抗肿瘤单克隆抗体药物研究进展

抗肿瘤单克隆抗体药物研究进展

近年来，生物技术药物（biotechnologymedicina）取得了迅速发展。通过淋巴细胞杂交瘤技术或基因工程技术制备的单克隆抗体(单抗)药物是生物技术药物领域的重要方面。单抗作为诊断剂或检测剂,近20年来已在医学和生物学领域得到广泛应用;单抗作为治疗剂的研究也已获得重要进展。单抗药物(monoclonalantibodyagents)可能用于治疗肿瘤、病毒性感染、心血管病以及其它疾患,尤其是用于治疗肿瘤,已显示出良好的前景。抗肿瘤单抗药物一般包括两类,一是抗肿瘤单抗;二是抗肿瘤单抗偶联物,或称免疫偶联物(immunoconjugate)。免疫偶联物分子由单抗与“弹头”药物两部分构成。单抗所针对的靶标通常为肿瘤细胞表面的肿瘤相关抗原或特定的受体。用作“弹头”的物质主要有三类,即放射性核素、药物和毒素;其与单抗连接分别构成放射免疫偶联物、化学免疫偶联物和免疫毒素。自80年代以已对抗肿瘤单抗药物进行了大量研究,特别是自1997年以来,Rituxan、Herceptin在美国相继获批准用于临床肿瘤治疗,单抗药物的研究与开发有了新的发展势头,成为生物技术药物的新热点。单抗与单抗的比较抗肿瘤单抗药物研究已取得多方面进展,研究结果为应用于肿瘤治疗的可行性提供了重要依据。单抗药物对肿瘤细胞的选择性杀伤作用研究结果表明,单抗与药物偶联物或与毒素偶联物对肿瘤靶细胞显示选择性杀伤作用,对表达有关抗原的肿瘤细胞作用强,对抗原性无关细胞的作用弱或无作用。研究还表明,单抗药物偶联物对肿瘤细胞的杀伤活性比无关抗体偶联物的活性强;药物与单抗偶联后对肿瘤靶细胞的活性比游离药物强。这种选择性杀伤作用是单抗药物用于肿瘤治疗的重要基础。免疫电镜观察可见单抗或单抗偶联物能结合到细胞表面,经过受体介导的内化过程进入细胞。结合到肿瘤靶细胞表面的数量多,到非靶细胞的数量少;进入靶细胞内的数量多,进入非靶细胞内的数量少。这种特异性结合和内化进一步阐明了单抗或单抗偶联物对靶细胞选择性杀伤作用的机制。单抗药物具有更高的疗效由抗人体肿瘤的单抗与药物构成的偶联物对移植于裸鼠的相应人体肿瘤生长有抑制作用。偶联物与相应的游离药物比较,一般具有更高的疗效或显示较低的毒性。曾与单抗进行偶联并在裸鼠进行疗效观察的抗癌药物有阿霉素、柔红霉素、平阳霉素、博安霉素、丝裂霉素、新制癌菌素、氨甲蝶呤、苯丁酸氮芥、苯丙氨酸氮芥、顺铂以及长春碱类衍生物等。使用的肿瘤模型包括肺癌、肝癌、胃癌、结肠癌、乳癌、卵巢癌、脑胶质瘤、黑色素瘤、淋巴瘤和白血病等。来源于植物或细菌的毒素,由于有强烈毒性,很难作为治疗剂使用;但毒素(或单链毒素)与单抗的偶联物可在动物模型显示疗效。研究表明,单抗药物在动物体内呈特异性分布。静脉内注射抗肿瘤单抗,在肿瘤部位的浓度较高,显示特异性定位。单抗与药物的偶联物通常仍保留原来单抗的分布特征,在靶肿瘤的浓度较高。确定单抗或单抗偶联物在体内具有靶向性,为进一步阐明其疗效提供了依据。单抗药物对肿瘤相关靶点的特异性作用特定受体或特定的基因表达蛋白可能作为单抗药物的靶点。Rituxan是以B细胞的CD20分子为靶点的人鼠嵌合抗体,对非霍奇金B细胞淋巴瘤有疗效,是第一个获美国FDA批准用于治疗恶性肿瘤的单抗。Herceptin是抗HER-2/neu癌基因编码蛋白的单抗,临床研究对乳腺癌有效,与化疗药物联合有更显著的疗效,亦已获批准用于治疗肿瘤。表皮细胞生长因子受体(EGFr)在人鳞癌、乳腺癌和脑胶质瘤等均有较高的表达。有报道,抗EGFr单抗与长春碱衍生物的偶联物在裸鼠体内试验显示良好的抗癌效果。抗EGFr的人鼠嵌合抗体已进入临床研究。转铁蛋白受体在某些肿瘤有较高的表达。抗转铁蛋白受体单抗构成的免疫毒素对脑瘤细胞有高度细胞毒性;高度恶性的肿瘤对免疫毒素的敏感性更高。在人体乳腺癌和卵巢癌常见HER-2基因扩增而且相应的HER-2蛋白含量增高。抗HER-2蛋白单抗与抗EGFr单抗联合使用对卵巢癌细胞的作用增强,显示相加的抗增殖作用。CD30受体在霍奇金淋巴瘤的肿瘤细胞高度表达,可以作为免疫毒素攻击的靶点。近年来,以血管内皮细胞为靶点的单抗药物受到广泛关注。实体瘤的生长与血管密切相关,肿瘤细胞增殖如果缺乏相应的血管新生成将不能发展为肿瘤。以内皮细胞为靶点的单抗药物,抑制血管新生成,可能达到抑制肿瘤生长的目的;而且静脉注射的单抗药物也易于到达靶部位(内皮细胞),不需要穿越细胞外间隙到达实体瘤深部的肿瘤细胞。血管内皮生长因子(VEGF)在血管生成中有重要作用。据报道,抗VEGF的中和性单抗具有广谱的抗肿瘤作用,对移植于裸鼠的人体癌瘤有显著疗效。单抗药物对抗药性肿瘤细胞的杀伤作用单抗偶联物对于抗药性肿瘤细胞仍显示较强的杀伤活性。对于长期使用氨甲蝶呤而出现抗药性的成骨肉瘤细胞,单抗氨甲蝶呤偶联物仍显示较强的杀伤作用。对于具有多药抗性(MDR)的肿瘤细胞,抗P-170糖蛋白单抗构成的免疫毒素可显示选择性杀伤作用。说明单抗药物有可能用于克服肿瘤细胞抗药性。方证一:组成药物的使用单抗药物的临床研究结果已为其应用于治疗肿瘤展示出良好的前景,但仍有些问题需要进一步研究解决。单抗药物存在的问题主要涉及免疫学和药理学两方面。免疫学方面问题主要是人抗鼠抗体(HAMA)反应。因为多年来用于临床研究的单抗药物多数使用小鼠单抗制备,往往导致HAMA反应。此外,肿瘤细胞群体在抗原性方面的异质性,肿瘤细胞的抗原性调变等也可能影响单抗药物的疗效。药理学方面的问题主要是到达肿瘤的药量不足。单抗药物在体内运送过程受多种因素影响。由于它是异体蛋白,会被网状内皮系统摄取,有相当数量将积聚于肝、脾和骨髓。单抗药物是大分子物质,通过毛细血管内皮层以及穿透肿瘤细胞外间隙均受到限制。解决问题的主要途径包括:降低单抗药物的免疫原性目前多数单抗药物使用鼠源性抗体制备,在临床使用可导致HAMA反应。据报告,在黑色素瘤、结肠癌、乳癌和卵巢癌患者,HAMA发生率高达100%。HAMA对注入的单抗药物起中和作用,从而抵消其疗效。避免或减少HAMA反应的主要途径是使鼠源性单抗人源化或研制完全的人源抗体。单抗人源化主要通过基因工程技术制备嵌合抗体(chimericantibody)或改形抗体(reshapingantibody)。嵌合抗体是将Fc段置换为人源性,其它部分仍为鼠源性。改形抗体是指除互补决定区(CDR)为鼠源性外,其它部分均为人源性。临床研究表明,嵌合抗体的副反应轻,HAMA反应率较鼠源性单抗低,在血中半衰期也较长。已获准在临床应用的抗肿瘤单抗药物Rituxan和Herceptin均属嵌合抗体。植物或细菌来源的毒素为大分子肽类物质,具有较强的免疫原性。在人体使用免疫毒素,不仅鼠源性单抗部分可引起HAMA反应,而且毒素部分亦可导致产生抗毒素的抗体。使用人源化单抗仍不能解决“弹头”(毒素)的免疫原性问题。使用化疗药物为“弹头”则可避免此部分的抗体反应。提高单抗药物在肿瘤组织的浓度单抗药物具有体内分布特异性,但有研究表明,能到达肿瘤细胞的药物量仍属有限。据推算,肿瘤组织的单抗摄取量约为0.005%(注入剂量/克组织),说明可到达靶部位的药物量甚少。单抗药物在体内的运送过程受多种因素影响。首先与肿瘤局部的血供状况有关,动物实验表明,血管丰富、血流量较大的肿瘤,用单抗药物治疗的效果也较好。单抗及其偶联物均为大分子物质。以IgG型单抗为导向载体、以蓖麻毒素A链为“弹头”制成的免疫毒素,其相对分子质量约为180000;用IgM型单抗为导向载体,偶联物的相对分子质量更大。庞大的药物分子难于透过毛细管内皮层和穿过肿瘤细胞外间隙到达实体瘤的深部。用体外培养的多细胞球体观察表明,免疫毒素对多细胞球体的穿透性很差,培养1h仅到达球体外周的2至3层细胞。对在裸鼠移植的肿瘤进行观察,发现静脉注射免疫毒素1天后,瘤结外围部分与中心部分的浓度比为2∶1;在注射后5天才达到1∶1。使用抗体片段,如Fab、Fab′制备分子量较小的偶联物,可能提高对细胞外间隙的穿透性,增加到达深部肿瘤细胞的药物量。为提高药物在肿瘤的浓度,单抗药物分子的小型化是研制的重要途径。提高单抗药物在肿瘤浓度的另一种办法是局部注射。据报告,在移植人结肠癌裸鼠模型,瘤内或瘤周围注射125I标记的单抗,结果在肿瘤和同侧淋巴结均显示高浓度并有较长时间的滞留。在裸鼠移植的人结肠癌和小鼠肝癌模型进行观察,瘤周围注射单抗平阳霉素偶联物可使肿瘤局部的药物浓度提高,药物滞留时间较长,抑瘤率也较高。加强单抗药物对肿瘤细胞的杀伤作用单抗能特异性结合到相关的肿瘤靶细胞,但通常难以杀伤靶细胞。单抗治疗剂一般须调动体内的免疫系统,包括细胞免疫和体液免疫效应以达到治疗肿瘤的效果。单抗偶联物则主要依靠“弹头”药物杀伤肿瘤靶细胞。如上所述,单抗药物实际到达肿瘤细胞的数量有限,为取得良好效果,单抗药物需要高效化,仅有微量的偶联物到达靶部位即可杀伤肿瘤细胞。研制高效化单抗药物需要高效“弹头”药物。常用于偶联单抗的化疗药物如阿霉素、丝裂霉素、氨甲蝶呤等虽然对肿瘤细胞有相当强的杀伤作用,但作为“弹头”物质仍需用十数个或数十个药物分子去连接一个抗体分子以加强偶联物的活性。近年发现一些对肿瘤细胞有极强杀伤作用的药物,可为研制高效化单抗药物提供新的“弹头”物质。据报道,抗肿瘤抗生素Calicheamicin对肿瘤细胞的杀伤活性比阿霉素强1000倍。Calicheamicin与单抗偶联物对移植于裸鼠的人乳腺癌、卵巢癌以及对肿瘤肝转移有显著疗效。从我国湖北省土壤分离的一株链霉菌产生的抗肿瘤抗生素C1027对癌细胞的杀伤作用比阿霉素强10000倍以上。按1∶1分子比将C1027与单抗连接,其偶联物对裸鼠移植的肝癌、胃癌均有显著疗效。研究表明,C1027具有很强的抗血管生成活性,用C1027与单抗制成的导向药物将可能兼具杀伤肿瘤细胞与抑制血管生成作用。又据报道,一种新的美登素衍生物对肿瘤细胞有很强的细胞毒性,其活力比放线菌素D、氨甲蝶呤、丝裂霉素等强100至1000倍;该衍生物与单抗偶联物在裸鼠试验可使结肠癌完全消退。进一步提高药物作用的选择性要提高药物作用的选择性,目前引人瞩目的一条途径是“抗体导向的酶活化作用”。将单抗偶联的活化酶与前体药物联合使用,在靶肿瘤进行酶性活化。前体药物(prodrug)是指该药无治疗活性或仅有较低活性,需在体内经过代谢转化为活性型才显示药物活性。药物前体化策略在药物化学与化疗领域已得到应用,其优越性是可能降低毒性和延长药物体内作用的时间。在单抗药物治疗中运用此策略是将单抗与特定的酶进行连接,先注入单抗-酶偶联物;间隔一定时间后注入前体药物,使其在靶部位活化以杀伤肿瘤细胞。已有各种不同单抗-酶偶联物和相应的前体药物联合使用的报道,包括单抗-碱性磷酸酶偶联物合并磷酸鬼臼乙叉甙或磷酸丝裂霉素,单抗-内酰胺酶偶联物合并头孢菌素氮芥,单抗-胞嘧啶脱氨酶偶联物合并5-氟胞嘧啶,单抗-葡苷酸酶偶联物合并葡苷酸表阿霉素等。此策略有可能进一步提高药物的特异性并得到较显著的疗效。研制单抗药物抗肿瘤单抗药物研究经历了比较曲折的发展过程。80年代迅猛发展,90年代初期一度处于低谷,以至近年再度成为生物技术药物领域研究的热点。抗肿瘤单抗药物研究的发展趋势具有如下特点:寻求新的分子靶点单抗对相应的抗原具有高度特异性,这是单抗药物显示靶向性抗肿瘤作用的基础。寻求与肿瘤细胞相关的靶点是研制单抗药物的关键。特定的癌基因表达蛋白、生长因子受体等均可作为单抗药物的分子靶点。血管生成与肿瘤生长密切相关,因此与血管内皮细胞增殖相关的因子也可能作为分子靶点。Endoglin是与内皮细胞增殖相关的抗原。对移植于裸鼠的人乳腺癌模型进行观察结果,抗Endoglin单抗制成的免疫毒素可使肿瘤完全消失。用125I标记抗Endoglin的单抗亦得到显著的抑瘤效果。基质金属蛋白酶与肿瘤细胞的侵袭转移相关,是引人注目的研制单抗药物的分子靶点。人类基因组研究,特别是关于疾病相关基因研究的进展,将为研制单抗药物提供新的分子靶点。单抗的人源化在临床治疗中使用鼠源性单抗的主要障碍之一是产生HAMA反应,因此单抗的人源化是单抗药物的发展趋向。已获批准在临床应用的Rituxan、Herceptin是人鼠嵌合抗体。目前已有一系列用于肿瘤治疗的人鼠嵌合抗体正处于临床研究阶段,预计可用于肿瘤治疗的品种将会增多。研制完全的人源抗体亦受到广泛关注,据报道利用基因工程技术构建的一种特殊的小鼠XenoMouse可产生完全的人源抗体。从XenoMouse获得的抗EGFr单抗在裸鼠模型显示很强的抑瘤作用。偶联物分子的小型化庞大的偶联物分子难以通过毛细管内皮层和细胞外间隙到达实体瘤深部的肿瘤细胞。因此,研制小型化单抗药物对提高疗效有重要意义。通过酶切方法可得到单抗F(ab′)2或Fab片段,其相对分子质量分别相