患者中显示振奋人心的抗肿瘤疗效和安全性。因此，肿瘤细胞存活或增殖相关信号通路的双重抑制已成为治疗MET 驱动的EGFR TKI 耐药患者的有希望的战略重点。Amivantamab/JNJ-61186372是一种同时靶向EGFR 和MET 信号通路的BsAb，在各种肿瘤模型中，amivantamab有效诱导EGFR 和MET 表达的下调。2021年5 月21 日，FDA批准Amivantamab用于治疗EGFR 20ins突变的局部晚期或转移性NSCLC EGFR 20ins突变的局部晚期或转移性NSCLC 成人患者。组合靶向肿瘤相关抗原：由于肿瘤相关抗原（TAA）也在正常细胞中表达，因此肿瘤特异性靶向对于最大限度减少治疗性抗体对正常细胞的毒性非常重要。具有不同靶向能力的多特异性抗体是限制抗原逃逸和增加肿瘤靶向特异性的可行药物。DT2219ARL是一种双特异性单链融合蛋白，可识别CD19 和CD22，并与白喉毒素(DT390) 变体融合。DT2219ARL用于难治性B 细胞恶性肿瘤治疗的I 期试验证明了其安全性，并确定了最佳剂量。在参加其I/II 期试验的18 人中，有2 人在1 年内观察到完全缓解或部分缓解。表2 FDA批准FDA批准和临床试验阶段的多特异性抗体03抗体-细胞因子融合蛋白细胞因子，例如IL、IFN、CSF、TNF和趋化因子等是由细胞产生的小分子蛋白，在提高生物药物的疗效方面发挥着重要作用。细胞因子与抗体或抗体片段的融合可能会提高TAA的靶向性，增加细胞因子的效力、改善药代动力学特征，降低其全身毒性。图3抗体-细胞因子融合蛋白结构示意图近几十年来，已鉴定出多种抗体-细胞因子融合蛋白，完整的IgG , Fc, Fab或scFv可以与细胞因子的单体（例如，IL-2或IFN-α）或同源多聚体（例如，IFN-γ或TNF）融合。对于一些具有两条不同多肽链或异源多聚体的细胞因子（如IL-12和IL-27），可以考虑不同的融合策略。抗体与细胞因子融合后可以改善其药代动力学、体内稳定性和体内功效。此外，抗体还可增加细胞因子与靶蛋白的特异性结合能力，使其有效定位于肿瘤。表3.代表性临床试验阶段的免疫细胞因子04抗体片段和非 Ig 支架蛋白4.1 抗体Fab Ig 支架蛋白4.1 抗体Fab片段Fab是由一条轻链和一条重链通过二硫键连接组成的单价片段，被认为是第一个治疗性片段抗体形式。Fab 的分子量约为 55 kDa，比全尺寸 IgG 小得多，因此在实体瘤中的穿透力更强。例如，VEGF-A 特异性 Fab 片段 Lucentis VEGF-A 特异性 Fab 片段 Lucentis 在治疗湿性黄斑变性患者方面比相应的全长 mAb Avastin 更有效。由于缺少Fc区，Fab 可以在酵母等低成本表达系统中产生并防止体内与 Fc 相关的不利影响。Fab 的半衰期较短，通过与 PEG 结合或与白蛋白结合蛋白融合，可以延长 Fab 半衰期。迄今为止，三个 Fab 已获得 FDA 批准：阿昔单抗、Idarucizumab和雷珠单抗。4.2 抗体F(ab') 2片段F(ab') 2分子量为 110 kDa，是由铰链区连接在一起的两个 Fab 片段组成的二价抗体片段。由于尺寸更小，它们比 mAb 显示出更好的渗透性。中国 FDA 批准 Metuximab-I131，一种放射性碘 [ 131 I] 标记的抗 CD147 F(ab') 2 mAb CD147 F(ab') 2 mAb，用于治疗肝癌。4.3单链可变片段 (scFv)scFv 抗体由重链和轻链的可变区组成，它们通过灵活的肽连接子连接在一起，并且具有生物活性的scFv可以很容易地通过大肠杆菌表达系统生产，显着降低生产成本。scFv 的分子量约为 25 kDa，比全长 mAb 的分子量小得多，因此可以穿透肿瘤。使用 scFv 可以防止由 ADCC 或 CDC 引起的 Fc 相关副作用。然而，缺乏 Fc 区域会导致其肾脏清除速度加快（半衰期约 5 h）和稳定性较差。scFv 的多聚化是改善scFv 药代动力学特性和亲和力的可行策略。代表性的scFv 药物 Vicinium，是一种与假单胞菌外毒素 A (ETA) 融合的 EpCAM 抗原特异性人源化单链抗体片段 EpCAM 抗原特异性人源化单链抗体片段，用于治疗膀胱癌。Vicinium 与癌细胞表面的 EpCAM 抗原结合后，可通过内吞途径内化并释放毒素 ETA ，不可逆地阻断蛋白质合成来诱导细胞凋亡。4.4 VHH结构域1993年，Hamers-Casterman在骆驼中发现了一种特殊的抗体，它缺乏轻链和重链CH1结构域，因此被称为重链抗体（HCAb）。后来，在骆驼科（双峰骆驼和单峰骆驼、羊驼和美洲驼）以及软骨鱼类（例如鲨鱼、鳐鱼和鳐鱼）中也发现了 HCAb。有趣的是，尽管HCAb分子量 (~15 kDa) 是 IgG (~150 kDa) 的十分之一，但HCAb 中重链的可变域（也称为VHH 域），保留了高抗原结合亲和力，因此是最小的天然衍生抗原结合片段。VHH 结构域被证明比传统抗体高度可溶且更稳定，并且能够在 4 或 -20°C 下储存数月以上而不会失去抗原结合能力。它可以在化学及热变形的条件下依然保持活性，使得静脉内、口服、腹膜内或肿瘤内注射等多种给药方式均可行。此外，VHH 结构域具有完全亲水的表面，与 IgG VH 结构域相比VHH 结构域具有优越的稳定性和溶解性。VHH 结构域中较长的 CDR3 可以形成一个指状附件，能够识别 mAb 无法访问的表位。最近，FDA 和 EMA 批准了第一个 VHH 药物 caplacizumab ，用于治疗成人获得性血栓性血小板减少性紫癜。表5 FDA批准使用的抗体片段4.5 非IgG支架蛋白同一细胞中表达的两种抗体的重链和轻链可能发生杂合配对，而利用非Ig支架作为构建模块可规避这一问题。非 IgG 支架蛋白通常由折叠成结构化核心的单个多肽链组成，比抗体小得多，具有优秀的肿瘤组织渗透性和浸润性、热稳定性、溶解度、储存稳定性。目前开发出的非IgG支架蛋白包括Affibodies、Anticalins、DARPins、Monobodies等。05TCRm抗体与 TCR 抗体相比，TCRm 抗体对 pMHC 具有更高的亲和力（100-1000倍），并保持了 IgG 抗体的所有优点，如稳定性、高产量和完善的生产体系。此外，抗 TCRm mAb 可以通过动物免疫和杂交瘤技术，或通过体外展示技术（例如噬菌体和酵母展示）生产。传统 mAb 的靶标通常是细胞表面抗原（10%），而TCRm mAb 可靶向剩余约 90% 的细胞内抗原。通过将 TCRm mAb 转化为 ADC、BsAb 或 CAR，可以增强 TCRm mAb 的效力。在为它们配备高细胞毒性的药物后，它们可以将细胞毒性有药物特异性地递送到目标肿瘤细胞中。2008 年，Klechevsky, E. 等人，首先将靶向 MART-1 26–35 /HLA-A*02:01 和 gp100 280–288 /HLA-A*02:01 的 TCRm 抗体与截短形式的假单胞菌外毒素融合，产生了具有抗肿瘤活性的 TCRm 免疫毒素。TCRm mAb 的未来发展将侧重于识别可药用新抗原，并解决其抗原呈递不足、缺乏 MHC 内化以及与其他表位交叉反应的问题。结语近年来，新型治疗性抗体在癌症治疗中取得了瞩目的进展。研究表明，抗体的小型化和多功能化是在复杂肿瘤环境中诊断或治疗恶性肿瘤的灵活可行策略。二代测序、单细胞 RNA 测序、空间组学、综合生物信息学分析的快速发展，使得人们对恶性肿瘤组织有了更加深入全面的了解，以抗体为基础的细胞内抗原靶向时代和肿瘤精准治疗时代具有广阔的发展前景。参考资料：1. Jin S, Sun Y, Liang X, et al. Emerging new therapeutic antibody derivatives for cancer treatment[J]. Signal Transduction and Targeted Therapy, 2022, 7(1): 1-28.2.封面图来源：https://www.163.com/dy/article/H3HNQ7F80532BT7X.html3.11个ADC:https://drughunter.com/封面图来源：123rf版权声明/免责声明本文为授权转载文章，版权归拥有者。仅供感兴趣的个人谨慎参考，非商用，非医用、非投资用。欢迎朋友们批评指正！衷心感谢！文中图片、视频为授权正版作品，或来自微信公共图片库，或取自公司官网/网络根据CC0协议使用，版权归拥有者。任何问题，请与我们联系（电话：13651980212。微信：27674131。邮箱：contact@drugtimes.cn）。衷心感谢！推荐阅读FDA批准全球首款Tyk2抑制剂；大反转！FDA专家组7:2支持渐冻症药物AMX0035当PROTAC遇见AI，以创新之利剑高效攻击不可成药靶点！| 晶泰科技·药时代直播间第1期佳节快乐！~~ 100家中国上市药企上市时间汇总暨「药时代高考」模拟卷答案公布！生物医药寒冬：不着急、不害怕、不要脸药时代招聘BD专员/经理 | 20多个项目等你来！突发！创始人只得59分！这份药味十足的「药时代高考」模拟卷，究竟有多硬核？HER2 ADC终结者？！「DS-8201 DS-8201」断送了多少新药的“锦绣前程”？三院士齐聚，150多位专家出席！2022上海国际生物医药产业周系列活动——上海源创新药高峰论坛即将启幕首次亮相世界人工智能大会，晶泰科技「自动化实验室」，自主研发突破时空瓶颈新药版「叶公好龙」和新概念「龙线」全网首发！~~点击这里，报名参加第三届中国新药CMC高峰论坛！