肿瘤治疗中的单克隆抗体｜译

本篇翻译自肿瘤治疗中的单克隆抗体。

前言

过去的20年里，肿瘤治疗单抗已发展成为癌症领域最为成功的治疗手段，在血液恶性肿瘤和实体瘤中都是如此。发现肿瘤细胞表面抗原的血清学技术与杂交瘤技术的结合造就了一系列里程碑性的临床试验，为之后新一代的抗体药物和接下来的临床成功铺平了道路。改造Fc段以优化抗肿瘤免疫应答也为临床疗效做出了重要贡献。靶向T细胞受体、对与肿瘤细胞相互作用的免疫系统进行改造，已经成为肿瘤治疗和增强肿瘤免疫功效的强有力的新型治疗手段。本评论就肿瘤表面抗原的抗体识别历史、适于抗体治疗的抗原靶标、抗体作用机制以及目前临床中成功的抗体进行综述

肿瘤血清学——抗体治疗的序曲

20世纪末，抗体在癌症诊断和治疗中称得上是有魔力的子弹。接下来的数十年，人们花费了无数精力研究不同物种对人体肿瘤的免疫作用，以期获得肿瘤特异性的抗血清。不幸的是，除了发现结肠癌等癌症标记物癌胚抗原（CEA）和肝细胞癌标记物甲胎蛋白之外，大部分努力都白费了。

近交小鼠的研制以及用于分析细胞表面抗原与异体抗体相互作用的细胞毒实验开启了癌症血清学研究的新时代。这些研究使人们意识到，细胞表面具有高度分化的结构。

上世纪六十到七十年代，Lloyd Old的一系列发现颠覆了我们对免疫系统的认知。通过与Ted Boyse的合作，他定义了细胞表面分化抗原，并对小鼠白细胞谱系和功能亚群进行了划分。这些工作直接促进了胸腺淋巴白血病（TL）抗原的发现、主要组织相容性复合体（MHC）与白血病相关性的发现以及接下来的Ly系列抗原的发现。这些发现明确而系统地定义了正常细胞和恶性细胞表面抗原以及分化抗原簇的分类。

Köhler 和Milstein开发出杂交瘤技术之后，血清学技术连同各种分析工具如荧光活化细胞分选、单抗等等技术应用于解构人体肿瘤细胞表面，为开发出适用于靶向抗体治疗的肿瘤细胞表面抗原铺平了道路。现在蛋白组学、基因组学和生物信息学技术加强了肿瘤细胞“表面基因组”（surfaceome）的研究，人们可以越来越清晰地定义出肿瘤细胞乃至肿瘤基质和血管系统的抗原靶点。

抗体治疗中的肿瘤抗原靶标

为抗体靶向治疗选择合适的肿瘤抗原需要对肿瘤表达（包括同源表达）和正常组织表达有全面的分析，同时对在肿瘤生长过程中抗原的生物学功能也要有透彻的理解。

如果药物作用机制是与细胞表面受体（不管是激活还是抑制信号）结合，或是激活抗体依赖的细胞毒性（ADCC）或补体依赖的细胞毒性（CDC）作用，就需要抗原-单抗复合物的内源化过程慢一点。这样有益于抗体的Fab段与表面受体以及Fc段与免疫效应细胞或者补体蛋白的结合。相反，对于直接杀伤肿瘤细胞或者依赖下调细胞表面受体起作用的抗体，快速内源化就是必要的了。

表格1（见原文链接/下图）列举了单抗治疗对应的各种肿瘤相关抗原靶标。

抗体药物的靶标

造血干细胞分化抗原为糖蛋白，通常和包括CD20、CD30、CD33和CD52的CD相关。细胞表面分化抗原代表了一系列的在正常细胞和肿瘤细胞表面发现的糖蛋白或者糖。

肿瘤病人的肿瘤生长相关的抗体药物靶标包括CEA、EGFR(ErbB1)、ErbB2(HER2)、MET、IGF1R、Ephrin受体A3(EphA3)、TNF相关凋亡诱导配体受体1(TRAIL-R1)、TRAIL-R2和核因子κβ配体的受体激活蛋白(RANKL)。

与血管再生相关的抗原通常是蛋白或者支持微血管系统的生长因子，包括VEGF、VEGFR、整合素（integrins）αVβ3和α5β1。

基质和胞外间质的抗原靶标包括成纤维细胞激活蛋白（FAP）和tenascin。

抗体工程和作用机制

杂交瘤技术制造的第一代抗体是鼠源的抗肿瘤表面抗原抗体。上世纪80年代第一批鼠源抗CEA和CD30抗体的临床试验之后，越来越多的实体瘤及恶性血液病的抗体治疗进入临床。

而病人对鼠源抗体的强免疫反应（HAMA）限制了这些单抗的临床效应，因此，鼠源单抗止步于FDA批准的抗CD20的托西莫单抗和替伊莫单抗。Winter等人开发的抗体人源化技术，把鼠源抗体的Fc和Fv骨架替换为人源的，给抗体治疗领域带来了革命性的改变。通过这项技术，异源抗体的免疫应答被降到很低，多种融合抗体得以推进至临床。此外，通过噬菌体展示技术以及转基因小鼠等技术手段，完全人源化的抗体得以制备。

最近，新的抗体工程技术制备出了更小的抗体、融合蛋白以及双特异性抗体等。结合细胞株构建以及大规模培养技术的提升，实验室水平实验向大规模临床实验的转移也是越来越容易了。

表2（见原文链接/下图）总结了抗体杀死肿瘤细胞的作用机制。

抗体作用机制

具体包括：

直接杀死肿瘤细胞，如受体阻断或者激活、诱导凋亡和运载药物、放射性同位素或者细胞毒性试剂
免疫调节细胞杀伤机制
调节T细胞功能
针对肿瘤微血管/基质的特异性效应

对依赖CDC、免疫细胞激活（如NK细胞）以及ADCC等途径杀伤肿瘤细胞的抗体而言，Fc段极为重要。上述抗体作用机制中，中断肿瘤细胞信号通路（如西妥昔单抗和曲妥珠单抗）、通过ADCC介导的效应细胞作用（如利妥昔单抗）和对T细胞的免疫调节（如伊匹目单抗 (ipilimumab)）被公认为最有效的几种方法。

用事实说话——抗体药的临床效果

确认靶标和制备针对靶标的可用抗体无疑是抗体治疗的第一步，但要进入临床，抗体药还得经过重重考验：包括抗体的理化性质、正常和异体移植组织中抗原表达的特异性分析、抗体的免疫效应功能和信号传导路径等等。此外，不管是否搭载了放射性同位素或者其他细胞毒性试剂，抗体的临床前试验还需要考察抗体的人源化水平以及治疗效果。

对抗体药物来说，临床实验的一个关键考察点是抗体药在体内的特异性，通过放射性标记观察抗体在病人体内的分布情况，评估其在肿瘤组织与正常组织的分布比例。这个信息对设计临床实验至关重要，因为正常组织的分布量可以预测药物毒性进而为药物剂量和频次的设计提供依据。

在Lloyd Old 的领导下，我们（原作者）在路德维希癌症研究所（LICR）开发了一个I期抗体临床实验模型，该模型包括了生物分布、药代动力学、药效动力学以及毒性评估。

这种实验设计已经成功地应用到超过15中抗体药对临床病人的治疗中。该方法可以灵敏地检测到抗体理化性质的改变对其生物分布的微小影响，这对其效用的判定帮助很大。此外，抗体在正常组织和肿瘤组织中的分布可以量化，从而精确度量给药剂量与到达病灶剂量之间的浓度关系，而不是依靠血浆浓度和清除率来优化给药剂量。更多成功案例见文献19、30-35。而美国FDA批准的针对非霍奇金淋巴瘤的抗CD20托西莫单抗和替伊莫单抗，在临床早期，即对放射性标记抗体的生物分布进行了评估，并根据肿瘤和全身的放射性剂量对比，对确定病人的药物适应性和给药剂量起到了很大作用。

病人活检也是评估抗体体内药效的手段，可以借此评估抗体是否能够阻断信号通路。早期临床药效动力学分析也可能包括抗体的生物学效应，如ADCC和细胞毒性。运载细胞毒性物质的抗体也可以通过这个方法来评估药效。

临床成功的抗体药

如表3（下图）所示，目前FDA批准的抗体药有12个，涵盖实体瘤和血液恶性肿瘤。此外，还有大量正在进行早期或者III期临床实验的抗体药。

抗体药一览

用于治疗实体瘤的抗体多靶向ErbB家族受体（如EGFR）和VEGF。已有数据证明， 对KRas野生型的结肠癌病人，抗EGFR抗体药的治疗会显著提高病人的应答率、疾病控制率和存活率。基于此，FDA限制了对KRas突变型的结肠癌病人使用某些抗体。由于有研究表明ErbB2高表达的病人对曲妥珠单抗会最大程度获益，所以该单抗的应用被限定在此类病人群体中。

这些抗体在临床上的成功以及临床前的数据发现，多个抗体结合多个受体阻断信号通路，或者多种同位素被运输至同一受体（如曲妥珠单抗和帕妥珠单抗），这种多抗体联合作战的方式更容易提高免疫应答，目前大量的抗体联合用药方案进入了临床。

很多抗体治疗方案对血液恶性肿瘤也有作用，其中包括非耦联抗体和运载同位素药物/毒性试剂的抗体。

运载药物或者毒性物的抗体在血液恶性肿瘤治疗中有巨大的潜力。FDA批准的两个抗体药即是典型案例：吉妥珠单抗-奥佐咪星用于治疗CD33阳性的AML老年病人（尽管这个药在进入临床III期之后于2010年6月曾被自动撤销）；另一个是更近一些的，用于治疗CD30阳性霍奇金淋巴瘤病人的布妥昔单抗- vedotin。类似的疗法还被用于高级ErbB2阳性乳腺癌病人，——曲妥珠单抗- emtansine （T-DM1）已经进入III期临床。

美国之外，还有些抗体药物被批准。如卡妥索单抗，鼠源抗CD30和EPCAM双抗体，已经被欧盟批准用于治疗EpCAM阳性肿瘤导致的恶性腹膜积水病人；尼妥珠单抗，人源化抗EGFR的IgG抗体，已经被亚洲、南美和非洲批准用于治疗颈项部癌症、神经胶质瘤和鼻咽癌；Vivatuxin (131I-chTNT)放射性标记抗胞内DNA相关抗原的IgG1嵌合单抗， 已经被中国药品监督部门批准用于治疗恶性肺癌。

抗体的免疫调控

除了可以靶向肿瘤细胞抗原之外，抗体还对免疫监督中重要的信号通路具有调节作用。

抗原特异性的免疫应答是包含抗原提呈细胞、T淋巴细胞和靶细胞在内的各个复合物的动态相互作用。免疫信号1，T细胞受体（TCR）识别结合MHC的特异性抗原多肽，这对T细胞的激活是不足够的。免疫信号2，B7家族成员CD80/CD86作为共刺激因子与CD28结合，正式启动T细胞活化，活化后通过信号通路引发IL-2的自分泌。T细胞活化之后，一种胞内常规储藏的分子CTLA-4转运至免疫突触，在那里，它会和CD28 竞争结合B7分子，从而终止T细胞活化信号。

早在1996年就人提出可以用抗体阻断CTLA-4作用从而加强T细胞活化进而对靶细胞产生更强的免疫应答，以这一理论为基础，两个完全人单抗，封闭CTLA-4的伊匹目单抗 (ipilimumab) 和曲美目单抗(tremelimumab)被生产出来。伊匹目单抗 (ipilimumab)在针对黑色素瘤的III期临床实验中表现出明显的对病人总体生存期的延长效用，这使得美国FDA、欧洲EMA以及许多国家的监管部门批准了该药的上市，这是13年来针对黑色素瘤可以延长生存期的第一个有效治疗手段，也是该领域第一个获批的新药。

CTLA- 4阻断剂也表现出治疗的毒副作用，免疫相关的副作用，多为炎症，且多表现为皮肤或消化道的症状，并不影响肝脏和内分泌腺体。进一步的诊断发现，这些副作用多可以通过免疫抑制剂（如类固醇）得到缓解，所幸免疫抑制剂的使用并不影响CTLA-4阻断剂的抗肿瘤效果。

伊匹目单抗的成功鼓励了其他免疫调节抗体的开发。下一代最有希望的靶标是PD-1，PD-1作为激活或者耗尽T细胞的标记，当和配体PD-L1（B7-H1）结合后会诱发凋亡。有趣的是，这个配体不仅在抗原提呈细胞中有表达，很多肿瘤细胞也有表达。PD-1阻断剂在针对黑色素瘤、肾细胞癌症、非小细胞肺癌和结肠癌病人的早期临床实验中表现出一定的应答率。一些针对PD-1轴心的抗体正在研发当中。激活型抗体也在研发中，包括辉瑞和百时美施贵宝（BMS）正在研发的全人抗CD137（4-1BB）抗体，后者是T细胞的激活剂。BMS的抗体已经进入I期临床，在很广的给药剂量下表现出抗肿瘤活性。实验一度因为高剂量引发严重的肝毒性而暂停，但是降低剂量后又重新开始了。这给了我们一个重要的提示，即在抗体开发领域，高剂量的封闭型抗体治疗效果较好，低剂量的激活型抗体效益比更好。

针对其他通路的激活型抗体的靶标包括CD40和肾上腺糖皮质激素诱导的TNF受体（GITR），针对CD40L的抗体在临床前和临床实验中表现出对胰腺癌的显著治疗效果。

抗体还可以通过提呈抗原给Fc受体细胞引发后者对抗体靶向抗原的原发性免疫应答。在给药结束之后，这一原发应答激发的二级免疫应答还可以发挥作用。

结论

肿瘤治疗中单抗的使用是肿瘤免疫学对癌症病人的一大贡献。该治疗的成功归功于数十年来无数科学家在如下领域的努力：癌症细胞血清学标记的研究、针对靶标的抗体制造技术、癌细胞相关的信号通路细节、癌细胞和免疫系统各复合体之间的相互作用。抗体临床开发还离不开抗体进入病人体内的性质和对癌细胞效应的规范而详细的考察。目前我们面临的一大挑战是把针对癌症病人的两种免疫治疗手段——抗体和疫苗——结合起来。到目前为止，ipilimumab和疫苗结合的临床实验已经表现出两方面的效果。由LICR和癌症研究所（CRI）联合创办的癌症疫苗合作计划，正在进行一系列的实验开发联合ipilimumab 的NY-ESO-1疫苗，率先探索这一重要领域。如此，肿瘤免疫学控制和治疗癌症的未来大有希望。