千亿级市场抗体药物的专利保护路径规划

如何对抗体药物进行专利保护？这是一个简约而不简单的问题。

在回答这个问题之前，我们先从讲故事开始。关于抗体药物，最近国内生物医药界比较吸引眼球的新闻是，国外两款PD-1抗体重磅药物Opdivo和Keytruda相继获得国家药品监督管理局批准在国内上市。

我国首款获批的PD-(L)1抗体药物欧狄沃(Opdivo，即纳武利尤单抗注射液，nivolumab injection，俗称O药)在今年6月15日获国家药品监督管理局批准登陆中国市场，用于治疗表皮生长因子受体(EGFR)基因突变阴性和间变性淋巴瘤激酶(ALK)阴性、既往接受过含铂方案化疗后疾病进展或不可耐受的局部晚期或转移性非小细胞肺癌(NSCLC)成人患者。据报道，O药在中国开售头两天的销售额就已经达到1.5亿元，火爆程度可见一斑。

7月25日，默沙东的PD-1抗体药物(Keytruda，俗称K药)也获批进入中国，用于治疗晚期恶性黑色素瘤。

值得注意的是，虽然此前O药销量一直位居同类产品世界首位，但今年施贵宝和默沙东分别公布第二季度业绩后，K药以16.7亿美元、比去年同期增长89%的业绩首次超过O药16.3亿美元的销售额(比去年同期增长36%)。业内人士分析，这两个药物都可能今年销售超过50亿美元进入超级重磅药物行列。2017年O药的销售高达56亿美元，可以预见的是2018年的全球销售额“OK组合”将会突破百亿美元。

以O药和K药为代表的PD-1抗体疗法是近年来最热门的癌症免疫疗法之一。简而言之，基本原理是，人体血液内的T细胞表面有一种叫做PD-1的分子，它会阻止T细胞全力攻击癌细胞，起着类似刹车的作用。如果“阻击”PD-1，那么T细胞受到的束缚就会被解除进而全力对抗肿瘤细胞。显然PD-1抗体是最适合的阻击PD-1的分子。

PD-1分子最初由日本人本庶佑（Honjo Tasuku）发现，但他一开始并没有发现PD-1与癌症治疗的关系，只是认为可能与免疫系统相关疾病有关。发现了新靶点之后自然而然的就是制备针对这个新靶点的抗体，本庶佑在2001年与小野制药一起提交了一项专利申请：substance specific to PD-1（JP20010232303）来保护PD-1的抗体，随后以此专利为优先权申请了国际专利WO03011911 (A1)，进而在日本、欧洲、美国布局了一系列专利申请。本庶佑在申请专利的时候并没有考虑到PD-1抗体在癌症治疗方面的潜在应用，但好在当时的审查制度对于抗体的保护比较宽松，并没有要求限定到本庶佑所制备的PD-1抗体的具体序列，而是采用了靶点或者功能性限定的方式泛泛保护PD-1的抗体，这就意味着后来的研发者很可能都会涉及专利问题。

在大洋彼岸，一家位于美国新泽西普林斯顿的生物药物研发公司Medarex也不约而同地注意到了PD-1抗体。当年，加州大学伯克利分校的James Allison团队在《科学》杂志上发表了一篇研究论文，他们在T细胞上发现了一种抑制分子CTLA-4，阻断这种分子与抗原呈递细胞上相应配体分子的结合，就可以增加T细胞的抗肿瘤活性，抑制肿瘤生长。Medarex公司看到这篇报道，很快就开发出了CTLA-4抗体。这个抗体就是2011年被FDA批准的全球第一个免疫检查点抑制剂Yervoy（ipilimumab）。

PD-1分子是和CTLA-4类似的一种免疫抑制分子。所以当Medarex公司再次看到本庶佑关于PD-1的报道时，根据CTLA-4抗体开发的经验，他们认定PD-1抗体会是另一个有前景的药物候选，于是迅速拍板决定上马。PD-1抗体开发的任务落到了当时在Medarex任职的华人科学家王常玉和黄海春等人的肩上。

借助于杂交瘤技术和转基因小鼠平台，王常玉等人仅花了4个月就获得了全人源的PD-1抗体。

值得注意的是Medarex公司在2001年开始立项，同年底就拿到抗体。可见想成为一个成功的生物技术公司，不仅需要嗅觉灵敏，还要动作敏捷，否则无法在激烈的竞争中脱颖而出。

回头说本庶佑，幸亏他们在2001年已经申请了PD-1抗体的专利。等到2003年专利公开之后，Medarex公司发现自己的研究可能无法绕过本庶佑与小野制药的专利，再加上也希望有人能够分担临床费用，于是主动伸出橄榄枝。这时候本庶佑与小野制药正处于迷茫之中，因为他们虽然早就申请了专利，并且也开始进行抗体筛选，但是迟迟没有筛选到合适的抗体进行临床研究，看到Medarex公司主动示好，自然一拍即合。根据协议，北美权益属于Medarex公司，北美以外的权益则属于小野制药。后来，Medarex公司被BMS收购，然后BMS又从小野制药手中换回了北美以外市场的权益。根据2017年BMS与默沙东就PD-1抗体专利诉讼达成的全球和解协议，除了6.25亿美元的首付款之外，2017-2023年K药销售额的6.5%，2024年-2026年K药销售额的2.4%，BMS和小野制药按照75/25的比例分成。根据目前K药的销售额2018年有望突破50亿美元，峰值销售额可能突破100亿美元，可以大体估算BMS和小野制药有望总共从K药分走几十亿美元的销售额。

所以对于本庶佑与小野制药来说，后期研究进展缓慢不怕，关键是及时保护了原始的抗体专利，才有机会参加最后的分成，否则被Medarex公司抢了先机，可能就竹篮打水一场空了。对于本庶佑来说，作为京都大学的一名教授，科研水平一流，最早发现了PD-1的基因，并且还最早获得了PD-1的抗体，但是如果自己开发成药物还是很难的，速度上比不过具有成熟技术平台的生物技术公司，资金投入上更比不过财大气粗的制药企业。对于这类创新主体，想实现成果转化，最好的办法是及时申请专利然后与制药公司进行合作。

言归正传，王常玉等人仅化了4个月就获得了全人源的PD-1抗体。这里要提一下，制备单克隆抗体的杂交瘤细胞株最初是从小鼠身上获得的，但是我们知道，小鼠身上的抗体要作为药物进入人体是很危险的。因为，人体会对异源的抗体产生中和抗体，从而很快抵消异源抗体的作用。于是为了减低免疫原性，研究人员在鼠抗体的基础上采用基因工程的手段用人源氨基酸序列替换掉来自鼠源的抗体部分，根据替换的多少，可以获得嵌合抗体、人源化抗体和全人源抗体。如下图所示：

说到人源化抗体，Protein Design Labs (简称PDL)在人源化单抗制备方面拥有独家技术并申请了一大批与人源化抗体相关的专利，使得多数重磅人源化抗体都落入了这些专利的范围中。这些专利属于一个专利大家族，基本都是于1995年递交的，保护主题涉及人源化抗体、编码人源化抗体的核苷酸序列以及人源化抗体的生产方法。例如大名鼎鼎的Genentech就有至少多款人源化抗体获得了PDL的许可。

然而，王常玉等人初步获得的这个全人源PD-1抗体还不是最后的nivolumab（O药），还需要对抗体进行进一步的改造才适合作为药物使用。说到改造抗体就不得不提到抗体的分类。抗体可以分为IgG、IgA、IgM、IgD和IgE几种亚型，目前临床上使用的治疗性抗体多为 IgG 类型。IgG又分IgG1、IgG2、IgG3 和 IgG4四个亚类。这四种亚类的性质各自不同。IgG1和IgG3的抗体依赖的细胞毒性（ADCC）以及补体依赖的细胞毒性（CDC）很强，一旦IgG1和IgG3与目标细胞上的抗原结合，就会杀死目标细胞。显然，这种类型的抗体不适合作为T细胞表面抗原PD-1的抗体。毕竟PD-1抗体药物的目的是为了激活T细胞去杀死癌细胞，而不是杀死T细胞。IgG2和IgG4则相对温和，ADCC和CDC效应都很弱，于是王常玉等人就把IgG4的Fc段与前面筛选到的抗体可变区组合起来并把IgG4恒定区的第228位氨基酸从丝氨酸（Ser）换成脯氨酸（Pro），获得了一种体内稳定的新抗体，从而真正的nivolumab大功告成。nivolumab经过一系列临床前实验和临床实验的考验终于成为了我们看到的O药。Medarex公司对O药的研发过程申请了大量的专利，直到2014年才在期刊上陆续发表文章。这些专利在Medarex公司与本庶佑和小野制药的合作谈判中，以及日后BMS与MSD的专利大战中都发挥了重要作用。

近二十年来，以抗体药物为代表的生物技术药物得以迅猛发展。据统计，生物制剂的全球销售额在2015年达到2000亿美元，到2019年底预计将超过3860亿美元。这其中，抗体类药物占据巨大份额。从1986年首个抗体药物Orthoclone OKT3获批上市，经过30年的发展，截至2017年上半年，FDA累计批准上市了70个抗体药物。2014年以来，抗体药物进入爆发阶段，短短三年多的时间有超过30款抗体药物获批上市。2016年是FDA监管批准的“小年”，仅批准了22个原创新药，而抗体药物多达7个。2017年至今，已经有9个抗体药物获批上市。抗体药物的市场容量近年来快速攀升，从2012年530亿美元快速扩容到2016年的880亿美元，2017年上半年抗体药物市场容量已达到490亿美元，预计2017年全年将首次突破千亿美元大关。抗体药物已成为整个制药行业中发展最快的领域之一。

从上表可以看出来，2015-2017年全球销售额前十名的药物中，一半以上为抗体药物，例如阿达木单抗，依那西普，英夫利昔单抗，利妥昔单抗，贝伐珠单抗，曲妥珠单抗，阿柏西普等。其中抗体之王阿达木单抗，也就是大名鼎鼎的修美乐则连续多年把持销售额排行榜首位。

从某种意义上说，全球药品销售已经从化药时代进入以抗体药物为代表的生物药的时代。至于今后CAR-T等新兴的基因疗法药物是否能够接过抗体药物的大旗，还要继续观察，至少在近几年里，抗体药物将会是生物制药的中流砥柱。

根据目前医药领域研发的特点，抗体药物由于相比传统化药研发的优势，将会成为新兴生物技术公司突破传统格局，甚至逆袭超越传统药企，后来居上的重要抓手。毫无疑问，这个抓手的重要一环是良好的专利保护。

由于抗体本身就是一个复杂的生物大分子，为了更好地说清楚抗体的专利保护路径，我们不得不从抗体的基本结构和分类说起。

简单地来说，抗体是由两条相同的轻链（L链）和两条相同的重链（H链）通过链间二硫键和非共价键连接而成的四肽链结构。轻链有κ和λ两种，五种不同的重链γ、α、μ、δ和ε区分出了五种免疫球蛋白IgG、IgA、IgM、IgD和IgE。整个抗体呈现出一个Y字形，轻链和重链的分子可以分为可变区和恒定区两部分，不同抗体分子的恒定区都具有相对保守的氨基酸序列而可变区的氨基酸序列则变化较大，因为可变区的氨基酸序列决定了该抗体结合抗原的特异性。下图大体概括了抗体的分类。

根据上述描述，可以看出一般来说，抗体都是由重链和轻链组成的。所以，在早些年，中国专利局的很多审查员们对于抗体的专利保护形式通常认为，至少同时需要重链和轻链的序列才能够限定一个抗体分子。

后来，随着研究的深入，人们逐渐发现，抗体重链和轻链中的可变区还可以细分，其中的高变区或者叫互补决定区（CDR）决定了一个抗体分子结合抗原的特异性。一般来说轻链和重链上各有三个CDR，一共六个CDR能够决定一个抗体分子的抗原特异性。CDR在抗体分子中的位置如下图所示。

所以，专利局逐渐接受了最少通过轻链和重链的CDR序列来限定一个抗体分子的做法。

然而，除了这些典型的抗体之外，近年来在骆驼和鲨鱼中还发现了一种只有重链不需要轻链的抗体，称之为重链抗体，如下图所示：

重链抗体中的只有重链可变区组成的最小的功能性抗原结合片段则称之为纳米抗体，2018年9月3日，EMA批准赛诺菲纳米抗体药物Cablivi（Caplacizumab）用于治疗成人获得性血栓性血小板紫癜（aTTP）。Cablivi成为首个特异性的aTTP治疗药物，也是首个上市的纳米抗体药物。

所以，仅有重链可变区序列也可以限定一个抗体分子或抗原结合片段，前提是你能够证明这段序列能够独立实现抗原结合功能。

大体来说，专利局对抗体序列的保护大概在2008-2009年间之前局内审查员之间对限定方式存在一定的分歧，这个时期之前授权专利，既有严格用重链和轻链序列进行限定的，也有在此基础上允许百分比同一性或者氨基酸替换进行限定的，还有用CDR限定的，甚至还有用抗原抗体亲和力进行限定的，而从2009年之后至今，抗体序列限定的授权标准其实是趋向于标准一致和严格限定序列的方向。基本上授权的专利只允许限定到实施例数据验证的具体序列，不允许采取百分比同一性或者氨基酸突变替换之类的方式获得比原具体抗体更宽的范围。零星的几个例外的情况也是在说明书中采取了大量突变体验证均具有相同或类似活性之后允许在极为狭窄的百分比范围内进行覆盖，例如，与本发明抗体序列具有99%同一性的序列，往往还需要同时采用功能性的限定。

说到这里，还有一个问题很常见。对于已知抗原，如果在先抗体已经通过CDR限定的方式获得了专利保护，如果后来的抗体CDR与其不同，是否可以涉及侵权，是否可以申请专利并获得授权？这种情况非常常见。因为在目前抗体专利保护实践的现状下，CDR不同至少解决了新颖性的问题，并且侵权风险较低。一个典型的例子就是，BMS和MSD的PD-1抗体专利大战在美国和欧洲曾经如火如荼，达成和解后O药和K药瓜分了国外大部分的市场，而在中国研究PD-1的企业几乎不受影响，已经向药监局申报PD-1药物的企业有几十家。原因是，BMS的PD-1专利在国内是以CDR序列的形式保护，而抗体分子是千变万化的，原则上只要筛选到CDR不同的PD-1抗体就可以规避原有的专利。但是只有CDR不同的抗体是否能够也能够获得授权就不一定了，因为要想获得授权除了满足新颖性的标准，还有一个创造性的标准。如果一个CDR不同的抗体相对于已有的抗体没有产生预料不到的技术效果，或者没有在某些技术指标上优于已有的抗体，很可能会被认为没有创造性。

所以，上面说的序列保护就是抗体专利保护的全部了吗？显然并没有。上面只是从抗体分子结构的角度告诉大家序列保护的基本原理。对于抗体药物这种复杂的概念，从一个维度来解构是不够的。

抗体药物从分子类型上来看，主要分为：单克隆抗体、小分子抗体、抗体偶联药物、抗体融合蛋白、双功能抗体。多克隆抗体除了在一些检测试剂盒中使用之外，基本上淡出了抗体药物的领域。

前面PD-1抗体的故事主要涉及单克隆抗体，还有小分子抗体、抗体偶联药物、抗体融合蛋白、双功能抗体。每一种抗体都有很多故事，每一种抗体都有不同的专利保护形式。一篇是说不完的，感兴趣的小伙伴可以关注医律专利公众号，以便以后继续与医律君交流。先放一张技术分支图，从图上可以大体感受抗体药物技术关联的各个方面。

结合上面的图，可以知道你的抗体在什么技术位置，从而有针对性地制定专利保护策略。

对照上图，可以简单总结一下抗体的专利保护途径：

序列保护是核心限定，序列的核心是CDR序列。但是能够用来限定抗体本身的又不止是序列，还包括但不限于，抗原表位限定，抗原抗体亲和力，ADCC，CDC等功能性限定，以及制备方法等。在此基础上还可以通过氨基酸突变、翻译后修饰、化学分子修饰等对抗体分子进行限定。

除了抗体分子本身，其衍生出来的一系列上下游产品也可以用专利进行保护，包括例如抗体制剂、试剂盒、杂交瘤细胞株、表达载体等。

围绕抗体分子还包括很多方法或者技术也值得保护，例如医药用途，重组方法，筛选方法，检测方法，包含发酵、表达、纯化、复性等工艺的制备方法等。

总之，目前抗体药物研发已经从最早的多克隆抗体时代步入了以单克隆抗体为基础的基因工程抗体时代，并且往人源化、小型化、功能化的方向发展。在这条发展路径上，任何新技术的改进或突破都可能带来值得专利保护的创新。

最后再用一张图来概括抗体专利保护的角度：