對于PD-1藥物，如何從結(jié)構(gòu)上慧眼識英雄？

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作者：葉楓紅來源：葉楓紅

2019-05-16

目前已有四種PD-1單抗在國內(nèi)陸續(xù)上市（納武利尤單抗、帕博利珠單抗、特瑞普利單抗、信迪利單抗），除了臨床試驗(yàn)外，我們?nèi)绾螐慕Y(jié)構(gòu)上鑒別PD-1單抗的好壞呢？

單克隆抗體簡稱單抗，屬于人工制備抗體，是由一個(gè)B細(xì)胞克隆，針對單一抗原表位產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)均一、高度特異的抗體。近幾年來，單抗藥物已成為腫瘤免疫治療領(lǐng)域的焦點(diǎn)。美國免疫學(xué)家詹姆斯艾利森( James Allison)和日本生物學(xué)家本庶佑(Tasuku Honjo)憑借"發(fā)現(xiàn)負(fù)性免疫調(diào)節(jié)治療腫瘤的療法"獲得了2018年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

免疫檢查點(diǎn)(例如PD-1、CTLA-4、TIM-3等)通路的活化會(huì)抑制T細(xì)胞的激活，防止人體免疫系統(tǒng)的過度激活，維持正常機(jī)體的免疫耐受，避免自身免疫疾病的發(fā)生。腫瘤通過使自身和一些淋巴細(xì)胞過度激活免疫檢查點(diǎn)通路導(dǎo)致腫瘤免疫逃逸的發(fā)生。在腫瘤免疫療法當(dāng)中，針對免疫檢查點(diǎn)PD-1 / PD-L1通路的阻斷劑無疑是最耀眼的"明星"。目前已有四種PD-1單抗在國內(nèi)陸續(xù)上市（納武利尤單抗、帕博利珠單抗、特瑞普利單抗、信迪利單抗），除了臨床試驗(yàn)外，我們?nèi)绾螐慕Y(jié)構(gòu)上鑒別PD-1單抗的好壞呢？

單抗藥物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是決定其功能效應(yīng)的先決條件。面對一款PD-1單抗，其綜合實(shí)力評估指標(biāo)包括親和性、特異性、免疫原性、Fc段特征。

親和性：單抗的親和力到底有多強(qiáng)，直接影響到了藥物效果、臨床的劑量和部分副作用程度。單抗的親和力看的主要是兩個(gè)指標(biāo)，EC50和IC50。

EC50指的是半數(shù)效應(yīng)濃度，指的是藥物在引起50%效應(yīng)變化時(shí)的濃度；IC50指的是半數(shù)抑制濃度，指的是某種抑制劑實(shí)現(xiàn)抑制效果50%時(shí)的濃度。這倆數(shù)值越小、抗體的親和力越高，臨床達(dá)標(biāo)的劑量就可能更低，副作用可能更小。

研究發(fā)現(xiàn)，目前帕博利珠單抗與PD-1的親和力，是國內(nèi)目前用藥間隔最長的PD-1單抗。

特異性：納武利尤單抗結(jié)合在PD-1胞外的N端loop區(qū)域，主要由氫鍵相互作用，帕博利珠單抗和特瑞普利單抗結(jié)合在PD-1的Fg loop，通過對納武利尤單抗和帕博利珠單抗二者競爭/協(xié)同結(jié)合特性進(jìn)行分析表明，PD-1結(jié)合帕博利珠單抗后不能再有效結(jié)合其他單抗，反之亦然。因此，盡管納武利尤單抗和帕博利珠單抗結(jié)合PD-1的不同區(qū)域，其結(jié)合PD-1后對于進(jìn)一步結(jié)合另一個(gè)抗體也具有一定空間位阻效應(yīng)。在處方時(shí)，需慎重考慮空間位阻效應(yīng)帶來的臨床現(xiàn)象。

免疫原性：PD-1抑制劑制備時(shí)，為了避免T細(xì)胞因ADCC（antibody-dependent cellular cytotoxicity抗體依賴的細(xì)胞**）或CDC（complement dependentcytotoxicity補(bǔ)體依賴的細(xì)胞**）反應(yīng)被機(jī)體殺滅，選用的大都是IgG4型抗體。若加以修飾能夠更加完美。是否有ADCC和CDC存在，也是衡量PD-1單抗效果的指標(biāo)之一。

單抗本身也可以被免疫系統(tǒng)當(dāng)作是一種抗原，具有免疫原性，免疫系統(tǒng)有可能會(huì)產(chǎn)生抗藥物抗體（ADA），加速單抗藥物的清除，這意味著第一次使用有效的藥量很可能第二次就不夠用了，必須不斷增加使用量或頻次，直到最后完全沒用；二是如果免疫原性過強(qiáng)，很容易激起機(jī)體的過度免疫反應(yīng)，帶來一系列副作用。帕博利珠單抗ADA的陽性率僅為0.77%；特瑞普利單抗為15.4%。

Fc段特征：直接影響到T細(xì)胞存亡和活性。原因是由于PD-1抑制劑靶向的目標(biāo)是T細(xì)胞，而有ADCC和CDC效應(yīng)的單抗Fc段與目標(biāo)細(xì)胞結(jié)合，會(huì)造成T細(xì)胞失活。于PD-L1抑制劑，保留不保留ADCC作用，就看PD-L1在T細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞上哪個(gè)表達(dá)占優(yōu)勢。簡單來看就會(huì)有3種表達(dá)情況，如果PD-L1在腫瘤細(xì)胞表達(dá)占優(yōu)勢，如第1種模式，那么保留ADCC作用，是有利于增強(qiáng)殺傷腫瘤細(xì)胞；如第2種模式，腫瘤細(xì)胞和T細(xì)胞PD-L1表達(dá)差不多，那么保留ADCC作用，就會(huì)折損一部分T細(xì)胞；如第3種模式，T細(xì)胞表達(dá)PD-L1占優(yōu)勢，那么保留ADCC作用，只會(huì)殺傷T細(xì)胞，對殺傷腫瘤細(xì)胞不利。

目前開發(fā)的單抗藥物基本上都是IgG1、IgG2 和IgG4 這3種類型。IgG1具有很強(qiáng)的ADCC作用，阿特朱單抗是對IgG1進(jìn)行了修飾，改造了Fc段的糖基化，使之不能結(jié)合Fc受體，IgG2不能結(jié)合Fc受體，所以無ADCC作用，IgG4結(jié)合Fc受體的能力很弱，所以有微弱的ADCC作用?？傊現(xiàn)c段特征在評價(jià)PD-1單抗方面是很重要的。

盡管單抗最終的功能效應(yīng)需通過臨床證據(jù)進(jìn)一步夯實(shí)，但其臨床前階段的體外特征是一切的基礎(chǔ)。

目前單克隆抗體藥物已經(jīng)從最初的由雜交瘤技術(shù)制備的鼠源單抗，發(fā)展為包括嵌合單抗、人源化單抗、全人單抗以及諸如雙功能抗體等多種新型抗體，除了治療腫瘤外，在自身免疫性疾病、器官移植排斥反應(yīng)、抗感染、止血等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。

單抗藥物是一個(gè)競爭極其激烈的市場，這一方面對于中國創(chuàng)新藥是一個(gè)里程碑式的事件，代表了中國創(chuàng)新藥的能力上了一個(gè)新臺階。另一方面，多個(gè)同類產(chǎn)品同時(shí)涌入市場，那么先行者搶占市場的優(yōu)勢并不明顯，未來的廝殺將依靠企業(yè)的綜合實(shí)力，比如銷售能力、臨床試驗(yàn)布局、現(xiàn)金流、對終端的把控能力等等。

對IO治療領(lǐng)域而言，從分子水平上研究藥物與受體的結(jié)合，有助于研究藥物作用機(jī)制，幫助開發(fā)和設(shè)計(jì)新一代更好的IO藥物。目前Keytruda和Opdivo，二者在藥效、臨床數(shù)據(jù)等方面都非常相似，但是在臨床試驗(yàn)中仍然表現(xiàn)出差異，利用X-射線結(jié)晶學(xué)的方法研究其與受體結(jié)合的能力，以及它們各自的空間結(jié)構(gòu)信息，也許能夠提示不同IO藥物治療效果不同的原因。

總之，我們只有從最開始了解PD-1單抗的臨床前特征，才能幫助我們真正慧眼識英雄。

參考來源：

1. Fessas P, et al. A molecular and preclinical comparison of the PD-1-targeted T-cell checkpoint inhibitors nivolumab and pembrolizumab. Seminars in Oncology 44(2017):136-140.

2. Changyu Wang, et al. In vitro characterization of the anti-PD-1 antibody nivolumab, BMS-936558, and in vivo toxicology in non-human primates. Caner Immunol Res; 2(9) September 2014.

3. Zhang S, et al. Antibody Therapeutics, 2018, Vol.1, No. 2:45-53.

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