作者：多组学转化网
单克隆抗体彻底改变了靶向癌症治疗方式，具有特异性强、血清半衰期长、安全性高和免疫效应功能强的优势。1997年，首个人源化抗肿瘤抗体药物利妥昔单抗获批，全球癌症单克隆抗体市场增长迅速，2021年，抗肿瘤抗体药物市场高达460亿美元，到2026年，市场规模将达到800亿美元左右。
2023年2月，澳大利亚Garvan 医学研究所的Daniel Christ教授等，在Nature Caner发表了“Advances in antibody-based therapy in oncology”的重磅综述，系统概述了肿瘤抗体药物领域的关键进展，尤其是新兴的工程抗体药物，介绍了其分子结构和作用机制，并提供了临床开发和实践的最新进展。
人源化抗体分子特征
抗体分子分为5种类型，分别是IgG（~80%）、IgA（~10%）、IgM（~5%）、IgG D（<1%）和IgE（<1%）。人IgG分子量约150 kDa，由两条重链和两条轻链以二硫键相连。重链可变区调节与抗原的接触，而恒定区决定抗体效应功能，包括抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用（ADCC）和补体依赖的细胞毒性作用（CDC）。抗体轻链有κ和λ两种，由与抗原接触的可变区与抗体重链二硫键相连的单个恒定区组成。
作用机制
单克隆抗体作用机制广泛，从简单的抑制激活到激活天然免疫反应。
抑制受体和配体
单克隆抗体可高亲和力特异性作用于特定细胞群，脱靶效应低，从而抑制肿瘤生存和增殖相关受体。曲妥珠单抗和西妥昔单抗属于此类作用机制单克隆抗体药物，其作用靶点包括肿瘤细胞侵袭和转移相关酪氨酸激酶受体EGFR、HER2、HER3和HER4。
相反，抑制配体的代表单克隆抗体是贝伐珠单抗，通过抑制血管内皮生长因子（VEGF）与其同源受体（VEGFR1和VEGFR2）结合，抑制肿瘤新生血管生成。
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细胞毒作用
抗CD20单抗通过补体依赖细胞毒作用(CDC)和抗体依赖细胞毒作用(ADCC)杀伤B细胞来源肿瘤。例如，完全人源化II型抗CD20单克隆抗体Obinutuzumab不需要依赖CD20抗原表达水平，而依赖于肌动蛋白重组、溶酶体膜通透化及活性氧和组织蛋白酶B释放。
另一类单克隆抗体通过靶向肿瘤细胞毒作用，激活死亡受体。如靶向肿瘤坏死因子（TNF）相关受体DR4/DR5的单克隆抗体，募集具有死亡结构域的Fas蛋白，诱导凋亡，当前该类药物尚处于临床开发阶段。
免疫效应
尽管肿瘤单克隆抗体开发的初衷是直接抑制细胞信号传导和受体多聚化，但免疫效应在多种药物中发挥着关键作用。抗体分子的Fc区与免疫细胞上的Fcγ受体（FcγRI、FcγRIIa、FcβRIIb、FcγRIIIa和FcγRIIIb）以及补体的C1q蛋白之间的相互作用介导免疫效应。
免疫检查点抑制
除了通过免疫效应直接杀伤肿瘤细胞外，通过抗体抑制免疫检查点受体，重新激活T细胞的免疫治疗也改变了肿瘤治疗方式。代表性药物包括CTLA-4抑制剂Ipilimumab，阻断CTLA-4与B7的结合，诱导T细胞活化。程序性细胞死亡蛋白1（PD-1）及其相关配体（PD-L1）也是单克隆抗体靶点，靶向PD-1的药物包括pembrolizumab、nivolumab、cemiplimab和dostallimab，靶向PD-L1的药物包括atezolizumab、avelumab和durvalumab。其他的免疫检检查点分子包括LAG-3、TIM-3和TIGIT，靶向这些免疫检查点的单克隆抗体药物正在开展临床试验评估。
另一类针对共刺激性检查点（CD27、CD40、OX40、GITR、ICOS等）激动性抗体药物也在紧锣密鼓地开发中。与开发免疫检查点抑制剂相比，激动性单克隆抗体需要考虑更多的因素，例如，Fc聚集的结合方向是影响单克隆抗体诱导强效受体激动能力的重要变量。应谨防免疫细胞激活导致严重毒性（例如，细胞因子释放综合征）的风险，以避免出现2006年用CD28超级拮抗剂TGN 1412观察到的严重不良事件。
抗体偶联药物
抗体偶联药物（ADCs）是肿瘤治疗领域发展最快的一类药物。ADCs的作用机制结合了抗体的靶向性和强效细胞毒性有效载荷，能更有效和更具选择性地根除癌细胞，同时减少毒副作用。ADCs在多个癌种中显示出有效的抗肿瘤活性，未来临床应用前景广阔。
ADCs由靶向特异性抗原的抗体与有效载荷（如小分子细胞毒药物）通过连接子偶联而成。理想的ADCs药物在血液循环中应保持稳定性和完整性，精准地结合肿瘤细胞靶抗原，到达治疗目标，并最终在肿瘤细胞内释放有效载荷。ADCs的最终临床效果和安全性受多种因素影响，包括靶抗原的选择性、抗体、细胞毒有效载荷、连接子以及偶联方式。
抗体负责靶向递送有效载荷，并与肿瘤细胞表面靶抗原（如CD33、CD22或CD30等）特异性结合；有效载荷通常是细胞毒化疗药物，目前大多数ADC常用的有效载荷包括微管蛋白抑制剂、DNA损伤剂、拓扑异构酶Ӏ抑制剂等，经内吞释放至细胞质；可裂解或不可裂解连接子，将有效载荷和抗体重链相连接。
用于实体瘤和血液系统肿瘤的ADC靶点特征不同。实体瘤抗体靶点主要是能够将ADC快速内化到肿瘤细胞过表达表面蛋白。例如，HER2蛋白在多种实体瘤中扩增或过表达，ADC药物ENHERTU靶向作用于HER2，获批用于无法切除或转移性HER2阳性乳腺癌或胃食管结合部腺癌。血液系统肿瘤中，局限于髓系细胞表面的谱系限制抗原，具有降低对正常上皮组织毒性的优势。例如，急性淋巴细胞白血病（ALL）靶向CD22的奥英妥珠单抗。既往主要通过肿瘤和健康组织间差异表达RNA筛选ADC靶点；然而，越来越重视通过蛋白质组学方法鉴定可作为靶点的细胞表面抗原，且可发现重要的功能性靶点。
肿瘤抗体治疗靶点及作用机制
已获批用于临床的抗体和ADC作用模式。说明直接杀伤癌细胞（抑制致癌信号、直接细胞毒性、ADC和靶向放射性核素）和间接免疫依赖作用（免疫检查点抑制、抗体片段、BiTE、T细胞激动剂和免疫细胞因子）
经批准的ADC携带的有效载荷包括三大类机制：（1）引起DNA双链断裂，如calicheamicin和吡咯并苯二氮杂卓；（2） 微管抑制剂，如美登素类(maytansinoids)和甲基澳瑞他汀类(auristatins)；（3）拓扑异构酶抑制剂，例如SN-38和DXd。有效载荷抗体药物偶联比基于靶点特征和肿瘤生物学。
了解特定有效载荷的作用机制，以及识别敏感性和耐药性的生物标志物，可能有助于识别提高治疗指数和/或克服耐药性的合理组合。
抗体片段、T细胞结合双特异性抗体和类TCR抗体
不同于全长IgG抗体，抗体片段分子质量小，血清半衰期较短，组织分布主要特异性强。抗体片段特别适合于治疗窗口小、不良事件风险高的适应症或靶点，其半衰期短、更安全，可快速清除治疗药物，控制不良事件。根据这一逻辑，抗体片段的主要应用领域包括作为细胞毒或放射药物载体，及用于双特异性T细胞接合器 (BiTE)。
BiTE 将两个重组抗体结合表位 [单链可变片段 (scFv)] 与连接蛋白结合，通过特定的细胞表面分子将患者的自体 T 细胞受体复合体CD3ε与肿瘤表达的抗原连接起来，形成免疫突触，即抗原和抗体这两种分子连接时存在的空隙，促进T细胞杀伤肿瘤细胞。
T细胞激活或可导致不良事件的发生，包括细胞因子释放综合征（也称“细胞因子风暴”）和神经毒性，如免疫效应细胞相关神经毒性综合征（ICANS）。而BiTE半衰期短的优势可用于此类不良事件管理，但因需要长期持续输注，BiTE也可能产生给药负担过重的情况。Blinatumomab作为首个BiTE技术药物，是免疫治疗药物发展的里程碑。自2014年首次加速批准用于治疗急性淋巴细胞白血病（ALL）以来，一直是唯一获批的BiTE技术药物。
类TCR抗体是近年来逐渐兴起，且具有巨大潜力的一类免疫治疗大分子，类 TCR 抗体构建的双特异性T细胞接合器分子或者嵌合抗原受体（CAR-T）细胞，能够有效杀伤靶细胞。
类 TCR 抗体可以识别 MHC 呈递的抗原，抗原的种类不局限于细胞表面蛋白，可以是胞内蛋白、也可以是突变的新抗原（neo-antigen）。只要能被 MHC 呈递，就能找到类 TCR 抗体对其进行特异识别，从而丰富靶抗原库。拥有抗体的优良成药性、以及较长的半衰期，同时兼具 TCR 独有的识别细胞内抗原的特性。
放射免疫偶联药物
放射免疫偶联药物（RIC）是一类新兴的癌症靶向治疗方法。不同于传统放疗，RIC将放射性核素标记抗肿瘤抗体注入体内，利用抗体与相应的肿瘤抗原特异性结合的靶向作用，把放射性核素带到肿瘤部位。与ADC类似，与肿瘤抗原特异性结合的可以是抗体或衍生物（例如Fabs、scFvs和微型抗体）、肽或小分子配体。与ADC的链接子不同，RICs通过螯合剂非共价捕获放射性核素，而不是连接子。螯合剂和放射性核素一起构成有效载荷。与ADC相似的是，靶抗原保证了放射性核素选择性递送至肿瘤细胞，同时避免对健康器官和组织的全身毒性。
两类主要的放射性核素包括α粒子和β粒子，其作用机制为诱导DNA损伤，其中β-粒子主要诱导单链DNA断裂，而α-粒子能量较高，主要诱导双链DNA损伤。RIC中常用的β-放射性核素包括177Lu、90Y和131I，其半衰期约为3-8天。常见的α-放射性核素包括225Ac、212Bi和227Th，半衰期为10-18天。
β和α RIC都显示了较好的临床前景，有两种β疗法获批，BEXXAR（131Y-抗CD20 tositumumab）和ZEVALIN（90Y-抗CD 20 ibritumomab）。基于177Lu-PSMA-617在前列腺特异性膜抗原（PSMA）阳性转移性去势耐药前列腺癌III期临床试验（NCT03511664）中令人惊艳的结果，于2022年获FDA批准。越来越多的α放射性核素在开展临床试验。
糖基化抗体、细胞因子抗体和可激活抗体
尽管天然人IgG单克隆抗体改变了肿瘤治疗方式，但抗体结构的工程化改造，有望扩展临床适用症。Rc结构域糖基化改造是最常见的一种方式。早在2002年就证明了，通过改善非岩藻糖基化Fc与FcγRIIIa在NK细胞上的结合，可以增加IgG1抗体的ADCC。因这一策略需要构建专用的CHO细胞系，一度影响了这一领域的发展进程。随着CRISPR–Cas9基因编辑等手段的广泛应用，有望克服这一瓶颈。
Tafasitamab是一种靶向CD19的新型人源化Fc增强单克隆抗体，其Fc结构域进行了修饰（包含2个氨基酸取代S239D和I332E），通过提高对效应细胞上激活型FcγRIIIa的亲和力，显著增强抗体依赖性细胞介导的细胞毒性（ADCC）和抗体依赖性细胞吞噬（ADCP），从而改善肿瘤细胞杀伤的关键机制。临床前模型研究中，tafasitamab已被证实通过结合CD19可诱导癌细胞直接凋亡。用于乳腺癌治疗的靶向HER2margetuximab也是基于Fc结构域改造提高亲和力的抗体药物。增强对抑制性FcgRIIb受体亲和力的修饰，亦有利于提高激动性抗体的活性，如与DR5、OX40、41BB和CD40结合的抗体，可增加抗原的表达。
其他方式
除IgG单克隆抗体外，非IgG同种型亦取得一定进展。例如，以五聚体或六聚体形式存在的IgM单克隆抗体，用于比较有挑战性的靶标，如糖脂和聚糖，或多价结合靶标，例如死亡受体。一个潜在的缺点是，尽管是CDC的有效介质，但不参与FcγRs，因此不介导ADCC或ADCP。IgA和IgE同种型提供了与效应细胞的其他组合结合的可能性，因为它们与不同于IgG的Fc受体相互作用，即FcαRI（在单核细胞、嗜酸性粒细胞和中性粒细胞上表达）和FcRεI/FcγRεII（在单细胞、嗜碱性粒细胞、肥大细胞和嗜酸性粒细胞核上表达）。已知IgA、IgM和IgE抗体类与FcRn相互作用，因此与IgG相比血清半衰期短。尽管非IgG抗体在某些应用中很有前景，但其临床和商业成功可能需要工程化改造（例如，延长半衰期和增强可开发性）或确定特定适应症，以证明其相对于IgG类抗体的显著优势。
自首个用于癌症治疗的单克隆抗体利妥昔单抗获批以来，25年间，肿瘤抗体治疗临床应用已经成熟。虽然该领域长期以来一直以人IgG同型抗体为主，但现在正从天然抗体转向高度工程化的抗体，包括抗体片段、抗体偶联药物、聚糖工程和蛋白酶激活抗体以及癌症免疫治疗。然而，即便高度工程化的抗体，单药治疗效果依然有限，凸显了同时靶向多种细胞机制联合策略的重要性。工程抗体联合用药及与小分子药物和/或放疗联合，有望成为肿瘤治疗变革的新路径和方向。
参考资料
Zinn S, Vazquez-Lombardi R, Zimmermann C, Sapra P, Jermutus L, Christ D. Advances in antibody-based therapy in oncology. Nat Cancer. 2023 Feb;4(2):165-180. doi: 10.1038/s43018-023-00516-z. Epub 2023 Feb 20. PMID: 36806801.
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