双特异性抗体的作用机制及临床应用进展

2023.07.10

双特异性抗体的作用机制及临床应用进展(图1)

双特异性抗体（Bispecific antibodies, BsAbs）是通过细胞融合、重组DNA、蛋白质工程等技术制备的人工抗体，可以同时或先后特异性结合两种抗原或同一抗原的两个不同表位，增强免疫应答，提高肿瘤靶向特异性。与单抗相比，BsAbs增加了特异性抗原结合位点，具有靶向性强、特异性高、用药次数少、毒副作用低、靶细胞杀伤能力强等优点。BsAbs的概念是由Nisonoff在50多年前首次提出。随着抗体工程和抗体生物学研究技术的飞速发展，关于BsAbs的概念、技术创新及临床试验增长迅速，如图1所示。

双特异性抗体的作用机制及临床应用进展(图2)

图1：BsAbs发展和技术创新时间轴

BsAbs结构形式

BsAbs根据其与IgG的相似程度被分为：（1）包含Fc区和相关效应功能的“IgG样”分子；（2）缺少Fc区的“非IgG样”分子。IgG样BsAbs类似于常规抗体，尺寸和分子量更大，经历FcRn循环，血清半衰期长，包括：三特异性抗体 (TrAbs)、共同轻链、双可变域免疫球蛋白(DVD-Ig)、CrossMab、Two-in-one IgG、IgG-scFv（单链可变片段)和IgG-sVD（单可变域）等。非IgG样BsAbs形式多样，分子量小，组织渗透性高，但血清半衰期很短（约1-2小时），也称为BsAbs片段，包括双抗体、TandAbs（串联抗体）、scFv-人血清白蛋白(HSA)-scFv、BiTE、双亲和力重新靶向(DART)抗体和Nanobody等。目前已有100多种不同形式的BsAbs，图2展示了常见的几种BsAbs结构形式。

双特异性抗体的作用机制及临床应用进展(图3)

图2：常见的双特异性抗体结构形式

BsAbs作用机制

BsAbs的主要作用机制：（1）桥联作用，实现细胞毒性效应细胞的重定向功能。BsAbs的一个抗原结合位点与肿瘤细胞的特异性抗原结合，另一个抗原结合部位桥联并激活效应细胞，如NK细胞、细胞毒性T淋巴细胞等。目前处于研发中的BsAbs，作用机制为重定向并激活表达CD3的细胞毒性T细胞针对性杀伤特定抗原的肿瘤细胞。（2）桥联受体作用，BsAbs靶向同一细胞表面的两个不同受体，同时特异性阻断或增强多条信号通路，从而增强靶向特异性和安全性。此外BsAbs还可通过将受体A和受体B桥联在一起，激活受体下游信号通路。（3）介导蛋白复合物形成作用，BsAbs被用于酶和底物的辅因子模拟物，提高抗体药物偶联物或抗体的活性。例如在血友病治疗中，BsAbs同时桥联结合凝血因子IXa和X，仿真FVIII的生理功能，促进凝血酶的产生。（4）Piggybacking转运，使活性结合domain易位到无法进入的部位，例如转运受血脑屏障保护的中枢神经疾病靶点或在endosomal逃逸中起作用的细菌或病毒抗原，如图3所示。

双特异性抗体的作用机制及临床应用进展(图4)

图3: BsAbs的作用机制

已获批上市 BsAbs及其适应症

目前用于BsAbs开发的药物管线呈指数增长，已有超过250多种BsAbs处于研究和临床阶段，并针对多种类型的癌症。截止到2022年8月，全球已经有8款双抗/融合蛋白类药物上市，图4所示。

双特异性抗体的作用机制及临床应用进展(图5)

图4: 已成功获批上市BsAbs及其适应症

卡妥索单抗（Removab）

Catumaxomab 是全球首个商业化的双抗药物，分子量150 kDa，属于TrAbs家族，由2个不同的抗原结合Fab和一个Fc区组成，同时靶向CD3和EpCAM，CD3为T细胞招募靶点，EpCAM全称上皮细胞黏附分子，在肿瘤细胞增殖、分化、迁移以及免疫逃逸等多种生物学功能中发挥重要作用，Fc结构域与其他免疫细胞（如巨噬细胞和NK细胞）的Fc受体结合，通过激活T细胞介导的裂解、细胞吞噬作用、NK细胞介导的细胞毒性（ADCC）和细胞因子介导的细胞毒性杀伤肿瘤细胞，如图5所示。Catumaxomab分别于2006年和2009年被FDA批准用于EpCAM阳性卵巢癌和胃癌的孤儿药,最终由于商业化不利于2017年退市。此外Catumaxomab的设计也存在弊端：Removab是一种大小鼠嵌合双抗，存在人抗鼠抗体反应。而CD3作为一个重要的T细胞靶点，易诱发细胞因子释放综合征（CRS），引起组织损伤，导致微血管病变、心脏衰竭甚至死亡。

双特异性抗体的作用机制及临床应用进展(图6)

图5：Catumaxomab三功能抗体结构

博纳吐单抗（Blincyto）

Blinatumomab是一种55kDa大小，靶向CD19和CD3的双特异性T细胞桥联抗体 (BiTE)，抗CD19和抗CD3单链可变结构域(Fv)通过非免疫原性甘氨酸-丝氨酸接头序列连接，编码可变区片段和接头序列的cDNA通过重组DNA技术融合。恶性B淋巴细胞高表达CD19抗原，它与B细胞活化、信号传导及生长调节密切相关，并作为重要标记物被广泛应用于白血病、淋巴瘤及免疫系统疾病的诊断和预后判断，因此是急性淋巴细胞白血病 (ALL)、慢性淋巴细胞白血病(CLL) 和非霍奇金淋巴瘤 (NHL) 中特别好的靶抗原。FDA在2014年加速批准Blinatumomab用于治疗Ph染色体阴性复发或难治性ALL。Blinatumomab将表达CD19 的肿瘤细胞与表达CD3的细胞毒性T细胞桥接起来（图6），增强T细胞对肿瘤细胞的特异性杀伤，但Blinatumomab血清半衰期较短，需要频繁给药。

双特异性抗体的作用机制及临床应用进展(图7)

图6：Blinatumomab：结构和作用机制

艾美赛珠单抗（Hemlibra）

非癌症适应症的BsAbs首次进入市场是在2017年11月，当时FDA批准了用于治疗A型血友病的emicizumab (凝血因子IXa (FIXa) × FX)。Hemlibra是一款重组人源化的双特异性双抗药物，通过桥接FIXa和FX，促进凝血酶的生成，使FⅧ功能障碍或完全缺乏FⅧ的A型血友病患者的出血部位达到有效止血，如图7所示。Hemlibra作为全球唯一一款治疗A型血友病的药物，2021年销售额达到34.15亿美元，且有逐年增长趋势，临床意义重大。

双特异性抗体的作用机制及临床应用进展(图8)

图7：Hemlibra结构

埃万妥单抗（Rybrevan）

Amivantamab是一种特异性识别EGFR和c-Met受体的双抗药物，通过阻断EGFR和c-Met的下游信号通路抑制肿瘤生长，同时可以通过NK细胞和巨噬细胞介导的ADCC和ADCP作用杀伤肿瘤。Amivantamab对肿瘤的杀伤抑制作用显著优于单抗药物，如图8所示。2021年5月21日FDA批准Rybrevant EGFR/c-Met双抗药物用于治疗铂类化疗治疗失败后的EGFR 20号外显子插入突变导致的转移性非小细胞肺癌（NSCLC）患者，是全球第四款获批上市的双抗药物。cMet是间质表皮转化因子，配体为肝细胞生长因子（HGF），正常情况下HGF/c-Met可介导胚胎发育、细胞增殖、组织损伤修复和神经肌肉形成，并受抑癌基因p53的调控。但突变后的c-Met在肿瘤由上皮细胞向间充质细胞转化中发挥重要作用，是肿瘤细胞侵袭、转移和扩散的重要靶点之一。

双特异性抗体的作用机制及临床应用进展(图9)

图8：Amivantamab结构和作用机制

卡度尼利单抗(Candonilimab)

康方生物自主研发的PD-1/CTLA-4双特异性抗体卡度尼利单抗于2022年6月29日获批上市，用于治疗接受过含铂化疗治疗失败的复发或转移性宫颈癌患者。成为首个获批上市的国产双抗，也是全球首款PD-1/CTLA-4双抗。其作用机理是阻断PD-1和CTLA-4与其配体PD-L1/PD-L2和B7.1/B7.2的相互作用，从而阻断PD-1和CTLA-4信号通路的免疫抑制反应，促进肿瘤特异性的T细胞免疫活化，进而发挥抗肿瘤作用。卡度尼利单抗的上市为患者提供了新的治疗选择。

相比较单克隆抗体，BsAbs具有单抗所没有的独特理念以及无法比拟的优势，在临床治疗等方面展现出了巨大的前景，目前在研的双抗可以分为T细胞桥接型双抗、双免疫检查点阻断类双抗、免疫检查点阻断+肿瘤微环境调节类双抗、免疫检查点阻断+肿瘤信号通路抑制类双抗、双肿瘤信号通路抑制类双抗、同抗原双表位类双抗、以及促功能复合体形成类双抗等多种类型。如何根据不同的效应机制设计合理的抗体结构也是目前BsAbs研发的重点。未来双抗药物的发展将涉及新靶点、新组合、新平台、新几何构型的开发和应用，以及与传统生物药物、其他形式的免疫治疗、理化治疗的联合治疗。

References

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