靶点介绍
靶点4-1BB:破冰与转折,从两场失败到曲线救国
上篇讲到,4-1BB在动物模型中展现出了清晰的抗肿瘤活性,但这个靶点的临床转化之路却异常坎坷。
中篇将聚焦两个第一代4-1BB激动型抗体的失败,BMS的Urelumab因肝毒性折戟,辉瑞的Utomilumab因疗效不足搁浅,并剖析这两种失败背后的科学逻辑。与此同时,4-1BB在CAR-T疗法中以“共刺激域”的身份悄然崛起,为这个靶点的价值提供了来自临床的间接证明。
第一代的失败没有让行业放弃4-1BB。相反,它们指明了方向,需要更精巧的分子设计。双特异性抗体、Fc工程化、条件性激活……第二代4-1BB激动剂如何实现“肿瘤微环境限制性激活”?60余个在研分子中,谁最接近上市?
第一次冲锋:BMS的Urelumab(2005—2012)
2005年,百时美施贵宝(BMS)做出了决定。他们启动了全球首个靶向4-1BB的激动型抗体,Urelumab(代号BMS-663513)的临床试验。
Urelumab是一款全人源化的IgG4单抗。它结合4-1BB的CRD1结构域,不阻断天然配体4-1BBL的结合。这意味着当内源性4-1BBL存在时,Urelumab的活性会被增强,成为一个“超级激动剂”。
早期的临床结果是令人鼓舞的。Urelumab展现出了抗肿瘤活性信号,在黑色素瘤和非霍奇金淋巴瘤中观察到了单药疗效。BMS的科学家和投资者们开始憧憬,这可能就是下一个重磅炸弹。
在剂量递增试验中,Urelumab暴露出一个致命的问题:剂量限制性肝毒性。患者的血清转氨酶水平显著升高,部分患者出现严重的肝功能损伤。更糟糕的是,在试验过程中发生了与肝毒性相关的死亡事件。
后续研究显示在超过5%的入组患者中,Urelumab引起了严重的肝毒性。当其在安全剂量下给药时,疗效非常有限。也就是说,有效剂量有毒,安全剂量无效。治疗窗窄得几乎不存在。
在4-1BB的表达谱和Urelumab的抗体设计里。首先,4-1BB并非只在肿瘤浸润淋巴细胞上表达。它在肝脏中的某些免疫细胞上也有表达。
其次,Urelumab的IgG4骨架对FcγRIIB具有较高亲和力,能够介导强烈的FcγRIIB依赖的交联和聚集。而这种FcγRIIB在肝脏中的交联,恰恰与4-1BB激动剂诱导的肝炎密切相关。
更深层的原因是,Urelumab结合的是CRD1结构域,不阻断配体结合,内源性的4-1BBL可以与Urelumab协同作用,产生超强的激动效应。这种“超级激动”在肿瘤部位是好事,但在肝脏等正常组织中就成了灾难。
截至2012年,Urelumab的临床开发实际上已经陷入停滞。BMS没有正式宣布终止,但也没有继续推进。这个曾经被寄予厚望的“4-1BB第一枪”,哑火了。
下图展示了Urelumab与Utomilumab在4-1BB上的差异化结合表位、IgG亚型及FcγR交联活性。 两者的分子设计差异直接决定了其截然不同的功能特征,Urelumab是“超级激动剂”,Utomilumab是“激动剂”。
图1 Urelumab与Utomilumab的分子机制差异
第二次尝试:辉瑞的Utomilumab(2011—2018)
2011年,辉瑞的Utomilumab进入临床试验。这是一款全人源化的IgG2单抗。与Urelumab不同,Utomilumab结合的是4-1BB的CRD3-4结构域,会与天然配体4-1BBL竞争结合位点。
辉瑞的策略明显是“求稳”。Urelumab的肝毒性已经让行业对4-1BB靶点心生畏惧,辉瑞选择了一个更为保守的路径,用IgG2亚型(Fc效应功能较弱)、结合表位与配体竞争(活性受到天然调控)、整体激动活性较弱的分子设计。
结果确实如辉瑞所愿,Utomilumab的安全性比Urelumab好得多。没有出现Urelumab那种严重的肝毒性事件。但代价同样沉重:Utomilumab作为单药治疗的抗肿瘤活性十分有限。在多项实体瘤的单药或联合治疗试验中,客观缓解率(ORR)低得令人失望。
辉瑞陷入了BMS曾经面临的同样困境,只不过是从另一个方向撞上了墙。BMS的问题是“有效但太毒”,辉瑞的问题是“安全但无效”。两条路,都没走通。
Urelumab与Utomilumab的核心差异可以归结为几点:在结合表位上,Urelumab靶向CRD1且不阻断配体,而Utomilumab靶向CRD2/CRD3且阻断配体;在IgG亚型上,前者为IgG4、对FcγRIIB亲和力高、交联活性强,后者为IgG2、交联活性弱。
在功能特征上,前者因内源性4-1BBL的协同作用表现为“超级激动剂”,后者因与配体竞争表现为“激动剂”。这些分子层面的差异最终导向了截然不同的临床结局,Urelumab因肝毒性失败,Utomilumab因疗效不足失败。
截至2018年,Utomilumab的临床开发也已基本停滞。至此,第一代4-1BB激动剂,两个来自全球顶级药企的项目,全部折戟。Urelumab死于毒性,Utomilumab死于无效。
4-1BB从一个充满希望的“明星靶点”,变成了行业里人人忌惮的“烫手山芋”。下图展示了CD28与4-1BB共刺激域在CAR-T细胞中的差异化信号与代谢调控机制。
图2 CD28与4-1BB共刺激域在CAR-T中的差异化信号与代谢调控
绝处逢生:CAR-T中的4-1BB共刺激域(2010年代)
在抗体药物领域对4-1BB逐渐失去信心的时候,另一个赛道却悄然崛起,CAR-T细胞疗法。CAR-T的设计经历了多代演进。
第一代CAR只有CD3ζ信号域,没有共刺激域,临床效果非常有限。第二代CAR引入了共刺激域,最主流的选择就是CD28或4-1BB。
4-1BB的胞内信号域成为了CAR-T结构中使用最早、探索最多的TNFRSF成员。研究证明,在CAR中引入4-1BB信号可以显著增强T细胞的体内扩增和治疗效果。
与CD28 CAR-T细胞相比,4-1BB共刺激更依赖于K63连接的多聚泛素化来增加T细胞的持久性和抗肿瘤疗效。
这两种共刺激域在临床上也展现出了不同的特征:CD28似乎能更好地促进T细胞增殖,但同时也带来更高的细胞因子释放综合征(CRS)风险和神经毒性。
4-1BB则能够促进更长期的T细胞持续性。简单说,CD28让CAR-T“爆发力强但后劲不足”,4-1BB让CAR-T“细水长流” 。
2017年,FDA批准了全球首个CAR-T疗法,诺华的Kymriah(tisagenlecleucel),用于治疗B细胞急性淋巴细胞白血病。Kymriah使用的正是4-1BB作为共刺激域。随后,强生的CARVYKTI(ciltacabtagene autoleucel)也采用了4-1BB共刺激域。
到今天,所有在临床使用的CAR-T细胞都包含CD28或4-1BB共刺激域。4-1BB作为共刺激域的优越性已经得到了临床的广泛验证,不是作为药物靶点被激动,而是作为CAR的“内嵌部件”被利用。
这是一个极具讽刺意味的转折:在抗体药物领域屡战屡败的4-1BB,在细胞治疗领域却大放异彩。4-1BB没有被直接“踩油门”,而是被巧妙地“内置”到CAR的结构中,在T细胞被肿瘤抗原激活时自动提供共刺激信号。
这种“按需激活”的方式,恰恰避免了全身性激动所带来的毒性问题。下图总结了4-1BB激动剂在安全性与疗效之间寻求平衡的设计原则。
图3 4-1BB激动剂安全性与疗效的平衡原则
结尾
从Urelumab的肝毒性到Utomilumab的疗效不足,第一代4-1BB激动型抗体用两种不同的失败方式告诉了行业一个深刻的道理:4-1BB这个靶点“能打”,但“怎么打”是个极其精巧的技术活。
全身性的、不加节制的4-1BB激活,会带来不可接受的毒性;而过于保守的设计,又会滑向疗效不足的另一端。
但4-1BB在CAR-T中的成功,让行业重新燃起了对这个靶点的兴趣。一个在细胞治疗中已经被证明“好用”的分子,为什么在抗体药物中就这么难搞?
不是4-1BB本身有问题,而是激动的方式有问题。全身性的、系统性的4-1BB激活会带来毒性;但如果在肿瘤微环境中实现局部、条件性的激活,就可能兼顾疗效和安全性。
下篇预告:Urelumab和Utomilumab的失败,并没有让行业放弃4-1BB。相反,它们为后来者指明了方向,双特异性抗体让4-1BB的激活严格限制在肿瘤部位;Fc工程化让抗体的交联依赖于特定Fc受体;前药策略让分子只在肿瘤微环境中被激活。
60余个分子进入临床,最接近上市的项目已递交NDA。4-1BB的黎明,正在到来。敬请期待下篇:《颠覆与未来,第二代分子的精妙设计与2026竞争版图》。
关于海百
海百生物(HBind)成立于2016年5月,位于武汉市东湖高新区,是一家以“加速药物研发、守护人类健康”为使命,致力于创新生物药、抗体等各类靶向结合分子的开发和应用的高新技术企业,为全球创新药企和科研机构提供从抗原设计制备、抗体开发、筛选评价、工程化改造和生产的一站式抗体服务。
团队现已成功完成900+项目,形成多种属全平台的抗体等靶向结合分子开发能力。涵盖人、鼠、兔、羊驼等15个物种,包含流式单B、噬菌体、酵母、细胞、mRNA展示、杂交瘤共六大技术平台。
【往期精选】
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【参考文献】
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