肿瘤抗体药物的历史、现状和未来展望

TrendsInBIo/PharmaceuTIcalIndusTry|2-200851CancerImmunotherapy自从1975年单克隆抗体技术[1]产生以来，抗体药物的研发和上市进展非常快，究其原因，归于其靶向性强、副作用小和疗效显著的特点。到目前为止，美国FDA一共批准了24种抗体药物，我国一共批准了11种抗体药物。同时，在全世界范围内，还有100多个抗体已经进入临床研究、500多个抗体药物处于临床前研究。到2010年，预计全球治疗性抗体药物销售额将达到250亿~300亿美元。抗体药物所带来的巨大的经济效益，促使全球上百家生物技术公司全力投入抗体药物的研发。药物开发是一项系统工程，通常需要首先确定适应症，然后根据病因和病理确定分子靶点，设计药物分子。抗体药物开发也是如此。随着人类基因组计划的完成，蛋白质组和功能基因组研究的广泛开展，越来越多的疾病分子机制得到阐明或部分阐明，抗体药物的疾病适应症范围也不断扩大。本文将从肿瘤的分子机制出发，综述抗体药物的设计原理和临床应用，为设计新的抗体药物开发提供有力借鉴。从本质上讲，肿瘤的发生是细胞基因或基因组发生改变的结果。由于细胞环境或自身的原因，由细小的基因变化，经过多重步骤的积累，达到质变，使细胞获得某种生长优势，发生恶性转化，转变成为肿瘤细胞。设计抗肿瘤药物，首先需要了解肿瘤发生和发展的机制。1肿瘤发生和发展的分子机制目前普遍认为，肿瘤细胞在调节细胞正常增殖和维持自身平衡方面具有缺陷，而这种缺陷正是肿瘤发生和发展的内因。具体来讲，这种缺陷表现在以下6个方面[2]：生长信号的自足（Self-sufficiencyingrowthsignals）。正常细胞通过细胞膜表面受体分子与细胞环境中的各种信号因子结合，为细胞正常生长提供促有丝分裂信号。正常细胞的生长是可控的。肿瘤细胞通过改变受体与信号因子的结合、跨膜信号传递和胞内信号传递途径等，或者通过与环境中正常细胞之间的相互作用，实现生长信号的自足，从而大大降低对外源信号的依赖性，最终表现为无控生长。对生长抑制信号不敏感（Insensitivitytogrowthinhibitorysignals）。在正常组织中，细胞膜表面受体分子通过与环境中的各种信号因子结合，产生抑制细胞生长和增殖的信号，维持细胞的静默状态和组织的自身平衡。这种生长抑制信号的作用机制一般有两种：暂时进入G0期或者完全失去增殖潜力，同时开始分化。肿瘤细胞的发生和发展必须对抗这种抑制增值和诱导细胞分化的信号，即获得对于生长抑制信号的不敏感性。逃避凋亡（evadingapoptosis）。细胞数量不仅取决于细胞增殖能力，而且与细胞的死亡相关。细胞凋亡是细胞数量减少的主要方式。大部分肿瘤细胞具有对抗细胞凋亡的能力。无限复制的能力（limitlessreplicativepotential）。上述三个方面均是通过解除环境对细胞的影响，发挥作用。由于正常细胞还均具有一种完全独立于细胞之间相互作用的，能够控制细胞增殖的作用机制。肿瘤有关作者：周泽奇博士(ZeqiZhou,PhD),生物学博士2008-现在:天津国际生物医药联合研究院副院zhang2003-2008:美国Egenix生物技术公司常务副总裁兼首席科学技术官2001-2003:美国Wyeth(惠氏公司)项目主管和首席科学家1993-2001:美国Bayer(拜尔公司)资深科学家1992-1993：美国哈佛大学医学院讲师1988-1992：美国哈佛大学医学院博士后和塔夫茨大学博士后先后发表了40多篇科学论文。已获得3项美国专利,现有3项发明专利申请。具有19年的癌症医学研究和癌症诊断产品开发的经验。肿瘤抗体药物的历史、现状和未来展望周泽奇王祥斌52TrendsInBIo/PharmaceuTIcalIndusTry|2-2008TrendsinBio/PharmaceuticalIndustry的形成，尤其是大量肿瘤细胞的扩增，还必须克服这种内在的细胞调控机制。持续的肿瘤血管生成（sustainedangiogenesis）。所有细胞均需要血管系统提供氧和养分，维持其功能和存活。正常组织形成后，新生血管的形成过程便受到严密的调控。通常在肿瘤初发过程中，促进和封闭新生血管生成两种信号的相互平衡，逐渐转为前者占据优势，从而支持肿瘤细胞的大量扩增。组织侵袭和恶性转移（Tissueinvasionandmetastasis）。在肿瘤发展过程中，肿瘤细胞具有侵袭临近组织和距离转移的能力。2.肿瘤治疗的途径[3]目前，临床上采用手术治疗、放射治疗、药物治疗和综合治疗等途径治疗肿瘤。其中手术治疗和放射治疗通常用于局部肿瘤的治疗，血液肿瘤、转移或者严重恶化的局部肿瘤和软组织肿瘤一般需要药物治疗，或者药物治疗结合手术和放射治疗。随着现代分子生物学研究的深入，肿瘤免疫治疗和靶向治疗等新途径飞速发展，并且开始在临床上得到应用。治疗肿瘤的抗体药物剂即属于免疫治疗的范畴，同时也是肿瘤靶向治疗的最主要的一种形式。2.1肿瘤免疫治疗[4,5]免疫治疗是治疗肿瘤的一种新途径。免疫反应包括天然免疫和获得性免疫两种。天然免疫是机体防御病原体的第一道防线，由机械性屏障、化学屏障、可溶性细胞因子和急性期蛋白，以及吞噬细胞组成。天然免疫不具有特异性和记忆性。与之相比，获得性免疫具有特异性和记忆性，包括由B淋巴细胞分泌的抗体介导的体液免疫和T淋巴细胞介导的细胞免疫。对于人体而言，肿瘤细胞是一种异己成分，具有免疫原性，能够激起机体的体液免疫和细胞免疫。肿瘤免疫包括两方面的内容：（1）肿瘤的免疫监视；（2）肿瘤免疫逃逸和免疫抑制。并不是所有的肿瘤细胞都可以被免疫系统清除。肿瘤细胞能够采用各种方式逃逸免疫监视，比如抗原凋变，或抗原脱落，诱导免疫耐受；低表达或不表达MHC分子，使抗原呈递作用减弱；低表达或不表达共刺激因子，难以有效活化免疫细胞，诱导肿瘤免疫；诱导产生抑制性免疫细胞，或者分泌免疫抑制因子，抑制或封闭肿瘤免疫反应。根据肿瘤免疫的原理，肿瘤免疫治疗可以分为主动免疫和被动免疫两种途径。前者通过回输自体肿瘤细胞作为肿瘤疫苗，或通过各种方式对肿瘤细胞进行修饰，或联合使用其他免疫调节因子，提高抗原呈递能力，激活机体的肿瘤特异性免疫反应，治疗肿瘤。后者主要指抗体治疗途径，即本文的重点。2.2肿瘤靶向治疗[6]尽管化学药物治疗和放射治疗在临床上广泛应用，但其缺点也是显而易见的。通常情况下，化学药物治疗和放射治疗均针对快速分裂生长的细胞发挥破坏和杀伤作用，其中既包括肿瘤细胞，也包括快速生长的正常细胞。有效剂量的化学药物和放射性同位素对于人体正常细胞也会产生很强的毒副作用。另外，许多肿瘤对于化学药物治疗和放射治疗缺乏敏感性，并且在治疗过程中很容易产生药物抗性。自从PaulEhrlich第一次提出“MagicBullet”的概念[7]，人们一直努力开发有效的肿瘤靶向治疗药物，以提高杀伤肿瘤细胞的特异性，降低或避免对正常细胞的毒性。靶向药物既可以针对肿瘤细胞本身，也可以针对肿瘤血管等基质细胞；靶分子即可以存在于细胞表面，也可以存在于细胞内；靶向治疗药物的作用机制也多种多样。肿瘤抗原可以被作为靶分子开发靶向治疗药物。肿瘤抗原包括肿瘤特异抗原（TSA）和肿瘤相关抗原（TAA）。真正的TSA非常少，比如表达在恶化B细胞表面和恶化T淋巴细胞表面的克隆特异性独特型免疫球蛋白，以及某些癌基因突变后的产物。与之相比，大量的TAA被发现，并用于开发靶向药物。TAA并非严格的肿瘤特异标记，在某些正常组织细胞中也存在较低水平的表达。靶分子并非仅限于肿瘤抗原（TSA和TAA）。肿瘤的持续生长需要快速生长的肿瘤血管供应氧气和养分，以及需要基质提供必要的支持。因此肿瘤血管内皮组织和肿瘤基质的某些成分也可以作为靶点，用于设计和开发靶向治疗药物。靶向肿瘤新生血管治疗肿瘤具有以下优势：（1）血管内注射的靶向治疗制剂非常易于接触肿瘤新生血管内壁；（2）通过破坏少量的血管内皮就可以造成广泛分布的血管堵塞和反应性内皮溶胀，结果造成肿瘤细胞的坏死；（3）内皮细胞不易于产生针对抗血管生成制剂的抗性。广义上讲，肿瘤靶向治疗制剂包括单独的靶向分子（抗体或多肽），靶向分子的药物偶联物，小分子抑制剂，反义核酸和靶向免疫质脂体包裹物等。其中小分子抑制剂和反义核酸必需穿过细胞膜，才能与胞内的靶分子结合，发挥治疗作用。其他靶向治疗制剂的靶分子位于肿瘤细胞表面，比如治疗肿瘤的抗体药物剂。3.治疗肿瘤抗体药物的发展历史[8]最初，人们采用动物血清治疗传染性疾病，取得非常好的治疗效果，但是，由于血清中含有多种成分，非常容易引起严重的机体排斥反应，而且也无法不同批次的血清进行严格的质量控制。随着抗体纯化技术的进步，人们采用纯化的血清IgG进行治疗，但仍然也无法完全克服上述缺点。1975年，杂交瘤技术的产生[1]，使人们真正开始能够持续获得具有单一抗原结合特异性的单克隆抗体，从而给抗体药物开发带来了希望。TrendsInBIo/PharmaceuTIcalIndusTry|2-200853CancerImmunotherapy1982年Miller等人首次采用抗独特型单克隆抗体治疗两名B细胞淋巴瘤患者[9]，其中一名患者取得了显著疗效。但是，在此基础上随后开展的大量治疗肿瘤的单克隆抗体的临床试验均以失败告终。综合来看，鼠源单克隆抗体容易引起机体的严重排斥反应及其在人体内缺乏免疫效应功能是大多数失败的两个主要原因。从上世纪80年代中期开始，人们开始致力于进行抗体人源化和抗体亲和力成熟改造。经过近10年的发展，从90年代中期开始，经过抗体人源化等基因工程改造的第一代重组抗体药物逐步获得批准，进入临床使用。进入上世纪90年代后期，随着噬菌体展示抗体库技术和转基因小鼠技术的发展和成熟，人们有能力直接获得全人源抗体，进一步推动了抗体药物（包括治疗肿瘤抗体药物）向前发展。尽管从理论上讲，全人源抗体药物能够完全避免机体的排斥反应，事实并非如此。采用非人源细胞表达体系（通常是CHO细胞，即中国仓鼠卵巢细胞）生产抗体药物，抗体的糖基化模式与内源性人抗体区别很大，机体排斥反应也就无法彻底避免。尽管如此，与动物来源的抗体相比，全人源抗体引起的排斥反应的强度已经显著降低，临床实践也已经证明了其有效性和低毒副反应的性质，因此将作为抗体药物的发展方向，逐步成为市场的主力。4.肿瘤抗体药物的开发[4,8,10-12]根据作用机制不同，肿瘤抗体药物可以分为以下三大类：单独天然抗体分子作为抗体药物治疗肿瘤；以抗体作为靶向载体，携带靶向效应因子治疗肿瘤；设计和构建多特异性工程抗体分子，产生新的免疫效应功能，治疗肿瘤。4.1单独天然抗体分子治疗肿瘤的作用机制天然抗体分子自身通过与抗原的结合，或者天然具有的免疫效应功能即可以治疗肿瘤。具体来讲，单独天然抗体分子治疗肿瘤有7种机制：招募宿主抗体效应细胞，诱导1ADCC（抗体依赖的细胞毒效应）反应。招募宿主补体成份，诱导2CDC（补体依赖的细胞毒效应）反应。目前，还没有直接证据证明抗体能够利用CDC反应治疗肿瘤，推测CDC通过调理作用发挥抑瘤作用。封闭或诱导胞内信号，抑制肿瘤细胞的增殖或诱3导肿瘤细胞凋亡。直接抑制肿瘤细胞，比如抗体酶。4通过影响其他效应途径，间接抑制肿瘤细胞。比5如某些针对淋巴细胞活化或抑制调节途径所设计的抗体，可以间接增强肿瘤免疫，抑制肿瘤。抗体6-抗独特型抗体特异免疫调节。与放射治疗、化疗和其他生物治疗的协同效应。74.2抗体靶向治疗[6,8]利用抗体的高度特异性，以抗体作为载体携带抑制肿瘤效应因子，可以进行肿瘤靶向治疗。依据效应因子的不同，肿瘤的抗体靶向治疗又分为以下几种：（1）以放射性同位素作为效应因子，进行抗体靶向治疗，即RIT(RadioImmunoTherapy)。在临床应用中，RIT的独特优势表现在两个方面，首先，在大多数情况下，抗体与抗原结合后不需要内化，放射性同位素既可直接杀伤肿瘤细胞。而其他抗体靶向治疗方式通常需要内化的步骤，所以对于抗体及靶分子要求相对较高。其次，通常可采用的