GE-单克隆抗体药物与研发趋势

单克隆抗体药物与研发趋势GE医疗生命科学部樊丰林温振国
简介：
Kohler 和Milstein 于1975 年发明了被称之为“魔弹”的单克隆抗体技术，并在1984 年获得了诺贝尔奖。

抗体是机体在抗原刺激下产生的能与该抗原特异性结合的免疫球蛋白。

单抗是 B淋巴细胞和骨髓瘤细胞杂交形
成的杂交瘤细胞产生的，其重链和轻链所形成的结构域可以识别和结合特异抗原。

1986年，美国FDA批准了第一个单克隆抗体药物上市。

2010年的全球的销售额以及超过440亿美元的销售额。

预计到2015年抗体药物市场将超过980亿美元。

FDA批准的Mabs类药物中40%治疗cancer；其中33% 自身免疫；其中10% 器官移植；其中3,7% 感染，12% 其他。

在市抗体药物，其中低剂量售价1k-5K USD，高剂量5-50K USD。

Rituxan 和Enbrel 需要1000kg/年。

随着基因工程技术的迅速发展，治疗性单抗从早期100%的鼠源单抗，到嵌合抗体，人源化抗体(Humanized Mab)，到近年的全人源性抗体，逐步消除了异源性抗体的免疫原性问题，在保持对抗原高亲
和力的同时，改善了抗体的药代动力学。

近几年上市的抗体体现了下一代抗体药物研发趋势：一个方向是改善抗体的分子，使之分子量更小，从而更有利于药代动力学以及药效学参数，改善制剂的属性，更容易生产。

例如：单链抗体，以及抗体的结构域；另一个方向是创造新的分子，通过已知的药物分子的模型，创新药物。

两个或两个以上的生物功能的分子形成融合蛋白，抗体片段，形成多价或多特异性。

例如：双特体抗体，以2013年批准的ADC类药物。

1.抗体项目的全球市场
近年来是单克隆抗体发展的黄金期，单克隆抗体药物以其高特异性、有效性和安全性正在发展成为国际药品市场上一大类新型诊断和治疗药物，日益成为癌症及其他疾病治疗市场的新宠。

2013年2月22，FDA批准了Trastuzumab-DM1（HER2 receptor Mab-DM1），这是在已上市的
抗体药物Herceptin（HER2）的分子上偶联一个
毒素分子，开发新型抗体药物。

至此FDA共有
38个治疗用抗体药物（其中包括Fc和Fab 融合
蛋白）被批准上市（其中有两个抗体由于临床在批准上市后退市）。

2011年Top50 生物药物中
有14个为抗体药物。

前6位全部是抗体药物，
年销售额均超过$50亿美元。

其中第一位是Abbott 公司的Humira ；2011年销售达到$79亿美元。

预计2012 年 Humira 的销售将到达$95
亿。

（见表1）虽然生物技术制药市场还比较小，例如在2011年生物技术制药只占全球药物市场
的15%，但是抗体药物的复合增长率却很高，
为40%（同期生物药物的复合增长率为21%）。

由于抗体药物在市场上的卓越表现，在这些抗体药物专利过期后催生出了新一类生物药物—Biosimilars （Biobatter 或Follow-on Biologics）。

此类药物是在原创生物药物产品的专利保护过期以后，生产的区别于原创型生物药物产品的类似物。

生物仿制药的有效成分往往不是一种单一的分子，而是一类大分子蛋白异构体的集合。

因此，生物药物的两种药物其有效成分基本不可能做到
完全一致。

此类药物上市前只需显示与原创产品表12011年销售排名前十位的生物药物
具有相同的活性成分、纯度和质量，临床方面按法规要求进行人体生物等效性研究即可。

由于生物仿制药在减少了新药研发的成本，以及“重磅炸弹“药物利润的吸引，国内外生物公司纷纷在研发和申报生物仿制药。

在国内2011年申请临床的抗体类药物的项目有20多个；但是基本集中在Avastin，Herceptin，Rituxan，Remicade
以及Enbrel等抗体项目，在欧美抗体的biosimilar药物（见表2）。

表2正在研发的Biosimilars抗体药物
2.抗体药物类型和特点
图1抗体的结构示意图
抗体是在对抗原刺激的免疫应答中，B 淋巴细胞产生的一类糖蛋白。

它是能与相应抗原特异的结
合、产生各种免疫效应（生理效应）的球蛋白。

分子结构：2条重链与2条轻链组成，重链
450-550个氨基酸分子量50-75KD，轻链为214
个氨基酸分子量25KD。

抗体分子的不同区域见
图1。

表3为抗体的命名原则。

表3.抗体的命名原则
2.1 鼠源抗体:
使用异种抗原免疫小鼠，然后通过纯化小鼠的腹水得到针对该抗原鼠的多克隆抗体，再经过骨髓瘤细胞融合得到可持续表达的单克隆抗体。

例如：1986年FDA 批准的Ortho Biotech公司Orthoclone-OKT3 。

此方法生产的抗体是通过直接免疫动物生产的，方法成熟, 产量可达1-15 g/L，单抗亲和力高，
但是生产周期长，难以大规模生产，主要的杂质为鼠源性生物大分子和脂类等。

鼠源抗体可诱导产生人抗鼠抗体（HAMA），不仅影响疗效，而
且增加患者后续应用的临床风险。

1980-1987年
进入临床研究的鼠源抗体药物占同期总数的89％，基本没有成功。

2.2人－鼠嵌合抗体：
用人IgG的恒定区取代小鼠IgG的恒定区，保
留鼠单抗的可变区序列，形成一个人-鼠杂合的
抗体。

其研制程序快，可大幅度降低异源抗体的免疫原性，却几乎保持亲本鼠单抗全部的特异性和亲和力。

另外，它还具有人抗体的效应功能，如补体固定、抗体依赖细胞介导的细胞毒作用（ADCC）等。

嵌合抗体成功的例子：Rituxan：Idec pharmaceutical/Genentech 的小鼠抗CD20 抗体，含人IgG1恒定区，用于治疗B 淋巴瘤。

它的抗
淋巴瘤作用主要可能来自于补体作用、ADCC 和
诱导肿瘤细胞凋亡。

2011年此单一产品的为Genenthech 公司创造了$66亿美元的收入。

2.3人源化抗体：
利用现有的大量已详细分析过的小鼠抗体，取其与抗原直接接触的那段抗体片段（互补决定区，CDR）与人的抗体框架嫁接，经亲和力重塑，可
维持其特异性和大部分的亲和力，同时几乎完全去除免疫原性和毒副作用。

人源化抗体成功的例子：Herceptin：Genentech 公司的抗HER2/neu 抗体，用于治疗乳腺癌。

是
人表皮生长因子的受体-2（Her-2）重组DNA衍
生的人源化抗体，95% 的人源和5% 的鼠源。

2.4全人抗体：
基于噬菌体可把抗体片段表达在外膜的能力而建立一系列的抗体文库，然后用目的抗原来筛选文库中相应的抗体片段，再经体外加工可形成有功能的完全人抗体。

全人抗体成功的例子：Humira：abbott 公司（雅培）抗TNF全人单抗，用于治疗关节炎。

(TNF)的单克隆抗体，是人单克隆D2E7重链和轻链经二硫键结合的二聚物。

3.抗体片段
3.1Fab抗体片段：
抗体的Fab区域含可变区和恒定区，可以与特异的抗原结合， Fab抗体片段药物有更好的穿透力。

只含有一个Fab 臂。

分子量在~50KD。

已经上市的Fab 抗体片段：Centocor 公司的ReoPro (abciximab)是重组嵌合Fab抗体片段。

以及2010年FDA 批准的TNF Mab Fab', rDNA, PEG- (Certolizumab) ; 肿瘤坏死因子 TNF 单克隆抗体 Fab 片段；重组的人源化TNF40 鼠的Fab 单克隆片段，使用PEG修饰，用于治疗成年人的 Crohn's 氏病。

3.2F（ab’）2片段
实验室可以通过胃蛋白酶将抗体的铰链区切断，形成F(ab’)2 片段；两个Fab 通过二硫键连接形成F(ab’)2。

分子量在~100KD 。

通过基因工程表达的F(ab’)2，在保持抗原性和特异性的同时，降低了免疫原性，F(ab’)2还延长了半衰期。

例如：2011年FDA 批准的Centruroides (Scorpion) Immune F(ab)2 [Anascorp] 治疗蝎毒的
F(ab)2 抗体片段。

3.3单链抗体scFv：
通过基因工程设计，只编码抗体的重链可变区以及轻链（VH+VL），通过一段多肽连接，形
成单链抗体的可变区（scFv）。

连接肽将VH的
C端与VL的N端连接，反之也可以。

它保留了
抗体与抗原的特异性，可以使用大肠杆菌表达。

穿透力强但往往亲和力下降。

分子量在~25KD。

现在FDA没有批准一个单链抗体（scFv）
上市，但是有10几项目个在临床试验。

例如：Pexelizumab, 为Alexion Pharmaceutical公司研制，在2004年进入临床I期，正在临床III期，
主要用于治疗冠状动脉疾病。

3.4单区域抗体sdAb：
抗体的结构域（sdAb）是包含抗体可变结
构域的抗体片段，像全抗体一样，可以与特异的抗原结合（也可以成为IgNAR，V NAR）。

分子量
在12-15KD，单区域抗体sdAb通过基因工程表达重链的片段，V H约110个氨基酸，一般对去
污剂等比较稳定，以及对热稳定性。

FDA还没有批准一个sdAb抗体药物上市，
但是有多个项目在临床研究。

例如：GSK公司的GSK1995057 是人的TNFR1的但结构域抗体，现在I期临床。

4.双特异抗体：
BsMAb，BsAb，是人工的蛋白质（非天然
存在的），将两个不同抗体的片段组合在一起，由两个重链和两个轻链组成，但是重链与轻链的来源于不同的抗体，所以可以与两种特异的抗原结合。

Fc来源于两个重链形成3个结合位点。

此设计克服了如半衰期短、免疫原性等问题。

另外一种 BiTEs也是人工的双特异抗体，是
由功能蛋白和两个来源不同抗体单链抗体scFv
结合，其中一个结合T-细胞的CD3 的受体，另
一个结合肿瘤细胞的特异分子，BiTE是micromet AG公司注册的商标例如：Blinatumomab (MT103): 2010年7月进入临床，
治疗非霍季金淋巴瘤（non-Hodgkin’s lymphoma）。

5.三功能抗体
三功能抗体(3funct,trifunctional antibody), 结
合两种不同的抗原，典型的是CD3 和肿瘤抗原。

FDA现在还没有批准的三功能抗体，但在临床研究的有10多个项目，例如： Catumaxomab 2006年进入临床，现在在临床II期，主要治疗
卵巢癌。

6.合成抗体Synbodies
合成抗体Synbodies ：synbodies 是参照抗
体设计的人工分子，不是真正的抗体，也不是来源于抗体的任何成分。

但它们的目标表位的识别序列由自然抗体的产生，它包括两个和更多的合成肽，虽然各自合成肽的亲和力较弱，但是它们组合在一起后，亲和力较高。

此技术是2011年
亚利桑那大学研发的，由synbody 生物技术公
司开发产品。

7.抗体-药物偶联物(ADCs)
2012 年3月第四届ADCs会议在德国召开，探讨了ADCs药物的进展与临床。

ADCs （antibody-drug conjugates）是新一
类的靶向性抗体药物，它是一类抗体与抗癌制剂偶联的药物，主要用于癌症的治疗；与传统的治疗药物相比，ADCs在杀死肿瘤细胞的同时减少
了副作用。

并且具有抗体的靶向功能。

Genentech 公司的T-DM1已经在2013年2
月正式上市，T-DM1是Herceptin与化疗制剂偶联，在临床上其副作用只是Herceptin的一半。

现在FDA在III期临床只有T-DM1 一个药物，II期6个，I期8个，临床前有2个药物。

部分在研究的ADCs见附表。

8.国内抗体项目进展
国内已经批准单克隆抗体10个（国内企业
生产费进口），见表。

抗体项目的研发企业超过了40家，在研以及临床的项目主要有：Avastin，Herceptin，Rituxan，Remicade以及Enbrel等抗体项目；有3-4家在研ADCs药物。

ScFV以及Fab的项目均在前期实验。

国内单抗药物行业面临的困难主要有：1. 动物细胞大规模培养。

国内一般细胞大规模的表达量在0.5-1g/L，并且工业化生产规模小，最大的
为3000L。

国外上市的药物的表达量为2g/L左右，临床的表达量在3-5g/L之间。

2. 抗体的规
模纯化工艺。

FDA在2005年已经要求使用QBD
的研究方式研究生产工艺。

现在国内仅有少数研发企业使用QBD的模式，而多数企业使用传统
的研究方法。

如何降低工艺成本、提高收率、提高工艺稳定性是抗体药物研发中试非常重要的。

9.抗体的研发趋势
新一代抗体的研发趋势有以下三个方面：
1. 提高抗体的研发能力，即，新一代抗体的
生产能力，在生产过程中的稳定性以及产品的稳定性。

2. 提高药物的关键参数，如抗体的半衰期和
体内分布，免疫的安全性。

3. 提高药理作用，即，为目标的特异性和结合特性，包括亲和力和结合动力学。

通过对抗体定向改进或合理的设计，修改的糖基化模式。

对于这两种方法都必须建立有重点和多样性，库抗体结构，他们必须进行筛选。

先进的蛋白质工程，这是一项新功能，可以以不同的方式彼此之间，没有天然抗体的能力，再结合等工程的结果。

这将创建更多的潜在多样性，以及进行有针对性的设计。