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昨天,今天,明天:人源化抗体的发现之旅 | 深度
作者:   来源:药明康德   发布者:左丽媛   日期:2017-05-19   今日/总浏览:5/725

那些熟知行业研发生产率的资深人士们一定知道,抗体药物的表现远优于药物平均水平。2014年,《Nature Biotechnology》发布了一篇详细的综述,探讨了临床药物的研发成功率。大量数据表明,小分子新药获批通过IND的成功率约为7.6%,而单抗新药的成功率约为14.1%,近乎翻倍。此外,在非肿瘤治疗领域,单抗新药的上市成功率更是高达19.3%。尽管在总体上,约有80%-85%的单抗药物会折戟于临床开发阶段,但行业内的成功案例,已足以表明这类药物的潜力。

要勾勒出单抗新药的研发全景,我们有必要了解下它的历史背景。早期,单抗新药来源于老鼠的免疫接种——史上首款获批的单抗新药Muromonab-CD3就是如此。由于这些抗体蛋白属于“异种”,它们有着很高的免疫原性。所以当这些单抗进入人体后,会诱使人体产生针对这些抗体的抗体(即人抗鼠抗体)。这些人体内新生的抗体会中和单抗药物,让它们失效。因此,自上世纪80年代以来,人们就开始尝试在抗体序列中提高来源于人体的序列比例,试图降低这些单抗的免疫原性。在这一设想下,人们开发出了“嵌合抗体”,即包含了老鼠抗体可变区和人类抗体恒定区的抗体。这固然是一大进步,但人们随后发现,这些嵌合抗体的免疫原性依然不够低。

人源化技术的诞生终于让老鼠抗体的免疫原性得到了控制——通过限制可变区上互补性决定区(即抗原抗体结合的部位)中的鼠类序列,人源化的抗体比嵌合抗体的免疫原性要更低。而全人源的单抗更是完全用人类的遗传信息来编码抗体。尽管没有决定性的证据表明全人源的单抗的免疫原性风险更低,一些观察结果却支持这一论断,很多人也更喜欢这样的抗体。


▲嵌合(右上)、人源化(左下)和全人源(右下)单克隆抗体。人源部分为红色,非人源部分为蓝色。(图片来源:wikipedia)

尽管非完全人源化的抗体依旧将在未来占据重要的一席之地,全人源的抗体正在变得越来越常见。自从Humira这首款全人源的单抗在2002年获批以来,美国FDA已经批准了23款全人源的单抗,占到了市场上所有单抗的40%。2015年至今,21款单抗中有11款是全人源的抗体。而在2017年获批上市的5款抗体中,更有4款是全人源抗体。这或许也反映了未来单抗发展的趋势。


▲FDA批准的全人源单克隆抗体及其使用的技术(图片来源:福布斯)

从研发手段来看,我们可以从两种常见的方法里获得全人源化的抗体。第一种方法是小鼠免疫平台,让小鼠表达人类抗体的可变段、多样段和连接段序列(VDJ antibody sequences),并对它们进行免疫接种;第二种方法是“噬菌体展示”(phage display),在大规模的抗体库中进行筛选。这两种技术平台都各有利弊。对于第一种方法来说,它能利用多样性、表达量与稳定性等体内因素来助力筛选,但它的抗原性可能激发免疫反应,成为一个问题。此外,在研究人员需要进行反向筛选的情况下,这些小鼠也不易构建。而第二种方法则基本上与第一种方法截然相反。

从目前的数据来看, FDA批准的23款全人源抗体中,有近乎四分之三使用的是小鼠免疫的手段,其中使用Medarex公司开发的UltiMab技术的获批抗体达到了10款,这包括了重磅免疫疗法药物Nivolumab(商品名Opdivo)。

这一现象可能是由于在研发的过程中,“噬菌体展示”技术带来的抗体其不确定性更大一些。2017年,麻省理工学院(MIT)的知名教授Dane Wittrup与同事们发表了一篇详尽的论文,统计了大量抗体在临床研发上的数据,并评估了这些抗体的粘性(自我结合与交叉结合能力)、疏水性、蛋白复合体形成能力、热稳定性、以及重组表达的水平。利用目前已上市的抗体,研究人员制作了一系列“标准曲线”。一旦某一个抗体的数据位于该曲线最差的10%范围内,研究人员就为它做一个标记。研究发现,比起已获批上市的抗体,处于2期临床试验的标记数要多得多,这很容易理解。在新药研发的过程中,在研药物的一些特性,总是逐渐变得越来越好。然而有趣的是,研究也发现,利用“噬菌体展示”技术带来的抗体,被标记的概率显著高于从哺乳动物体内获取的抗体。


▲抗体研发数据分析(A)根据临床状态分析抗体标志数(B)根据临床进展分析抗体标志数(C)根据技术来源分析抗体标志数(图片来源:PNAS)

但这同样尚无定论。从新药上市获批的结果上看,这两种方法并没有显著的差异。2008年,Medarex公司的Nils Lonberg博士(现任百时美施贵宝肿瘤学开发部负责人)撰文,评估了当时位于临床阶段的64款全人源化抗体。如今我们发现,无论是采用动物免疫的手段,还是“噬菌体展示”的手段,这些抗体的研发成功率都差不多——大约一半的研发项目被终止,四分之一的抗体获批上市,剩下的仍在研发中。此外,无论是哪一种方法,都已经从实际效果上证实了它的有效性。举例来说,阿斯利康近日获批的抗PD-L1抗体durvalumab利用的是第一种方法,而由辉瑞(Pfizer)与德国默克(Merck Serono)联合研发的抗PD-L1抗体avelumab利用的则是第二种方法。或许,只有时间能够最终证明这两种开发手段在研发生产率是否真正存在异同。

说到时间,或许我们也应当展望一下抗体药物的开发前景。与许多其他药物一样,全人源化的抗体药物已经在质量、多样性与可开发性上接受了一系列的改造,它们在未来,还将得到进一步的改善。以小鼠免疫平台为例,过去的小鼠抗体产量虽然高,但由于缺乏B细胞信号通路,这些抗体对特殊抗原的响应往往不足。目前,Harbour Antibodies、Kymab、Ablexis、Trianni以及OMT等公司正在开发下一代的动物免疫平台,试图解决这些问题。对于“噬菌体展示”平台来说,早期的文库经常在序列多样性上略显不足,生化特性潜在的风险更多(详见上文),也缺乏天然配对的轻链与重链。Morphosys与Distributed Bio等公司也正在着力解决这些问题。此外,在过去的几年里,我们也看到了一些崭新平台的兴起。Adimab公司的“酵母展示”(yeast display)平台已经在产率上证明了自己,目前正有十多种抗体位于临床开发的阶段。

当然抗体开发是一回事,应用于人体是另一回事。目前,抗体研发人员已不再担心“是否能开发出一款有潜力的抗体”,而将重点放在了“这款抗体是否能为患者带来价值”。疾病的生物学机理在没有进行临床试验前,终究不能为人们所完全理解——即便是针对同一抗原或通路,不同抗体的表现也仍然可能有巨大的区别。生物学太复杂了。就好像我们需要人工智能来助力小分子药物开发一样,我们也需要更多的工具来确定抗体的效果。

总结来说,经过数十年的研发,人类抗体的发现技术已臻成熟,有着多样的高产平台可供使用。目前获批的23款全人源化单抗能用于多种疾病的治疗。毫无疑问,未来我们还将看到更多的单抗新药问世。

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