治疗性单克隆抗体药物的研究进展

治疗性单克隆抗体药物的研究进展

自1976年发表混合肿瘤技术以来，生物、遗传、蛋白质工程和细胞科学等基础科学的进步，以及生物技术、制药、工业制药等应用科学的进步促进了单克隆抗体药物的快速发展。1986年,第一个治疗性单克隆抗体药物muromonab-CD3(OKT3)经FDA批准上市,此后治疗性单抗经历了鼠源单抗、人鼠嵌合单抗、人源化单抗、全人源单抗4个发展阶段,到2012年共有29种治疗性单抗药物经FDA批准上市销售。如今,治疗性单抗药物经历了市场和时间的考验,已经成为生物医药的最重要组成部分,在疾病治疗上具有广阔的应用前景,成功用于治疗肿瘤、自身免疫性疾病、感染性疾病和移植排斥反应等多种疾病。治疗性单抗的安全性和有效性很大程度上由其作用的靶点决定,上市和在研的单抗药物有些靶向相同的靶点,有些有自己独特的作用靶点,新的作用靶点也在不断地出现。随着研究深入、技术进步,治疗性单抗药物呈现出旺盛的发展势头。1单克隆抗剂的全球治疗1.1治疗性单抗retestp-3d截至2012年底已有29种治疗性单克隆抗体药物通过FDA审批并正在上市销售(表1,按照审批通过时间顺序排序)[本文中的治疗性单克隆抗体药物是指结构中含有抗体可变区(Fv区)的分子,只含有Fc区的分子(如依那西普,etanercept)并未统计在内]。其中一个于2012年6月通过FDA审批:帕妥珠单抗(Pertuzumab)用于治疗HER-2阳性晚期乳腺癌。它被称作“HER二聚化抑制剂”,与HER-2受体胞外结构域II区结合,抑制HER二聚体的形成,阻断信号转导通路。另一个于2012年12月由FDA审批通过:瑞西巴库(Raxibacumab),用于预防和治疗炭疽感染,瑞西巴库为全人源单抗,用于治疗吸入性炭疽病,吸入性炭疽病由吸入炭疽杆菌芽胞引起感染,炭疽杆菌产生的毒素会引起大范围不可逆组织损伤和死亡,瑞西巴库能中和这种毒素。3个通过FDA审批的治疗性单抗药物并未列于表1,它们已经在市场中止销售或撤回:由于商业原因停止销售的达利珠单抗(daclizumab);由于安全问题撤回的吉姆单抗(gemtuzumabozogamicin)和依法利珠单抗(efalizumab)。此外,有报道称muromonab-CD3由于销售额过低也有可能停止市场销售。(续表1)1.2单抗药物的种类为了降低单抗药物的免疫原性并提高疗效,单抗药物从最初的全鼠源逐渐向人源发展。人鼠嵌合抗体药物使用鼠源可变区(fragmentvariable,Fv),其通用名后缀为ximab,阿昔单抗(Abciximab)作为第一个嵌合抗体于1997年投放市场;人源化抗体使用鼠互补决定区(complementaritydeterminingregions,CDR),其通用名后缀为zumab,帕利珠单抗(Palivizumab)作为第一个人源化抗体于1998年上市;全人源单抗的通用名后缀则为umab,阿达木单抗(Adalimumab)作为全球第一个全人源抗体于2002年上市。通用名包含了单抗药物的分子性质和靶点等特有信息,更多细节和通用名的具体列表可参见世界卫生组织发布的报告。表1所列的29种单抗药物中,7种为嵌合抗体,9种为人源化抗体,10种为全人源抗体,其余3种为鼠源抗体。只有3种为Fab抗体,其余均为全长的IgG。截至2011年,超过1000种抗体药物正在欧盟或者美国进行临床试验,其中约164种处于临床III期试验。这些抗体药物中,有55种为全人源抗体(34%),88种为人源化抗体(54%),21种为嵌合抗体(13%),没有鼠源抗体。可以看到由于抗体的异源性所导致的免疫原性问题,严重影响其安全性与疗效,在研的鼠源和嵌合抗体的数量明显下降,占据主流的为全人源和人源化抗体,尤其是全人源抗体呈现出快速的发展趋势。1.3治疗性单抗药物特异性和有效性是治疗性单抗药物优于其他药物最明显的特征:与其他药物的作用原理不同,治疗性单抗药物通常针对特定的单一抗原表位,具有高度的特异性。抗肿瘤抗体药物的研究表明,其特异性主要表现为特异性结合、选择性杀伤靶细胞、体内靶向性分布以及具有更强的疗效。另一方面,治疗性单抗药物经过三十多年的不断发展和完善,其临床有效性明显优于其他药物种类,很多传统医药无法处理的遗传性和后天病理性的代谢、免疫、内分泌、心血管等疾病通过该类药物能够获得有效治疗,越来越为人们所认识和接受。同时,单抗药物还具有其他一些优点,如市场回报率高,市场潜力巨大等。2011年全球治疗性单抗药物以567.6亿美元的销售额继续领跑全球药品市场,同比增加20%,其中9个单克隆抗体药物年销售额超过10亿美元,成为重磅炸弹药物,销售排名前五的治疗性单抗药物依次为:阿达木单抗(Humira)、英夫利昔单抗(Remicade)、利妥昔单抗(Rituxan)、贝伐单抗(Avastin)和曲妥珠单抗(Herceptin),这5种药物2011年的销售额均超过了50亿美元(表2)。治疗性单抗药物存在的问题:临床上可能存在严重不良反应,虽然抗体自身的抗原性问题已经随着全人源抗体技术的进步而减轻,但是由于抗体药物靶点功能研究不详尽、靶点分布位置不明确、药物本身与非靶点的交叉作用认识不全面以及临床前安全性评价采用动物替代人等问题,增加了临床使用的不确定性,多个已经批准上市的抗体药物出现了严重不良反应,Seifert等报道使用rituximab治疗14岁男孩复发性早期B淋巴细胞增生淋巴癌导致出现系统性炎症反应综合征,最终死亡。2004年美国批准上市用于多硬化症治疗的Tysabri,至2005年共治疗5000例病人,出现5例多灶性白质脑病(PML),其中2例死亡。除此之外,大多数单克隆抗体是大分子糖蛋白,分子量大,结构复杂,不利储存;研发费用高(平均每个单抗药物的研发费用为10~18亿美元)、生产过程技术含量和质量标准高、用药量大、培养液及发酵设备昂贵使得抗体药物价格居高不下,被誉为“经济负作用”。2细胞毒活性成分治疗性单抗的安全性和有效性很大程度上由其作用的靶点决定,表1所列的治疗性单抗中有4种靶向肿瘤坏死因子α(tumornecrosisfactor-α,TNF-α),4种靶向白细胞分化抗原20(clusterofdifferentiation20,CD20),2种靶向表皮生长因子受体(epithelialgrowthfactorreceptor,EGFR),2种靶向血管内皮生长因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF),2种靶向人表皮生长因子受体2(humanepidermalgrowthfactorreceptor2,HER2)。其余则识别各自独特的靶点,包括可溶性蛋白:免疫球蛋白E(IgE)、末端补体蛋白C5、白细胞介素1β(Interleukin-1β,IL-1β)、IL-12/23、核因子κB受体活化因子配体(receptoractivatorofnuclearfactor-κBligand,RANKL)和B淋巴细胞刺激因子(Blymphocytestimulator,BLyS);还包括细胞表面受体:CD3、CD25、血小板膜糖蛋白(glycoprotein,GP)Ⅱb/IIIa受体(GPⅡb/Ⅲa)、呼吸道合胞病毒(respiratorysyncytialvirus,RSV)F蛋白、CD52、α4-整合素(Integrinalpha4)、CD30和细胞毒T淋巴细胞相关抗原4(cytotoxicTlymphocyte-associatedantigen-4,CTLA-4)、炭疽毒素表面抗原。目前全球的单抗研发热点主要集中在TNF-α、CD20、EGFR以及VEGF等靶分子上,后基因组时代的转录组学的研究有望寻找到更多的疾病特异性表达的靶点,能够治疗更多的疾病,扩大单抗的应用领域。2.1治疗性单抗药物的应用日益广泛TNF-α是由激活的单核-巨噬细胞产生的一种具有多种生物活性的多肽细胞因子,与机体免疫反应、急性期反应及炎症反应关系密切,它可通过激活细胞因子网络系统而诱发全身炎性反应,导致血液动力学改变、心肌抑制、微血管损伤及急性肺间质损伤等。靶向TNF-α的治疗性单抗药物是目前用于自身免疫性疾病最成功的一类生物药物,此类抗体药物都能结合游离的以及膜结合的TNF-α,抑制其与受体结合,阻断其生物效应,但是不同形式的抗体通过不同的机制发挥作用。靶向TNF-α的治疗性单抗药物与传统药物相比,无论是单药治疗还是联合使用都具有起效快、缓解病情快的特点。2002年阿达木单抗被FDA批准用于治疗类风湿性关节炎,其后它被FDA批准的适应症不断增加:银屑病关节炎(2005年)、强直性脊柱炎(2006年)、克罗恩病(2007年)、斑块型银屑病(2008年)和幼年特发性关节炎(2008年)。2012年9月,FDA又批准了阿达木单抗用于治疗中、重度溃疡性结肠炎患者。阿达木单抗为全人源单抗,免疫原性低,每月只需注射2次,方便的皮下注射给药方式,及众多的证明其疗效的临床试验数据都赋予了它巨大的优势。2011年更是成为全球销量第一的生物药物。英夫利昔单抗是嵌合抗体,塞妥珠单抗为PEG化的人源化Fab片段,戈利木单抗是来源于转基因小鼠的全人源单抗,它们也都靶向于TNF-α,但基本性质、药动学参数各不相同,这些因素也影响着药物的安全性和有效性。靶向TNF-α的治疗性单抗药物的应用日益广泛,其所带来的风险也逐渐引起了人们的重视。已报道的严重的不良反应有:恶性肿瘤、细菌、病毒和真菌引发的感染等,这些都与阻断TNF-α的生理作用有关。由于无法规避的严重副作用及目前上市的此类药物市场覆盖率的影响,目前此类在研药物数量并不占优势。DLX105为瑞士的DelenexTherapeuticsAG公司研发的靶向TNF-α的scFv,用于治疗严重膝关节、骨性关节炎疼痛,2012年10月刚刚完成Ⅱ期临床试验,临床试验显示抗体片段具有很高的靶点亲和力,溶解度和稳定性都高于普通IgG抗体。2.2其他常见靶向cd20的表达白细胞分化抗原(CD)表达于除浆细胞(分泌免疫球蛋白的B细胞)外的发育分化各阶段的B细胞的表面,在B细胞增殖和分化中起重要的调节作用,CD20是抗肿瘤抗体药物的重要靶点。罗氏公司以CD20为靶点的单抗药物利妥昔单抗是FDA批准的第一个治疗淋巴癌的嵌合单抗药物,自1997年在美国获准上市以来一直位列全球畅销药前列。2009年上市的Ofatumumab与利妥昔单抗靶向不同的CD20抗原表位,Ofatumumab结合至一个膜近端抗原表位被认为是靠近细胞表面补体激活位置。与利妥昔单抗比较,Ofatumumab在体外对低水平CD20-表达肿瘤活性更高,具有更慢的解离速率和补体依赖细胞毒作用(CDC)增强。替伊莫单抗与托西莫单抗都是放射性标记的靶向CD20的单抗。处于临床阶段的靶向CD20的单抗药物多为通过蛋白质工程和糖基化工程改造的Fc工程化抗体,如处于临床III期试验的Obinutuzumab是一种人源化IgG1,含有利用GlycArt的糖工程技术优化修饰的铰链区。与利妥昔单抗比较,提高了与FcγRIII的亲和力,具有较高的ADCC,但CDC活性较低。人CD20在B细胞淋巴瘤和非霍奇金淋巴瘤患者体中的表达量异常增高,更为重要的是CD20在与单抗结合后,无显著内化及脱落,使其成为单抗药物的理想靶点,加之已上市靶向CD20单抗药物取得的成功,使其成为继续关注的热点,尤其是经过改造增强抗肿瘤活性的靶向CD20单抗更是研发热点。2.3治疗egfr的单抗和其他药物的联用已上市的以EGFR为靶点的单抗药物包括:西妥昔单抗(cetuximab)和帕尼单抗(panitumumab)。西妥昔单抗是嵌合抗体,2004年被批准上市,适应症为转移性结直肠癌和头颈部鳞状细胞癌;帕尼单抗是全人源抗体,2006年批准上市,适应症为转移性结直肠癌。除序列来源和抗体类型不同外,两个单抗对EGFR靶点的亲和力也不同,西妥昔单抗和帕尼单抗的解离常数数量级分别为1×1010和1×1011。帕尼单抗被认为主要通过阻断配体-受体相互作用而发挥作用,使正常表皮生长因子受体阳性细胞损伤的可能性降低。Necitumumab(ImClone)作为一个全人源单抗,与西妥昔单抗相比,具有降低副作用发生的潜能,但两个药物具有相似的靶点亲和力和部分相同的作用机制。Necitumumab已进入III期临床试验,与吉西他滨-顺铂联用作为IV期鳞状非小细胞肺癌的一线治疗;但是,与培美曲塞-顺铂联用的临床研究,由于药物与血液凝固相关安全性的担忧而被停止。由古巴研发的nimotuzumab(YMBioSciencesInc.)同样靶向EGFR,其耐受性好,并减少了皮疹发生。对nimotuzumab体外结合活性研究显示,nimotuzumab选择性地结合到中度到高EGFR表达水平的细胞。2.4反血管内皮生长因子型抗体贝伐单抗(Bevacizumab)是重组的人源化单克隆抗体,2004年获得FDA的批准,是美国第一个获得批准上市的抑制肿瘤血管生成的药。通过体内、体外检测系统证实该单抗能与人血管内皮生长因子结合并阻断其生物活性。兰尼单抗(ranibizumab)为人源化的抗VEGF单克隆抗体Fab片段部分,与贝伐单抗同为罗氏公司研发,于2006年批准用于治疗年龄相关性黄斑变性。它能阻止脉络膜新生血管的形成,降低病变血管的渗漏。临床研究证明其治疗渗出性年龄相关性黄斑变性疗效显著,且耐受性良好。Ramucirumab(ImClone/Lilly)是一种全人源抗体,靶向结合于VEGF受体2的胞外域,从而阻断血管内皮生长因子配体(VEGF-A,-C,-D)的相互作用,并抑制受体激活。该抗体针对乳腺癌、大肠癌、胃癌、肝癌、肺癌的适应症已处于III期临床试验阶段。属于抗血管生成疗法,但针对特异性更高的靶点。上述4种靶点是单抗药物中高频率重复使用的靶点,其使用的安全性和有效性都更为突出,为药物的研发提供了更高的可靠性,除了上述受到较多关注的靶点外,一些靶点也非常经典,如人表皮生长因子受体2(HER2)是乳腺癌治疗的经典靶点,不但有上市药物曲妥珠单抗(Trastuzumab)和帕妥珠单抗(Pertuzumab),还有处于临床III期ADC单抗药物Trastuzumabemtansine(T-DM1),它是由曲妥珠单抗连接maytansinoid组成,后者为一个新型的抑制微管聚合的美登木素生物碱药物,正在HER2-阳性转移乳腺癌患者中进行评价。三功能抗体Ertumaxomab靶向HER2和CD3,Ertumaxomab目前处在临床II期,临床试验结果显示Ertumaxomab较曲妥珠单抗更为高效,低剂量就能有效发挥抗肿瘤效应。一些新的治疗领域及并不常见的靶点也出现在了正在进行临床试验的治疗性单抗药物中,如panobacumab靶向铜绿假单胞菌表面的抗原表位,最近的一项临床IIa期试验结果表明,它对铜绿假单胞菌引起的肺炎是有效的。Solanezumab靶向β-淀粉样蛋白,用于治疗阿尔茨海默氏病,并已显示出良好的耐受性,目前正在进行两个临床III期研究,并计划启动第三个临床III期试验研究。3我国抗药单抗药物的现状和开发对策3.1技术和产业化技术方面我国目前共上市16种治疗性抗体药物,其中11种为进口单抗药物,5种为国产抗体。2011年销售20亿元,2014年销售额预计将突破50亿元。目前约有90个单抗药物申报/批准临床,每年平均15种以上批准进行临床研究。在技术和产业化方面,我国与世界先进水平尚有不小差距。国内单抗产品原创性极低,多为国外类似品种的“me-too”单抗药物,原创型的全人源单抗申报极少。尽管“me-too”药物较低的价格与更加灵活的销售机制有利于产品上市后的快速推广,但却不利于研发技术积累。与其他生物制药品种相似,受制于体制与机制,国内单抗产品科研成果产业化程度较低;目前国内单抗产业尚处于导入期,规模小,远远低于发达国家产业规模;同时国内的绝大多数生产厂家尚未掌握动物细胞抗体表达量与细胞大规模培养的核心技术,年产量仅相当于国外大制药公司的中试水平(表3),表达水平低、投资规模大、生产成本高,国内单抗产业水平也与国际水平差距明显。3.2单抗药物的应用和评价差距之外,我们也要看到自己的竞争机遇,如果措施得当,不仅可以帮助我们赶上国际单抗药物的发展水平,更有望克服单抗药物已经显露的一些缺陷,使得我国在单抗药物领域具有一定的后发优势。国家新兴战略产业“十二五”规划中已经明确将蛋白类等生物药物列为新兴产业战略之一,单抗等创新型生物药物将获得更多的税收优惠、政府扶持基金和技术支持。本文结合国内单抗药物的发展现状提出一些不成熟的个人观点,旨在抛砖引玉,引发大家对此方面问题的关注和探讨。(1)关于产品可以选择目前技术及临床上更加明确靶点的单抗药物进行开发,关注潜在品种指向,可节约产品开发的成本与时间。(2)创新人才培养、引进目前国际上已经具有成熟的单抗药物开发的研发流程设计,并有国际化公司提供全套技术服务,并提供与之相匹配的产业化配套设备方案,我们可以采用成套技术引进的方式,并做好风险把控,做到引进、吸收国际一流的研发、生产技术的同时,使其技术精髓为我所用,并为创新品种的开发提供支撑,可大大加速技术进步,节约品种开发时间。注重海外顶尖技术人才的合作与引进,辅以优化的国内人才培养模式,打造符合国情、国际一流的生物药物人才平台。同时,单抗产业一般在产品进入II期临床阶段便需要筹划大规模生产线建设,早期投入极高,国内企业必要时可以外包以降低初始投资额。(3)组织资源攻关有利于推动第一pfm研究政府政策、税收与资金扶持,并可以由政府扶持的方式建立技术平台与试验基地,节约早期研发成本;政府组织资源针对动物细胞抗体表达、与细胞大规模培养等重大