双特异性抗体那些事儿

▉ 导读

图片来源：cytivalifesciences

双特异性抗体（Bispecific antibody，BsAb)，一般来讲是指一种可以特异性结合两个抗原或者同一个抗原的两个不同表位的抗体。今天，我们来简单的浏览一下关于双抗的那些知识，主要从构型以及作用机制和未来趋势三大块来介绍。

▉ 双特异性抗体的构型

双抗构型（format)，主要分为三大类：

第一类是由抗原结合区域（Fab）组装起来的融合蛋白，可以避免轻重链错配等问题，同时由于不含有糖基化修饰的Fc段，可以使用相对简单的原核或者低等的哺乳动物细胞来进行生产，高产且成本低。不含Fc段的缺点也是显而易见，由于无法与FcRn结合，在血浆中很快被清除，半衰期非常短，还有稳定性和易聚集也是开发时需要考虑的问题。目前，该构型有一款双抗（Blinatumomab) 已上市。structure of BsAb(图中圈出的为上述介绍中的第一类构型) 图片来源：biying

第二类是对称型，在裸抗基础上融合抗体片段，对称型双抗在分子量和结构上与裸抗有区别，这有可能会导致稳定性及可溶性等问题。对称型双抗一般是采用四价2+2。这种抗体两个抗原结合位置由于挨得比较近，可能会影响两个靶点同时靠近，导致效价降低，对于这种分子可能后期还需要进行优化。

structure of  BsAb (2+2) 图片来源：biying

第三类是非对称型构型，也是目前大多数药企为尽可能保留天然抗体性质在开发时采用的构型。这种构型模仿天然抗体，缺少非天然的抗体结构域或者linker，被认为是免疫原性最低的构型。通常，非对称型双抗是二价1+1，也就是抗体以单价形式结合2个抗原，这种构型的双抗约占50%，其中已1款Emicizumab已上市，一款上市后由于商业化原因退市(cartumaxomab)，另有多个处于在临床不同开发阶段。

structure of  BsAb (1+1) 图片来源: biying

structure of BsAb: a mechanistic revies of the pipeline, Nature Reviews, 2019

Bispecific antibodies: a mechanistic review of the pipeline

TIPS：什么是效价（valency）？

效价指抗体分子中抗原结合位点的数量。双特异性抗体构型的设计会影响每个靶标的结合位点数量。每个靶标具有一个结合位点的二价bsAb表示为1+1。掺入其他结合位点可导致三价（2+1）和四价（2+2或1+3）设计。

antibody format, biying

Bispecific antibodies: a mechanistic review of the pipeline

▉ 双特异性抗体的作用机制

目前双抗的作用机理主要包括两大类：桥接两种细胞类型（in-transbinding）和结合一个细胞的两个分子（in-cisbinding）。目前双抗主流的治疗领域主要分为抗肿瘤、自身免疫病及其他疾病三类，其中以抗肿瘤产品居多，而CD3T细胞衔接子双抗又占了双抗的半壁江山。

Examples of obligate mechanisms of action of bsAbs.

桥连细胞——T细胞招募

最初双抗就是用于T细胞重定向的，利用双抗桥连T细胞与肿瘤细胞，通过结合TCR复合物中的CD3e使T细胞可以绕开MHC分子直接活化，活化后的T细胞通过释放穿孔素，颗粒酶等杀伤肿瘤细胞。尽管这种想法在体外已经被验证，但是却没有持续的临床效果。由于并发症以及双抗本身不稳定，后续双抗开发受阻。在此不得不提到安进的blinatumomab，该抗体的出现极大的推动了整个领域的发展。该双抗是单链抗体，不含Fc段，仅有55kDa，血浆半衰期1.25±0.63小时。当通过连续静脉注射达到低谷水平时，NHL病人显示出较好的响应，对于复发及难治ALL，其完全缓释率达到43%。影响T细胞杀伤的因素，主要分为几个，肿瘤靶点与T细胞的距离将直接影响免疫突触的形成，而这与T细胞最终在体内进行有效杀伤直接相关。二价的靶点结合由于提高了对靶点结合的亲和力，可以增强T细胞对肿瘤的杀伤，目前罗氏有一款1+2双抗，在I期临床展示出非常好的效果。这种双抗在设计时，应充分考虑到CD3一端的亲和力，过高的亲和力会让双抗占住细胞CD3的抗原，持续活化该细胞，最终导致T细胞耗竭，而低亲和力会使双抗不断与不同细胞的CD3结合并解离，与T细胞的反复结合产生瀑布效应可以使T细胞成簇，最终导致大量的T细胞活化，最终杀伤肿瘤细胞。另外，CD3亲和力过高，会让双抗更集中在脾脏等组织，从而难以抵达肿瘤组织，相当于分散了火力。

Bi-specific T-cell engager，wikipedia

treatment effect: 1( antibody for cancer cell)+1(antibody for T cell)>2

结合双抗原表位的双抗：不同于结合两个不同抗原的双抗，这种双抗则是选择结合同一个抗原不同的两个抗原表位，通过抗原交联和聚集增强结合强度，从而模仿抗体混合物和多克隆抗体的效果。目前国内百济神州引进的双抗ZW25（Zanidatamab）就是这种作用机制，通过结合两个非重叠的HER2表位可以双重阻断HER2信号、增强结合并去除细胞表面的HER2蛋白、强有力的抗体效应子功能，以加强在患者中的抗肿瘤活性。

模拟辅因子：罗氏一款双抗便是通过模拟辅酶因子（FVIII），将酶（FIXa)与底物（FX）拉近，从而使酶对底物进行活化，最终形成活化的底物，用来治疗因为FVIII缺失而造成凝血障碍的罕见病A型血友病。该药2017年于美国上市，可以有效地减少血友病的出血量及出血频率。由于该药作为预防性治疗，年治疗费用高达40万美元，目前上市仅四年，销量就达到了24亿美元，国外机构预测2022年，年销售达45亿美元。

(https://link.springer.com/article/10.1007/s12185-018-2545-9；Emicizumab, a humanized bispecific antibody to coagulation factors IXa and X with a factor VIIIa-cofactor activity)

▉ 已上市或在III期临床中的双特异性抗体

▉双特异性抗体未来发展趋势

展望未来，许多处于发展初期有前途的概念已崭露头角。

1、 IGM Biosciences公司借助带有J链（例如IgM和IgA）抗体类的自然结构，在J链上连接了效应细胞靶向臂，这样就可以组装成1+10的双抗，目前已有一款双抗处于临床I期阶段，其中14人中有9人肿瘤明显缩小,展示出了比较好的临床效果。2、 另外一个比较新颖的双抗概念是，递送mRNA，DNA到体内转录后表达双抗，均在动物体内展示出较好的肿瘤清除。在工业制备上，mRNA和DNA的生产要比蛋白更快，这极可能会加速新双抗的临床开发。尤其是DNA相对于mRNA或者抗体蛋白，不仅生产成本低，稳定性高，对于长期保存及运输提供了极大便利。这种定向的双抗DNA递送可用于抗病毒、细菌感染，极有可能成为病毒疫苗的安全替代品。3、 另外一种新概念则是给溶瘤病毒或者CAR-T加装双抗或者受体蛋白，达到靶向递送，并在肿瘤微环境中发挥功能。

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