文献分享：最新抗体药物治疗综述
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科学
2024-05-21 14:39
湖北
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癌症治疗的最大挑战是在对正常细胞损失最小的情况下根除癌细胞。为了应对这一挑战，靶向治疗已经被开发出来，与传统的化学疗法和放射疗法的癌症治疗方法相比，他的治疗指数大幅提高。抗体是靶向治疗药物家族的重要成员，因为它们对目标抗原具有非常高的特异性。治疗性抗体，抗体药物偶联物，以及免疫检查点抗体陆续产生，同时双特异性抗体被合成设计用于重新定向患者的T细胞以杀死癌细胞。
2024年5月13日美国研究人员在Nature Reviews Cancer上发表了一篇名为“Cancer therapy with antibodies”的文章，该文章总结了治疗性抗体用于靶向癌细胞的不同方法，讨论了他们的作用机制，靶向特异性的结构基础，临床应用以及正在进行的提高疗效和降低毒性的研究。
传统上，单克隆抗体是利用CesarMilstein和GeorgesKohler在1975年开发的杂交瘤技术生产的，该杂交瘤技术产生一系列小鼠单克隆抗体，稳定且经济有效，但是小鼠抗体注入人体会产生人抗小鼠抗体（HAMA）免疫效应，这限制了他们的功效，并增加了不良反应。随后嵌合抗体的出现也无法解决这以问题。为了进一步减少不必要的免疫反应，通过20世纪80年代开发的一种称为“人源化”的方法，增加了小鼠单克隆抗体的人源含量。人源化涉及仅将小鼠抗体的互补性决定区域（CDR）移植到人抗体的框架区域。除了小鼠杂交瘤技术以外，兔杂交瘤技术也被开发出来，用于生产针对肿瘤抗原的兔单克隆抗体。CDR嫁接方法已被用于人源化兔单克隆抗体，如针对间皮素的YP218，用于临床开发。在20世纪90年代发展起来的人类抗体噬菌体展示技术和表达转基因小鼠模型的人类抗体的两大技术的帮助下，全人源抗体得以产生。另外最新的单B细胞抗体开发技术进一步优化了抗体多样性和高通量的可及性。
目前进入临床实验的抗体要么是人源化的，要么是完全人源化抗体，根据之前的实验结果，人源化抗体和全人源化抗体在患者身上一般出现相似的效果。抗体疗法根据其结构和功能机制可以分为三种主要形式，单特异性抗体，双特异性抗体，和结合有效载荷（如药物，毒素，放射性药物）的抗体。这些不同类型和机制的抗体提供了多种策略来靶向和杀死癌细胞，每种方法都有其独特的优势和潜在的应用前景，为癌症治疗带来了新的希望。
pBsAbs中EBP可以靶向癌细胞表面过度表达的EGFR，而抗SIRP-α单克隆抗体则用于靶向巨噬细胞上的SIRP-α，pBsAbs双特异性抗体可以增强巨噬细胞和癌细胞的相互作用，并阻断CD47-SIRP-α之间的“不要吃我”检查点信号，从而防止CD47对癌细胞巨噬细胞介导的吞噬作用失活，并促进抗体依赖性细胞吞噬（ADCP）和3D细胞球样浸润。单特异性抗体是与靶抗原结合的全长免疫球蛋白，它有5种亚型IgG、IgM、IgA、IgE和IgD，其中只有IgG4与新生儿Fc受体（FcRn）结合，导致半衰期长约21天。大多数FDA和EMA批准的抗体以及正在开发的抗体使用IgG抗体格式，IgG抗体有四个亚类（IgG1、IgG2、IgG3和IgG4），大多数治疗性抗体利用IgG1亚类。单特异性抗体一般靶向抗原是细胞表面蛋白，主要是在实体癌中过表达的生长因子受体，对于血液系统恶性肿瘤，抗体通常针对由不同免疫细胞亚群表达的细胞表面糖蛋白（也称为分化簇（CD）标记物）。
单特异性抗体结合癌细胞上的抗原，通过多种机制导致细胞死亡，包括生长因子受体（如人表皮生长因子受体2（HER2））的生存信号中断，免疫细胞的激活（如自然杀伤（NK）细胞介导的抗体依赖性细胞毒性（ADCC）和巨噬细胞介导的抗体依赖性细胞吞噬（ADCP））。以及通过激活补体级联反应（补体依赖性细胞毒性（CDC））。免疫检查点阻断抗体结合并激活免疫细胞，如T细胞导联致免疫介导的癌细胞死亡。人表皮生长因子受体2（HER2）特异性抗体结合不同的HER2表位。HER2胞外域（ECD）与Trastuzumab和Pertuzumab片段抗原结合（Fab）结构域结合，这种复合物结构指导了双特异性抗体zanidatamab的设计。通过这种结构分析技术，可以用来了解Rituximab的治疗机制，通过结构分析，发现CD20会形成一个二聚体，每个CD20分子与一个Rituximab的Fab结合。Rituximab通过交联CD20二聚体形成大的超分子复合物来促进CD20的聚集。单特异性抗体Fc工程：大多数IgG1抗体效应功能是由Fc结构域介导的，常见Fc结构域修饰包括聚焦化（从Fc区域去除焦点，以增加FcγrIIIa结合）或关键残基的氨基酸替换（如增加与Fc受体结合的S239D和I332E），这两种修饰均导致ADCC和ADCP增强。
免疫检查点抑制剂：针对免疫细胞调节检查点的单特异性抗体在癌症患者中显示出了显著的临床疗效。FDA和EMA批准的11种免疫检查点抑制抗体目前正在用于治疗20多种不同类型的癌症，包括肺癌、黑色素瘤、肾细胞癌、头颈部鳞状细胞癌，预计还有几种这些抑制性抗体将在不久的将来获得批准。免疫检查点通过阻断抗体抑制负调节T细胞的途径，从而使细胞毒性T细胞重新活化，杀死癌细胞。已获得FDA或EMA批准的治疗性抗体靶向的三种蛋白或途径是CTLA4，PD1-PDL1和LAG3。PD1阻断抗体是目前使用最广泛的免疫检查点抑制剂。7种已获批的PD1阻断抗体和目前正在临床试验的两种使用IgG4格式，与IgG1同型相比，它不能有效激活补体级联，Fc受体结合较弱。因此，IgG4格式可能保护表达PD1的效应T细胞不被ADCC或CDC无意中杀死。所有IgG4抗体都携带S228P突变以防止Fab臂交换。通过结果生物学分析发现，PD1的2种阻断抗体pembrolizumab和nivolumab结合PD1的不同表位，并且与配体PDL1结合位点重叠，从而阻止PD1-PDL1相互作用。PDL1靶向抗体与PDL1和PDL2复合物的晶体结构鉴定了PDL2中一个关键残基（Trp100），该残基阻碍抗PDL1抗体与PDL2的结合，并提供了PDL1和PDL2之间的选择性机制。两种CTLA4靶向抗体Ipilimumab和Tremeli-mumab具有相似的结合表位，可以有效地与天然配体CD80和CD86竞争。免疫检查点阻断抗体通过一般的免疫激活介导癌细胞的杀伤，这种激活有时会被错误地指向健康组织。免疫检查点抑制抗体具有非常明显的不良反应谱，称为免疫相关不良事件（irAEs）。偶尔可能出现严重和潜在致命的毒性。在许多情况下，需要使用糖皮质激素、肿瘤坏死因子（TNF）拮抗剂、霉酚酸酯或其他免疫调节剂进行暂时免疫抑制来控制irAEs。双特异性抗体可以结合两种不同的抗原或表位，抗原既可以定位在同一靶细胞上，也可定位在不同靶细胞上，针对两种不同细胞的双特异性抗体大多是T细胞连接物，将癌细胞与效应细胞交联，称为T细胞接合器（TCE）双特异性抗体。交联后，效应T细胞被激活，通过释放细胞毒性颗粒和淋巴因子来杀死结合的靶癌细胞。另一类双特异性抗体参与由同一靶细胞表达的不同抗原，例如两种不同的生长因子受体。这种双特异性抗体通过阻断通过目标生长因子受体的增殖信号，以及激活NK细胞和巨噬细胞来杀死癌细胞，从而杀死目标细胞。
常见的TCE双特异性抗体格式包括BiTE，Genmab，DART，Xmab，其中Blinatumomab使用BiTE格式。Glofitamab是一种用于淋巴瘤的的CD20xCD3双特异性抗体，并且具有独特的2:1的T细胞参与双特异性格式，它与传统的1:1靶细胞与CD3结合设计相比，这种格式具有更高的肿瘤杀伤作用。一般全长治疗性抗体使用的格式是IgG型，IgG有两个抗原结合位点，IgM是一个五聚体，它有10个抗原结合位点，与针对相同表位的IgG抗体相比，这提供了更高的结合亲和力。Imvotamab是一种CD20xCD3 IgM双特异性抗体，已在晚期B细胞恶性肿瘤患者中显示出完全缓解。Blinatumomab由双特异性抗体所需的最小元素组成；一种靶向癌症的scFv（抗CD19）。Blinatumomab通过抗CD19scFv作用于B细胞，同时通过抗CD3scFv连接和激活T细胞，导致B细胞死亡。Blinatumomab在一系列B细胞恶性肿瘤中显示出活性，并被批准用于治疗B细胞前体急性淋巴细胞白血病（B-ALL）。双特异性抗体也被设计用于结合目标癌细胞上的两种不同抗原或表位，而不涉及效应T细胞。它们的抗癌作用是通过阻断两种增殖信号通路介导的，从而最大限度地发挥抗肿瘤活性。除了它们的受体阻断活性外，这些双特异性抗体也可以被设计成含有一个功能性的IgG1Fc结构域，使它们能够通过非T细胞免疫效应途径（如ADCC、ADCP和CDC）杀死癌细胞。Amivantamab是第一个靶向癌细胞表达的EGFR和MET的受体阻断双特异性抗体被批注用于治疗非小细胞肺癌，Amivantamab的IgG1Fc结构域被设计成低聚焦水平，从而增强FcγRIIIa结合和NK细胞介导的ADCC。TCE双特异性抗体会引起细胞因子释放综合征（CRS）和神经毒性，受体阻断双特异性抗体不能激活T细胞，一般不会诱导CRS和神经毒素。偶联抗体包括抗体药物偶联物（ADC），免疫毒素，放射性同位素相关联的抗体，这些抗体增强了抗体杀死细胞的能力。ADC是通过将肿瘤靶向抗体与细胞毒性药物连接而构建的。ADC分子与细胞表面抗原结合导致其内化，然后在细胞内释放细胞毒性药物。这允许选择性地将细胞毒性药物递送到癌细胞，同时保留大多数健康组织。ADC的关键成分包括肿瘤靶向抗体、细胞毒性药物和连接抗体与细胞毒性药物的连接体。部分ADC药物已显示出显著的临床成功，选择性地向癌细胞递送强效细胞毒性药物。
肿瘤药物开发是一个艰巨的过程，成功率为3%，具体到肿瘤领域，目前缺乏基于抗体的治疗方法的成功率数据，约18%的治疗性抗体进入I期试验后进入药物上市。这些低数字反映了药物开发过程中遇到的许多障碍。与血液系统恶性肿瘤相比，实体瘤的抗体发展滞后，主要是因为缺乏可靶向抗原。不同的淋巴瘤亚型占所有癌症死亡的约3%，有5种肿瘤抗原（CD19、CD20、CD79b、CD30、CCR4和PD1）被治疗性抗体靶向。相比之下，占癌症死亡人数约21%的肺癌只有一种可靶向肿瘤抗原（EGFR-MET）。
规避肿瘤特异性抗原缺乏的方法可以通过多种抗原的组合靶向，其次靶向仅在肿瘤中共表达而不在健康组织中共表达的抗原组合可能提供一种可行的治疗途径，目前学界正在寻找靶向肿瘤特异性抗原，细胞内抗原，以及肿瘤微环境中的抗原。靶向低密度抗原仍然是一个挑战，研究者正在探索使用优化的抗体工程来解决这个限制，从而能够有效靶向新抗原和其他低丰度靶标。针对p53（R175H）肽与主要组织相容性复合体（MHC）结合的抗体，与分子肽平行结合，与之形成对比的是，特异性T细胞受体（TCR）则与肽垂直结合。此外，该抗体对p53（R175H）新抗原的亲和力比相应的TCR高约100倍。可能是不同的结合方式导致了抗体的特异性和高亲和力，这个发现为开发新的治疗性抗体提供了基础。免疫检查点抑制剂在靶向治疗中发挥重要作用，FDA和EMA已经批准了11种不同版本的CTLA4、PD1和PDL1靶向抗体，用于超过20种癌症的65种不同适应症。但是目前的免疫检查点抑制剂会引起一些并发症，其中大概1%是致命的，40%具有慢性毒性，我们应该优先考虑新的免疫检查点调节剂的基础和转化研究，如B细胞和T淋巴细胞衰减剂（BTLA）。为了提高疗效和克服一些抗体的局限性，新的抗体形式和工程策略在持续开发中，例如，具有增强亲和力的新型双特异性形式，三特异性抗体，羊驼抗体。利用肿瘤微环境中的低pH值、活性蛋白酶以及特定抗原的组合，使抗体在环境条件发生变化时获得或失去功能，从而选择性地靶向癌细胞，以及使用具有掩蔽机制的抗体的抗体疗法，通过改进连接，有效载荷，靶向部分设计新型的偶联抗体来靶向癌细胞。我们需要根据不同靶标选择合适的抗体格式。武汉迈思生物科技有限公司立足于解决行业内功能活性蛋白及高质量、高通量抗体开发难的痛点，依托自建的两大核心平台：哺乳细胞蛋白表达平台和B细胞抗体开发平台，竭诚为广大科学研究机构和诊断、医药企业客户提供一站式抗体开发服务。公司业务涉及功能活性蛋白重组表达，科研应用、诊断应用、药用抗体早期发现的重组兔单克隆抗体开发，重组抗体表达，稳定细胞株构建等服务。
