編者按
納米抗體近年來發展迅速,Ablynx是該領域的絕對領導者,自主開發的同時,與多家藥企開展了合作,旗下有40多個在研的納米抗體藥物。本文介紹納米抗體藥物的研發格局。
一、納米抗體簡介
在駱駝和羊駝體內會產生一種獨特的抗體:缺失輕鏈的重鏈抗體(HcAb)。通常把源於這種抗體的可變區片段稱為納米抗體(Nanobody)。納米抗體具有高親和力和高特異性的特點,而免疫原性(儘管非人源,但免疫原性很低)和毒性則非常低,且不像scFv那樣容易粘連。本文梳理Nanobody的臨床研究進展的適用範圍。
納米抗體為重鏈抗體的可變區部分VHH(駱駝重鏈抗體的重鏈可變區,因而命名VHH),分子量只有12~15kDa,穩定性明顯優於人抗體。納米抗體同樣含有3個CDR,其中CDR3對親和力起到主要作用。與人抗體VH相比,CDR3更長,可以形成凸環結構,能夠深入抗原內部更好的結合抗原,因而親和力更高。此外,VHH的FR2的疏水殘基被親水殘基取代,水溶性更好,不易形成聚集體。
註:FR2的四個胺基酸突變可以實現駱駝抗體的人源化。
當然,納米抗體存在半衰期短的劣勢,需要採取延長半衰期的改造措施,如Fc融合、PEG化、白蛋白融合等。
納米抗體的特殊結構特徵,使得其應用範圍大為拓展:1)納米抗體結構簡單,可以利用大腸桿菌和酵母進行高效表達。納米抗體也可以在益生菌如乳酸菌中高效表達,即Lactobody;2)由於是單域抗體,很容易與其他分子偶聯,如連接放射性同位素、連接毒素製備Immunotoxin等;3)適合作為胞內抗體表達,即Intrabody,可以靶向胞內乃至核內蛋白。Chromobody是一種特殊的胞內抗體,結構為納米抗體與螢光蛋白融合,從而可以用於監測胞內生化過程。
納米抗體也可以應用於藥物遞送系統中:
註:來自參考文獻1
二、治療性納米抗體研究進展
自從1993年首次發現重鏈抗體,其抗原結合域納米抗體就受到了廣泛關注,關於納米抗體的研究文獻呈指數增加。2007年,首個納米抗體進入臨床研究,來自Ablynx、靶向vWF的ALX-0081。
Ablynx是治療納米抗體領域的絕對領先者,並與多家藥企開展合作:默克、艾伯維、諾和諾德、勃林格殷格翰、諾華等。
2.1 自身免疫病
Vobarilizumab(ALX-0061):IL-6在嚴重炎症性疾病中起到重要作用,靶向IL-6/IL-6R的抗體已經上市,靶向IL-6R的Vobarilizumab有望成為best-in-class的產品,現處於二期臨床,。適應症包括RA、SLE。根據二期臨床結果和其他同類藥物的臨床研究數據,Vobarilizumab的藥效(ACR50)顯著高於其他同類藥物。Vobarilizumab現由Ablynx與艾伯維合作開發,裡程碑金額8.4億美元,其中預付款1.75億美元。
Vobarilizumab包含兩個結構域,抗IL-6R納米抗體和抗白蛋白納米抗體,後者賦予Vobarilizumab延長的半衰期。
Ozoralizumab(ATN-103)和ATN-192:TNF-α抗體顛覆了自身免疫病的治療方案,Ablynx開發了人源化、trivalent的雙特異性納米抗體Ozoralizumab。在日本授權Taisho(大正製藥)開發,處於二期臨床研究,在大中華區授權億騰醫藥開發,處於臨床前研究。
Ozoralizumab含有3個納米抗體結構域,其中2個靶向TNF,1個與白蛋白結合延長藥物半衰期。
藥學研究顯示Ozoralizumab是一種TNF高親和力的抗體,二期臨床結果顯示DAS28消退率38%,EULAR響應率97%。
ATN-192經過PEG修飾,是Ozoralizumab的長效化版本,一期臨床已經成功結束。
ALX-0761:ALX-0761也是一種三價的納米抗體,靶向IL-17A、IL-17F以及白蛋白(延長半衰期)。某些適應症如銀屑病等,IL-17靶點抗體已經證實優於TNF-α,FDA已經批准了2個IL-17抗體Cosentyx、Taltz。ALX-0761已經成功完成Phase Ia臨床,Phase Ib劑量爬坡試驗正在進行中。2013年6月,Ablynx將ALX-0761授權給默克。
ALX-0962:IgE靶點抗體已經證實在過敏性哮喘中有效,奧馬珠單抗是唯一上市的IgE抗體。Ablynx開發了靶向IgE的納米抗體,同樣與白蛋白結合的納米抗體融合延長半衰期。藥學研究結果顯示,ALX-0962對IgE 的親和力是奧馬珠單抗的5倍,且對過敏原敏感性有消除作用。但隨後的評估認為差異性不夠明顯而決定放棄進入臨床研究開發。
2.2 癌症
ALX-0651:ALX-0651靶向趨化因子CXCR4的兩個表位,是第一個進入臨床的針對GPCR的生物藥物。由於與標準療法相比沒有展現更好的藥效,已經停止開發。
TAS266:DR5是癌細胞上誘導細胞死亡的關鍵受體,但許多靶向DR5的在研藥物宣告失敗,主要是由於傳統抗體對DR5的聚集和激活程度不夠。TAS266是四價的納米抗體,可以高效的激活DR5,體內試驗顯示具有較強的抗腫瘤活性。可惜的是,由於意外的肝毒性已經停止開發,這種肝毒性可能是由於TAS266的免疫毒性引起。
2.3 血液疾病
Caplacizumab(ALX-0081):靶向vWF的A1 domain,用於治療血小板減少性紫癜(TTP),目前處於三期臨床研究階段。由於市場上並無該疾病的治療藥物,Caplacizumab成為同類第一的藥物,2009年獲得孤兒藥資格。
二期臨床研究TITAN中,Caplacizumab可以顯著降低aTTP引起的發病率和死亡率。
Ablynx 預計Caplacizumab在2018年上市。
2.4 病毒感染
ALX-0171:ALX-0171靶向呼吸道合胞病毒(RSV),用於治療RSV感染,為一種吸入劑,劑型上有明顯優勢。
ALX-0171是一種三價的納米抗體,其活性明顯高於帕利珠單抗。
Ablynx大力推進ALX-0171在嬰兒群體的應用,RSV感染對於嬰兒來說非常常見,但目前沒有可用的藥物,Synagis只用於高危嬰兒的RSV感染預防。
ARP1:輪狀病毒(RV)引起的腹瀉對於兒童來說是一個嚴重的問題,每年有超過1.25億例的發病數。納米抗體ARP1已經證實在鼠體內有效,一期臨床已經成功結束,目前在印度已經開始了Phase II/III臨床,目前尚未披露結果。
2.5 骨科疾病
ALX-0141:ALX-0141為一種三價納米抗體:2個靶向RANKL的納米抗體和1個與白蛋白結合的納米抗體。靶向RANKL的抗體狄諾塞麥已經在骨質疏鬆適應症取得了成功,ALX-0141目前已經授權億騰醫藥開發,新代碼為EDP406。
2.6 神經退行性疾病
BI1034020:三價納米抗體,靶向Aβ,小鼠體內試驗證實顯著降低游離Aβ。但在一期臨床研究中第一例病人即發生嚴重副作用,導致該項目停止開發。
三、納米抗體廣闊的應用範圍
除了上文介紹的進入臨床研究階段的納米抗體,還有諸多在研納米抗體應用於不同的治療範圍。
3.1 抗腫瘤:傳統抗體已經在癌症領域發揮了巨大作用,尤其是開啟了靶向治療的時代。傳統抗體含有Fc域,可以通過ADCC、CDC活性等殺死癌細胞。但傳統抗體的分子量高達150kDa,穿透性較差,有時候難以到達目標組織。同時,複雜的結構導致的高成本,導致抗體藥物可及性難以保證。Fc域的缺失使得安全性得以提高,在作為純粹的免疫調節分子時,納米抗體的有效性也會提高。納米抗體的小分子量,使得其容易達到滲透到某些難以達到的癌變組織,分布均一性更好。
作用機制上,納米抗體可以作為純粹阻斷劑,可以偶聯毒素等,也可以形成納米顆粒在癌變區域滲透進組織。
藥企相繼開發了靶向EGFR, HER2, VEGFR2, c-Met, CXCR7等的抗腫瘤納米抗體。
3.2 抗感染納米抗體
抗病毒感染:納米抗體可以通過阻斷病毒-細胞結合、病毒進入、病毒包被等過程,防止病毒的擴散。
抗細菌感染:抗生素是治療細菌感染的主要途徑,但隨著抗性菌的快速出現,急需新的治療手段。納米抗體可以通過結合細菌表面的蛋白,阻止細菌與宿主細胞的結合。
抗寄生蟲感染:抗寄生蟲納米抗體雖然晚近才出現,但受到持續關注。經常研究的是抗非洲錐蟲感染的納米抗體Nb An46。由於非洲錐蟲一般能夠發展出免疫調節系統以應對抗體的清除作用,有必要開發能結合VSG保留表位的納米抗體藥物。
解毒劑:儘管抗蛇毒抗體已經取得了一些好的結果,仍有必要進一步開發高親和力的納米抗體,這是因為納米抗體可以更廣泛的分布到各組織中,起到更好的解毒效果。
3.3 抗炎症性疾病
炎症性疾病發病率高,患者基數大。現有的抗炎症抗體通常價格高昂,同時伴隨著諸多副作用。開發成本更低的、選擇性更好的納米抗體就顯得很有必要。如TNF受體包括2種亞型:TNFR1、TNFR2。TNFR1更多參與炎症前的信號傳導,TNFR2則在免疫調節中發揮重要作用,TNFR2的抑制帶來諸多副作用。已經有企業開發了特異性抑制TNFR1的三價納米抗體,已經在體外證實了其有效性,有待於進一步的體內實驗檢測器安全性和有效性。
納米抗體在免疫調節中也有望取得更多進展。某些靶點如離子通道,對於T細胞的激活至關重要,但通常很難開發出小分子或抗體抑制劑。
Ablynx開發出靶向Kv1.3離子通道的納米抗體,儘管Kv1.3的保外區域很小,納米抗體技術仍然篩選到高親和力的候選藥物。
3.4 神經退行性疾病
納米抗體應用於神經退行性疾病的研究並不是特別多(如前文介紹靶向Aβ的納米抗體),但仍有潛力待開發。如血腦屏障是中樞神經系統疾病藥物開發的一個重大障礙,已有幾篇文獻報導一些納米抗體可以穿透血藥屏障。
四、競爭格局
近年來,納米抗體的發展備受關注。Ablynx將納米抗體藥物開發推到了全新的高度,多達40多個候選藥物,應用於癌症、自身免疫病、呼吸系統疾病、血液系統疾病等多個不同領域。Ablynx在納米抗體領域擁有絕對的領導地位,同時與多家藥企開展合作:諾華、諾和諾德、默克、默沙東、艾伯維、勃林格殷格翰、億騰醫藥等。
智慧財產權方面,Ablynx申請了500多項專利,構建了森嚴的專利網絡壁壘,並在全球範圍內註冊了Nanobody?、Nanoclone?的商標。
工藝方面,Ablynx建立了成熟的畢赤酵母表達和純化工藝。
國內方面,一些企業也積極開發納米抗體,如康寧傑瑞與東南大學合作,建立了免疫來源的駱駝納米抗體噬菌體展示篩選平臺。康寧傑瑞利用該平臺開發的PD-L1抗體KN035,已於2016年4月申報臨床並獲得受理,該產品常溫穩定。目前主要由其合作方思路迪繼續開發,後續開發中將與深圳微芯合作,與西達本胺聯用,同時將在中美同時推進。更多信息可參見前文:從PD-1/PD-L1抗體看國內生物藥研發形勢的變化。
納米抗體的獨特性質和低成本使其應用範圍大為拓展,尤其是某些傳統方法難以解決的靶點、患者基數大的慢病用藥、副作用大的標準療法等,給納米抗體帶來了巨大的市場機會。期待納米抗體藥物陸續上市,造福患者。
參考資料
1. Nanobodies as therapeutics:big opportunities for small antibodies(2016);
2. Nanobody-based cancer therapy of solid tumors(2015);
3. Http://www.ablynx.com
4. Http://www.alphamab.com/
相關會議推薦
2016納米技術與醫學前沿研討會
會議時間:2016.11.18-2016.11.19 會議地點:蘇州
會議詳情: http://www.bioon.com/z/2016nm/