抗体和抗体偶联药物的机遇和挑战

邱均专，尚玉栓，赵民，陈如雷，夏明德

（英诺湖医药（杭州）有限公司）

1 单克隆抗体药物

自Trastuzumab（Herceptin）于1998年被批准用于抗肿瘤治疗到具有细胞毒性的T淋巴细胞相关联抗原-4（cytotoxic T lymphocyte associated antigen-4，CTLA-4）和程序性死亡受体-1（programmed death-1，PD-1）抗体被用于肿瘤的免疫治疗以来，抗体药物研发已取得迅猛发展。新的技术和平台不断出现，包括抗体展示技术、全人源化小鼠和单B细胞技术。抗体药物的结构模式也出现了多样化，开发出了双特异性抗体、抗体融合蛋白、小分子抗体片段等多种形式，尤其是以PD-1抗体为代表的免疫检查点抑制剂、抗体药物偶联物（antibody drug conjugate，ADC）、嵌合抗原受体T细胞（chimeric antigen receptor T cell，CAR-T）/自然杀伤细胞（natural killer cell，NK）治疗的应用，把肿瘤的抗体治疗推向了新的高度，为人类征服癌症和治愈一些疑难杂症提供了不同的、更有效的方法。

至2023年，美国食品药品监督管理局（FDA）已累计批准了119款抗体新药，其主要适应证包括肿瘤、免疫相关疾病、慢性炎症及感染性疾病。另外，对其他疾病如呼吸系统疾病、眼科疾病、骨质疏松、心血管疾病、阿尔茨海默病、动脉粥样硬化、肌营养不良等也进行了抗体药的相关研究。全球抗体药物的市场规模目前已达每年2200亿美元，前50款抗体新药合计销售额达2063亿美元，占比94%。在进入临床试验的抗体药物中，药物的形式除了经典的单抗，也包括小型化抗体、双特异性抗体以及ADC药物等不同的形式。这些药物具有不同的作用机制：有些可直接作用于配体或受体发挥阻断或抑制的作用；有些直接作用于受体，使其表达量减少；有些通过信号诱导，使相关的效应细胞活性增加；也有对靶细胞进行毒杀与清除，如通过介导抗体依赖性细胞毒性（antibody dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC）或补体依赖性细胞毒性（complement dependent cytotoxicity，CDC）对靶细胞进行杀伤与清除，也可将抗体与毒素偶联而产生对靶细胞的毒杀活性，或者通过嵌合抗原受体引导T细胞或NK细胞作用于靶细胞。通常情况下，同一种抗体可能只展示一种作用机制，但在某些情况下，也有可能同时拥有不同的机制，这可能取决于靶点分子的分布和功能。所以，抗体药治疗的效果与安全性跟靶点分子的选择是密切相关的。理想的抗体靶点分子应该只在靶细胞膜上特异性高表达，且其功能与疾病的发生与发展相关。随着技术的进步，靶点分子只要是特异性地表达就可通过ADC、CAR-T等技术来达到治疗疾病的目的。目前靶抗原的研究已相当广泛与深入，且近年来，通过应用基因组学、蛋白组学、血清学以及更全面和广泛的生物信息学数据库，筛选了一批在靶细胞表面特异性高表达的新靶点，这将有助于促进抗体创新药的进一步发展。

全人源化抗体研究的发展。全人源化抗体是指抗体的组分全部是人源的，从而克服了用于人的抗体含有异种蛋白的问题，目前获得全人源化抗体主要基于2种技术：展示重组人源抗体文库的技术和转基因动物技术。抗体展示技术的发展经历了不同的阶段，从噬菌体展示技术发展到真核酵母菌展示、核糖体展示以及RNA多肽融合技术，使得抗体的折叠和翻译后修饰更符合人体内的情况，抗体的亲合力得以明显提升。除了抗体展示技术，全人源化抗体的转基因动物技术是基于将人类编码的抗体基因全部转移至改造过的动物中，这些动物由于基因改造，失去了小鼠的抗体基因，使得动物只表达人类抗体。这样，一方面所产生的抗体是全人源的，另一方面，因为无需对每一抗体进行改造，使得生产费用降低，开发时间缩短。截至目前，在建立人源化抗体转基因动物方面，国内外都已取得了技术上的重大突破，在我国，已有不少公司开始尝试人源化抗体转基因小鼠的应用。

对治疗性抗体进行工程化改造。虽然抗体新药研发已取得了快速的发展，但抗体药的药效和特性还需不断的改进与完善，使得抗体的作用更强、使用时更安全、不良反应更少。抗体药效的增加可以基于单个抗体的改造，也可以通过对功能不同的抗体进行组合，使得改造体有更强的功效或产生新的功能。目前对于抗体的互补决定区（complementarity determining region，CDR）改造，可以使用噬菌体展示的方法，对于部分确定的位点也可进行定点突变，方法上已相当成熟。另外，通过对抗体的Fc部分改造，使得抗体的ADCC或CDC等活性增强或者减弱，延长抗体药物的半衰期，增加抗体在靶组织中的浓度，同时减少抗体在非靶组织中的累积。此外，通过对抗体进行一些小分子量抗体片段的改造，可以使得口服性、非注射类抗体药成为可能。

抗体研发中一些新技术的应用。近年来，在抗体研发中，出现了一些新技术，包括单B细胞技术、纳米抗体技术、人工智能（artificial intelligence，AI)辅助的药物开发技术等。单B细胞技术是一类快速制备单克隆抗体的技术，采用了细胞分选平台对单B细胞进行分离，然后对单B细胞进行培养、测序、克隆和筛选鉴定单B细胞单克隆抗体。根据每个B细胞只含有1个功能性重链可变区DNA序列和1个轻链可变区DNA序列，以及每个B细胞只产生1种特异性抗体，可以从免疫动物组织或外周血中分离抗原特异性B细胞，这种方法保留了重链和轻链可变区的天然配对，具有基因多样性好、效率高、全天然源性的特点，也成为目前快速开发针对抗病毒感染性疾病抗体的重要策略。单B细胞技术可采用Beacon或FACS平台，Beacon是整合性的平台，将B细胞分离和检测整合在一起，虽然价格相当昂贵，但显然是更加高效、快速的方法。纳米抗体技术是基于骆驼来源的抗体技术，相对分子质量约15000，是常规抗体相对分子质量的1/10左右。其蛋白质晶体结构长度为4 nm，直径为2.5 nm，是目前已知相对分子质量最小的抗体，因此称之为纳米抗体。相比于传统抗体，纳米抗体的活性结合区域较长，氨基酸数量多达16～18个，且其温度稳定性及有机溶剂耐受性更强，部分还可耐受蛋白酶，也能耐受更广泛的酸碱范围。此外，纳米抗体的制备方式为工程菌表达，不同于传统抗体的杂交瘤细胞制备方式，因此也具有易表达、易于基因工程改造的优点。基于其稳定性、穿透力等方面的优势，目前纳米抗体在疾病治疗、诊断及物质检测等领域广受关注。AI辅助的药物开发技术是近年来比较热门的话题，随着AI的快速发展，人们对应用AI方法来改善药物发现的各个阶段的流程产生了浓厚的兴趣，从分子设计和优化到基于结构的药物设计，一直到临床前和临床开发都有应用的潜力。例如，生物医学的数据收集，包括基因组图谱、成像数据以及化学和药物数据库等，可以与分析方法（尤其是深度学习模型）结合起来，以用于药物发现。还可以把基于结构的药物发现和动力学模拟的方法应用到药物设计各个阶段。随着聊天生成性预训练转换模型（chat generative pre-trained transformer，ChatGPT）的出现，大家对AI在药物发现中的应用有着更高的期待，如提出了药物发现的核心问题，是否可以通过AI找到疾病治疗的关键性靶点，然后通过AI的药物设计开发出新的药物。 理论上说，在数据充分的情况下是可以完成的，但就目前阶段而言，数据库还需进一步完善，另外，许多数据是受知识产权保护的，难以把相关的数据全部整合在一起。

抗体药物的多样化发展。抗体的药效除了与本身的活性有关，也与靶点分子功能相关联。在肿瘤治疗领域，我们已经认识到，只靠某个靶点的阻断难以治愈癌症患者，这是由于肿瘤的发生与发展可能与多个因素有关。所以，近年来，研究人员在抗体药物的应用式样上进行探索，建立了不同的抗体形式、技术与平台，包括双特异性抗体、ADC、CAR-T/NK等。双特异性抗体是通过工程化改造使得2种跟不同抗原结合的抗体整合在同一抗体上，使得一种抗体具备2种特异性功能。根据双特异性抗体不同的功能组合，可以把靶细胞和效应细胞连接在一起，使得效应细胞更好地杀伤靶细胞，同时，也使得杀伤作用主要发生在靶细胞周围，从而减少不良反应，另外，如果2种功能是同类型的，如阻断或激活，作用于同一种靶细胞的时候会产生协同作用，使得治疗效果明显增加，这在肿瘤和炎性疾病的免疫治疗中应该会有较好的前景。另外，根据组合类型，双功能抗体还可分为双特异性双链抗体、双特异性微抗体、双特异性单链双价抗体以及多价双特异性抗体。Blinatumomab（Blincyto)是目前研究最为成功的一个双功能抗体，其利用分化簇 19（cluster of differentiation 19，CD19）和CD3作为靶抗原，目前已被FDA批准用于非霍奇金淋巴瘤的治疗。在中国，PD-1/CTLA-4双抗开坦尼®已于2022年获批上市用于宫颈癌治疗。ADC药物是由抗体与毒性或活性较强的物质偶联而成，如可将化疗药物、毒物、放射性核素、甚至酶与活性多肽等具有强大细胞杀伤作用的物质与抗体或抗体片段相偶联。相较于传统化疗药物，ADC应该效果更好，不良反应更低。ADC目前主要用于肿瘤治疗，通过ADC中抗体的特异性识别药物可以精确和有效地到达肿瘤组织，产生比较好的治疗效果。至今，全球已有15款ADC药物获批上市，治疗疾病涉及淋巴瘤、白血病、乳腺癌、多发性骨髓瘤、乳腺癌、头颈癌、尿路上皮癌等。CAR-T/NK细胞治疗实际上是应用抗体治疗的另一种形式，跟ADC药物一样，是近年来发展较为迅速的一种治疗方法。该疗法是把基因工程合成的受体转导到患者T细胞或NK细胞中，从而介导T细胞或NK细胞靶向带有表面抗原的癌细胞。发挥抗肿瘤的作用。目前，Tisagenlecleucel和axicabtagene ciloleucel 2种CAR-T细胞已经被批准用于白血病和淋巴瘤的治疗中，并取得了显著的疗效。Tisagenlecleucel和axicabtagene ciloleucel是基于靶向CD19的CAR-T细胞，在很多造血系统恶性肿瘤细胞中都有CD19的表达。临床上，基于抗CD19的 CAR-T细胞对B细胞急性淋巴细胞白血病（B lineage acute lymphoblastic leukemia，B-ALL）有近90%的治疗完全缓解率。目前，大量CAR-T治疗的临床试验正在进行中，根据ClinicalTrials.gov官网显示，至2023年，有关免疫细胞治疗的临床研究已在全球超过2000项，范围涵盖了血液瘤和实体瘤，包括B细胞淋巴瘤、急性白血病、非霍奇金淋巴瘤、恶性胶质瘤、神经母细胞瘤、肺癌、三阴性乳腺癌、肝癌等。在中国，免疫细胞治疗临床研究也在兴起之中，大约占全球的1/3。

抗体药物研发所面临的挑战。虽然抗体药物的研发和应用已取得了快速发展，但在许多方面，仍面临着各种挑战，需要我们去面对和解决。这些挑战包括：1）复杂的疾病发生与发展机制，难以用几个药物使疾病得到根治；2）有限的可用于抗体靶向治疗的胞膜/胞外的靶点分子，有些疾病实际上是由胞内的靶点分子所引起，需要发展特定的技术把抗体药拓展应用于胞内的靶点分子；3）不仅要面对慢性疾病，也要治疗进行的感染和流行性疾病；4）需要更快、更有效的特异性抗体发现与制备方法；5）需要更快、更有效、费用更低的生产工艺及药物代谢动力学（pharmacokinetic，PK）/药物效应动力学（pharmacodynamics，PD）性质与毒理检测；6）通过转化医学的研究更精准地把临床前的信息转化到临床试验中，选择合适的适应证，在临床医学创新性计划基础上，使药物的效果得到充分发挥，毒性降到最低； 7）需要继续解决耐药性和不良反应的问题；8）大部分抗体药是通过静脉注射的方式给药，较为不便，目前已有皮下给药和喷雾给药的研究，但还处于初级阶段，在这方面需要更多的投入。总之，抗体药有其优点和优势，值得大力发展，但也存在一些挑战，需要面对和解决。最终，使得抗体药得到更好发展，为人类的健康提供更多保障。

2 抗体偶联药物的发展

自1907年，Paul Ehrlich首次畅想类似ADC的概念，到2000年，首个ADC药物Mylotarg被批准上市，跨越近百年后，概念才得到验证。之后，Kadcyla（TDM1）于2013年被批准上市，各种技术平台如雨后春笋般出现。近期，随着Enhertu（DS-8201a）于2019年被批准上市，业内掀起ADC药物研发的热潮。以上3个药物，可以将ADC的发展简单划分为3个时期。

早期是以上市药物Mylotarg为代表的第1代ADC。随着单克隆抗体药物的发展，行业对靶点/抗体的开发逐渐成熟。靶点/抗体要有比较好的细胞内吞活性，靶点抗原在肿瘤组织细胞表面表达量较高且在正常组织细胞表面表达量相对较低甚至不表达，这些特性的靶点/抗体可以用于ADC药物开发。如同单克隆抗体药物初期阶段，个别ADC的抗体为鼠源抗体或嵌合抗体，往往因免疫原性很高而导致失败，后来逐步被人源化抗体和全人源抗体替代。连接子与抗体偶联的位点、偶联方式和断裂方式方面存在不足，比如腙键、二硫化物、碳酸酯键等连接子在血液循环系统中没有足够的稳定性，载荷脱落往往导致较高的小分子脱靶毒性。非断裂连接子的载荷释放后会带有氨基酸残基，限制载荷的功能，不利于评估载荷安全性和有效性。偶联方式方面，不管是基于赖氨酸随机偶联还是马来酰亚胺随机偶联，药物抗体比值（drug-to-antibody ratio，DAR）均一程度较差，分布范围很宽，存在高DAR值部分往往在安全性和有效性方面不佳，而未偶联载荷的抗体占比较高又限制了有效性。在载荷选择方面，初期多有尝试多柔比星和甲氨蝶呤等，携带化合物在人体内数量不足，难以发挥药效。已经上市的Mylotarg和Besponsa使用了相同的连接子载荷，载荷为乙酰化卡奇霉素，连接子含腙键和二硫键，偶联在抗体的赖氨酸侧链，产生DAR值高度不均一，适应证为血液瘤。

中期是以上市药物Kadcyla为代表的第2代ADC。这个阶段，靶点/抗体的选择和开发已经成熟。人表皮生长因子受体2（human epidermal growth factor receptor 2，HER-2）成为众多ADC技术平台争相尝试的靶点，Trastuzumab成为众多ADC技术平台首选的抗体。Kadcyla在非断裂连接子、载荷、DAR值不均一和工艺等方面存在缺陷，众多与其类似或者更优的管线及技术平台相继出现，展现了ADC的多样性。按照作用机制分为以下几大类：1）微管抑制剂，如奥瑞他汀、美登素、微管溶素、艾日布林等；2）作用于DNA的药物，如吡咯苯二氮卓类（PBD）、杜卡霉素、拓扑异构酶抑制剂等；3）作用于RNA酶的药物，如鹅膏毒素、诱导凋亡的B淋巴细胞瘤基因（B-cell lymphoma，Bcl）抑制剂等。

目前是以已上市药物Enhertu为代表的第3代ADC。毫无疑问，Enhertu是Kadcyla众多“Better”药物中表现较好的药物。Enhertu及其平台改变甚至扭转了很多观念，给行业指出一条能以高成功率开发ADC的道路。以喜树碱为载荷、中等毒素、高DAR值的ADC载荷成为主流，自2018年至今，基于喜树碱衍生物为载荷的ADC专利平台累计已有50家。

如上所述，一些ADC管线不一定有明确代次划分，也可能包括跨代次技术特点，通过3个代表性药物，可以清晰发现ADC发展的历史过程和科学工作者的思考角度。通过研究ADC发展过程可以发现，尽管ADC在临床阶段和工艺方面遇到过很多难题，但是ADC的挑战主要在靶点/抗体、连接子设计和载荷这3个方面。一般认为新发现的靶点多尝试相对成熟的连接子载荷，一些研究充分的靶点可以开发新的抗体。目前，双靶点和双表位抗体是研究热点，这些抗体对肿瘤异质性和协同内吞比单抗有更大的优势。良好的连接子设计能解决偶联工艺、载荷或连接子载荷的脱落、抗体/载荷偶联比值等难题。当前，连接子设计多种多样，相对成熟，也有新型连接子不断被尝试。载荷是ADC药物的弹头，ADC的发展也是各种载荷不断被尝试的过程。目前，虽然喜树碱作为载荷被众多创新药企推崇，但一些新的载荷比如细胞毒素、蛋白降解剂、分子胶等也有希望成为下一代载荷。以核素为载荷可以实现诊断和治疗一体化，一些糖皮质激素更是将ADC拓展到非肿瘤治疗领域。ORM-5029是以蛋白降解剂CC-90009为载荷开发的偶联物，临床前数据优异。AOC1001是以小干扰RNA（small interfering RNA, siRNA）为载荷开发的偶联物，正在进行临床试验。在非肿瘤领域，ABBV-3373是AbbVie公司以糖皮质激素偶联到阿达木单抗的偶联物，虽已停止开发，但开启了非肿瘤领域偶联物的探索。总之，抗体偶联已经进入万物皆可以偶联的时代，ADC药物有大片未开发领域，虽然面临诸多的挑战，但只要着眼于解决未满足临床需求、差异化竞争策略、合适的治疗窗口，尝试新的靶点/抗体、连接子设计和载荷的组合，相信未来会有非常广阔的发展空间。

3 本期专题文章点评

相较于传统放化疗，单克隆抗体药物以其高特异性、高有效性、长半衰期、不良反应小和预后效果良好等优点，在多种肿瘤治疗中展现出优越的抗肿瘤效果，已成为全球药物研发的热点领域。抗体药物的结构模式也逐渐多样化，出现了双特异性抗体、ADC以及小分子抗体片段等多种形式。中国药科大学张娟教授等撰写的《抗体药物在肿瘤治疗中的应用与进展》一文聚焦抗体药物在肿瘤治疗领域的最新进展，介绍不同类型抗体药物的结构类型和作用机制（mechanism of action，MOA），并对肿瘤治疗抗体药物上市与临床开发现状进行总结，提出抗体药物在肿瘤治疗领域的发展趋势。未来抗体药物的研发仍将聚焦于尚未满足的临床需求，拓展更多新的靶标以及适应证，为更多患者带来福音。

作为连接细胞膜内外环境的重要渠道，多次跨膜蛋白参与多种信号的传导、物质跨膜运输、能量利用以及调控细胞对外界刺激的响应，与许多人类疾病密切相关，是理想的药物作用靶点。针对多次跨膜蛋白的抗体药物具有特异性强等优势，为调控多次跨膜蛋白的功能提供了新的路径。然而，多次跨膜蛋白的表位可及性、蛋白表达困难和蛋白动态构象等独特障碍，需要创新性策略来推动相应的抗体药物研发。清华大学药学院杜娟娟教授等撰写的《靶向多次跨膜蛋白的抗体药物研究进展》通过对多次跨膜蛋白复杂结构为抗体药物开发所带来的挑战进行探讨，以及对近年来为克服这些障碍所发展的新方法进行介绍，系统性总结目前在研的针对多次跨膜蛋白的抗体类药物。不仅对改进治疗干预措施，而且对推进更广泛的药物研究创新具有重大意义。

除了应用于肿瘤治疗，抗体药物还可以应用于镇痛药物的开发，能特异性地阻断疼痛信号传导、降低神经敏化，且无阿片类药物的成瘾性问题，具有更好的安全性。中国科学院上海药物研究所王春河研究员等撰写的《治疗疼痛的抗体药物的临床进展》总结了目前在疼痛治疗领域的抗体类药物的最新应用和临床进展。目前治疗疼痛的抗体药物主要研发机制包括阻断疼痛信号传导、降低神经敏化、减少神经炎症，主要包括靶向神经生长因子、原肌球蛋白受体激酶A、降钙素基因相关肽、降钙素基因相关肽受体、垂体腺苷酸环化酶激活肽38、垂体腺苷酸环化酶激活肽受体1等的单克隆抗体，可用于治疗类风湿性关节炎、骨关节炎、慢性腰痛、偏头痛等疾病。抗体药物作为一种新兴的治疗手段，在疼痛治疗领域展现出了巨大的潜力。

另一方面，抗体偶联药物治疗实体瘤的效果一直是医药界关注的问题，且通常伴随着长时间循环引起的肝和其他组织毒性。抗体等大分子药物穿透实体瘤，需要克服血管屏障、细胞外基质屏障和抗原细胞屏障这三重障碍。而使用小型化的ADC或类似药物，利于药物进入实体瘤并在其中富集，具有提高毒素靶向实体瘤的潜力。小分子量偶联物体内半衰期短的问题，可以通过Fc融合、白蛋白结合域融合等技术调节半衰期，在提高生物利用度的同时，实现高肿瘤蓄积比，拓宽ADC药物的治疗窗口。沈阳药科大学马宁宁教授等撰写的《小型化抗体偶联药物及类似物的研究进展》总结了目前报道的用于治疗实体瘤的各类小片段偶联物的靶点、连接子、毒素和偶联技术、该类药物现有的临床PK/PD参数以及其药物不良反应。相信不久的将来，会出现更多新的蛋白设计、偶联方式或使用不同半衰期调节技术的小片段偶联药物。

4 结语与展望

创新抗体药潜力巨大，一些新的技术和平台还会不断出现，更多有效靶点会被发现。同时，基于抗体的不同疗法，如双特异性抗体、ADC、CAR-T/NK疗法等将会被更多地应用于患者的治疗，尤其是ADC药物治疗将是抗体药物研发的热门方向。相信未来抗体药、ADC及联合用药会在癌症、自身免疫性疾病和传染病等更多疾病领域，为患者带来性价比更高的治疗方案。