普健生物(武汉)科技有限公司(AtaGenix)

222020-07

双特异性抗体的发展及作用机制

特异性抗体( bispecific antibody,BsAb)是指能同时特异性结合两个抗原或抗原表位的人工抗体。双特异性抗体在自然条件下并不存在,而是通过细胞融合或重组DNA技术制备实现的。由于其特异性和双功能性,现已成为抗体工程领域的研究热点,在肿瘤治疗及自身免疫病等领域中具有广阔的应用前景。


双特异性抗体的发展趋势

1960年Nisonoff 及其合作者首次提出BsAb的概念以来,随着基因工程抗体、免疫学等相关领域的快速进展,BsAb的构建理念、技术平台以及产品研发不断发展创新(图1)。

目前已有3个双特异性抗体药物获批上市。其中,首个BsAb药物Catumaxomab于2009年被欧盟批准上市,用于恶性腹水治疗,并于2017退出市场。第二个BsAb药物Blinatumomab于2014年被FDA和欧盟批准上市。第三个BsAb药物Emicizumab于2017年被FDA批准上市,用于A型血友病的常规预防。



1 双特异性抗体发展的时间表

Labrijn et al.,2019)


截至2019年3月,已经有100多种BsAb结构被报道,超过85个BsAb临床在研,其中约86%项目是在肿瘤领域。除了癌症,自身免疫性疾病也是双特异性抗体临床开发的重点。

从图2可以看出,2014年之后,BsAb的研发进入了一个高速发展阶段,尤其是用于癌症治疗的BsAb的研究出现持续增长,而非癌症治疗的BsAb在2014-2016年间也迎来一个发展小高峰。2014年 Nature Reviews Drug Discovery 期刊中曾评价BsAb为“下一代抗体”。



2 商业公司赞助双特异性抗体的临床研究情况

Labrijn et al.,2019)
双特异性抗体的作用机制

BsAb可以靶向多个抗原或抗原表位,发挥的协同效应比单克隆抗体具有更多优势,同时还可介导多种特定生物学效应的发生。比如:①桥联免疫细胞与肿瘤细胞,通过招募和激活免疫细胞杀伤肿瘤细胞;②抑制或激发多个信号通路,发挥协调效应;③借助抗体双价结构,介导蛋白复合物形成,发挥生物学效应等。具体如下:


1.细胞桥联作用

1)T细胞桥联:是基于重定向T细胞特异性杀伤肿瘤细胞机制。T细胞通过由T细胞结合域和肿瘤结合域组成的BsAb与肿瘤细胞建立了物理连接(图3a)。2009年批准的Catumaxomab和2014年批准的Blinatumomab均是应用了该作用机制。

2)NK细胞桥联:NK细胞被认为是最重要的效应细胞亚群,也是BsAb设计的重点效应细胞之一。比如将靶向CD16a的抗体与靶向TAA的抗体进行配对组合获得的BsAb可以在一定程度上重新定向NK细胞,发挥抗肿瘤效应。


2.桥联受体作用

肿瘤等疾病的发生往往涉及多条信号通路,单一信号通路阻断往往不能完全抑制疾病的进程,反而还容易导致其他补偿通路的激活。BsAb可以特异性阻断多条信号通路,达到更好的抑制疾病的效应(图3b,图3c)。


3.介导蛋白复合物形成

2017年上市的靶向凝血因子IXa和X的双特异性抗体Emicizumab,是一种人源化双特异性IgG4抗体,作用机制是同时桥联结合因子IXa和因子X,从而仿真FVⅢ的生理功能,促进凝血酶的产生(图3d)。该抗体的上市丰富了BsAb的独特的生物学机制。



3 双特异性抗体作用机制的一些实例

Labrijn et al.,2019)


双特异性抗体的制备方法

1.化学交联法

化学交联法的制备原理主要是通过特定的化学交联剂的作用,使不同特异性的抗体分子或 F(ab')间形成二硫键,从而产生异源二聚体。在形式上可以是整个抗体分子间的偶联, 亦可是单价之间或F(ab')F(ab')2间的偶联。该方法制备的BsAb可直接利用现存的抗体且产率高,但可能因损害抗原结合位点而影响其活性。


2.杂交瘤结合法

该方法以传统的单克隆抗体技术为基础,将分泌两种抗体的杂交瘤细胞融合,使其能产生稳定分泌BsAb的杂交瘤。各自的免疫球蛋白(Ig)基因的共同表达, 产生两种H和L链, 组合形成具有亲本Ig特性的BsAb。利用杂交瘤方法制备的BsAb随机性较大,效率相对较低,但其生物活性较好,抗体结构较稳定。


3.基因克隆法

基因工程技术为制备BsAb开辟了新途径,可通过将编码亲本抗体的基因克隆出来转染到寄主细胞中直接表达BsAb,也可通过基因剪切,构建单链抗体(scFv),制备改良的BsAb。


展望

BsAb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,如何根据不同的效应机制设计合理的抗体结构是目前BsAb研发的重点。作为一种前沿技术,双抗在质量分析控制、合理评价动物模型、临床研究策略以及规模化生产等方面仍存在诸多挑战。然而随着临床研究的推进以及上下游工艺技术的进步,这些问题将会逐步得到解决,并有望为新型药物的设计和研发提供新的发展机遇。


普健优势

普健生物具有经验丰富的双特异性抗体制备团队,成熟的抗体药物研发平台,可以提供以下BsAb类型的设计:

 


参考文献:

Labrijn,et al.Bispecific antibodies:a mechanistic review of the pipeline.Nature Reviews Drug Discovery,2019, 18(8):1-24. 

吕明等. 双特异性抗体结构与作用机制研究进展.中国新药杂志, 2019(21).