高親和力的人源化CD20單克隆抗體的研究進(jìn)展

張倩倩 郭尚敬,2*

(1山東省聊城大學(xué)藥學(xué)院 252000； 2 山東省聊城大學(xué)農(nóng)學(xué)院 252000)

據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，淋巴瘤發(fā)病率逐年增加，其中非霍奇金淋巴瘤(non Hodgkin′s lymphoma, NHL)是臨床最常見的淋巴系統(tǒng)惡性腫瘤。NHL占中國整個腫瘤發(fā)生的4%，死亡率居第14位[1～4]。對于這類惡性腫瘤，傳統(tǒng)的治療方式主要是放化療、骨髓移植或外周血造血干細(xì)胞移植等。然而，對于許多難治性、復(fù)發(fā)性及對化療和干細(xì)胞移植耐受力較差的患者而言，研發(fā)低毒性、更有效的靶向性治療方法顯得尤為重要。本文簡介抗CD20的單克隆抗體藥物，并綜述人源化CD20單克隆抗體親和力和免疫原性的研究進(jìn)展。

1 抗CD20的單克隆抗體藥物

近年來，單克隆抗體及靶向治療NHL的臨床試驗研究取得了重大進(jìn)展，其中被廣泛使用且富有成效的是抗CD20的單克隆抗體藥物[5]。CD20分子是一種B淋巴細(xì)胞表面的特異性膜蛋白，以非糖基化形式存在。CD20分子有4個跨膜區(qū)，氨基端和羧基端都位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)側(cè)，在第三跨膜區(qū)和第四跨膜區(qū)之間，有一個由43個氨基酸組成的環(huán)區(qū)(large loop)，構(gòu)成其主要的抗原表位[6，7]。該抗原表位僅存在于前B細(xì)胞、成熟B細(xì)胞和超過95%的惡性B細(xì)胞表面，而不表達(dá)于造血干細(xì)胞、漿細(xì)胞和其他組織中，且其與抗體結(jié)合后無顯著內(nèi)化和脫落，也不因與抗體結(jié)合而發(fā)生抗原調(diào)變，從而成為治療B細(xì)胞非霍奇金淋巴瘤的理想靶點[8]。

目前有多個以CD20為靶點治療非霍奇金淋巴瘤的單抗藥物已被美國食品藥品管理局批準(zhǔn)上市(表1)。這些CD20單抗與B細(xì)胞淋巴瘤表面抗原結(jié)合后，主要通過補(bǔ)體依賴的細(xì)胞毒作用(complement dependent cytotoxicity，CDC)以及抗體依賴細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用 (antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC)，直接誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞降解[9]。該藥可特異性地與B淋巴細(xì)胞表面的CD20 抗原結(jié)合，激發(fā)機(jī)體免疫反應(yīng)，為B細(xì)胞NHL的治療提供了新的希望。

表1 FDA批準(zhǔn)的治療非霍奇金淋巴瘤的單抗藥物

2 單克隆抗體藥物的免疫原性

自1997年上市以來，利妥昔單抗(Rituximab)的銷售成果—直較好，2007年旳銷售額達(dá)到了22億美元，2012年增長到67億美元，毫無疑問地成為單克隆抗體藥物市場的主導(dǎo)藥物。但是，由于Rituximab是一種人鼠嵌合型的抗CD20抗體，抗體分子中仍然包含約30% 的鼠源序列，這類鼠源單克隆抗體進(jìn)入人體后可能引起人抗鼠抗體免疫應(yīng)答(HAMA)，導(dǎo)致無法長期用藥，嚴(yán)重制約Rituximab的使用。為此，需要降低該類藥物的免疫原性，并提高其抗腫瘤活性，達(dá)到增加藥效的目的。

從結(jié)構(gòu)上看，Rituximab作為人鼠嵌合抗體，雖然含有人的Fc段，但抗體的重輕鏈可變區(qū)仍然是鼠源序列，分子中30%的氨基酸序列來源于鼠抗，仍被人體視為外源蛋白，具有免疫原性，誘發(fā)人體產(chǎn)生中和抗體，降低持續(xù)性用藥的治療效果。為進(jìn)一步降低CD20抗體中鼠源序列的免疫原性，出現(xiàn)了以PDL公司的“complementarity-determining region，CDR”移植為主要手段的抗體人源化技術(shù)[10]。該技術(shù)將鼠抗的CDR區(qū)移接連入人抗體的框架區(qū)，從而減少鼠抗框架區(qū)導(dǎo)致的免疫原性。

盡管如此，這類抗體的人源化框架與鼠源性CDR區(qū)的氨基酸組合也可能被T細(xì)胞識別而引起免疫應(yīng)答。T細(xì)胞對異源蛋白的識別主要由抗原呈遞細(xì)胞表面的MHC II與蛋白多肽結(jié)合后，呈遞給T細(xì)胞受體，進(jìn)而活化淋巴細(xì)胞，產(chǎn)生免疫應(yīng)答。因此，在設(shè)計選擇人源框架時，應(yīng)盡可能降低其框架多肽與MHC II分子的結(jié)合，從而使人源化抗體的免疫應(yīng)答降低到最小。張海峰(專利US 20130089540A1)采用獨特的抗體人源化技術(shù)，在鼠單抗2B8(Rituximab的原始鼠源單抗)的序列基礎(chǔ)之上，設(shè)計選擇了與MHC II結(jié)合位點少的人胚系(germline)抗體框架序列進(jìn)行鼠源單抗2B8的人源化，大大減少了免疫原性，從而得到人源化的CD20抗體。通過該技術(shù)改造的人源化CD20抗體分子，表現(xiàn)出了較低的免疫原性。但因其未對該抗體的親和力進(jìn)行任何修改，其殺傷腫瘤細(xì)胞的活性仍較低，仍需增加藥效提高其抗腫瘤活性，因此親和力的提高是非常必要的。

3 單克隆抗體藥物的親和力

抗體親和力是指抗原決定簇和抗體分子可變區(qū)互補(bǔ)構(gòu)型的結(jié)合強(qiáng)度。親和力越大表示抗體的結(jié)合反應(yīng)越快，抗原抗體復(fù)合物越不易解離。親和力的高低是由抗原分子的大小以及抗體分子的結(jié)合位點與抗原決定簇之間立體構(gòu)型的合適度決定的。對于高度表達(dá)CD20的B細(xì)胞惡性淋巴瘤，Rituximab的臨床療效已得到肯定，但其臨床反應(yīng)率僅50%左右，完全緩解率只有10%[11]。隨著治療應(yīng)用的推廣，仍不斷發(fā)現(xiàn)難以治愈的惡性淋巴瘤病例，且該類腫瘤一旦復(fù)發(fā)，其耐藥再治療的緩解率極低，為此需要不斷提高單克隆抗體的親和力，從而提高其抗腫瘤的活性。

迄今為止，提高抗體親和力的方法主要是以原親本單抗為改造模板，通過構(gòu)建其突變體抗體庫(如核糖體展示、酵母雜交、噬菌體展示文庫等)進(jìn)行篩選，最終獲得更高親和力的單克隆抗體。但以上這些技術(shù)都具有各自的局限性：如難以構(gòu)建能覆蓋所有位點、可以突變成任何氨基酸的抗體文庫；構(gòu)建抗體庫及篩選過程費時、費力、費財?shù)取＝陙?，?yīng)用計算機(jī)模擬突變方法提高抗體親和力的技術(shù)，已成為該領(lǐng)域的熱點。趙磊等在前期得到的Rituximab/CD20抗原肽共結(jié)晶的基礎(chǔ)上，通過基于抗體進(jìn)化規(guī)律的計算機(jī)輔助設(shè)計，將重鏈可變區(qū)57位天冬氨酸和102位酪氨酸分別突變成谷氨酸和賴氨酸，將輕鏈可變區(qū)93位天冬酰胺突變成精氨酸，使Rituximab的親和力提高了15.47倍。盡管該三點組合突變體極大地提高了抗體的親和力，但由于其整個可變區(qū)都是異源的，在進(jìn)行臨床試用時仍能夠被人體的免疫系統(tǒng)識別而產(chǎn)生人抗鼠抗體(HAMA)反應(yīng)，因此有必要對鼠單抗可變區(qū)作進(jìn)一步的人源化改造。

4 展望

進(jìn)行抗體的人源化有兩個基本原則，即保持或提高抗體的親和力和特異性，以及大大降低或基本消除抗體的免疫原性。但是目前為止，CD20抗體的人源化與親和力的提高都是分別進(jìn)行的，還沒有發(fā)現(xiàn)將這兩者同時進(jìn)行的設(shè)計與改造，從而獲得既有低免疫原性又有高親和力的抗體藥物。開發(fā)既有低免疫原性又有高親和力的抗體藥物，不僅具有重要的理論價值，而且具有巨大的應(yīng)用前景。