治療性單克隆抗體藥物的研究進展

治療性單克隆抗體藥物的研究進展

自1976年發(fā)表混合腫瘤技術(shù)以來，生物、遺傳、蛋白質(zhì)工程和細胞科學等基礎科學的進步，以及生物技術(shù)、制藥、工業(yè)制藥等應用科學的進步促進了單克隆抗體藥物的快速發(fā)展。1986年,第一個治療性單克隆抗體藥物muromonab-CD3(OKT3)經(jīng)FDA批準上市,此后治療性單抗經(jīng)歷了鼠源單抗、人鼠嵌合單抗、人源化單抗、全人源單抗4個發(fā)展階段,到2012年共有29種治療性單抗藥物經(jīng)FDA批準上市銷售。如今,治療性單抗藥物經(jīng)歷了市場和時間的考驗,已經(jīng)成為生物醫(yī)藥的最重要組成部分,在疾病治療上具有廣闊的應用前景,成功用于治療腫瘤、自身免疫性疾病、感染性疾病和移植排斥反應等多種疾病。治療性單抗的安全性和有效性很大程度上由其作用的靶點決定,上市和在研的單抗藥物有些靶向相同的靶點,有些有自己獨特的作用靶點,新的作用靶點也在不斷地出現(xiàn)。隨著研究深入、技術(shù)進步,治療性單抗藥物呈現(xiàn)出旺盛的發(fā)展勢頭。1單克隆抗劑的全球治療1.1治療性單抗retestp-3d截至2012年底已有29種治療性單克隆抗體藥物通過FDA審批并正在上市銷售(表1,按照審批通過時間順序排序)[本文中的治療性單克隆抗體藥物是指結(jié)構(gòu)中含有抗體可變區(qū)(Fv區(qū))的分子,只含有Fc區(qū)的分子(如依那西普,etanercept)并未統(tǒng)計在內(nèi)]。其中一個于2012年6月通過FDA審批:帕妥珠單抗(Pertuzumab)用于治療HER-2陽性晚期乳腺癌。它被稱作“HER二聚化抑制劑”,與HER-2受體胞外結(jié)構(gòu)域II區(qū)結(jié)合,抑制HER二聚體的形成,阻斷信號轉(zhuǎn)導通路。另一個于2012年12月由FDA審批通過:瑞西巴庫(Raxibacumab),用于預防和治療炭疽感染,瑞西巴庫為全人源單抗,用于治療吸入性炭疽病,吸入性炭疽病由吸入炭疽桿菌芽胞引起感染,炭疽桿菌產(chǎn)生的毒素會引起大范圍不可逆組織損傷和死亡,瑞西巴庫能中和這種毒素。3個通過FDA審批的治療性單抗藥物并未列于表1,它們已經(jīng)在市場中止銷售或撤回:由于商業(yè)原因停止銷售的達利珠單抗(daclizumab);由于安全問題撤回的吉姆單抗(gemtuzumabozogamicin)和依法利珠單抗(efalizumab)。此外,有報道稱muromonab-CD3由于銷售額過低也有可能停止市場銷售。(續(xù)表1)1.2單抗藥物的種類為了降低單抗藥物的免疫原性并提高療效,單抗藥物從最初的全鼠源逐漸向人源發(fā)展。人鼠嵌合抗體藥物使用鼠源可變區(qū)(fragmentvariable,Fv),其通用名后綴為ximab,阿昔單抗(Abciximab)作為第一個嵌合抗體于1997年投放市場;人源化抗體使用鼠互補決定區(qū)(complementaritydeterminingregions,CDR),其通用名后綴為zumab,帕利珠單抗(Palivizumab)作為第一個人源化抗體于1998年上市;全人源單抗的通用名后綴則為umab,阿達木單抗(Adalimumab)作為全球第一個全人源抗體于2002年上市。通用名包含了單抗藥物的分子性質(zhì)和靶點等特有信息,更多細節(jié)和通用名的具體列表可參見世界衛(wèi)生組織發(fā)布的報告。表1所列的29種單抗藥物中,7種為嵌合抗體,9種為人源化抗體,10種為全人源抗體,其余3種為鼠源抗體。只有3種為Fab抗體,其余均為全長的IgG。截至2011年,超過1000種抗體藥物正在歐盟或者美國進行臨床試驗,其中約164種處于臨床III期試驗。這些抗體藥物中,有55種為全人源抗體(34%),88種為人源化抗體(54%),21種為嵌合抗體(13%),沒有鼠源抗體?？梢钥吹接捎诳贵w的異源性所導致的免疫原性問題,嚴重影響其安全性與療效,在研的鼠源和嵌合抗體的數(shù)量明顯下降,占據(jù)主流的為全人源和人源化抗體,尤其是全人源抗體呈現(xiàn)出快速的發(fā)展趨勢。1.3治療性單抗藥物特異性和有效性是治療性單抗藥物優(yōu)于其他藥物最明顯的特征:與其他藥物的作用原理不同,治療性單抗藥物通常針對特定的單一抗原表位,具有高度的特異性?？鼓[瘤抗體藥物的研究表明,其特異性主要表現(xiàn)為特異性結(jié)合、選擇性殺傷靶細胞、體內(nèi)靶向性分布以及具有更強的療效。另一方面,治療性單抗藥物經(jīng)過三十多年的不斷發(fā)展和完善,其臨床有效性明顯優(yōu)于其他藥物種類,很多傳統(tǒng)醫(yī)藥無法處理的遺傳性和后天病理性的代謝、免疫、內(nèi)分泌、心血管等疾病通過該類藥物能夠獲得有效治療,越來越為人們所認識和接受。同時,單抗藥物還具有其他一些優(yōu)點,如市場回報率高,市場潛力巨大等。2011年全球治療性單抗藥物以567.6億美元的銷售額繼續(xù)領跑全球藥品市場,同比增加20%,其中9個單克隆抗體藥物年銷售額超過10億美元,成為重磅炸彈藥物,銷售排名前五的治療性單抗藥物依次為:阿達木單抗(Humira)、英夫利昔單抗(Remicade)、利妥昔單抗(Rituxan)、貝伐單抗(Avastin)和曲妥珠單抗(Herceptin),這5種藥物2011年的銷售額均超過了50億美元(表2)。治療性單抗藥物存在的問題:臨床上可能存在嚴重不良反應,雖然抗體自身的抗原性問題已經(jīng)隨著全人源抗體技術(shù)的進步而減輕,但是由于抗體藥物靶點功能研究不詳盡、靶點分布位置不明確、藥物本身與非靶點的交叉作用認識不全面以及臨床前安全性評價采用動物替代人等問題,增加了臨床使用的不確定性,多個已經(jīng)批準上市的抗體藥物出現(xiàn)了嚴重不良反應,Seifert等報道使用rituximab治療14歲男孩復發(fā)性早期B淋巴細胞增生淋巴癌導致出現(xiàn)系統(tǒng)性炎癥反應綜合征,最終死亡。2004年美國批準上市用于多硬化癥治療的Tysabri,至2005年共治療5000例病人,出現(xiàn)5例多灶性白質(zhì)腦病(PML),其中2例死亡。除此之外,大多數(shù)單克隆抗體是大分子糖蛋白,分子量大,結(jié)構(gòu)復雜,不利儲存;研發(fā)費用高(平均每個單抗藥物的研發(fā)費用為10~18億美元)、生產(chǎn)過程技術(shù)含量和質(zhì)量標準高、用藥量大、培養(yǎng)液及發(fā)酵設備昂貴使得抗體藥物價格居高不下,被譽為“經(jīng)濟負作用”。2細胞毒活性成分治療性單抗的安全性和有效性很大程度上由其作用的靶點決定,表1所列的治療性單抗中有4種靶向腫瘤壞死因子α(tumornecrosisfactor-α,TNF-α),4種靶向白細胞分化抗原20(clusterofdifferentiation20,CD20),2種靶向表皮生長因子受體(epithelialgrowthfactorreceptor,EGFR),2種靶向血管內(nèi)皮生長因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF),2種靶向人表皮生長因子受體2(humanepidermalgrowthfactorreceptor2,HER2)。其余則識別各自獨特的靶點,包括可溶性蛋白:免疫球蛋白E(IgE)、末端補體蛋白C5、白細胞介素1β(Interleukin-1β,IL-1β)、IL-12/23、核因子κB受體活化因子配體(receptoractivatorofnuclearfactor-κBligand,RANKL)和B淋巴細胞刺激因子(Blymphocytestimulator,BLyS);還包括細胞表面受體:CD3、CD25、血小板膜糖蛋白(glycoprotein,GP)Ⅱb/IIIa受體(GPⅡb/Ⅲa)、呼吸道合胞病毒(respiratorysyncytialvirus,RSV)F蛋白、CD52、α4-整合素(Integrinalpha4)、CD30和細胞毒T淋巴細胞相關抗原4(cytotoxicTlymphocyte-associatedantigen-4,CTLA-4)、炭疽毒素表面抗原。目前全球的單抗研發(fā)熱點主要集中在TNF-α、CD20、EGFR以及VEGF等靶分子上,后基因組時代的轉(zhuǎn)錄組學的研究有望尋找到更多的疾病特異性表達的靶點,能夠治療更多的疾病,擴大單抗的應用領域。2.1治療性單抗藥物的應用日益廣泛TNF-α是由激活的單核-巨噬細胞產(chǎn)生的一種具有多種生物活性的多肽細胞因子,與機體免疫反應、急性期反應及炎癥反應關系密切,它可通過激活細胞因子網(wǎng)絡系統(tǒng)而誘發(fā)全身炎性反應,導致血液動力學改變、心肌抑制、微血管損傷及急性肺間質(zhì)損傷等。靶向TNF-α的治療性單抗藥物是目前用于自身免疫性疾病最成功的一類生物藥物,此類抗體藥物都能結(jié)合游離的以及膜結(jié)合的TNF-α,抑制其與受體結(jié)合,阻斷其生物效應,但是不同形式的抗體通過不同的機制發(fā)揮作用。靶向TNF-α的治療性單抗藥物與傳統(tǒng)藥物相比,無論是單藥治療還是聯(lián)合使用都具有起效快、緩解病情快的特點。2002年阿達木單抗被FDA批準用于治療類風濕性關節(jié)炎,其后它被FDA批準的適應癥不斷增加:銀屑病關節(jié)炎(2005年)、強直性脊柱炎(2006年)、克羅恩病(2007年)、斑塊型銀屑病(2008年)和幼年特發(fā)性關節(jié)炎(2008年)。2012年9月,FDA又批準了阿達木單抗用于治療中、重度潰瘍性結(jié)腸炎患者。阿達木單抗為全人源單抗,免疫原性低,每月只需注射2次,方便的皮下注射給藥方式,及眾多的證明其療效的臨床試驗數(shù)據(jù)都賦予了它巨大的優(yōu)勢。2011年更是成為全球銷量第一的生物藥物。英夫利昔單抗是嵌合抗體,塞妥珠單抗為PEG化的人源化Fab片段,戈利木單抗是來源于轉(zhuǎn)基因小鼠的全人源單抗,它們也都靶向于TNF-α,但基本性質(zhì)、藥動學參數(shù)各不相同,這些因素也影響著藥物的安全性和有效性。靶向TNF-α的治療性單抗藥物的應用日益廣泛,其所帶來的風險也逐漸引起了人們的重視。已報道的嚴重的不良反應有:惡性腫瘤、細菌、病毒和真菌引發(fā)的感染等,這些都與阻斷TNF-α的生理作用有關。由于無法規(guī)避的嚴重副作用及目前上市的此類藥物市場覆蓋率的影響,目前此類在研藥物數(shù)量并不占優(yōu)勢。DLX105為瑞士的DelenexTherapeuticsAG公司研發(fā)的靶向TNF-α的scFv,用于治療嚴重膝關節(jié)、骨性關節(jié)炎疼痛,2012年10月剛剛完成Ⅱ期臨床試驗,臨床試驗顯示抗體片段具有很高的靶點親和力,溶解度和穩(wěn)定性都高于普通IgG抗體。2.2其他常見靶向cd20的表達白細胞分化抗原(CD)表達于除漿細胞(分泌免疫球蛋白的B細胞)外的發(fā)育分化各階段的B細胞的表面,在B細胞增殖和分化中起重要的調(diào)節(jié)作用,CD20是抗腫瘤抗體藥物的重要靶點。羅氏公司以CD20為靶點的單抗藥物利妥昔單抗是FDA批準的第一個治療淋巴癌的嵌合單抗藥物,自1997年在美國獲準上市以來一直位列全球暢銷藥前列。2009年上市的Ofatumumab與利妥昔單抗靶向不同的CD20抗原表位,Ofatumumab結(jié)合至一個膜近端抗原表位被認為是靠近細胞表面補體激活位置。與利妥昔單抗比較,Ofatumumab在體外對低水平CD20-表達腫瘤活性更高,具有更慢的解離速率和補體依賴細胞毒作用(CDC)增強。替伊莫單抗與托西莫單抗都是放射性標記的靶向CD20的單抗。處于臨床階段的靶向CD20的單抗藥物多為通過蛋白質(zhì)工程和糖基化工程改造的Fc工程化抗體,如處于臨床III期試驗的Obinutuzumab是一種人源化IgG1,含有利用GlycArt的糖工程技術(shù)優(yōu)化修飾的鉸鏈區(qū)。與利妥昔單抗比較,提高了與FcγRIII的親和力,具有較高的ADCC,但CDC活性較低。人CD20在B細胞淋巴瘤和非霍奇金淋巴瘤患者體中的表達量異常增高,更為重要的是CD20在與單抗結(jié)合后,無顯著內(nèi)化及脫落,使其成為單抗藥物的理想靶點,加之已上市靶向CD20單抗藥物取得的成功,使其成為繼續(xù)關注的熱點,尤其是經(jīng)過改造增強抗腫瘤活性的靶向CD20單抗更是研發(fā)熱點。2.3治療egfr的單抗和其他藥物的聯(lián)用已上市的以EGFR為靶點的單抗藥物包括:西妥昔單抗(cetuximab)和帕尼單抗(panitumumab)。西妥昔單抗是嵌合抗體,2004年被批準上市,適應癥為轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌和頭頸部鱗狀細胞癌;帕尼單抗是全人源抗體,2006年批準上市,適應癥為轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌。除序列來源和抗體類型不同外,兩個單抗對EGFR靶點的親和力也不同,西妥昔單抗和帕尼單抗的解離常數(shù)數(shù)量級分別為1×1010和1×1011。帕尼單抗被認為主要通過阻斷配體-受體相互作用而發(fā)揮作用,使正常表皮生長因子受體陽性細胞損傷的可能性降低。Necitumumab(ImClone)作為一個全人源單抗,與西妥昔單抗相比,具有降低副作用發(fā)生的潛能,但兩個藥物具有相似的靶點親和力和部分相同的作用機制。Necitumumab已進入III期臨床試驗,與吉西他濱-順鉑聯(lián)用作為IV期鱗狀非小細胞肺癌的一線治療;但是,與培美曲塞-順鉑聯(lián)用的臨床研究,由于藥物與血液凝固相關安全性的擔憂而被停止。由古巴研發(fā)的nimotuzumab(YMBioSciencesInc.)同樣靶向EGFR,其耐受性好,并減少了皮疹發(fā)生。對nimotuzumab體外結(jié)合活性研究顯示,nimotuzumab選擇性地結(jié)合到中度到高EGFR表達水平的細胞。2.4反血管內(nèi)皮生長因子型抗體貝伐單抗(Bevacizumab)是重組的人源化單克隆抗體,2004年獲得FDA的批準,是美國第一個獲得批準上市的抑制腫瘤血管生成的藥。通過體內(nèi)、體外檢測系統(tǒng)證實該單抗能與人血管內(nèi)皮生長因子結(jié)合并阻斷其生物活性。蘭尼單抗(ranibizumab)為人源化的抗VEGF單克隆抗體Fab片段部分,與貝伐單抗同為羅氏公司研發(fā),于2006年批準用于治療年齡相關性黃斑變性。它能阻止脈絡膜新生血管的形成,降低病變血管的滲漏。臨床研究證明其治療滲出性年齡相關性黃斑變性療效顯著,且耐受性良好。Ramucirumab(ImClone/Lilly)是一種全人源抗體,靶向結(jié)合于VEGF受體2的胞外域,從而阻斷血管內(nèi)皮生長因子配體(VEGF-A,-C,-D)的相互作用,并抑制受體激活。該抗體針對乳腺癌、大腸癌、胃癌、肝癌、肺癌的適應癥已處于III期臨床試驗階段。屬于抗血管生成療法,但針對特異性更高的靶點。上述4種靶點是單抗藥物中高頻率重復使用的靶點,其使用的安全性和有效性都更為突出,為藥物的研發(fā)提供了更高的可靠性,除了上述受到較多關注的靶點外,一些靶點也非常經(jīng)典,如人表皮生長因子受體2(HER2)是乳腺癌治療的經(jīng)典靶點,不但有上市藥物曲妥珠單抗(Trastuzumab)和帕妥珠單抗(Pertuzumab),還有處于臨床III期ADC單抗藥物Trastuzumabemtansine(T-DM1),它是由曲妥珠單抗連接maytansinoid組成,后者為一個新型的抑制微管聚合的美登木素生物堿藥物,正在HER2-陽性轉(zhuǎn)移乳腺癌患者中進行評價。三功能抗體Ertumaxomab靶向HER2和CD3,Ertumaxomab目前處在臨床II期,臨床試驗結(jié)果顯示Ertumaxomab較曲妥珠單抗更為高效,低劑量就能有效發(fā)揮抗腫瘤效應。一些新的治療領域及并不常見的靶點也出現(xiàn)在了正在進行臨床試驗的治療性單抗藥物中,如panobacumab靶向銅綠假單胞菌表面的抗原表位,最近的一項臨床IIa期試驗結(jié)果表明,它對銅綠假單胞菌引起的肺炎是有效的。Solanezumab靶向β-淀粉樣蛋白,用于治療阿爾茨海默氏病,并已顯示出良好的耐受性,目前正在進行兩個臨床III期研究,并計劃啟動第三個臨床III期試驗研究。3我國抗藥單抗藥物的現(xiàn)狀和開發(fā)對策3.1技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)方面我國目前共上市16種治療性抗體藥物,其中11種為進口單抗藥物,5種為國產(chǎn)抗體。2011年銷售20億元,2014年銷售額預計將突破50億元。目前約有90個單抗藥物申報/批準臨床,每年平均15種以上批準進行臨床研究。在技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化方面,我國與世界先進水平尚有不小差距。國內(nèi)單抗產(chǎn)品原創(chuàng)性極低,多為國外類似品種的“me-too”單抗藥物,原創(chuàng)型的全人源單抗申報極少。盡管“me-too”藥物較低的價格與更加靈活的銷售機制有利于產(chǎn)品上市后的快速推廣,但卻不利于研發(fā)技術(shù)積累。與其他生物制藥品種相似,受制于體制與機制,國內(nèi)單抗產(chǎn)品科研成果產(chǎn)業(yè)化程度較低;目前國內(nèi)單抗產(chǎn)業(yè)尚處于導入期,規(guī)模小,遠遠低于發(fā)達國家產(chǎn)業(yè)規(guī)模;同時國內(nèi)的絕大多數(shù)生產(chǎn)廠家尚未掌握動物細胞抗體表達量與細胞大規(guī)模培養(yǎng)的核心技術(shù),年產(chǎn)量僅相當于國外大制藥公司的中試水平(表3),表達水平低、投資規(guī)模大、生產(chǎn)成本高,國內(nèi)單抗產(chǎn)業(yè)水平也與國際水平差距明顯。3.2單抗藥物的應用和評價差距之外,我們也要看到自己的競爭機遇,如果措施得當,不僅可以幫助我們趕上國際單抗藥物的發(fā)展水平,更有望克服單抗藥物已經(jīng)顯露的一些缺陷,使得我國在單抗藥物領域具有一定的后發(fā)優(yōu)勢。國家新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)“十二五”規(guī)劃中已經(jīng)明確將蛋白類等生物藥物列為新興產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略之一,單抗等創(chuàng)新型生物藥物將獲得更多的稅收優(yōu)惠、政府扶持基金和技術(shù)支持。本文結(jié)合國內(nèi)單抗藥物的發(fā)展現(xiàn)狀提出一些不成熟的個人觀點,旨在拋磚引玉,引發(fā)大家對此方面問題的關注和探討。(1)關于產(chǎn)品可以選擇目前技術(shù)及臨床上更加明確靶點的單抗藥物進行開發(fā),關注潛在品種指向,可節(jié)約產(chǎn)品開發(fā)的成本與時間。(2)創(chuàng)新人才培養(yǎng)、引進目前國際上已經(jīng)具有成熟的單抗藥物開發(fā)的研發(fā)流程設計,并有國際化公司提供全套技術(shù)服務,并提供與之相匹配的產(chǎn)業(yè)化配套設備方案,我們可以采用成套技術(shù)引進的方式,并做好風險把控,做到引進、吸收國際一流的研發(fā)、生產(chǎn)技術(shù)的同時,使其技術(shù)精髓為我所用,并為創(chuàng)新品種的開發(fā)提供支撐,可大大加速技術(shù)進步,節(jié)約品種開發(fā)時間。注重海外頂尖技術(shù)人才的合作與引進,輔以優(yōu)化的國內(nèi)人才培養(yǎng)模式,打造符合國情、國際一流的生物藥物人才平臺。同時,單抗產(chǎn)業(yè)一般在產(chǎn)品進入II期臨床階段便需要籌劃大規(guī)模生產(chǎn)線建設,早期投入極高,國內(nèi)企業(yè)必要時可以外包以降低初始投資額。(3)組織資源攻關有利于推動第一pfm研究政府政策、稅收與資金扶持,并可以由政府扶持的方式建立技術(shù)平臺與試驗基地,節(jié)約早期研發(fā)成本;政府組織資源針對動物細胞抗體表達、與細胞大規(guī)模培養(yǎng)等重大