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【医学前沿】PD1单克隆抗体体外特征(三)

发布时间:2019-04-09 12:16:58 编辑: 来源:all

以PD1/PDL1单抗所代表的免疫疗法,从2014年获批以来,在肿瘤治疗方面显示了巨大的潜力,国内外诸多药企纷纷研发,面对这些如雨后春笋般出现的同类型新药,很多人这时候都有一个大大的问号,这些药物有什么不同?

抗PD1单抗

【医学前沿】PD1单克隆抗体体外特征(三)(图1)

抗PD1单抗从发现到研究已经有20多年,从1992年京都大学本庶佑发现PD1单抗【9】1999年陈列平发现PD1配体PDL1【10】2000-2005年Medarex转基因小鼠实现【11】全球第一个PD1单抗2006年就启动临床试验,进入临床评估阶段【12】

了解清楚抗体的结构、功能、生产技术后,进入临床前,我们需要知道什么样的体外特征来分析其未来潜力呢?

目前主要有亲和力、特异性、免疫原性、Fc段特征和功能试验五个方面【13】

亲和力决定了药物疗效、最佳剂量和副作用程度。最理想的情况肯定是每个抗体都能够百分百结合抗原,发挥最大效能。评价亲和力有两个常用数据,EC50 和 IC50,EC50指的是半数效应浓度,指药物在引起 50%最大效应变化时的浓度,IC50指的是半数抑制浓度,指某种实现最大抑制效果 50%时的浓度。EC50和IC50数值越低,单抗的亲和力越好,临床达到治疗效果的最佳剂量相对更低。

目前不同公司单抗药物检测技术不同, Nivoluamb使用离子共振技术【14】Cemiplimab【15】和Sintilimab【16】使用ELISA夹心法测定,不同研究实验方法不同,所以EC50和IC50不能横向比较。

除了EC50和IC50数据以外,对于Nivoluamb、Pembrolizumab和Cemiplimab都经过了S228的修饰,经过S228P的修饰,能够避免lgG4抗体体内发生重链重组从而使抗体结构更加稳定【17】

而Sintilimab和Toripalimab 的修饰数据未知。

特异性越差脱靶副反应越强,最理想情况是只针对标靶细胞绝不误伤正常组织,免疫组化证实nivolumab特异性结合PD-1,不与其他免疫球蛋白超家族成员,例如CD28、CTLA-4等发生作用【14】其他类型单抗类药物没有进行详细披露。

免疫原性是单抗本身被免疫当作抗原,产生抗药物抗体(ADA)ADA 会加速单抗药物的清除,达不到疗效,其中会有中和抗体或其他机制干扰妨碍药效的发挥。ADA会加速药物的清除,必须不断增加使用量和频次,同时也会增加机体过度免疫反应带来副作用,单抗的免疫原性越低越好。在Nivolumab的CA209066研究中107位患者中仅有6位(5.6%)患者出现ADA,其中未检测出中和抗体,综合6项临床研究的数据,也仅有0.3%的患者持续表现出ADA阳性。而且无论ADA还是中和抗体,它们的存在都与超敏反应、输注反应或药物失效无关,可以认为nivolumab在临床上是没有免疫原性的【14】pembrolizumab临床试验中1289名患者有26名(2.01%)出现ADA,这26位患者中有4位进行了中和抗体检测,显示1位中和抗体阳性【18】其他药物中也能看到,Cemiplimab在实验期间77%实验动物出现了ADA【15】Sintilimab几乎所有实验动物中都出现了 ADA【16】Toripalimab 10%的实验动物在会出现ADA【19】

Fc段特征直接影响到T细胞存亡和活性。原因是由于PD-1靶向的目标是T细胞,而有ADCC和CDC效应的单抗Fc段与目标细胞结合,会造成T细胞失活。于PD-L1,保留不保留ADCC作用,就看PD-L1在T细胞和肿瘤细胞上哪个表达占优势。简单来看就会有3种表达情况,如果PD-L1在肿瘤细胞表达占优势,如第1种模式,那么保留ADCC作用,是有利于增强杀伤肿瘤细胞;如第2种模式,肿瘤细胞和T细胞PD-L1表达差不多,那么保留ADCC作用,就会折损一部分T细胞;如第3种模式,T细胞表达PD-L1占优势,那么保留ADCC作用,只会杀伤T细胞,对杀伤肿瘤细胞不利。对于Ipilimumab具有ADCC作用的IgG1单抗,具体机制是Treg细胞组成性表达CTLA-4水平明显比CD8+ T细胞高,导致Treg细胞被巨噬细胞等删除,而保留CD8+ T细胞发挥作用【20】

IgG1、IgG2 和IgG4的半衰期约为21天,而IgG3半衰期太短在2. 5~7天范围内。因此,目前的单抗药物基本上都是IgG1、IgG2 和IgG4 这3种类型。IgG1具有很强的ADCC作用,Atezolizumab是对IgG1进行了修饰,改造了Fc段的糖基化,使之不能结合Fc受体,IgG2不能结合Fc受体,所以无ADCC作用,IgG4结合Fc受体的能力很弱,所以有微弱的ADCC作用。

【医学前沿】PD1单克隆抗体体外特征(三)(图2)

最后通过功能性实验可以说是对前述体外特征的进一步验证。对健康供者细胞进行的实验证实,在有抗原刺激的条件下,低浓度的nivolumab就能够显着增加T细胞的增殖,并促进IFN-γ和IL-2的释放,同时并不会导致非特异性淋巴细胞的激活【14】

尽管单抗最终的功能效应需通过临床证据进一步夯实,但其临床前阶段的体外特征是一切的基础。追本溯源,回到原点,通过加深对抗体及其制备技术和评价体系的认识,有助于我们深入了解抗PD-1单克隆抗体并从机制上理解不同单抗的表现。

参考文献:

1 Sailstad JM1, Amaravadi L, et al. A white paper--consensus and recommendations of a global harmonization team on assessing the impact of immunogenicity on pharmacokinetic measurements. AAPS J.2014 May; 16(3)488-98.

2 Wolchok JD,Kluger H,Callahan MK,et al. Nivolumab plus ipilimumab in advanced melanoma[J].N Engl J Med,2013,369(2)122-133.

3 Kohler G, Milstein C (1975) Continuous culture of fused cells secreting antibody of predefined specificity. Nature 256(5517)495–497.

4 Bruhns, P., 2012. Properties of mouse and human IgG receptors and their contribution to disease models. Blood 119 (24) 5640–5649.

5 Clark, M., 2000. Antibody humanization: a case of the ‘Emperors new clothes’ Immunol. Today 21 (8) 397–402.

6 Sis B,Mengel M,Haas M,et al. Banff 09 meeting report: antibody mediated graft deterioration and implementation of Banff working groups[J]. Am J Transplant,2011,10( 3) : 464-471.

7 Rodgers KR, Chou RC, et al. Therapeutic monoclonal antibodies and derivatives: Historical perspectives and future directions. Biotechnol Adv. 2016 Nov 1;34(6)1149-1158.

8 Ribatti, D., 2014. From the discovery of monoclonal antibodies to their therapeutic application: an historical reappraisal. Immunol. Lett. 161 (1) 96–99.

9Ishida Y, et al. Induced expression of PD-1, a novel member of the immunoglobulin gene superfamily, upon programmed cell death.The EMBO Journal, 1992, 11(11) 3887-3895.

10Dong H, et al. B7-H1, a third member of the B7 family, co-stimulates T-cell proliferation and interleukin-10 secretion. Nature Medicine, 1999, 5(12) 1365-1369.

11Freeman G J, et al. Engagement of the PD-1 immunoinhibitory receptor by a novel B7 family member leads to negative regulation of lymphocyte activation. Journal of Experimental Medicine, 2000, 192(7) 1027-1034.

12Brahmer J R, et al. Phase I study of single-agent anti-programmed death-1 (MDX-1106) in refractory solid tumors: safety, clinical activity, pharmacodynamics, and immunologic correlates. Journal of Clinical Oncology, 2010, 28(19) 3167-3175.

13 Fessas P, et al. A molecular and preclinical comparison of the PD-1-targeted T-cell checkpoint inhibitors nivolumab and pembrolizumab. Seminars in Oncology 44(2017)136-140..

14 Changyu Wang, et al. In vitro characterization of the anti-PD-1 antibody nivolumab, BMS-936558, and in vivo toxicology in non-human primates. Caner Immunol Res; 2(9) September 2014.

15 Burova E, et al. Characterization of the Anti-PD-1 Antibody REGN2810 and Its Antitumor Activity in Human PD-1 Knock-In Mice. Mol Cancer Ther;16(5) May 2017.

17 Brahmer JR, Hammers H, Lipson EJ. Nivolumab: targeting PD-1 to bolster-

antitumor immunity. Future Oncol. 2015; 11(9)1307-26.

18 WCLC 2018 p1.01-106.

19 Fu J, et al. Preclinical evaluation of the efficacy, pharmacokinetics and immunogenicity of JS-001, a programmed cell death protein-1 (PD-1) monoclonal antibody. Acta Pharmacologica Sinica (2017)-718.

20 Hodi et al. Immunologic and clinical effects of antibody blockade of cytotoxic T lymphocyte-associated antigen 4 in previously vaccinated cancer patients. PNAS 2008;105: 3005-3010.

本文相关词条概念解析:

单抗

单抗,即单克隆抗体(Monoclonalantibody,McAb),是单个B淋巴细胞克隆所分泌的抗体。

细胞

细胞(英文名:cell)是生物体基本的结构和功能单位。已知除病毒之外的所有生物均由细胞所组成,但病毒生命活动也必须在细胞中才能体现。一般来说,细菌等绝大部分微生物以及原生动物由一个细胞组成,即单细胞生物;高等植物与高等动物则是多细胞生物。细胞可分为两类:原核细胞、真核细胞。但也有人提出应分为三类,即把原属于原核细胞的古核细胞独立出来作为与之并列的一类。研究细胞的学科称为细胞生物学。世界上现存最大的细胞为鸵鸟的卵子。细胞体形极微,在显微镜下始能窥见,形状多种多样。主要由细胞核与细胞质构成,表面有细胞膜。高等植物细胞膜外有细胞壁,细胞质中常有质体,体内有叶绿体和液泡,还有线粒体。动物细胞无细胞壁,细胞质中常有中心体,而高等植物细胞中则无。细胞有运动、营养和繁殖等机能。

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