Rituximab

单克隆抗体作为癌症靶向治疗药物，以其特异性高，血清半衰期长，亲和度高，免疫效应功能强著称。近日悉尼加文医学研究所的Daniel Christ在Nature Cancer上发表了题为Advances in antibody-based therapy in oncology的综述，概述了该领域的主要进展，特别关注于最近新涌现的基因工程抗体候选治疗药物，讨论了分子结构和作用机制，为临床开发和实践的提供了较为全面的信息。01近两年在美国或欧盟获批用于肿瘤治疗的单克隆抗体、ADC药物及生物类似单克隆抗体免疫球蛋白的开发和临床应用催生了一类强大的新型癌症治疗方法。随着 1997 年第一个基于抗体的肿瘤药物（利妥昔单抗）的批准，抗体在 1990 年代出现。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（表1和表2），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3）。表1 截至2022年，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，在美国或欧盟获批用于肿瘤治疗的ADC药物表3 截止2021年，在美国或欧盟批准用于肿瘤治疗的生物类似单克隆抗体02人类抗体的分子特性人类抗体可分为五种同种型，分别为IgG（约80%）、IgA（约10%）、IgM（约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，最常用于临床治疗。人IgG分子约为150 kDa，由两条重多肽链和两条轻多肽链组成，并由二硫键连接（图1）。图1 单克隆抗体治疗的分子工程在抗体重链内，N-末端可变结构域（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子作用，包括抗体依赖性细胞毒性（ADCC）和补体依赖性细胞毒性（CDC）。抗体轻链由介导与抗原接触的可变结构域（Vl）和介导与抗体重链（Ch1结构域）二硫键形成完全组装的二价同型二聚体IgG分子的单一恒定结构域（Cl、κ或λ）组成（图1a）。单克隆抗体表现出相对较慢的组织穿透和较长的血清半衰期，在几天到几周的范围内。这是由于它们的大分子尺寸超过了肾脏过滤截止值，并通过新生Fc受体（FcRn）由血管内皮进行再循环，这两者共同使患者的滴度维持较长时间，而无需再次给予治疗。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、增强靶亲和力（亲和力成熟）、增强效应子功能、降低免疫原性和提高其可开发性（抗聚集性）的策略（图1b和表4）。表4 2022年期间，在美国处于后期临床审查和/或等待批准的单克隆抗体03单克隆抗体的主要作用机制单克隆抗体能够通过一系列的机制来执行其治疗作用，这些机制包括从简单的阻断到激活和增强我们的自然免疫反应。1、阻断受体或配体由于其高亲和力和特异性，单克隆抗体可以与特定的细胞群相互作用，从而能够干扰对肿瘤存活和增殖至关重要的受体。例如，这种作用模式能够影响单克隆抗体曲妥珠单抗和西妥昔单抗与表皮生长因子受体（EGFR）/人上皮生长因子受体（HER）酪氨酸激酶之间的活性。此外，配体阻断是贝伐珠单抗（Avastin）的主要作用机制，它能阻止血管内皮生长因子（VEGF）与其同源受体（VEGFR1和VEGFR2）的结合，抑制血管生成和新血管的形成（图2）。单抗药物具有高亲和力和特异性，竞争性的与受体或配体结合，阻断相关信号通路，下调信号转导，还可以抑制受体多聚化。图2 基于抗体的肿瘤治疗的靶点和作用机制2、直接细胞毒作用细胞毒性是由合成化合物、细胞自然产生毒性或免疫调节细胞（如细胞毒性T淋巴细胞自然杀伤细胞等）引起的细胞杀伤事件。靶细胞的直接细胞毒性是B细胞恶性肿瘤中靶向CD20的II型单克隆抗体（如奥匹妥珠单抗）的作用机制。这和类似于细胞坏死的程序性细胞死亡过程相反，后者依赖于肌动蛋白重组、溶酶体膜通透化和随后释放的活性氧和组织蛋白酶B。除了II型抗CD20抗体，靶向CD52、CD47、HLA-DR、CD74和CD99的抗体已被报道通过类似的肌动蛋白依赖性、caspase非依赖性机制诱导靶细胞的直接细胞毒作用。另外，还有一类治疗性单克隆抗体通过激活死亡受体介导靶癌细胞的直接细胞毒性。例如，肿瘤坏死因子（TNF）相关凋亡诱导配体的受体DR4和DR5被单抗作为靶点，再现其凋亡诱导作用，导致Fas相关蛋白的募集，随后形成死亡诱导信号复合物，启动依赖caspase的凋亡性细胞死亡。目前该类药物处于临床开发阶段。3、免疫效应功能主要包括抗体依赖细胞介导的细胞毒性（ADCC）、抗体依赖细胞介导的吞噬作用（ADCP）和互补依赖的细胞毒性（CDC）。虽然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，但现在越来越明显的是，免疫效应器功能在许多治疗方式中发挥着关键作用。这种功能是通过抗体分子的Fc区与免疫细胞上的Fcγ受体（FcγRI、FcγRIIa、FcγRIIb、FcγRIIIa和FcγRIIIb）以及补体的C1q蛋白之间的相互作用来介导的。不同的IgG同型对不同的FcγRs和补体具有不同的亲和性和结合模式，特别是人类的IgG4同型不能招募C1q。特定的Fcγ受体，如FcγRIIIa和FcγRIIb，分别对效应细胞本身发挥刺激或抑制作用。4、阻断免疫检查点CTLA-4、PD-L1、CD96等免疫检查点抑制剂通过抗体阻断其受体介导的免疫激活，进而杀伤肿瘤细胞。细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4（CTLA-4）是一种免疫检查点分子，在细胞毒性T淋巴细胞上高度表达。CTLA-4通过一系列受体-配体的相互作用和对B7配体的高亲和力，从而阻断刺激性信号和下调T细胞活性，推动免疫抑制和肿瘤逃避免疫监视。PD-1及PD-L也是单克隆抗体靶点，其他的免疫检查点也是备受关注的焦点，包括淋巴细胞激活基因-3（LAG-3）、T细胞免疫球蛋白及粘蛋白结构域分子3（TIM-3）以及T细胞免疫球蛋白和ITIM结构域（TIGIT）。04免疫受体激动剂药物开发需要对抗体进行工程化改造，如延长半衰期、提高亲和力、增强效应功能（如ADCC）、降低免疫原性等，而一些在研的抗体类创新药物，有望进一步丰富作用机制，比如靶向41BB、OX40、GITR、ICOS、CD27等位点的免疫受体激动剂类抗体。通过FcγR阳性细胞表面上的Fc交联可增强激动性抗体的活性，特别是通过高水平表达抑制性受体FcγRⅡb的B细胞。因此，开发以Fc交联为条件诱导T细胞活化的较弱激动剂可能会产生安全性增强的T细胞激动剂。05抗体-药物结合物1905年，Paul Ehrlich首次设想了“magic bullets”，将毒素附着在抗体上，直接杀死细胞，这一愿景推动了ADC领域的发展，这类疗法结合了抗体的靶向能力和小分子的抗肿瘤活性。目前，有13种ADCs被批准用于治疗实体瘤和恶性肿瘤。ADCs结合抗体的靶向性和小分子的抗肿瘤活性，包括直接靶向肿瘤抗原的抗体和负载的抗肿瘤剂。ADCs结合在癌细胞表面，通过溶酶体内化及蛋白水解作用释放毒性。治疗实体瘤和血液肿瘤的ADCs靶点特征不同，前者多为细胞表面过表达的蛋白，以实现快速的内化，后者则是谱系特异的靶点，对正常上皮组织毒性较小。批准的ADCs携带的有效载荷负载主要：DNA双链断裂诱导剂、微管蛋白抑制剂和拓扑异构酶抑制剂。目前获批的ADC药物大多采用微管抑制剂，而T-DXd等后起之秀则选用了拓扑异构酶抑制剂。一些有效载荷负载还可激活免疫应答，引发免疫性细胞死亡。ADCs与其他癌症疗法的联用能够以往治疗方法的不足，找到灵敏度和抗性的标记物，优化治疗指标，克服治疗抗性。06抗体片段、双特异性T细胞衔接器和TCR模拟抗体这三种同样基于抗体开发的药物各有各的特点，例如抗体片段要保留完整抗体的特异性，并以更小的分子量改善在体内的分，但这也会缩短半衰期。抗体片段与全长IgG抗体的区别在于其体积较小，血清半衰期较短，同时保留了其大部分特异性结合特性。因此，它们非常适合用于介导短期药理作用，特别是对于治疗窗口期小、不良事件风险高的适应症或靶点。双特异性T细胞衔接器（BiTEs）是T细胞和癌症靶细胞之间相互作用的桥梁，它通过针对T细胞受体复合体(CD3ε)的激发型抗体片段与T细胞结合，通过第二个基因融合的抗体片段与肿瘤抗原结合，从而形成一个人工免疫突触，促进T细胞介导的对靶细胞的精准杀伤（图2）。然而，T细胞的激活会导致细胞因子风暴和神经损伤等毒性反应，因此临床研发一度并不顺利，直到靶向CD20/CD3的BiTE药物成功获批用于滤泡性淋巴瘤的治疗。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。这种抗体被设计用来识别MHC抗原，从而增加了靶向抗原库，包括由MHC处理和呈递的细胞内蛋白质。07放射免疫偶联药物放射-免疫结合物（Radioimmunoconjugates, RICs）的作用机制与ADC有相似之处，只不过抗体搭载的对象不再是小分子药物，而是放射性核素，同样实现精准投递、有效杀伤。常用的两类放射性核素是α粒子和β粒子发射体，两者各有优劣。目前已有RIC药物获FDA批准用于前列腺癌治疗。08糖基化抗体、细胞因子武装抗体和可活化的抗体尽管天然人IgG单克隆抗体改变了肿瘤治疗方式，但改变抗体的结构可以扩大临床应用范围。这种工程变化中最常见的是调节Fc区的糖基化模式（图1b）。对抗体Fc段的糖基化状态进行调节，有望增强抗体的效应功能，且不影响其物化特性和制备流程，目前业内较常用的方式是α岩藻糖基化，而CRISPR-Cas9等基因工程技术的进步，让制备这类抗体的细胞系也变得易于获取。除了糖基化的变化，通过Fc区的点突变来调节抗体效应功能的蛋白质工程方法也已被报道。这些修饰通常不需要改变生产细胞系，但可能导致抗体稳定性、等电点和潜在的免疫原性的改变，这可能会影响后续生产和临床转化。此外，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（治疗晚期乳腺癌）。09替代形式除了IgG单克隆抗体外，用于治疗目的的非IgG同型的开发也取得了进展。尽管非IgG抗体在某些应用中很有前景，但其临床和商业上的成功可能需要工程设计或确定特定的适应症。利用干扰素（IFN-α）、TNF-α以及共同的γ链受体细胞因子家族，通过单抗固有的免疫激活特性可以作为增强CDC或ADCC的替代方法。一些抗体-细胞因子融合疗法现在已经进入临床试验。10总结自第一个用于癌症治疗的单克隆抗体—利妥昔单抗被批准以来，肿瘤领域的抗体治疗已经进入了成熟期。尽管该领域长期以来一直由人类IgG同种型的抗体占主要位置，但它现在正从未经修饰的形式转向高度工程化的变体，包括抗体片段及ADCs等。然而，即使是高度工程化的变体，其单一形式的治疗效果依然有限。这提示我们，需要开发同时靶向多种细胞机制的组合策略抗体。工程抗体疗法的组合及其与小分子药物和/或放射疗法的组合，可能有利于促进肿瘤学的变革性进展。参考文献：Zinn S, Vazquez-Lombardi R, Zimmermann C, et al. Advances in antibody-based therapy in oncology[J]. Nature Cancer, 2023, 4(2): 165-180.声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！长按关注本公众号   粉丝群/投稿/授权/广告等请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓