腫瘤生物治療是繼手術、放療、化療外的另一種腫瘤治療模式,近年來發展很快,它主要包括:細胞因子治療、免疫細胞治療、基因治療和抗體治療等,特別是抗體作為直接的治療藥物廣泛用于腫瘤的臨床治療。至 2014 年美國 FDA 已經批準 40 個抗體藥物上市,其中 19 個用于腫瘤治療。腫瘤的生物治療除了將抗體直接作為藥物應用外,也可以與一些細胞因子聯合在體外處理從患者體內采集的免疫細胞,然后通過體外培養和擴增后再回輸到患者體內,以激發和增強機體自身免疫功能,從而達到治療癌癥的目的。
CD3 AK 療法就是其中的一種,它是抗 CD3 單克隆抗體和白介素-2(IL-2)共同激活的殺傷細胞,該細胞具有擴增能力強、體外存活時間較長、細胞毒活性高、分泌淋巴因子能力強等優點,但這些療法仍處在研究階段,需要臨床試驗進一步證明其療效。目前腫瘤的生物治療仍以抗體藥物為主,其單獨應用或與放療、化療藥物等聯合應用可以消滅殘留病灶,防止轉移、復發,提高治愈率。2014 年全世界藥品銷售額前十位的藥品中抗體藥物就占 5 個(其中 3 個用于治療腫瘤),抗體藥物的迅猛發展得益于抗體工程技術的進步,本文重點介紹抗腫瘤抗體工程技術的最新研究進展。
1 抗體人源化和人源抗體制備技術的進步
最早出現的人源化抗體是人 - 鼠嵌合抗體,由鼠抗體可變區基因片段連接到人抗體恒定區基因上獲得。一般嵌合抗體的人源化程度可達 70%,大大降低了鼠抗體的免疫原性,例如美國 FDA 批準的ReoPro,Rituxan,Remicade,Simulect,Synagis 和 Er-bitux.嵌合抗體在臨床應用中已被證明是安全的,但不能完全消除人抗鼠反應(HAMA)。
抗體進一步人源化的方法很多,最早是 CDR 移植,將鼠抗體的 CDR 移植到人抗體的相應部位,這樣人源化程度可達 90% 以上。另一種常用的人源化方法是表面重塑技術,即鼠抗體框架區表面氨基酸的“人源化”.以后 Dall'Acgua[1]提出框架改組(framework shuffling)的方法進行抗體人源化改造,這種抗體接近于天然的全人抗體。如果抗原有晶體結構,則可以采用特異性決定基(specificity determi-ning residues,SDR)移植[2]的方法,將這些決定抗體特異性的關鍵氨基酸移植到相匹配的人抗體相應位置上。
去免疫原性是另一項專門的平臺技術,包括確定和去除鼠抗體上能被人 T 細胞識別的表位,這樣的治療性抗體不再激活 T 細胞反應和以后的 HAMA反應。迄今為止,經不同人源化方法改造的上市抗體有:Zenapax、Herceptin、Campath、Xolair、Raptiva、Avastin、Tysabri、Actemra、Soliris 等。
上世紀九十年代,抗體庫技術的出現為抗體人源化和人源抗體的制備開辟了新途徑。該技術在體外模擬了抗體的體內成熟過程,從 B 淋巴細胞中擴增全套抗體的輕鏈和重鏈基因,克隆到特定載體上,使抗體展示于噬菌體表面,構成噬菌體抗體庫,用抗原篩選出表達相應抗體的噬菌體,經擴增、測序可獲得特異性抗體基因。如果 B 細胞來源于人外周血,則可得到全人抗體。
抗體基因除了展示在噬菌體表面,也可以展示在酵母、細菌、哺乳動物細胞表面和核糖體上[3-6].特別是核糖體展示技術,由于噬菌體抗體庫需要通過生物體轉化,受轉化效率的影響,一般庫容不大。而利用 RNA 技術進行的抗體基因核糖體展示不需要通過生物體轉化的過程,它完全在體外無細胞體系中進行,從而避免了文庫導入細胞所必需的轉化步驟帶來的轉化效率的限制。但從抗體庫中獲得的抗體往往親和力不高,需要進行親和力成熟的改造。用該方法獲得的上市抗體有 Humira 等。
另一個制備人源抗體的有效方法是利用轉基因鼠,該鼠敲除了鼠源免疫球蛋白基因組,而轉入人免疫球蛋白基因組,因此,用抗原免疫后可產生高滴度的人抗體,如:Vectibix 等。轉基因鼠技術解決了抗體庫技術中抗體親和力不高的問題[7].
隨著結構生物學、計算生物學、生物信息學、計算機科學的迅速發展,借助已有的抗原/抗體序列、結構信息以及抗原-抗體相互作用模式分析,合理確定功能抗體識別的靶位,進而應用計算機輔助分子設計理論、高通量虛擬篩選技術開展抗體的從頭設計成為研究的熱點。由于該方法回避了雜交瘤技術、抗體人源化技術、抗體庫技術等,必將有著廣泛的應用前景。
2 提高抗體效應功能的策略
治療性抗體的作用機制有多種,主要可歸為 2個基本類型:一類是依賴于它們的抗原結合功能,例如抗體與抗原結合后阻斷或中和靶分子的生物學活性、利用抗體的靶向性,將細胞毒性物質導向到靶部位、抗體與細胞膜抗原結合后誘發信號傳導的改變,引起細胞凋亡等;另一類除與它們的抗原結合能力有關外,還與抗體的 Fc 結構有關,如:抗體 Fc 與相應細胞上的 Fc 受體結合,可激發抗體依賴的細胞介導的細胞毒作用(ADCC)和依賴補體的細胞毒效應(CDC),如:Herceptin、Erbitux 通過 ADCC 發揮治療作用,Rituxan 則通過 CDC 和 ADCC 發揮作用,因此,改進抗體與 FcγRs 或補體的結合,可以提高它們的治療效果。根據上述作用機制,可針對性地對抗體藥物進行改造,提高其效應功能[8].
2. 1 改造抗體的 Fc 增加 ADCC 和 CDC 效應
改造抗體 Fc 使之提高與 FcγR 的親和力是改進治療效果的方法之一。影響 Fc 與 FcγR 結合能力的因素有 2 個,一是 FcγR 上的氨基酸序列,另一個是 Fc 的糖結構模式(glycoform),人 IgG1-Fc 連接的寡糖是雙觸角復合型的,具有一個核心結構,核心結構中有巖藻糖的抗體其 ADCC 效應差,沒有巖藻糖的抗體其 ADCC 效應明顯提高,巖藻糖的存在與否不影響抗體與抗原結合及 CDC 效應。因此,提高ADCC 的策略有:(1) 在抗體的 Fc 上進行氨基酸突變,選擇 ADCC 效應高的突變體;(2)去除抗體 Fc連接的寡糖上的巖藻糖。2013 年11 月 FDA 批準的羅氏公司的 Gazyva(obinutuzumab,GA101)就是一種低巖藻糖的人源抗 CD20 抗體[9],對于人類彌漫型大 B 細胞淋巴瘤(DLBCL)及套細胞淋巴瘤(MCL)的研究[10]顯示該抗體的活性優于美羅華(ritux-imab).
提高 CDC 效應的策略有:(1)突變恒定區的氨基酸,增強其與 C1q 的結合能力,提高 CDC 效應,(2)將人 IgG1 和 IgG3 重鏈恒定區序列進行 DNA 改組(DNA shuffling),篩選出 CDC 活性高的組合。
2. 2 以抗體為導向載體的免疫結合物
免疫結合物是以抗體或抗體片段為載體連接放射性核素、藥物或毒素構成。這些細胞毒性物質大大增強了抗體殺傷靶細胞的能力。2002 年和 2003年美國 FDA 分別批準在抗 CD20 抗體上連接放射性同位素 Y90和 I131的 Zevalin 和 Bexxar 用于治療淋巴瘤??贵w交聯小分子細胞毒藥物也稱 ADC(anti-body-drug conjugate)藥物,2011 年美國 FDA 批準的Brentuximab vedotin ( Adcetris ) 是抗 CD30 抗體與monometauristatin E 的化學偶聯物,治療霍奇金淋巴瘤和復發性間變性大細胞淋巴瘤。2013 年批準Ado-trastuzumab emtansine ( Kadcyla,T-DM1 ) 是抗Her2 抗體上交聯 DM1,治療乳腺癌[11].ADC 藥物的概念很早就提出來了,早期的 ADC 藥物由于抗體的特異性差、細胞毒分子的毒性不夠強、交聯的接頭分子不夠穩定等原因,在實際應用時效果不理想,2000 年批準的 Mylotarg ( 抗 CD33 抗體上連接 ozo-gamicin 治療白血?。?因為療效不明顯,毒性較大于2010 年撤市。近年來組成 ADC 藥物的抗體、linker和細胞毒分子的研究都有很大進展,表現在:特異性好、免疫原性低且易內化的抗體;在人體血液循環中穩定,不被降解,而到達靶細胞后斷裂的 linker,如二硫化交聯劑、酸敏感和肽酶敏感的交聯劑等;以及細胞毒性極高的藥物分子,如刺孢霉素、美登素、甲基奧利他汀 E 等,在一個抗體分子上只要交聯 3 或 4個細胞毒分子就足以殺死靶細胞。目前 ADC 藥物發展漸趨成熟,成為世界各大制藥公司進行抗體藥物研發的熱點之一。
2. 3 雙特異性抗體
大部分疾病都涉及多個靶點或多種信號通路,因此,雙特異性或多特異性抗體就可以同時與兩種以上抗原發生反應,并使之交聯,因此,雙特異性抗體可更好地行使效應分子的功能,目前雙特異性抗體從作用機制上可分為雙重信號阻斷型和抗 CD3+T 細胞介導的雙特異性抗體;從結構上可分為由單鏈抗體或 Fab 區組成的小型抗體和全抗體,如:BiTE(bispecific T-cell engager)、DVD ( dual-variable do-main);從制備上可分為單細胞內表達和雙細胞系表達結合體外裝配等方式。2009 年歐盟批準雙特異性抗體 catumaxomab 上市,治療癌性腹水,該抗體同時針對腫瘤細胞上的上皮細胞粘附分子(EPCAM)及淋巴細胞上的 CD3 分子。2014 年美國 FDA 批準的 Blincyto 是抗 CD19 和 CD3 的 BiTE 型雙特異性抗體,它們可以通過激活 T 細胞來殺死腫瘤細胞[12-13].
提高抗體效應功能的方法有很多,在進行抗體改造的時候,應該有目的地選擇合適的方法進行。
3 新靶點抗體
腫瘤免疫治療是一種通過激活人體自身免疫系統來對抗腫瘤的治療方法,在了解抗腫瘤免疫的產生和調節機制后,提示至少在幾個階段可以進行治療性干預,其中克服腫瘤部位的免疫抑制尤為重要,因此,除了直接針對腫瘤的靶點外,將人體自身免疫系統的抑制分子作為靶點,特別是針對免疫檢查點的抗體在腫瘤治療中取得顯著成績,例如:2011 年美國 FDA 批準的抗 CTLA-4 全人抗體 Ipilimumab 不僅在黑素瘤,而且在腎癌和肺癌患者中均取得令人驚喜的療效,另一個免疫檢查點分子 PD1 的阻斷抗體 Nivolumab 和 Pembrolizumab 于 2014 年被批準上市,治療晚期黑素瘤,顯示較好療效。其它適應癥,如非小細胞肺癌正在進行臨床試驗[14].MEDI4736和 MPDL3280A 是兩個靶向 PD1 配體 PD-L1 的抗體,目前正在進行治療非小細胞肺癌的Ⅲ期臨床試驗。其它可以作為新靶點的免疫檢查點分子有:LAG3(淋巴細胞活化基因 3 蛋白),KIR( 殺傷細胞免疫球蛋白樣受體),IDO1(吲哚胺 2,3-雙加氧酶1),4-1BB ( 腫瘤壞死因子受體超家族成員 9 ) 和OX40(腫瘤壞死因子受體超家族成員 4)。
4 展 望
作為治療制劑,抗體最早用于病原微生物感染引發的疾病治療。隨著基因工程技術趨于成熟,抗體研發進入了新的階段。今后幾年抗腫瘤抗體藥物的發展趨向:(1)抗體上連接細胞毒性分子,即 ADC藥物; (2)敲除抗體 Fc 上的巖藻糖,增加 ADCC 效應;(3)利用免疫系統上的靶分子制備雙特異性抗體等。