双特异性抗体的发展历程！

时间：2021-07-23 来源：上海玮驰仪器有限公司阅读：2237

抗体结构

抗体药物则是指利用细胞与基因工程技术为主的抗体技术制备的药物，多以单克隆抗体为代表。近年已成为多种炎症、恶性肿瘤、自身免疫性疾病的治疗药物。随着抗体类药物进入临床治疗，人们逐渐发现，传统的单靶向抗体药物本身存在诸多局限性。

双特异性抗体( bispecific antibody，BsAb) 是一类具有两种不同抗原结合臂的抗体，由两个不同的轻链和重链组成，可同时结合两种不同的抗原。

双特异性抗体由于其独特的结构特异性、显著的临床特别是肿瘤领域的治疗效果，双特异性抗体迅速成为免疫治疗领域的热门研究项目。

与传统单抗相比，双特异性抗体具有以下优势:

可减少药物开发和临床试验成本；
双特异性抗体的治疗效果明显优于两种或多种单抗联合应用；
相对于多种单抗联合应用，双特异性抗体的副作用较小。

随着研究和技术的进步进入了定制化免疫治疗的新时代，对双特异性或多特异性免疫球蛋白的需求以巨大的速度增长，用于治疗各种疾病。

接下来，笔者跟大家简单分享一下双特异性抗体的发展历程。

1960 年，Nisonoff 等将两个不同的抗原结合片段通过再氧化连接到一起，并证明了该产物可以募集两种不同类型的细胞，首次提出了双特异性抗体的概念。

1975 年，Kohler和Milstein在剑桥大学医学委员会分子生物学实验室，成功把免疫小鼠的脾脏B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合，形成了B细胞-骨髓瘤杂合体。这种细胞杂合体既能在体外培养中无限地快速增殖且存活，又能分泌抗羊红细胞的单克隆抗体。同年8月7日，Kohler和Milstein在英国《自然》杂志上发表了题为（Continuous cultures off used cells secreting antibody of predefined specificity）的著名论文，正式提出了杂交瘤这一概念。后来，因其对免疫学做出的贡献，他们与Niels K. Jerne共同荣获1984年诺贝尔生理学和医学奖。

1983 年，Milstein等次使用融合的两种杂交瘤细胞生产出不对称结构的双特异性抗体，并证明了该方法较化学合成法的优势，即避免了后者在处理抗体进行解链时引起蛋白变性导致的抗体失活。但是在融合杂交瘤细胞的重链和轻链的随机配对中，产生了大量的非功能性抗体，使得双特异性抗体的产率低，这一现象被称为链交联问题 (Chain-associationissue)。

1985 年，Perez 等次提出了可以特异性靶向T 细胞表面受体T3 和靶细胞表面抗原的双特异性抗体，研究表明，该抗体可以特异性连接效应细胞，使其杀伤第二抗原结合位点结合的靶细胞，增强抗体依赖的细胞毒作用。

1988 年，Huston等发明ScFvs(单链抗体，single-chain antibody fragment)，ScFvs由一个单链可变区由重链可变区(VH)及轻链(VL)可变区构成，两者通过15-20个氨基酸链接。ScFvs的每个亚基包括3个可与抗原结合的超高互补决定区(CDRs)。由于ScFvs仅有约25kDa, 因此ScFvs被认为是含有全抗原结合活性的小IgG单元。

1993 年，不含Fc 段的双特异性抗体，二价的抗体二聚体Diabodies 首次报道，Diabodies 抗体分子小、组织穿透能力强，易于抵达病灶位置，在免疫治疗中有着重要的作用。

1995 年，Lindhofer 等解决了链交联问题，他们发现大鼠和小鼠杂交瘤的融合，可以使轻链与重链配对的正确率增加，这一发现使得双特异性抗体的产率显著增加，提供了其大规模生产的可能性。

1996 年，Ridgway等通过在抗体的CH3结构域上使用球形孔方法来解决来解决链交联问题。

CH3二聚体界面（来源：文献1）

1999 年，Schuurman等报道天然免疫球蛋白G (IgG)(亚类4)抗体以双特异性形式自然存在。

（来源：文献2）

2007 年，发现和阐明人体内双特异性IgG4 Fab臂交换过程，IgG4 Fab臂交换是一个IgG4分子的重链轻链对(半分子)与另一个IgG4分子的交换。

IgG4 Fab臂交换（来源：文献3）

2009 年，世界上个双特异性抗体药物Catumaxomab（卡妥索单抗）在欧盟获得批准，用于治疗EpCAM 阳性的恶性腹水患者。Catumaxomab是一个分子量在150kDa三功能的抗体，由一个靶向肿瘤EpCAM的小鼠IgG2a和一个靶向CD3ε的大鼠IgG2b构成，同时还能通过Fcγ受体激活单核细胞、巨噬细胞、星状细胞以及NK细胞。

Catumaxomab结构与作用机制（来源：文献4）

虽然Catumaxomab是个批准上市的双特异性抗体，但同时也具有非常明显的局限性，主要体现在Triomab抗体复杂的生产工艺以及异源抗体比较容易产生的免疫原性问题。

2011 年，Wolfgang Schaefer等报道了免疫球蛋白domain crossover作为一种生产双特异性IgG抗体的通用方法，文章描述了一种通用的方法，正确地组装两个重链和两个轻链，从两个现有的抗体，形成人二价双特异性IgG抗体，而不使用人工连接剂。

2014 年，全球第二个双特异性抗体药物Blinatumomab（博纳吐单抗）在美国获得批准，用于治疗费氏染色体阴性的前体B细胞急性淋巴细胞白血病。

Blinatumomab结构（来源：文献4）

Blinatumomab由Micromet公司（后被Amgen公司收购）开发，是利用DNA重组技术制备的一种双特异性的单链抗体BiTE，通过一条多肽链把靶向肿瘤细胞和T细胞表面抗原的两种单克隆抗体的可变区连接起来，Blinatumomab选择性地靶向B细胞表面抗原CD19，同时特异性地结合T细胞表面抗原CD3从而激活T细胞。

Blinatumomab作用机制（来源：文献4）

2017 年，全球第三个双特异性抗体药物Emicizumab（FXIa x FX）在美国获得批准，成为血友病领域的首个双特异性抗体药物，用于存在Ⅷ因子抑制物的血友病的常规预防，并于2018 年在欧盟获得批准。

Emicizumab的获批预示着血友病的治疗不再局限于传统的凝血因子替代疗法，而是向免疫疗法和基因疗法迈进。

2021年5月21日，全球第四个双特异性抗体药物Amivantamab（amivantamab-vmjw、Rybrevant）获FDA加速批准上市，适应症为铂类化疗后进展的EGFR外显子20插入突变的转移性非小细胞肺癌（NSCLC）患者。这是FDA批准的首个针对该类突变的药物。

Amivantamab是一种靶向作用于EGFR耐药突变、MET突变和扩增的双特异性抗体，可以同时结合EGFR和c-Met的胞外结构，阻断配体与EGFR和MET的结合，促进受体降解，还可触发抗体依赖性细胞毒性。

小结：综合来看，目前已获批上市的双特异性抗体药物仍较少，大多数药物处于临床前开发阶段或临床研究阶段，不过双特异性抗体发展势头很好，双特异性抗体药物正开启着分子医学的新领域，期待更多更优的双抗药物上市，造福人类健康。

参考：

1.Ridgway J B B, Presta L G, Carter P. ‘Knobs-into-holes’ engineering of antibody CH3 domains for heavy chain heterodimerization[J]. Protein Engineering, Design and Selection, 1996, 9(7): 617-621.

2.Schuurman J, Van Ree R, Perdok G J, et al. Normal human immunoglobulin G4 is bispecific: it has two different antigen‐combining sites[J]. Immunology, 1999, 97(4): 693-698.

3.Van der Neut Kolfschoten M, Schuurman J, Losen M, et al. Anti-inflammatory activity of human IgG4 antibodies by dynamic Fab arm exchange[J]. Science, 2007, 317(5844): 1554-1557.

4.岳雅丽, 尹骏, 高向东, 等. 双特异性抗体药物在肿瘤治疗领域的研究进展[J]. 中国药科大学学报, 2019 (2019 年 03): 289-298.

5.Schaefer W, Regula J T, Bähner M, et al. Immunoglobulin domain crossover as a generic approach for the production of bispecific IgG antibodies[J]. Proceedings of the National academy of Sciences, 2011, 108(27): 11187-11192.

6.王璐瑶,魏振华,熊伟佳,白素杭,喻长远,杨昭. 双特异性抗体构建在肿瘤临床治疗中的应用[J]. 生物工程学报,2021,37(02):513-529.

7.Labrijn A F, Janmaat M L, Reichert J M, et al. Bispecific antibodies: a mechanistic review of the pipeline[J]. Nature reviews Drug discovery, 2019, 18(8): 585-608.

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