好文收藏！Nature双特异性抗体最新综述：全球管线、靶点、作用机制

1960年，在一篇Science论文中[1]，纽约罗斯威尔公园纪念研究所的Nisonoff及其合作者首次提出了双特异性抗体（bispecific antibodys）的原始概念。之后，随着抗体工程和抗体生物学领域的里程碑进展，构建双特异性抗体的概念和技术不断创新（图1），导致了今天所看到的100多种双特异性抗体建造模式（formats），其中，约四分之一已发展成技术平台，并由生物技术公司和制药公司商业化，用于生产新型疗法。

图1 | 促进治疗性双特异性抗体发展的概念创新和技术创新时间线（图片来源：Nature Reviews Drug Discovery）

双特异性抗体双靶向的特点（指能同时特异性靶向两个抗原或一个抗原的两个不同表位）使其具有巨大的治疗前景，但将双特异性抗体这一概念转化为临床疗法已被证明具有挑战性。举例来说，早在20世纪80年代中期，就有团队描述了一种使T细胞重定向的典型双特异性抗体，然而，直到2009年，欧盟才批准了名为catumaxomab的这类双特异性抗体（靶向CD3和EpCAM），用于治疗癌性腹水。尽管由于商业原因，catumaxomab于2017年退出市场，但另一款T细胞参与的双特异性抗体blinatumomab（靶向CD3和CD19，于2014年获FDA批准，用于治疗急性B淋巴细胞白血病）令人印象深刻的临床结果重新激起了业内对这一概念的兴趣和投资。目前有40多个T细胞重定向双特异性抗体正处于临床开发阶段，用于治疗血液学肿瘤和实体肿瘤。

除了癌症，炎症性疾病也一直是双特异性抗体临床开发的重点。然而，随着emicizumab（靶向凝血因子X和因子IXa）于2017年11月经FDA批准上市，血友病成了双特异性抗体首个非癌症适应症。目前，很多团队也在探索双特异性抗体在其它疾病领域的治疗潜力，如糖尿病、HIV感染、其它病毒和细菌感染、阿尔茨海默症、骨质疏松症等。

图片来源：Nature Reviews Drug Discovery

截至目前，已有20多个不同的商业化技术平台可用于双特异性抗体的开发，超过85个双特异性抗体处于临床开发阶段。基于目前双特异性抗体的发展热潮，6月7日，来自美国和荷兰的4位科学家在Nature Reviews Drug Discovery上发表了题为“Bispecific antibodies: a mechanistic review of the pipeline”的综述[2]，从机制的角度回顾了双特异性抗体的发展现状，包括对管线的全面总结。同时，文章也讨论了双特异性抗体向临床转化的进展，为该领域的发展提供了未来展望。

双特异性抗体的模式

抗体是一类能与抗原特异性结合的免疫球蛋白，由四条多肽链组成，分子量较大的两条链称为重链(heavy chain，H链)，而分子量较小的两条链称为轻链(Light chain，L链)。在单抗中，两条H链和两条L链的氨基酸组成完全相同，而双特异性抗体的开发是通过共表达两条不同的H链和两条不同的L链。从10种可能的H2L2重组混合物中获得功能性双特异性抗体是双特异性抗体开发的最初挑战之一，这通常称为链相关问题。

在过去几十年里，研究者们已经开发了许多策略，以解决这一问题。由这些策略诱导的不同设计特征或功能特性可用于所产生的双特异性抗体模式的分类（图2）。

图2 | 双特异性抗体的不同模式 （图片来源：Nature Reviews Drug Discovery）

基于片段的模式（Fragment-based formats）

基于片段的双特异性抗体简单地将多个抗体片段结合在一个分子中，不含Fc区域（fragment crystallizable，可结晶片段，与抗原结合片段Fab相对），避免了链相关问题，优势是产量高、成本低；缺点是半衰期相对较短。此外，基于片段的双特异性抗体可能会出现稳定性和聚合问题。

对称模式（Symmetric formats）

对称模式的双特异性抗体保留了Fc区域，更接近于天然抗体，但在大小和结构上有所不同。这些差异可能对与天然抗体相关的有利特性(如稳定性和溶解度)产生负面影响，从而可能损害这些双特异性抗体的理化和/或药代动力学特性。

不对称模式（Asymmetric formats）

大多数不对称模式的双特异性抗体与天然抗体非常相似，被认为具有最低免疫原性的潜力。不过，解决链相关问题可能涉及到的复杂工程可能会抵消一些不对称模式双特异性抗体的这一优势。

双特异性抗体管线的机制总结

截至2019年3月，商业化的临床管线包括超过85个双特异性抗体(图3)，其中，约86%的分子在癌症患者中进行评估，反应了业界对双特异性抗体在癌症治疗方面的发展具有浓厚的兴趣(图4)。

图3 | 双特异性抗体临床开发管线概述 （图片来源：Nature Reviews Drug Discovery）

图4 | 每年双特异性抗体临床研究的启动情况（图片来源：Nature Reviews Drug Discovery）

大多数双特异性抗体将桥接细胞（bridge cells，in-trans binding）作为它们的专性（obligate）作用机制，其中T细胞重定向是最常见的共同特征（表1和表2）。

除了桥接细胞，双特异性抗体也可桥接受体（Bridging receptors，in-cis binding）。专性双特异性抗体概念的例子及其设计和作用机制在图5中进行了总结。

图5 | 双特异性抗体专性作用机制的例子 （图片来源：Nature Reviews Drug Discovery）

桥接细胞

T细胞重定向

典型的专性双特异性抗体概念是重定向效应T细胞的细胞毒性活性，以特异性地消除肿瘤细胞。通过这种方法，T细胞通过由T细胞结合域和肿瘤结合域组成的双特异性抗体与肿瘤细胞建立了物理连接(图5a)。这些T细胞参与的双特异性抗体 (T cell-engaging bsAb, bsTCE)主要通过结合TCR复合物中的CD3ε激活T细胞。目前，在临床试验中接受评估的双特异性抗体中，约有一半是bsTCEs (51%；n=44/86；图3；表1)。

虽然一些团队也在探索用于重定向或使T细胞参与的替代靶点，如αβTCR、T细胞表面糖蛋白CD5，但靶向CD3ε的bsTCEs是发展最快的。不过，尽管基于CD3的bsTCEs具有良好的前景，但它也存在许多缺点，包括潜在的高毒性，特别是对在广泛组织中表达的靶点，如EGFR、EpCAM。此外，由于基于CD3的bsTCEs能够激活所有谱系的T细胞，因此，还可能限制其疗效[3]。这些发现支持一种观点，即，招募特定的T细胞亚群（如Vγ9Vδ2 T细胞）来杀死肿瘤细胞，可能比现有的方法更有优势。

表1 | 适应症为癌症的临床阶段双特异性抗体：专性概念（数据来源：Nature Reviews Drug Discovery）

肿瘤

大多数临床阶段的bsTCEs正被开发用于治疗血液学恶性肿瘤(67%；n=29/43)(图3；表1)。虽然有一些bsTCEs靶向新的靶点，如CLEC12A（Merus的MCLA-117）、FcRL5（罗氏的RG6160）、GPRC5D（Janssen的JNJ-64407564），但大多数bsTCEs靶向已知的、经过验证的B细胞或髓系抗原，包括CD19、CD20、CD33、CD38(也称为ADPRC1)、CD123或BCMA (也称为TNFRSF17)。约14个靶向实体瘤抗原（如HER2、EGFR变体(v)III、PSMA和EpCAM）的bsTCEs正在临床上接受评估（表1）。

耐药性

bsTCEs的抗肿瘤活性往往受到耐药性发展的制约。对潜在耐药机制的研究表明，肿瘤细胞上bsTCEs特异性肿瘤相关抗原(TAAs)的下调是肿瘤逃逸的机制之一。其它耐药性机制可能包括调节性T细胞或免疫检查点引发的免疫抑制。例如，有研究表明，bsTCEs治疗可能会诱导PD-1和PD-L1表达增强，从而限制其活性，而联合PD-1/PD-L1抑制剂被证明可增强bsTCEs的临床前抗肿瘤活性。

其它双特异性方法

由于免疫检查点抑制剂CTLA-4、PD-1和PD-L1抗体的临床成功，针对这些检查点和其它免疫检查点的双特异性抗体正在出现。至少有9个处于早期临床研究阶段的双特异性抗体靶向PD-1或PD-L1，同时靶向的另一个免疫检查点是CTLA-4、LAG3或TIM3(也称为HAVCR2)(表2)。同时靶向两个免疫检查点的理论依据是，靶向这些检查点的单抗的联合治疗改善了临床益处。例如，与CTLA-4抗体ipilimumab单药治疗相比，ipilimumab与PD-1抗体nivolumab的联合治疗改善了黑色素瘤患者的生存结果，但值得注意的是，联合治疗也显著增加了免疫相关不良事件。为了提高联合靶向PD-1和CTLA-4的安全性，一些团队正在优化双特异性抗体的设计。

表2 | 适应症为癌症的临床阶段双特异性抗体：组合概念（数据来源：Nature Reviews Drug Discovery）

肿瘤之外

除肿瘤外，双特异性抗体也被开发用于传染性疾病和再生医学领域。其中，病毒特异性bsTCEs旨在将CD8+ T细胞重定向到表达病毒表面抗原的被感染细胞，一些研究报道了针对乙型肝炎病毒、巨细胞病毒和HIV-1感染的bsTCEs（表3）。此外，基于双特异性抗体的重定向策略正被研究用于增强干细胞和祖细胞的靶向递送，以改善组织再生的效率。

表3 | 适应症为非癌症的临床阶段双特异性抗体：专性概念（数据来源：Nature Reviews Drug Discovery）

桥接受体

靶向抑制致癌受体酪氨酸激酶(RTKs，如EGFR、HER2)是一种成功的抗癌方法，而耐药性的发展是这类疗法的主要限制。耐药性通常与绕过特异性抑制剂以激活平行信号通路的其它RTKs的上调有关。这为联合靶向多个RTKs的双特异性抗体的开发提供了理论基础(图5b)，其中一些这类双特异性抗体（如JNJ-61186372、Zenocutuzumab,）已经在临床研究中(表1；表2)。此外，还有一些利用组合概念、适应症为非癌症的双特异性抗体处于临床开发阶段（表4）。

表4 | 适应症为非癌症的临床阶段双特异性抗体：组合概念（数据来源：Nature Reviews Drug Discovery）

Biparatopic双特异性抗体

除了靶向两个不同的蛋白，双特异性抗体也可被设计用于同时结合相同靶点上的两个非重叠表位，这被成为“Biparatopic双特异性抗体”。这类双特异性抗体通过抗原交联和聚集增强结合强度，从而模拟抗体混合物和多克隆抗体的效果。因此，Biparatopic双特异性抗体本质上是一个组合概念，ZW25（靶向HER2）是其中一个代表（表2）。

靶向更多抗原

向双特异性分子中添加额外的特异性可以引入额外的功能，可能会增加它们的治疗活性。因此，一些团队正在不同的治疗领域探索基于多特性抗体的模式，这些抗体包含三个或更多不同抗原结合位点。

在肿瘤学中，同时靶向更多的疾病介导受体或交叉信号级联被认为能够增加有效处理受体冗余或异质性的机会，并降低逃逸的风险。因此，许多多特异性模式采用了这一概念，并靶向同一受体家族的多个成员，如EPHA2、EPHA4和EPHB4。多特异性抗体也在被调查用于病毒疾病（如HIV感染、埃博拉病毒感染）的治疗，以应对遗传多样性，以及预防获得性耐药。

展望

总结来说，治疗性双特异性抗体是一个快速扩展的多样化分子群。尽管与单克隆抗体相比，双靶向概念的复杂性增加，在发现和开发的不同阶段会带来额外的挑战，但双特异性抗体为新型药物的设计与开发提供了令人兴奋的机会。从疾病领域来看，目前的数据显示，业界对双特异性抗体治疗癌症更加期待。科学家们预计，双特异性抗体的持续发展将对癌症等疾病的治疗带来持久的影响。

小结

系列：深度综述——双特异性抗体

杂志：Nature Reviews Drug Discovery

亮点：

1）双特异性抗体迎来研发热潮，截至目前，已有20多个不同的商业化技术平台可用于双特异性抗体的开发，超过85个双特异性抗体处于临床开发阶段 ；

2）这篇最新发表的Nature综述从机制的角度回顾了双特异性抗体的发展现状，包含了对临床管线的全面总结。文章结构清晰、逻辑分明、图表丰富、信息全面，推荐收藏。

相关论文：

[1] A. Nisonoff et al. Properties of the Major Component of a Peptic Digest of Rabbit Antibody. Science(1960).

[2] Aran F. Labrijn et al. Bispecific antibodies: a mechanistic review of the pipeline. Nature Reviews Drug Discovery (2019).

[3] J Duell et al. Frequency of regulatoryT cells determines the outcome of the T cell-engaging antibody blinatumomab inpatients with B-precursor ALL. Leukemia (2017).

参考资料：

1# 田文志：双抗分子设计应“大道至简”，靶点选择应基于科学认知

2# 双特异性抗体热潮

3# 原创 | 技术高难、战术单调：双特异抗体进展