9种获批上市的抗PD-1/PD-L1单抗药物的特征综述

赵秋玲 杨琳 谢瑞祥

摘 要 目的：为临床合理使用抗程序性死亡受体1（PD-1）或程序性死亡受体配体1（PD-L1）单抗药物提供参考。方法：以“PD-1抗体”“PD-L1抗体”“单克隆抗体”“结构”“药动学”“PD-1 antibodies”“PD-L1 antibodies”“Monoclonal antibodies”“Pharmacokine- tics”为中英文关键词，在中国知网、万方数据、维普网、PubMed等数据库中组合查询2010年1月1日-2019年12月31日发表的相关文献，对目前上市的几种抗PD-1/PD-L1单抗药物的结构特征及生物学特点、人源化程度、适应证、用法用量、免疫原性、药动学等内容进行总结。结果与结论：不同抗PD-1/PD-L1单抗药物在稳定性、亲和力、Fc段特征、给药剂量、适应证、免疫原性、药动学方面各有不同。作用于靶点PD-1的纳武利尤单抗、帕博利珠单抗、西米普利单抗、特瑞普利单抗、信迪利单抗、卡瑞利珠单抗均为人源化或完全人免疫球蛋白G4（IgG4）抗体;作用于靶点PD-L1的阿特朱单抗、阿维鲁单抗和度伐鲁单抗是人源化或完全人的IgG1抗体。纳武利尤单抗主要与PD-1的N环结构结合，帕博利珠单抗主要与PD-1的C′D环结构结合，特瑞普利单抗和信迪利單抗主要与PD-1的FG环结合，卡瑞利珠单抗主要与PD-1的C C′环和 FG环结合，阿特朱单抗主要通过覆盖PD-L1的BC、C C′、C′C″和 FG 环中的残基来主导结合，阿维鲁单抗的结合表位区域主要由PD-L1的C链、C′链、F链、G链和C C′环构成，度伐鲁单抗的结合区域是PD-L1上的C C′环和 N 末端区域。纳武利尤单抗、帕博利珠单抗的适应证较广，可用于黑色素瘤、非小细胞肺癌、霍奇金淋巴瘤、尿路上皮癌等，而信迪利单抗和卡瑞利珠单抗目前只获批用于复发/难治性霍奇金淋巴瘤的治疗。抗PD-1/PD-L1单抗药物多具有较低的分布容积，大多数分布于血管和细胞间隙中，半衰期及达到稳态时间较长，代谢消除方式包括非特异性消除（如蛋白水解作用）和靶点介导的消除（包括靶点结合、蛋白水解和内化作用）。抗PD-1/PD-L1单抗药物不经过细胞色素P450酶和其他药物代谢酶代谢，因此较少存在药物相互作用。临床医务人员深入了解抗PD-1/PD-L1单抗药物的结构及药动学特点可有助于临床合理用药，更好地发挥抗PD-1/PD-L1单抗药物的疗效、减少不良反应。

关键词 抗PD-1/PD-L1单抗药物;PD-1抗体;PD-L1抗体;单克隆抗体;结构;药动学

中图分类号 R967;R730.5 文献标志码 A 文章编号 1001-0408（2020）18-2294-06

DOI 10.6039/j.issn.1001-0408.2020.18.21

2013年《科学》杂志将肿瘤免疫疗法列为十大科学突破之首，免疫检查点抑制剂已经成为肿瘤免疫治疗领域的研究焦点[1]。现有研究表明，程序性死亡受体1（PD-1）/程序性死亡受体配体1（PD-L1）信号通路可通过抑制T细胞活化来诱导肿瘤特异性T细胞凋亡，并导致T细胞抵抗，在肿瘤、慢性炎症等病理情况下起到免疫逃逸、免疫抑制等作用[2]。针对PD-1/PD-L1靶点的抑制剂在临床应用中展现出了显著的治疗效果[3-8]。目前，已有不少PD-1/PD-L1抑制剂上市，但不同的PD-1/PD-L1抑制剂在抗体来源、类型、稳定性、特异性、亲和力、适应证、用法用量、免疫原性、药动学等方面均有一定差异。为帮助临床合理选择PD-1/PD-L1抑制剂，笔者以“PD-1/PD-L1抑制剂”“PD-1抗体”“PD-L1抗体”“单克隆抗体”“药动学”“PD-1/PD-L1 inhibitors”“PD-1 antibodies”“PD-L1 antibodies”“Monoclonal antibodies”“Pharmacokinetics”等为关键词，在中国知网、维普网、万方数据、PubMed等中英文数据库中组合查询2010年1月1日-2019年12月31日发表的相关文献。现对PD-1及PD-L1的结构、作用机制以及目前已上市的抗PD-1/PD-L1单抗药物的特点和应用进展进行综述，以期为该类药物的临床合理使用提供参考。

1 PD-1及PD-L1的结构

PD-1隶属免疫球蛋白超家族CD28/B7，是由288个氨基酸组成的Ⅰ型跨膜糖蛋白，为免疫抑制性受体，其结构由胞外结构域、疏水性跨区和胞质区组成，其中，胞外结构域包含一个IgV（免疫球蛋白可变区）结构域，与细胞毒性T淋巴细胞抗原4（CTLA-4）等其他共刺激分子具有22%～33%的同源性[9]，同时含有4个能被糖基化的位点。胞质尾部含有氨基端和羧基端两个酪氨酸残基，分别构成一个免疫受体酪氨酸抑制基序（ITIM）和一个免疫受体酪氨酸转换基序（ITSM）。PD-1介导抑制的分子基础取决于ITSM内的酪氨酸残基是否磷酸化，其在免疫应答中起着重要的负向调控作用[10]。PD-1的主要配体为PD-L1（又称B7-H1），是一种由人CD274基因编码的Ⅰ型跨膜糖蛋白。PD-L1含IgV样区、IgC（免疫球蛋白恒定区）样区、跨膜区和细胞质尾区，其中细胞质尾区与细胞内的信号转导相关;IgV区和IgC区则参与细胞间的信号转导[11]。

2 PD-1/PD-L1的作用机制

PD-1与PD-L1结合时，通过发生磷脂酰肌醇-3-激酶的磷酸化、蛋白激酶B的进一步激活、刺激性T细胞信号通路的活化、葡萄糖代谢以及干扰素的分泌等，导致T细胞活化的下游信号受阻，进而有效抑制T细胞的转录，最终抑制T细胞的免疫功能，在免疫应答的负性调控方面发挥着重要作用[12]。因此，阻断PD-1/PD-L1信号通路可使T 细胞活化上调，激活内源性抗肿瘤免疫反应，从而发挥对肿瘤的治疗作用。

3 目前获批上市的几种抗PD-1/PD-L1单抗药物

3.1 单克隆抗体的结构特征

大部分单克隆抗体是由免疫球蛋白G（IgG）框架构成，抗PD-1/PD-L1单抗药物的基本框架也是IgG。IgG是由2条轻链和2条重链组成的四肽链糖蛋白，轻链包含氨基端可变区（VL）和恒定区（CL），重链包括氨基端可变区（VH）和3个恒定区（CH1、CH2、CH3）。人体内有4种不同的IgG亚群（IgG1、IgG2、IgG3、IgG4），其主要区别在于 CH1 和 CH2 之间的铰链大小、链内二硫键连接位置及数量。IgG 不同亚群之间不仅结构不同，功能上也有区别。轻链和重链靠 CL和 CH1之间的二硫键连接，其中轻链的VL、CL及重链的VH、CH1形成Fab段;来自VH和VL结构域的互补决定区（CDR）形成抗原结合位点;CH1和CH2之间是柔性铰链，该铰链将Fab连接到包含CH2和CH3域的可结晶片段（Fc区）[13]。Fc能够决定抗体在血清中的半衰期，并介导免疫反应，如激活补体依赖的细胞毒作用（CDC）、抗体依赖细胞介导的细胞毒作用（ADCC）和抗体依赖性细胞吞噬作用（ADCP）等[14]。IgG的结构和功能见图1。

3.2 抗PD-1/PD-L1单抗药物的结构特征及生物学特点

目前，经美国FDA批准上市的抗PD-1单抗药物有6种，分别为纳武利尤单抗（Nivolumab）、帕博利珠单抗（Pembrolizumab）、西米普利单抗（Cemiplimab）、特瑞普利单抗（Toripalimab）、信迪利单抗（Cindilimab）和卡瑞利珠单抗（Camrelizumab）;抗PD-L1单抗药物有3种，分别为阿特朱单抗（Atezolizumab）、阿维鲁单抗（Avelumab）和度伐鲁单抗（Durvalumab）。抗PD-1单抗药物的基本结构为IgG4，因为具有较短的铰链区及不稳定的二硫键，所以具有较大的灵活性。在体内，IgG4可以与其他IgG4分子进行Fab段交换，即形成“半分子交换”：两个单特异性IgG4分子互相交换自身的一条重链以及与这条重链相连的轻链，从而产生新的IgG4分子，而这种新的IgG4分子可能因此获得双特异性[15]。核心铰链基序228位的丝氨酸是“半分子交换”所需的关键元素，通過点突变将丝氨酸替换为脯氨酸（S228P位点），可阻止IgG4的Fab段交换[16-17]。因此，抗PD-1单抗药物均经S228P修饰[18-19]，以稳定链间二硫键，阻止Fab段交换，克服因IgG4的不稳定性所引起的疗效和毒性的不可预测性。抗PD-L1单抗药物的基本结构为IgG1，核心铰链基序228位的脯氨酸比较稳定，不存在上述“半分子交换”现象。

对单抗药物的Fc区进行改造可影响其ADCC、CDC、ADCP等效应的发挥。IgG1与Fc受体（FcR）亲和力较低，IgG1比IgG4能够更加高效地介导ADCC和CDC作用。ADCC由Fc与Fc-γ受体（FcγR）结合后引发，其结合力明显受CH2结构域中N-聚糖的影响，例如提高唾液酸化糖型可以降低Fc对FcγR的亲和力，从而减弱ADCC和CDC效应[20];而降低或去除核心糖结构中的岩藻糖则可增强ADCC 效应[21]。IgG型单抗一般在Fc区的天冬酰胺（Asn）-297处有一个保守的氨基糖基化位点，阿特朱单抗通过突变位点（N297A）消除Fc区的ADCC效应。通过对度伐鲁单抗恒定区的3个氨基酸进行突变，亦可去除其ADCC活性。阿维鲁单抗则保留有完整ADCC野生型IgG1λ型构架[22]。

亲和力是影响单抗类药物疗效、临床的最佳剂量和部分毒副作用程度的因素之一，由结合区域、结合面积与抗原决定簇之间立体构型的合适度共同决定[23]。亲和力可用解离常数（Kd）表征，Kd值越小，亲和力越大。PD-1分子胞外段的主要结构为从氨基末端至羧基末端依次排列的“A”“B”“C”“C′”“D”“E”“F”“G”8个β折叠、连接它们的氨基酸所构成的各种“环”结构（如BC环、C′D环、FG环等）以及从氨基末端至“A”的结构（称为N环）[24-25];PD-L1分子胞外段的主要结构为从氨基末端至羧基末端依次排列的“A”“B”“C”“C′”“C″”“D”“E”“F”“G”9个β折叠、连接它们的氨基酸所构成的各种“环”结构（如BC环、C C′环、C′C″环、FG环等）以及从氨基末端至“A”的结构（称为N末端区域）[26-27]。例如，纳武利尤单抗的主要结合位点是PD-1的“N环”结构，结合面积约为1 487 ?2，Kd为1.45 nmol/L[24] ;帕博利珠单抗结合的主要部位是C′D环结构，结合面积约为2 126 ?2，结合面积越大，Kd值最小，为27 pmol/L，是目前亲和力最强的PD-1/PD-L1抑制剂[25];西米普利单抗的结合部位及结合面积未见报道，其Kd值为6.11 nmol/L[28];特瑞普利单抗主要与FG环结合，结合面积约为2 011 ?2，Kd值为0.324 nmol/L[29];信迪利单抗主要与FG环结合，结合面积为322 ?2，Kd为0.25 nmol/L[30];卡瑞利珠单抗主要与CC′环和 FG环结合，结合面积为2 520 ?2，Kd值为3.31 nmol/L[31]。阿特朱单抗通过来自重链的3个CDR 环和来自轻链的1个CDR环结合PD-L1的前β-折叠，即主要通过覆盖BC、CC′、C′C″和 FG 环中的残基来主导结合，结合面积为2 106 ?2，Kd值400 pmol/L[32];阿维鲁单抗的结合表位区域主要由PD-L1的C链、C′链、F链、G链和CC′环构成，结合面积为1 856 ?2，Kd值为42.1 pmol/L[22];度伐鲁单抗的结合区域是PD-L1上的CC′环和 N 末端区域，结合面积为1 624 ?2，Kd值为667 pmol/L[33]。抗PD-1/PD-L1单抗药物的相关信息及特点见表1。

3.3 抗PD-1/PD-L1单抗药物的人源化程度、适应证及给药剂量

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（收稿日期：2020-02-25 修回日期：2020-08-19）

（编辑：孙 冰）