双抗药物主流技术平台解析及作用机制(2021年)课件.pptx
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- 抗药 物主 技术 平台 解析 作用 机制 2021 课件
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1、双双抗作为第二代抗体药物有望填补治疗空白抗作为第二代抗体药物有望填补治疗空白由于双抗是人工构建的功能性抗体,虽然相比单抗有更多优势,但其设计和生产相比天然抗体存在 更多难点。双抗主要通过将 2 个不同的 H 链和 2 个不同的 L 链组合而成,这种随机组合方式可以产 生 16 种不同的组合,而其中仅有 12.5%的产品具有所需的双重特异性,很难从中分离出目标组,这 一问题被称为“链 错配问题”。双抗的研发主要是围绕如何在有效组合 2 个不同抗原识别位点的同时 提高目标抗体均一性和产量开展合理的结构设计。图图表表11 双双抗抗作为人作为人工工抗抗体体在在生生产时产时会会出现链出现链错错配问题配问
2、题2.1 双抗结构双抗结构分为全长型和片段型,技术平分为全长型和片段型,技术平台台各有千秋各有千秋根据结构特征,双特异性抗体可以大致被分为 2 类,分别为不含 Fc 片段的双特异性抗体(非 IgG 样 双抗,片段型双抗)和含有 Fc 片段的双特异性抗体(IgG 样双抗,全长型双抗)。链 随 机 组 合单抗双抗抗原 A抗原B1正正文目文目录录双抗作为第二代抗体药物有望填补治疗空白双抗作为第二代抗体药物有望填补治疗空白1 双抗结构分为全长型和片段型,技术平台各有千秋2 双抗作用机制主要分为四类,有望填补现有疗法的治疗空白图表图表12 全长全长型双抗型双抗具具有更长有更长的的半衰期半衰期图图表表13
3、 片段片段型双抗型双抗的的肿瘤渗肿瘤渗透透性相性相对对较好较好IgG 样双抗和非 IgG 样双抗的主要是区别为是否有与天然的 IgG 相似的结构和分子量,其中,是否含有 Fc 区域是导致这两个类型双抗产生生物活性差异的主要原因之一:IgG 样双抗(有 Fc 部分):具有 Fc 介导的效应功能,如抗体依赖性细胞介导的细胞毒性作用(ADCC)、补体依赖性细胞毒性作用(CDC)和抗体依赖细胞介导的细胞吞噬作用(ADCP),可 以进一步加强双抗的肿瘤杀伤能力,具有较高免疫原性。IgG 样双抗由于具有较大分子量以及 能够通过结合 Fcn 参与循环利用,因此具有较长的血清半衰期。此外,IgG 样抗体的工艺
4、较 为成熟,并且 Fc 部分有助于提高抗体纯化的溶解度和稳定性,生产相对便利。非 IgG 样双抗(缺乏 Fc 部分):仅通过抗原结合力发挥治疗作用,免疫原性较低,安全性相对 较高。由于其相对分子质量较小可渗透到肿瘤组织,因此具有更强的治疗效果。然而,非 IgG 样双抗的血清半衰期非常短,已上市的 Blincyto 半衰期仅为 2 小时,而单抗药物的半衰期通常 超过 100 小时。此外,非 IgG 样双抗CMC 工艺较为复杂。2.1.1 IgG 样样(全长型(全长型)双抗技双抗技术术开发开发旨旨在解决在解决错错配问题配问题IgG 样双抗分子设计时利用整个 IgG 结构作为骨架,构建一个具有双特异
5、性或者多特异性的二价或 多价抗体,由于具有跟天然抗体一样的结构,CMC 工艺更成熟,且体内分布行为更好预测。从结构 来看,IgG-like 双抗又可以进一步被分为对称模式和不对称模式。对称 IgG 样双抗具备和天然 IgG 相似的结构和较高的稳定性,不存在错配问题,因此 CMC 相对简单且易于生产;而不对称 IgG 样 双抗具有桥接功能,并且可以通过调节两个抗体的效价进一步调节双抗对两个靶点的亲和力,有望 提高双抗的安全性和特异性,但其生产相对复杂,需要解决重链和轻重链的错配问题。2图图表表14 IgG-like 双双抗根据抗根据结结构可构可以以进一步进一步分分为对为对称称型和不型和不对对称型
6、称型由于 IgG-like 双抗面临的主要问题是生产中的错配问题,各技术平台的设计也主要是围绕如何解决 不同重链之间的错配、重链和轻链之间错配开展,逐步形成各自的特色:针对重链之间错配问题杵臼结构(knobs-into-holes,KIH)是最早被提出来用于解决重链错配问题的技术,由Genentech 公司开发。具体方法是利用基因技术将重链 CH3 区的体积较小的氨基酸突变为较大氨基酸,形 成突出的“Knobs”型结构;同时将另一个抗体重链 CH3 区较大的氨基酸突变为较小的氨基酸,形成凹陷的“holes”型 结 构,从而使两个重链结构可以咬合形成异源二聚体,减少约 90%的 重链错配。目前
7、KIH 专利保护期已过,多家企业在其基础上进行改良衍生出新的技术平台。针对重链和轻链之间错配问题虽然 KIH 解决了重链错配问题,在生产中仍然面临轻链错配问题,即两种不同的轻链会与重链 的异源二聚体错配,目标双抗的占比仅从 12.5%提升至 25%。为进一步解决这个问题,Roche 在 KIH 的基础上发展了 CrossMab 技术:首先在 Fc 部分设计了 KIH 异源二聚体连结,同时将 其中一个抗体轻重链 Fab 部分进行完整或部分交换。从而实现轻链的正确联合,避免在同一宿 主细胞共表达的过程中两种抗体因发生轻链错配而出现一些无功能的 BsAb,产出率提升至90%。该技术的代表产品为Roc
8、he研发的 RG7221 和 RG7716,两者均为抗Ang2/VEGF双抗。3图图表表15 各技各技术平台术平台逐逐步解步解决决 IgG-like 双抗重双抗重链链、轻、轻链链之间的之间的错错配问题配问题从天然抗体形成中得到启发Fab 臂交换是人体内的 IgG4 抗体也会天然发生的一个过程,然而该过程是随机的,可以在两个相同 抗体之间发生。Genmab 对交换机制深入研究后发现,在抗体的 CH3 区引入不对称突变,可迫使Fab 臂互换反应变为定向的,从而得到高度稳定的异二聚体蛋白,并基于此开发了可以产生稳定双 抗的 DuoBody 技术平台。该技术已实现 1500L 规模的产业化应用,受到广
9、泛关注。Genmab 已与 多个制药公司,包括艾伯维、强生和吉利德等达成合作,利用 DuoBody 共同开发双抗药物。图表图表16 Duobody 平台可高平台可高效效生产双生产双抗抗,受受到到广泛关注广泛关注图图表表17 多家企业多家企业与与 Genmab 就就 Duobody平台达成合作平台达成合作45随着双抗研发热度持续提升,目前全球范围内已出现了超过 30 个 IgG-like 双抗技术平台,部分产品 已进入临床试验。图表图表18IgG-like 双双抗的主抗的主要要技术技术平平台台国外国外国内国内技术技术平台平台公司公司技术技术平台平台公司公司TriomabTrionITAB健能龙K
10、nob-into-holeGenentech(Roche)Ybody友芝友CrossmabDutalys(Roche)FIT-Ig岸迈生物DAF-IgGGenentech(Roche)CRIB康宁杰瑞ART-IgGChugai(Roche)DPL天演药业OthoFab-IgGEli LillyWuxiBody药明生物DVD-IgGAbbvieMabPair齐鲁制药XmAbXencorPACbody凡恩世AzymetricZymeworksGrabody天镜生物EFECTZymeworksExmab爱思迈mAb-TrapImmunocoreTEAC君实生物VelociBiRegeneronHBi
11、Body时迈药业TribodyBiotecnolproBibody时迈药业FynomAbCovagenRennano百奥赛图DuobodyGenmabSMAB金斯瑞BEATGlemarkMultiBody道尔生物DIG-KTPharmabcineTetrabody康方生物PIG-KTPharmabcineBibody鸿运华宇ScFv-FcZymogeneticsTrigen泽璟制药ZybodyZyngeniaCheckGen泽璟制药DiversImmuneAbpro2.1.2 non-IgG-like 双抗技术双抗技术开开发旨在发旨在解解决半决半衰衰期问题期问题 IgG 样双抗主要是以可变域或
12、 scFvs 为构建骨架,一般没有 Fc 区域,分子量相对 IgG 样双抗更 小,而这也是导致 非 IgG 样双抗半衰期短的主要原因:完整的 IgG 抗体分子量约为 150kDa,通过 肝脏被清除;没有 Fc 片段的抗体分子量小于 60kDa,通过肾脏被清除,肾脏清除的速度快于肝脏。此外,由于没有 Fc 结构,片段型双抗无法参与受体 Fcn 结合介导的循环利用,导致半衰期较短。因此,各技术平台持续改良提升双抗的半衰期,主要通过融合 Fc 区域以及增加分子量。融合 Fc 结构区Amgen 公司开发的 BiTE 是非 IgG 样双抗中最早拥有上市品种的技术平台,主要是将一个抗 体的 scFv与另一
13、个抗体的 scFv通过合理的 linker串联成双抗。基于该平台开发的 Blincyto于 2014年获 FDA 批准上市,其使患者的中位总生存期相比标准化疗延长了一倍,效果显著。然而,Blincyto 的半衰期仅有 2 个小时,患者需要频繁给药,依从性较差,因此上市后的销售表现也 受到影响,2020 年仅实现 3.79 亿美元收入。为改善半衰期问题,Amgen 在 BiTE 平台基础上 发明了 Half-Life Extended(HLE)-BiTE 技术,通过将 Fc 结构融合入 BiTE 结构,大幅改良其 半衰期,从 2 小时延长至 44-167 小时。增加分子量,形成多聚体增加分子量使
14、其通过肝脏清除也可以延长半衰期,主要通过串联多个抗体识别区域的方式,构 建“1+2”或者“2 +2”结构。这种方式在增加相对分子质量的同时,还可增强抗体的效应机 制,例如 TandAb。TandAb 是由 Affimed 公司利用 ROCK 平台开发的一类四价双抗,该类双抗 包含 4 个 Scfv结构,可以同时结合两种抗原并且每种抗原有两个结合位点,具有更高效力,在 研药物包括 AFM24、AFM11、AFM13 等。TandAb 分子量介于全分子抗体和 BiTE 之间,约为106kDa,具有比 IgG 更短但比 BiTE 更长的半衰期。Affimed 与 Genentech 达成了 50 亿
15、美元 合作,将利用该平台共同开发更多新型免疫疗法。融合人血白蛋白结构区,与其他分子偶联Nanobody 首先由 Ablynx 公司开发而成,是一种单域抗体,来自于骆驼及羊驼体内的一种缺失 轻链的重链抗体的可变区片段。Nanobody 可以通过接头连接从而实现多特异性结合,其优点 主要是分子小、稳定性高、易于连接,小尺寸使其易于穿过较深的组织并靶向一些正常 IgG 抗 体难以靶向的表位。但缺点是半衰期较短。为解决半衰期问题,Ablynx 将 Nanobody 与人血清 白蛋白或白蛋白结合蛋白融合,半衰期可由几个小时延长至 2-3 周。目前 Ablynx 已经与诺华、诺和诺德、默克、艾伯维、勃林格
16、殷格翰等多家药企达成了合作。目前全球范围内已出现了超过 10 个 non-IgG-like 双抗技术平台,部分产品也已进入临床试验。图表图表21 片段片段型双抗型双抗主主要技术要技术平平台台技术技术平台平台公司公司技术技术平台平台公司公司BiTEMicrometimmTACImmunocoreDARTMacroGenicsDNL-Fab3ImmunocsTanAbsAffimedscFv2-HASMerrimackBi-nanobodyAblynxMulti-DARPinsMolecular PartnersProbodyCytomXKl-bodayNovimmuneUniEMGemoabHc
17、Ab和铂医药TriTACHarpoonGNC百利制药2.1.3 双抗双抗具具体体结构的结构的设设计还计还要要取决于取决于其其靶点作靶点作用用机制机制图表图表19 HLE BiTE 结构结构图图表表20 TandAb 和和 Bi-nanobody 结构结构BiTEHLE BiTEFc结构TandAbBi-nanobodyalbuminmonomeralbumin-binding nanobody6整体来看,双抗的结构形式决定分子的生物学活性。不同靶点双抗或者相同靶点双抗之间的差异性 以及其效果和安全性,主要会被五个结构因素影响,分别为抗体亲和力和效价、Fc 区、几何结构、连接子和分子量。而这五个
18、结构的选择通常取决于双抗作用机制以及适应症的类型,根据使用靶点 机制的不同,双抗的设计和结构也会有不同考量。图图表表22 影响影响双抗治双抗治疗疗效果效果的的五五个结个结构构因素因素2.2 双抗作用双抗作用机制主要分为四类,有望填补机制主要分为四类,有望填补现现有疗法的治疗空白有疗法的治疗空白按照双抗不同的作用机制来看,双抗的靶点机制主要分为 4 类,分别为细胞桥接、双靶点阻断、免 疫细胞激活、促蛋白复合体生成。双抗的出现有望填补部分目前小分子药物和单抗难以解决的适应 症空白。2.2.1 细胞细胞桥桥接接机制展机制展现现出相出相较较 CAR-T 更更好好的的疗效疗效双抗的一个重要作用机制是介导
19、免疫细胞杀伤肿瘤。机体免疫系统本身就具备免疫监视功能,可以 识别和清除癌变细胞。然而,肿瘤细胞可以通过下调 MHC 分子表达等方式逃逸免疫监视,从而在 体内迅速增殖,形成病灶。双抗具有两条抗原结合臂,可以设计成其中一条与肿瘤靶抗原结合,另一条与效应细胞上的抗原结合,从而使效应细胞激活,并重新识别、清除肿瘤细胞,与 CAR-T 作用 机制有点相似。T 细胞和 NK 细胞是较常用效应细胞类型,其中热门的表面靶点是 CD3 和 CD16。但该机制主要是激活肿瘤浸润 T 细胞,因此对“热 肿 瘤”以及血液肿瘤的效果相对较好。7因此,为避免出现 Removab 类似的毒副作用,细胞桥接双特异性抗体的设计
20、重点在于选择合理的CD3 抗体亲和力范围,具有特异性的肿瘤靶点、同时尽可能抑制 Fc 介导的效应功能。Blincyto 采用 的是 BiTE 技术,与 Removab 相比去除了 Fc 结构,因此不会引发其他效应细胞活化并进一步激活 细胞因子,降低了 T细胞过度活化风险。此外,Blincyto 的 2 个抗体均采用 ScFv结构,相比 Removab的完整 IgG 结构,一定程度上降低了 CD3 亲和力。同时,CD19 靶点的特异性较高,而 EpCAM 也 普遍表达于正常细胞,因此 Blincyto 的肿瘤特异性更强,安全性相对较好。为进一步提升安全性,免疫细胞免疫细胞肿瘤细胞肿瘤细胞除 CD
21、3 外,部分公司选择 PD-1、4-1BB 等免疫靶点,相比之下,CD3 对 T细胞的激活和招募能力 更强,但对双抗平台的研发设计能力要求也较高。已上市的三款药物中,Removab(CD3 x EpCAM)和 Blincyto(CD3 x CD19)都是使用靶向 CD3 的桥接机制。其中 Removab 虽然展现出较好的疗效,但会产生较严重的副作用,其主要原因是该药即使低剂量给药也会引起 T 细胞过度活化,从而诱发 细胞因子快速且剧烈的释放,引发较严重的细胞因子风暴。研究发现,T 细胞的过度活化主要和该 抗体的 CD3 抗体 Fc 介导的免疫效应以及亲和力等因素相关。图图表表24 CD3 细细
22、胞胞桥桥接接双抗的双抗的设设计重计重点点在于提在于提高高安全性安全性并并拓宽拓宽治治疗窗口疗窗口图图表表23 细胞细胞桥接机桥接机制制主要是主要是引引导免导免疫疫细胞识细胞识别别杀伤杀伤肿肿瘤细胞瘤细胞免疫细免疫细胞胞表面表面抗抗原原T细胞:CD3NK细胞:CD16巨噬细胞:CD47肿瘤表肿瘤表面面抗原抗原实体瘤:CEA、HER2、EGFR血液瘤:BCMA、CD33、CD198Roche 开发了 2:1 TCB 结构的双抗 Glofitamab,通过设计成 2 价结合 CD20,单价结合 CD3 的结构,增强双抗的特异性靶向能力,并降低 CD3 亲和力。图表图表25 Removab 会会引引起
23、起 T 细胞过细胞过度度活化活化图图表表26 Blincyto 和和 Glofitamab 在设计在设计上上更具更具安安全性全性从临床数据来看,双抗已体现出与单抗相比差不多甚至更好的疗效,CR(完全缓解率)普遍较高。与目前较为热门的 CAR-T 疗法相比,双抗也展现出亮眼的治疗效果,甚至在 CAR-T 治疗失败患者 中也体现出完全缓解的疗效,同时还具备给药方便以及费用低的优势。图表图表27双抗双抗展现出展现出相相比单抗比单抗和和 CAR-T 更好的疗效更好的疗效类别类别商品商品名名/代号代号公司公司适应症适应症数据数据CD20 单抗RituxanRoche复发/难治性非 霍 奇 金淋巴瘤(II
24、I 期)ORR:53%;CR:18%;中位缓解持续时间(DOR)为 22 个月CD19 CAR-TKymriah诺华复发/难治性非 霍 奇 金淋巴瘤(II 期)ORR:52%;CR:40%CD20 x CD3 双抗EpcoritamabAbbvie/Genmab复发/难治性非 霍 奇 金淋巴瘤(I/II 期)ORR:73.3%;CR:26.7%有 4名经 CAR-T 治疗失败的弥漫性大 B细胞淋巴瘤患者ORR:100%;CR:50%REGN1979Regeneron/再鼎复发/难治性非 霍 奇 金淋巴瘤(I/II 期)ORR:57.9%;CR:42.1%经CAR-T 治疗复发或难治性弥漫性大B
25、细胞淋巴瘤(I 期)ORR:33%;CR:21%GlofitamabRoche复发/难治性非 霍 奇 金淋巴瘤(I/Ib 期)ORR:51.4%;CR:36.2%2.2.2 双靶双靶点点信信号通路号通路机机制有制有望望阻断解阻断解决决耐药问题耐药问题同时阻断双信号通路也是双特异性抗体重要靶向机制,常用于肿瘤治疗和自免疫治疗领域。受体酪 氨酸激酶(RTKs)是最大的一类酶联受体,在细胞增殖过程中发挥重要调节作用,其在肿瘤细胞表 面的异常表达会导致肿瘤细胞恶性增生,因此 RTK 抑制剂是肿瘤药的热点开发方向,目前已在治疗 中得到广泛应用。但是,肿瘤细胞可以通过补偿信号通路或同靶点不同表位之间的同源
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