抗体药物的全面综述

抗体药物的全面综述

1前言

在过去的30多年里，治疗性抗体已经彻底改变了癌症

靶向治疗的领域。迄今为止，美国食品和药物管理局（FDA）

已批准超过100种单克隆抗体用于治疗不同的人类疾病，包

括癌症、自身免疫性疾病和慢性炎症性疾病等。此外，单克

隆抗体的其他衍生形式，例如抗体片段、双特异性抗体、抗

体偶联药物和抗体融合蛋白也已成功的应用于临床，相继成

为多种癌症的替代治疗药物。

基于抗体的生物疗法是制药市场增长最快的细分市场

之一，因为它们具有高选择性和理想的药理学特性，如更长

的半衰期，从而相比小分子药物更加安全有效。2021年，全

球抗体药物市场达到2173亿美元，预计在未来十年内将以

约15%的年增长率增长。

2治疗性抗体的发展阶段

伴随现代科技的发展，治疗性抗体经历了鼠源性抗体,

嵌合抗体，改性抗体和表面重塑抗体（部分人源化抗体），

以及全人源化抗体等不同发展阶段。

第一代：鼠源单抗（momab）

第一个单克隆抗体药Orthoclone0KT3来自于小鼠，它

的氨基酸序列都是鼠源的。鼠源抗体在给病人服用过程中常

常遇到一些问题：1）人体把这些单抗药当作异体蛋白，会

产生免疫排斥。2）免疫排斥使单抗药很快从病人体内被清

除掉，大大降低了它们应有的疗效。尤其治疗慢性疾病需要

长期服用的情况下，鼠源单抗药在后续注射时疗效甚微；3）

少数病例中，鼠源抗体会引起严重的过敏反应，甚至导致了

个别病人的死亡。

第二代：人鼠嵌合单抗(ximab)和人源化单抗(zumab)

人源化抗体一般是以鼠源抗体为基础，通过更换蛋白片

断和置换部分氨基酸序列，使抗体的最终氨基酸序列更接近

人源的。人源化单抗技术最大的缺点是缺乏通用的方法。每

个抗体分子的人源化，都需要个案分析、分子建模、大量的

改造和试错。即使这样，由于鼠源序列的存在，人源化单抗

还是不能完全避免免疫排斥或超敏的风险。

第三代：全人源单抗(mumab)

全人源抗体是任何能被人体B细胞表达的抗体，其氨基

酸序列是100%由人的基因编码的。通常有两种筛选技术：噬

菌体展示和转基因小鼠。

噬菌体展示和转基因小鼠在筛选全人源抗体中各有千

秋。一般来说，噬菌体展示技术“先快后慢”，即找到针对

某种靶蛋白的抗体很快，但选出的这个抗体和靶蛋白的亲和

性往往不高，需要人工细调，更换个别氨基酸。优化这一步

费时费力，而且即使优化的抗体和通过转基因小鼠出来的抗

体相比，亲和力可能还是相差一个数量级。另外，在优化的

过程中需要替换一些氨基酸，也就引进了被免疫排斥的风险。

转基因小鼠技术是“先慢后快”，将抗原注射到小鼠体内、

产生特异抗体、制备杂交瘤细胞等前几步需要几个月的时间。

但一旦最初的抗体产生，其优化过程在小鼠体内继续完成，

又快又好，并且不用担心免疫排斥的问题。

3治疗性抗体的作用机制

由于癌症的复杂性，要求基于抗体的药物通过多种机制

发挥作用。即使是针对单一靶标，根据Ab-Ag结合特性、诱

导效应器功能的能力以及其他因素，也可以开发出具有不同

生物学活性的抗体药物。现有抗体药物的常见MOA包括（i）

配体-受体相互作用的破坏；（ii）通过抗体依赖性细胞毒

性（ADCC）、补体依赖性细胞毒性（CDC）和抗体依赖性细

胞吞噬（ADCP）清除靶细胞；（iii）双特异性抗体T细胞

结合器；（iv）通过增强内化和降解来下调受体；（v）靶

向给药。

阻断配体-受体相互作用

配体-受体相互作用是许多细胞事件信号转导的初始步

骤，包括细胞增殖、粘附和迁移，其中一些与癌症进展有关。

结合配体-受体界面两侧的抗体可以破坏结合，干扰信号转

导，从而阻止疾病进展°例如，贝伐单抗（Avastin）是2004

年开发并批准用于治疗结直肠癌的第一种抗血管生成抗体

药物。贝伐单抗的信号阻断抑制血管生成信号，降低肿瘤细

胞血供，导致肿瘤缩小。

通过ADCC和CDC的细胞清除

大部分单克隆抗体的治疗活性源于Fc受体结合区域的

效应器功能，这些效应器功能包括ADCC、ADCP和CDC。对于

可溶性配体，单克隆抗体结合形成免疫复合物，可被效应细

胞消除；对于细胞表面受体，单克隆抗体结合的细胞可被效

应细胞攻击，导致细胞破坏和死亡。FDA批准第一个CD20嵌

合抗体利妥昔单抗用于治疗非霍奇金淋巴瘤。利妥昔单抗的

效力主要来自抗体参与的效应器功能，包括CDC、ADCP和ADCCo

双特异性抗体T细胞结合器

在许多抗肿瘤效应中，细胞毒性T细胞起着至关重要的

作用，然而，抗肿瘤T细胞反应受到癌细胞免疫逃逸机制的

效力较低的化疗药物。此外，与其他ADC相比，免疫脂质体

可能具有额外的优势，因为它可以使用相同的靶向颗粒来封

装用于治疗的毒性药物和用于肿瘤可视化的放射性同位素。

4抗体偶联药物(ADC)

抗体偶联药物是由靶向特异性抗原的单克隆抗体与小

分子细胞毒性药物通过连接子链接而成，兼具传统小分子化

疗的强大杀伤效应及抗体药物的肿瘤靶向性。ADCs于20世

纪90年代中期首次进入临床试验以来，经过近30年的发展,

已经成为一个非常成功的肿瘤学平台。2009年gemtuzumab

ozogamicin(Mylotarg)是FDA批准的第一个ADC药物。目

前，全球已上市了16个ADC药物。

2009年，卡利霉素、金盏花素和美登素类药物是用于

ADC开发的主要细胞毒素。十年来，这些分子仍然被用作有

效载荷进行优化，以获得更好的稳定性和亲水性。新的细胞

毒性物质也被开发出来，如PBDs、杜卡霉素和喜树碱衍生物

等。抗体工程在10年间也已经取得了相当大的进展，允许

更多的位点特异性偶联，提高了ADC的均一性和稳定性。新

的第二代和第三代ADC已经进入临床，以期获得更好的治疗

效果和安全性。几一种基于半胱氨酸残基、非天然氨基酸或

分子工程模式的生物偶联技术也已经在临床前研究获得了

验证。此外，更多的肿瘤特异性抗原靶点和肿瘤内细胞毒性

药物的释放机制使ADC获得了爆炸式的发展，ADC药物进入

了黄金时代。

5双特异性抗体

单克隆抗体因其特异性靶向分子的能力，已成为癌症治

疗中一种关键而有效的治疗方式。然而，由于肿瘤复杂的疾

病发病机制，针对些一靶点的单克隆抗体往往不足以表现出

足够的治疗效果。因此，针对多个靶点的双特异性抗体

(bsAbs)应运而生，它的发展改变了肿瘤免疫治疗的领域。

根据其功能机制，BsAb可分为4类：结合同一抗原的两个表

位、细胞-细胞接合器、双功能调节剂和细胞治疗中的BsAb。

2014年，首个靶向CD19/CD3e的双特异性T细胞接合

器(BiTE)blinatumomabFDA批准用于治疗急性淋巴细胞

白血病(ALL)o自那时起，bsAbs掀起了一阵开发热潮。截

至2020年底，有三种bsAbs获得批准。尤其最近几年，3年

中新增了11种bsAbs获得了监管机构的批准，其中9种被

批准用于治疗癌症，2种用于非肿瘤适应症。

7抗体融合蛋白

细胞因子，如IL-2、IFN-Y、G-CSF、TNF-a和趋化因

子(如CXCL3),是由免疫细胞或非免疫细胞产生的小蛋白

质，在提高生物药物疗效方面发挥着重要作用。随着癌症研

究的巨大进展，治疗性抗体在治疗癌症方面取得的显著成功

引发了人们对开发单独或联合使用的新型免疫疗法的兴趣。

细胞因子与抗体或抗体片段的融合可能导致更具针对性的

TAA,这可能会提高细胞因子的疗效、药代动力学和局部浓

度，并防止全身毒性。

8小分子抗体药物

F(ab')2,是一种分子量为UOkDa的二价片段，由两

个通过较链区连接在一起的Fab片段组成。由于尺寸较小，

它们比单克隆抗体具有更好的渗透性。NMPA批准了

Metuximab-1131,一种放射性碘［131□标记的抗CD147F(ab')

2单抗，用于治疗肝癌。目目前，FDA没有批准癌症治疗的F

(ab*)2药物。

单链抗体由重链(VH)和轻链(VL)的可变区域组成，

它们通过柔性肽接头连接在一起。单链抗体可在大肠杆菌中

表达，在肿瘤中显示出良好的渗透性。目前，在癌症治疗的

临床试验中，正在开发几种单价单链抗体融合蛋白，包括

L19-IL-2.rM28、D2C7-IT(I期)和Vicinium(HI期)。

纳米抗体是在自然界中存在的一些奇特的小分子抗体,

它们分子量比较小，可变区即是获得具有抗原结合能力的结

构域。FDA和EMA批准的第一种VHH药物caplacizumab

(AblynxInc),是一种用于治疗成人获得性血栓性血小板

减少性紫瘢的人源化抗VWFVHHo

临床上正在研究各种VHH,以评估其用于不同目的的效

果，包括癌症治疗。例如，目前正在评估抗EGFRVHH、抗

I1ER2VIIIL抗VEGFR2VHH、抗c-MetVHH、和抗CXCR7VHH。

两个VHH正在进行癌症治疗的I期临床试验，Ablynx的抗

CXCR4VHH(ALX-0651)和诺华的新型激动性四价抗DR5VHH

(TAS266)o

9抗体药物的免疫原性

抗药抗体(Anti-drugantibody,ADA)是抗体药物免疫

原性评价的主要方式。ADA的形成可以分为与患者相关的因

素和与药物相关的因素。

患者相关因素包括：

1.遗传因素：病人ADA出现和病人当时的免疫状态，

主要组织相容性和八类白细胞抗原等位基因的差异相关。

2.患者疾病状态：例如有无过往的微生物和病毒感染

史；单克隆抗体的免疫原性可能与年龄有关，即儿童的蛋白

质周转率与成人不同，这可能导致观察到的免疫原性不同；

疾病相关因素也强烈影响免疫原性；先前接触过类似或相关

的单克隆抗体也会影响免疫原性。

3.给药方案：重复给药或间歇给药比一次性使用的单

克隆抗体诱导免疫原性的可能性更高；如联合使用免疫抑制

剂，ADA会降低；

与药物相关的因素包括：

1.抗体源性：尽管为了降低免疫原性，先后开发了嵌合

抗体，人源化抗体和全人源单抗，但是人源化改造，并没有

完全消除ADA,即使人源化抗体的CDR区，依然有强的免疫

原性，产生抗独特型抗体。

2.配方、容器系统、储存条件会影响产品的免疫原性。

这些因素可能通过成分与治疗蛋白质和容器封闭系统的相

互作用影响免疫原性，例如蛋白质构象的改变、作为免疫佐

剂的杂质的提取、引起诸如聚集、微粒或脱酰胺等改变。

3.改变的糖基化模式可降低或增强分子的免疫原性，例

如通过屏蔽蛋白质主干或通过Toll样受体触发先天免疫应

答。

4.非典型的糖基化模式，例如可能发生在全新的表达

系统中，与通常使月的表达系统相比，可能引起免疫原性的

改变。

5.其他有助于免疫原性的因素包括产生方法、途径、剂

量和给药频率产生的杂质。

10抗体药物的产业化趋势

抗体药物的开发和发展是高度动态变化的，了解抗体药

物的产业化趋势有助于我们发现和设计更具开发潜力的候

选药物。

基于截至2020年6月批准的89种抗体药物的信息，有

82种(92%)是全长的单克隆抗体，有1个是全长IgG的双

特异性抗体(emicizumab)o在剩下的六个中，一个是双特

异性T细胞结合器(blinatumomab)；三种是抗原结合片段

(Fab),包括abciximab,idarucizumab和anibizumab；

一种是Fab'(certolizumabpegol)。大多数上市的抗体

药物使用的重链亚型是IgGl,占到统计的抗体药物的72.4%,

另外分别有12个使用了IgG2重链和IgG4重链。

近年来，ADAs发生率较低的抗体得到了更多的批准。

1998年获批的曲妥珠单抗成为第一个ADA发生率低于1%的

抗体药物。在所有统计的89个抗休药物中，ADA的平均报告

发生率为11.3±8.0%；其范围从bezlotoxumab的0%到

alemtuzumab的6296。

抗体药物的产品形式包括西林瓶、预先填充的注射器或

注射笔以及冻干粉。多年来，西林瓶一直是市场上抗体药物

最常见的产品形