肿瘤学中基于抗体的治疗进展

2023-03-13

抗体药物偶联物生物类似药临床1期

单克隆抗体是一类日益壮大的靶向癌症治疗药物，具有特异性高、血清半衰期长、亲和力高、免疫效应功能强等特点。抗体在1990年代出现，并于1997年批准了第一种基于抗体的肿瘤药物（利妥昔单抗）。从那时起，全球抗体肿瘤学市场在2021年已增长到价值460亿美元，预计到2026年底将增长到近800亿美元，多种新的治疗方式处于后期临床开发阶段。表1 截至2022年在美国或欧盟批准用于肿瘤治疗的单克隆抗体表2 截至2022年在美国或欧盟批准用于肿瘤治疗的ADC单克隆抗体表3 截至2021年在美国或欧盟批准用于肿瘤治疗的生物类似药单克隆抗体抗体的分子特性人抗体分子表示为五种不同的同种型，分别称为IgG（~80%），IgA（~10%），IgM（~5%），IgD（<1%）和IgE（<1%）。其中，人IgG同种型和相关抗体片段，特别是人IgG1和IgG4，最常用于治疗。人IgG分子约为150 kDa，由两条重多肽链和两条轻多肽链组成，通过二硫键连接（图1）。在抗体重链中，N端可变结构域（VH）介导与抗原的接触，而恒定结构域（CH1、CH2和CH3）介导结构和免疫效应作用，包括抗体依赖性细胞毒性（ADCC）和补体依赖性细胞毒性（CDC）。单克隆抗体表现出相对缓慢的组织渗透和较长的血清半衰期，在数天至数周的范围内。用于优化单克隆抗体药物的分子工程包括旨在延长其血清半衰期的策略，增强靶亲和力（亲和力成熟），增强效应功能，降低免疫原性和改善其可开发性（聚集抗性）。图1：单克隆抗体治疗药物的分子工程表4 2022年美国目前处于后期临床审查和/或待批准的单克隆抗体作用机制单克隆抗体能够通过一系列机制执行其治疗作用，从简单的阻断到激活和增强自然免疫应答。机制一：阻断受体和配体由于其高亲和力和特异性，单克隆抗体可以与特定细胞群相互作用，允许干扰对肿瘤存活和增殖至关重要的受体。例如，曲妥珠单抗（赫赛汀）和西妥昔单抗（Erbitux）与表皮生长因子受体（EGFR）/人上皮生长因子受体（HER1），HER2，HER3和HER4受体酪氨酸激酶相互作用，其在癌细胞迁移和侵袭中起至关重要的作用。配体阻断是贝伐珠单抗（阿瓦斯汀）的主要作用机制，其阻止血管内皮生长因子（VEGF）与其同源受体（VEGFR1和VEGFR2）结合，抑制血管生成和新血管的形成。抗体可以竞争性地与这些受体和配体结合，从而阻断配体-受体相互作用并下调信号传导，还可以抑制受体多聚化。图2：基于抗体的疗法在肿瘤学中的靶点和作用机制机制二：直接细胞毒性II型抗CD20抗体主要通过直接细胞毒性靶向B细胞恶性肿瘤中的CD20。除了II型抗CD20抗体外，靶向CD52（alemtuzumab）、CD47、HLA-DR、CD74和CD99的抗体通过类似的肌动蛋白依赖性、半胱天冬酶非依赖性机制诱导靶细胞的直接细胞毒性。介导靶癌细胞直接细胞毒性的另一类治疗性单克隆抗体是那些旨在激活死亡受体的抗体。例如，肿瘤坏死因子（TNF）相关的凋亡诱导配体受体DR4和DR5，抗体可以导致Fas相关蛋白与死亡结构域的募集，随后形成死亡诱导信号复合物，以启动半胱天冬酶依赖性凋亡细胞死亡。机制三：免疫效应尽管在肿瘤学中开发单克隆抗体的基本原理最初集中在直接抑制细胞信号传导和受体多聚化上，但越来越明显的是，免疫效应功能在许多治疗方式中起着至关重要的作用。广泛的体外研究已经确定，ADCC和抗体依赖性细胞吞噬作用（ADCP）是通过抗体Fc/FcγR相互作用介导。机制四：免疫检查点阻断除了通过抗体免疫效应功能直接杀死肿瘤细胞外，T细胞通过抗体阻断免疫检查点受体介导的免疫激活已经改变了肿瘤疗法。（CTLA-4）是一种免疫检查点分子，在细胞毒性 T 淋巴细胞上高表达。CTLA-4通过一系列受体-配体相互作用和对B7配体的高亲和力驱动免疫抑制和肿瘤逃逸，B7配体竞争性地拮抗与辅助受体CD28的相互作用，从而阻断刺激信号传导并下调T细胞活性。Ipilimumab是一种针对CTLA-A的高亲和力全人源单克隆抗体，于2011年获得美国食品药品监督管理局（FDA）的批准，通过破坏CTLA-4 / B7相互作用并通过CD28信号恢复T细胞活化。程序性细胞死亡蛋白1（PD-1）及其相关配体（PD-L1）也是单克隆抗体靶标，帕博利珠单抗、纳武利尤单抗、西米普利单抗和多斯塔利单抗分别靶向PD-1，阿替利珠单抗、阿维尤单抗和度伐利尤单抗靶向PD-L1。临床上最先进的是靶向LAG-3的单克隆抗体（relatlimab，用于不可切除或未经治疗的转移性黑色素瘤的II/III期，联合纳武利尤单抗和抗PD-1）和TIGIT（tiragolumab，广泛期小细胞肺癌的III期，与atezolizumab和抗PD-L1联合使用）。免疫受体激动剂通过免疫检查点阻断诱导T细胞活化以促进抗肿瘤反应的对比方法是使用激动抗体。与开发阻断抗体相比，鉴定能够触发激动信号的单克隆抗体需要额外的考虑。例如，结合方向和对Fc聚类的要求是影响单克隆抗体诱导有效受体激动作用能力的重要变量。应谨慎管理诱导显性免疫细胞活化导致严重毒性（例如细胞因子释放综合征）的风险，以避免像2006年CD28超激动剂TGN 1412观察到的严重不良事件。目前正在临床开发的单克隆抗体激动剂包括靶向41BB，OX40，GITR，ICOS和CD27的抗体激动剂。抗体-药物偶联物目前，有13种ADC被批准用于治疗实体瘤和血红素恶性肿瘤。ADC由针对肿瘤抗原的抗体组成，接头将抗肿瘤剂（有效载荷）附着在抗体上。为了引起细胞毒性，ADC与癌细胞表面的靶标结合，被内化并转运到溶酶体，其中接头或抗体的切割和/或蛋白水解导致有毒有效载荷的释放。对于治疗实体性肿瘤和血液系统恶性肿瘤的ADC，成功的ADC靶标的特征不同。在实体瘤中，抗体靶标的选择主要集中在过表达的表面蛋白上，这些表面蛋白能够通过快速内化将ADC递送到癌细胞中。例如，HER2在几种不同的癌症中扩增和过表达，并被曲妥珠单抗（ENHERTU）靶向，曲妥珠单抗被批准用于不可切除或转移性HER2阳性乳腺癌 HER2阳性乳腺癌或胃食管交界腺癌患者。在血液系统恶性肿瘤中，谱系限制靶点的存在提供了降低健康上皮组织毒性的优势。例如，靶向急性淋巴细胞白血病（ALL）CD22的inotuzumab ozogamizin（BESPONSA）和靶向多发性骨髓瘤中B细胞成熟抗原的Belantamab mafodotin（BLENREP）已被批准用于这些各自的适应症。经批准的ADC携带的有效载荷属于三大机理类别：（1）DNA双链断裂诱导剂，如卡利霉素和吡咯苯并二氮卓类;（2）微管抑制剂，如奥利他汀类和美登素类;（3）拓扑异构酶抑制剂，如SN-38和DXd。许多ADC也正在与癌症疗法联合评估，这些疗法具有与有效载荷作用机制互补的机制。例如，正在评估与诱导DNA损伤的有效载荷（如曲妥珠单抗德鲁替康）偶联的ADC与DNA损伤修复抑制剂的组合，利用ADC的靶向能力来克服以前限制化疗和DNA损伤修复剂组合的治疗指数问题。一些相关的临床前和临床研究正在评估曲妥珠单抗与ATR抑制剂AZD6738（NCT04704661）等组合。抗体片段、双特异性 T 细胞接合物和 TCR 模拟物抗体片段与全长IgG抗体的不同之处在于其更小的尺寸和更短的血清半衰期，同时保留了其大部分特异性结合特性。虽然它们的大小最初改善了组织分布，但它们的快速消除（由于它们的体积小且缺乏 FcRn 结合）导致血清和组织之间的低浓度梯度，与全长 IgG 抗体相比，这可能导致组织分布在更长的时间跨度（数天和数周）内减少。因此，它们非常适合介导短期药理作用，特别是对于治疗窗口小且不良事件风险高的适应症或靶点。抗体片段的关键应用是作为细胞毒性或放射性药物的载体以及双特异性T细胞接合体（BiTEs）。BiTE通过靶向T细胞受体（TCR）复合物（CD3ε）的激动性抗体片段与肿瘤抗原通过第二个基因融合的抗体片段结合T细胞，从而桥接T细胞和癌症靶细胞之间的相互作用，促进T细胞介导的靶细胞杀伤。近年来，使用TCR模拟抗体片段作为靶向部分的BiTE和CAR-T细胞模式的开发受到了相当大的关注。这种抗体被设计成识别肽主要组织相容性复合体（MHC）抗原，从而增加可靶向抗原库，以包括由MHC（人类白细胞抗原（HLA））加工和呈递的细胞内蛋白质。放射免疫结合物放射免疫结合物（RIC）是一类新兴的靶向癌症治疗。与传统的外部放射治疗不同，RIC使用靶向剂进行全身性放射治疗。与ADC类似，靶向剂可以是全抗体或衍生物（例如Fabs，scFvs和minibody），肽或小分子配体。与ADC不同，RIC中的共轭部分是螯合剂，而不是接头，能够非共价捕获放射性核素。螯合剂和放射性核素共同构成治疗有效载荷。至于ADC，靶标的选择对于选择性地将靶向辐射传递到癌细胞至关重要，同时避免对健康器官和组织的全身毒性。糖基化、细胞因子和可激活的抗体尽管天然人 IgG 单克隆抗体在肿瘤学中提供了出色的治疗选择，但抗体结构的有限变化可以拓宽临床适用性。这种工程变化中最常见的是Fc区糖基化模式的调节。早在2002年，岩藻糖基团的去除就被证明通过改善后糖基化Fc与NK细胞上FcγRIIIa的结合来增加IgG1抗体的ADCC。岩藻糖化抗体主要靶向循环淋巴细胞的特定亚群，例如在肿瘤学中表达CD20（奥妥珠单抗，GAZYVARO）CD20（奥妥珠单抗，GAZYVARO），CCR4（mogamulizumab，POTELIGEO）CCR4（mogamulizumab，POTELIGEO），自身免疫中的CD19（inebilizumab，UPLIZNA）CD19（inebilizumab，UPLIZNA）或哮喘中的IL-5Rα（贝那利珠单抗，FASENRA）的抗体，已被证明可以在非常低的临床剂量下有效消耗靶细胞。增强激活FcgRIIa和FcgRIIIa亲和力的突变已被应用于多种单克隆抗体，包括靶向CD19的tafasitamab用于治疗弥漫性大B细胞淋巴瘤和靶向HER2的margetuximab用于治疗晚期乳腺癌。图3：通过FcRn循环延长人IgG的血清半衰期结论利妥昔单抗是首个用于治疗癌症的单克隆抗体，自批准以来已有25年，用于肿瘤学应用的抗体疗法已经成熟。尽管该领域长期以来一直由人IgG同种型的抗体主导，但它现在正在从未修饰的形式转向高度工程化的变体，包括抗体片段，ADC，聚糖工程和蛋白酶支持的变体以及癌症免疫疗法。然而，即使是高度工程化的形式也不太可能在许多应用中作为单一治疗剂有效，这突出表明需要开发同时针对多种细胞机制的组合策略。工程抗体疗法的创新组合及其与小分子药物和/或放射治疗的结合，可能为肿瘤学的变革性进展提供途径。参考文献：Zinn, S., Vazquez-Lombardi, R., Zimmermann, C. et al. Advances in antibody-based therapy in oncology. Nat Cancer 4, 165–180 (2023). https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1038/s43018-023-00516-z