昨天，今天，明天：人源化抗體的發現之旅｜深度

本文轉載自 葯明康德

那些熟知行業研發生產率的資深人士們一定知道，抗體藥物的表現遠優於藥物平均水平。2014年，《Nature Biotechnology》發布了一篇詳細的綜述，探討了臨床藥物的研發成功率。大量數據表明，小分子新葯獲批通過IND的成功率約為7.6%，而單抗新葯的成功率約為14.1%，近乎翻倍。此外，在非腫瘤治療領域，單抗新葯的上市成功率更是高達19.3%。儘管在總體上，約有80%-85%的單抗藥物會折戟於臨床開發階段，但行業內的成功案例，已足以表明這類藥物的潛力。

要勾勒出單抗新葯的研發全景，我們有必要了解下它的歷史背景。早期，單抗新葯來源於老鼠的免疫接種——史上首款獲批的單抗新葯Muromonab-CD3就是如此。由於這些抗體蛋白屬於「異種」，它們有著很高的免疫原性。所以當這些單抗進入人體後，會誘使人體產生針對這些抗體的抗體（即人抗鼠抗體）。這些人體內新生的抗體會中和單抗藥物，讓它們失效。因此，自上世紀80年代以來，人們就開始嘗試在抗體序列中提高來源於人體的序列比例，試圖降低這些單抗的免疫原性。在這一設想下，人們開發出了「嵌合抗體」，即包含了老鼠抗體可變區和人類抗體恆定區的抗體。這固然是一大進步，但人們隨後發現，這些嵌合抗體的免疫原性依然不夠低。

人源化技術的誕生終於讓老鼠抗體的免疫原性得到了控制——通過限制可變區上互補性決定區（即抗原抗體結合的部位）中的鼠類序列，人源化的抗體比嵌合抗體的免疫原性要更低。而全人源的單抗更是完全用人類的遺傳信息來編碼抗體。儘管沒有決定性的證據表明全人源的單抗的免疫原性風險更低，一些觀察結果卻支持這一論斷，很多人也更喜歡這樣的抗體。

嵌合（右上）、人源化（左下）和全人源（右下）單克隆抗體。人源部分為紅色，非人源部分為藍色。（圖片來源：wikipedia）

儘管非完全人源化的抗體依舊將在未來佔據重要的一席之地，全人源的抗體正在變得越來越常見。自從Humira這首款全人源的單抗在2002年獲批以來，美國FDA已經批准了23款全人源的單抗，佔到了市場上所有單抗的40%。2015年至今，21款單抗中有11款是全人源的抗體。而在2017年獲批上市的5款抗體中，更有4款是全人源抗體。這或許也反映了未來單抗發展的趨勢。

FDA批准的全人源單克隆抗體及其使用的技術（圖片來源：福布斯）

從研發手段來看，我們可以從兩種常見的方法里獲得全人源化的抗體。第一種方法是小鼠免疫平台，讓小鼠表達人類抗體的可變段、多樣段和連接段序列（VDJ antibody sequences），並對它們進行免疫接種；第二種方法是「噬菌體展示」（phage display），在大規模的抗體庫中進行篩選。這兩種技術平台都各有利弊。對於第一種方法來說，它能利用多樣性、表達量與穩定性等體內因素來助力篩選，但它的抗原性可能激發免疫反應，成為一個問題。此外，在研究人員需要進行反向篩選的情況下，這些小鼠也不易構建。而第二種方法則基本上與第一種方法截然相反。

從目前的數據來看，FDA批准的23款全人源抗體中，有近乎四分之三使用的是小鼠免疫的手段，其中使用Medarex公司開發的UltiMab技術的獲批抗體達到了10款，這包括了重磅免疫療法藥物Nivolumab（商品名Opdivo）。

這一現象可能是由於在研發的過程中，「噬菌體展示」技術帶來的抗體其不確定性更大一些。2017年，麻省理工學院（MIT）的知名教授Dane Wittrup與同事們發表了一篇詳盡的論文，統計了大量抗體在臨床研發上的數據，並評估了這些抗體的粘性（自我結合與交叉結合能力）、疏水性、蛋白複合體形成能力、熱穩定性、以及重組表達的水平。利用目前已上市的抗體，研究人員製作了一系列「標準曲線」。一旦某一個抗體的數據位於該曲線最差的10%範圍內，研究人員就為它做一個標記。研究發現，比起已獲批上市的抗體，處於2期臨床試驗的標記數要多得多，這很容易理解。在新葯研發的過程中，在研藥物的一些特性，總是逐漸變得越來越好。然而有趣的是，研究也發現，利用「噬菌體展示」技術帶來的抗體，被標記的概率顯著高於從哺乳動物體內獲取的抗體。

抗體研發數據分析（A）根據臨床狀態分析抗體標誌數（B）根據臨床進展分析抗體標誌數（C）根據技術來源分析抗體標誌數（圖片來源：PNAS)

但這同樣尚無定論。從新葯上市獲批的結果上看，這兩種方法並沒有顯著的差異。2008年，Medarex公司的Nils Lonberg博士（現任百時美施貴寶腫瘤學開發部負責人）撰文，評估了當時位於臨床階段的64款全人源化抗體。如今我們發現，無論是採用動物免疫的手段，還是「噬菌體展示」的手段，這些抗體的研發成功率都差不多——大約一半的研發項目被終止，四分之一的抗體獲批上市，剩下的仍在研發中。此外，無論是哪一種方法，都已經從實際效果上證實了它的有效性。舉例來說，阿斯利康近日獲批的抗PD-L1抗體durvalumab利用的是第一種方法，而由輝瑞（Pfizer）與德國默克（Merck Serono）聯合研發的抗PD-L1抗體avelumab利用的則是第二種方法。或許，只有時間能夠最終證明這兩種開發手段在研發生產率是否真正存在異同。

說到時間，或許我們也應當展望一下抗體藥物的開發前景。與許多其他藥物一樣，全人源化的抗體藥物已經在質量、多樣性與可開發性上接受了一系列的改造，它們在未來，還將得到進一步的改善。以小鼠免疫平台為例，過去的小鼠抗體產量雖然高，但由於缺乏B細胞信號通路，這些抗體對特殊抗原的響應往往不足。目前，Harbour Antibodies、Kymab、Ablexis、Trianni以及OMT等公司正在開發下一代的動物免疫平台，試圖解決這些問題。對於「噬菌體展示」平台來說，早期的文庫經常在序列多樣性上略顯不足，生化特性潛在的風險更多（詳見上文），也缺乏天然配對的輕鏈與重鏈。Morphosys與Distributed Bio等公司也正在著力解決這些問題。此外，在過去的幾年裡，我們也看到了一些嶄新平台的興起。Adimab公司的「酵母展示」（yeast display）平台已經在產率上證明了自己，目前正有十多種抗體位於臨床開發的階段。

當然抗體開發是一回事，應用於人體是另一回事。目前，抗體研發人員已不再擔心「是否能開發出一款有潛力的抗體」，而將重點放在了「這款抗體是否能為患者帶來價值」。疾病的生物學機理在沒有進行臨床試驗前，終究不能為人們所完全理解——即便是針對同一抗原或通路，不同抗體的表現也仍然可能有巨大的區別。生物學太複雜了。就好像我們需要人工智慧來助力小分子藥物開發一樣，我們也需要更多的工具來確定抗體的效果。

總結來說，經過數十年的研發，人類抗體的發現技術已臻成熟，有著多樣的高產平台可供使用。目前獲批的23款全人源化單抗能用於多種疾病的治療。毫無疑問，未來我們還將看到更多的單抗新葯問世。

參考資料：

[1] Human Antibody Discovery: Of Mice And Phage

[2] Biophysical properties of the clinical-stage antibody landscape

[3] Fully human antibodies from transgenic mouse and phage display platforms.

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