生物药研发进展---下篇

摘要

自1982以来，生物制药彻底改变了许多疾病的治疗方法，并越来越多地应用于几乎所有的医学分支。生物制药市场比所有药物市场发展更快，人们相信由于对这些药物的巨大需求，它们有进一步发展的巨大潜力。生物改良药，含有增强药效的活性药物成分，将在生物制药的发展中的发挥重要作用。另一组重要的生物制药是生物仿制药。目前，他们被引入欧洲联盟（欧盟）和美国（美国）市场，将降低生物治疗的成本。本综述强调生物制药发展领域的最新进展和创新型生物制药和生物仿制药注册的有关的问题。同样也讨论和预测了生物制药学的重要话题——现在的生物制药市场。请点击阅读 生物药研发进展---上篇

4.治疗性抗体

   单克隆抗体是最大的一类生物制药，目前用于治疗癌症、炎症性疾病、心血管疾病、器官移植、感染、呼吸道疾病和眼科疾病。这类生物制药包括单克隆抗体及其衍生出来的抗体，例如双特异性抗体、抗体偶联药物、核素标记的抗体偶联物、抗原结合片断Fab和Fc融合蛋白。

全人抗体和人源化的抗体能增加肿瘤、血液瘤、炎症和自身免疫病的治疗效果。第一个基于单克隆抗体的生物制药是莫罗单克隆抗体-CD3(商品名为强生的OKT3单克隆抗体)，用于治疗急性肾移植免疫排斥反应。这个药在1986年注册，然而抗体药物的市场发展始于第一个嵌合抗体注册的90年代后期。截至2017年3月，在欧盟和美国共有71个基于单克隆抗体的药物被注册。目前，全人抗体在临床应用单克隆抗体中占有越来越大的比例。2002年，FDA批准了第一个全人单克隆抗体——阿达木单克隆抗体。从那以后，大约40%的上市单克隆抗体为全人单克隆抗体。

4.1双特异性抗体

大部分注册的抗体是单特异性抗体，可以与单一的目标物发生相互作用。然而，如肿瘤和炎性疾病等复杂疾病，经常有多影响因素的特点。在这些情况下，抑制多种不同的致病因子和信号通路可以增强治疗效果。为了达到这个目的，设计出了双特异性抗体。双特异性抗体是由两个不同类型的单克隆抗体片段组成的人造蛋白，可以结合两种不同类型的抗原。双特异性抗体通常大部分用于癌症的免疫治疗，同时结合两个目标，例如肿瘤细胞和细胞毒性细胞（通过受体，例如CD3分子）。双特异性抗体能有效刺激机体的免疫系统，促进摧毁肿瘤细胞。

起初，双特异性抗体是通过化学方法连接两个不同的抗体产生一个包含四个抗原结合区（四个Fab片段）的单一分子，每个片段搭配结合一个不同的分子。另一种得到双特异性抗体的方法是通过融合两种杂交瘤细胞产生具有不同特异性的抗体。目前，有超过50种不同的技术平台可以有效生产双特异性抗体。

到目前为止，FDA批准了两种双特异性抗，卡妥索单克隆抗体和博纳吐单克隆抗体。卡妥索单克隆抗体（商品名是Removab）是第一个被批准的双特异性抗体，它是一类由大鼠杂交瘤和小鼠杂交瘤融合后产生的大鼠-小鼠杂合的IgG2单克隆抗体，被用在腹腔内治疗恶性腹水。2009年，卡妥索单克隆抗体在欧盟被批准，同时在美国进行临床试验。另一个双特异性抗体，博纳吐单克隆抗体（商品名Blincyto)），2014年被FDA批准用于治疗成人复发的或难治的ph阴性急性淋巴细胞白血病。博纳吐单克隆抗体目前处于治疗其他B细胞相关恶性肿瘤的多中心2期和3期临床试验。目前，有两种双特异性抗体（Emicizumab and MEDI-565）处于3期临床试验。Emicizumab是一个预防性使用双特异性抗体，以减少血友病A和凝血因子Ⅷ抑制剂患者的出血次数。MEDI-565（也叫MT111和AMG 211）是一个用于治疗表达癌胚抗原的癌症患者的双特异性抗体。

目前，有不断增加的基于双特异性抗体的药物开始临床试验。因此，在不久的将来，这种类型的新药进入市场是可预期的。

4.2放射性标记抗体偶联物、抗体偶联药物

另一类以单克隆抗体为基础的药物包括连接同位素或者高度有效药物的特异性针对肿瘤抗原的单克隆抗体。这两种方法能促进特异性地摧毁癌细胞。目前，两款放射性免疫连接物被注册用来治疗非霍奇金淋巴瘤，分别是131I-Tositumab（商品名Bexxar）和90Y-ibrytumomab tiuksetanem（商品名Zevalin）。

最近几年中，抗体偶联药物已经成为治疗癌症有力的工具。抗体偶联药物是一个生物偶联物，其包含特异性结合肿瘤病毒表面抗原的单克隆抗体和通过可断裂或不可断裂的连接物偶联到抗体上的高度有效的药物。这种设计保证了针对肿瘤细胞的特异性和有效性，同时健康组织不受影响。最近，FDA批准了两款这类药物，分别是brentuximab vedotin（商品名Adcetris）和ado-trastuzumab emtansine（商品名Kadcyla）。

2015年，全世界有超过50种新的抗体偶联药物在进行临床试验。截至2017年1月，有37种抗体偶联药物处于一期临床阶段。2016年，有3种抗体偶联药物进入一期/二期发展阶段，使得处于这个阶段的药物增加到8个。4个抗体偶联药物（AGS-16C3F, Anetumab Ravtansine, SAR566658,and Rova-T）向二期临床进发，11个处于2期临床阶段。2个药物（IMGN853 and SGN-CD33A）进入3期临床，使得处于3期临床的抗体偶联药物数量翻倍。2017年8月，inotuzumab ozogamicin获得FDA批准，它是用于治疗患有复发或难治性急性淋巴细胞白血病患者的抗CD22的抗体偶联药物。

总的说来，未来10年估计大约有10个新的抗体偶联药物将要进入临床市场。尽管，抗体偶联药物取得了巨大的进展，还需要进一步的研究以增强他们安全性和有效性。就这一点而言，主要的挑战是确保抗体偶联药物分子的均一性。

4.3单链可变区片段

单克隆抗体研究的一个重要焦点是降低其活性颗粒的大小，以增强药物施用后的穿透力并促进其生产。这一系列研究促使了单链可变区片段的开发。

4.4糖基化单克隆抗体

另一个技术革新是发展了第一个糖基化单克隆抗体afutuzumab (商品名 Gazyva)，于2013年在美国注册。糖基化修饰增强抗体依赖性细胞介导的细胞毒性，这个抗体作为免疫调节剂用于治疗淋巴系统恶性肿瘤。

4.5治疗抗体的未来

目前，大部分注册的基于单克隆抗体药物被用于治疗癌症和自身免疫系统失调。据WHO估算，由于老年人口不断增加，到2030年新增癌症患者将达到两千七百万。考虑到这些流行病学数据及对抗癌治疗的巨大需求，可以预见抗癌药物将处于注册药物的领先地位。这也可以由进入临床试验的单克隆抗体数量确认。在2014-2016年期间，制药公司每年平均开展大约80种单克隆抗体疗法的首次人体研究，其中，超过60％被设计用于治疗癌症。2016年，治疗癌症抗体大约占治疗性抗体总临床用量的55％。在2017年进入临床管线的抗癌单克隆抗体包括两种（CX-072和KN035）靶向程序化死亡-1受体配体的抗体和各一个（CBT-501和FLYSYN）分别靶向程序性死亡-1受体和Fms样酪氨酸激酶的抗体。在最近进入晚期临床研究的五种单克隆抗体，三种（utomilumab，isatuximab和SHR-1210）正被评估用于癌症治疗。另外两种单克隆抗体crizanlizumab和olokizumab正分别被用于研究治疗镰状细胞病（预防或减少疼痛发生）和类风湿性关节炎患者。

目前，大量的研究工作集中在针对与哮喘、白血病、非小细胞肺癌和多发性硬化相关的已知分子靶点的改进抗体的开发。在不久的将来，下一代具有改善性能的抗体（包括ADC和bsAb）作为Biobetter抗体治疗，预期将受到欢迎。

此外，正在研究开发已经用于治疗的抗体的生物类似物。针对特定病理细胞类型中存在的抗原的高特异性单克隆抗体越来越多地用于治疗和临床诊断。由于在后期临床研究中正在进行评估的单克隆抗体数量很大（截至2016年12月有超过50例），预计近期将出现每年至少六到九个单克隆抗体首次批准进入市场的趋势。预测表明，单克隆抗体市场可能会动态地发展，表现在这些药物的销售未来将进一步增长。

5.疫苗

生物制药增长的另一个潜在领域是疫苗开发。如果分子生物学方法被用于其开发，任何疫苗可被归为生物制药。一个例子可能是减毒活疫苗，其使用重组DNA技术来改变病原体的基因组。另一类可归为生物制药的疫苗是基于特定高度纯化的重组蛋白抗原的亚单位疫苗。

5.1亚单位疫苗

亚单位疫苗只含有确定的抗原而不是完整的病原体，因此其应用不会有引起感染的风险。然而，目前亚单位疫苗开发的一个主要挑战是许多新的亚单位疫苗免疫原性差，并且没有充分的免疫反应来发挥免疫保护作用。因此，需要有效的佐剂来增强、发挥和维持对疫苗抗原的免疫应答。新的佐剂被设计成不仅增强免疫应答，而且增加针对同一病原体的不同菌株或变体的交叉保护。新一代合理设计的疫苗佐剂靶向特异性天然免疫受体如Toll样受体（TLR）4和TLR9。这些新型佐剂已进入临床试验阶段。几项对不同佐剂协同效应的研究以确定疫苗效率的新有益效果

下一代疫苗研发的另一个重要方面是将抗原最佳地呈递给免疫系统以获得理想的免疫反应。为了寻求新的有效的表达方法和传递策略，病毒样颗粒提供了几个承诺。病毒样颗粒可以引起强烈的T和B细胞免疫应答，因为它们含有呈现构象病毒表位的重复展示病毒表面蛋白。病毒样颗粒不具有传染性，但具有与病毒体相似的性质，使其可用作疫苗开发中的颗粒载体和佐剂。病毒样颗粒成功用于乙肝和人乳头状瘤病毒的批准疫苗。

5.2疫苗开发的新技术

生物制药发展的另一个重要课题是新技术的出现，这些新技术有可能使疫苗领域发生革命性的变化。这些技术包括反向疫苗学，结构疫苗学和合成疫苗学。

5.2.1反向疫苗学

反向疫苗学的概念包括使用生物信息学工具来筛选病原体的整个基因组，以鉴定编码具有良好疫苗靶标蛋白质的基因。目前的反向疫苗学方法包括计算机分析多个基因组序列，其能够鉴定异源病原体群体内的保守抗原并鉴定存在于具有致病性但不是共生菌株中的抗原。此外，转录组学和蛋白质组学数据集被整合到选择过程中，以便加速鉴定在动物模型中进行测试的疫苗靶标。反向疫苗学已成功应用于预防血清群B脑膜炎球菌感染。这项技术还被用于针对几种病原体的临床前和临床疫苗研究，包括对抗生素耐药的病原体。

5.2.2 合成疫苗学 

合成疫苗开发以加速未来流行病的疫苗可用性。该技术能够从序列数据中快速生成疫苗病毒。Dormitzer等人使用来自化学合成寡核苷酸的酶组装体并且改进了体外快速、准确合成两种主要流感病毒表面糖蛋白（血凝素和神经氨酸酶）基因的错误校正。这种合成方法允许在几天内开发疫苗种子，而不是用传统技术所需的典型2-3个月。

5.2.3结构疫苗学

结构疫苗学正成为鉴定有效保护性抗原的有前途的平台，以促进开发优化的和有广泛保护性的疫苗。在该技术中，鉴定包含诱导保护性免疫应答的表位的免疫原性蛋白质内的结构域，并以重组形式表达。从疫苗角度看，这些结构域可以被用作不相关的没有免疫原性蛋白质区域的有效免疫原。最近，已经表明，利用呼吸道合胞病毒表位，结构疫苗学能够开发出精确模拟病毒表位结构并诱导产生中和抗体的细小、热稳定且构象稳定的蛋白支架。

5.3 疫苗管线

研究疫苗开发中的分子生物学方法发现了一些满意的结果。有一些新疫苗处于药物接受过程的不同阶段。包括针对艾滋病和结核病等主要传染病的疫苗，通用流感疫苗和针对非传染性疾病的疫苗。

5.3.1艾滋病病毒

两种HIV疫苗HVTN 702和Ad26是目前在人体有效的临床试验的一部分。HVTN 702疫苗方案由两种实验疫苗组成，一种叫做ALVAC-HIV，是基于金丝雀痘载体的疫苗，另一种是伴有MF59佐剂的双组分120 HIV糖蛋白亚单位疫苗，以增强机体对疫苗的免疫应答。HVTN 702的临床试验结果预计到2020年末出来。第二项研究（Ad26）基于“马赛克”疫苗，旨在诱导针对全球范围内引起HIV感染的各种HIV亚型的免疫应答。该疫苗使用血清型为26的腺病毒毒株作为载体来递HIV变体基因和Clade C 140 HIV糖蛋白的三（三价）或四（四价）嵌合抗原并用磷酸铝作为佐剂。这些临床试验的结果预计在2017年末出来。

5.3.2结核病

目前，有十三种不同的结核病候选疫苗正在临床试验中;其中8个是亚单位疫苗，其中6个包含或表达一个结核分枝杆菌抗原85复合蛋白（Ag85A或Ag85B中的一个）。目前，通过测量在感染急性期肺部杆状细菌载量的降低来评估新候选疫苗在动物模型中的效力。但迄今为止，没有一个候选疫苗能够阻止感染。

5.3.3疟疾

在过去十年中，疟疾疫苗的研制取得了实质性进展。2015年，基于重组蛋白的疟疾疫苗RTS，S / AS01（商品名Mosquirix）收到了EMA的积极意见。RTS，S / AS01是世界上第一个获得批准的疟疾疫苗。

5.3.4通用流感疫苗

生物制药领域的进展也许使通用流感疫苗的研发成为可能。与目前可用的疫苗相比，这种疫苗将能够提供长效且广泛的抵抗流感感染的保护作用。一些非常有希望的结果从基于结构开发的仅有流感病毒H1血凝素茎部免疫原中获得。免疫原给予小鼠和雪貂异型保护。在这项研究中，小鼠和雪貂接种疫苗后产生了广泛交叉反应性抗体，尽管在体外没有检测到H5N1中和活性，但完全保护小鼠和部分保护雪貂免受致死性异型H5N1流感病毒攻击。针对H5N1攻击的保护表明疫苗引发的血凝素茎部特异性抗体可以抵抗不同的1型流感毒株。

5.3.5呼吸道合胞体病毒和B型链球菌

公共卫生有针对呼吸道合胞体病毒和B型链球菌的疫苗需求。对这两种病原体，母体免疫可通过被动胎盘转运母体抗体降低新生儿感染和死亡的风险。针对这种情况的新型疫苗可能成为母体免疫的先例，作为最初的适应症。呼吸道合胞体病毒是一种具有显著临床管线活性的病原体，并且候选疫苗有可能很快就获得批准。一家公司正在考虑对其B型链球菌候选疫苗进行III期临床研究设计。

5.4非传染病疫苗

随着近来预期寿命的增加，缺血性心脏病，中风和癌症等非感染性疾病成为死亡的主要原因。其他一些非传染性疾病，包括糖尿病，阿尔茨海默病和其他神经退行性疾病正成为疾病的主要原因。治疗性疫苗的开发将使得在早期对疾病进行管理成为可能。治疗慢性疾病的疫苗预计会延长平均寿命。目前，这类研究正处于研发阶段。然而，在2010年，FDA批准了第一个治疗性疫苗Sipuleucel-T，这是一个里程碑，可能为更广泛地使用癌症疫苗免疫疗法铺平道路。Sipuleucel-T是一个自体活细胞免疫疗法，用于治疗无症状或轻微症状的转移性趋势难治性前列腺癌。

有效的治疗性癌症疫苗可能依赖个性化疫苗的开发，以适应个人特定的癌症突变。两项临床研究首次报道了该方法可以对抗人类黑素瘤皮肤癌。这些疫苗的构想是基于使用与刺激免疫应答的药剂组合的独特癌细胞成分。将疫苗接种到患者体内以诱导免疫反应攻击癌症。

6.生物制药市场的增长

目前，由开发、制造和营销组成的生物制药行业具有数十亿美元的规模。市场报告中常见做法是分别提供疫苗和其他生物制药的信息。

疫苗研究费用继续增长。这种增长的主要因素之一是使用最先进的疫苗开发技术。另一方面，社会期望疫苗必须为大众负担得起。由于这个隐形的价格上限，制药业普遍认为疫苗不是最有利可图的细分市场。然而，疫苗市场的这种看法正在改变。

2015年，全球疫苗接种市场达到276亿美元，到2022年预计将达到约390亿美元。导致疫苗市场预期增长的主要因素包括疾病流行率高，政府和非政府对疫苗开发的资助增加，以及越来越重视免疫计划。

例如，预计到2022年，针对带状疱疹病毒的疫苗市场将增加一倍以上。目前，Zostavax主宰着这个市场，是一种活的减毒疫苗。然而，预计美国和欧洲的监管机构正在审查的重组亚单位疫苗Shingrix可能为老年患者提供更好的保护。

全球疫苗市场是根据技术、类型、疾病适应症、终端用户和地区而分割。基于增加公司投资，预计疫苗市场的最高增长将出现在结合疫苗领域。两种针对肺炎链球菌的结合疫苗，Penavnar和Prevnar13已经是成功的标志。这些疫苗在2015年的销售额合计约为63亿美元，位居畅销疫苗榜单之首（图2）。

图片2 2015年5种最畅销疫苗的销售额（10亿美元）

根据Evaluate Pharma 2016发布的数据编制

2016年，生物制药销售额（不包括疫苗）达到1630亿美元，相比2015年增长了5.8％，相比2008年增长了102％。相信这个市场有进一步增长的巨大潜力。根据“2020年全球蛋白质治疗市场展望”报告，到2020年末这个市场可能会达到2080亿美元。这个增长得益于新的生物制药不断增加的上市量，以及与传统药物相比，这类药有显着的疗效和更高的价格。自1995年以来，每四年约有50种生物制药被注册。截至2014年底，共有212种生物制药在美国和欧盟获得注册和批准。

然而，生物制药销售的大部分利润来源于单克隆抗体。

6.1治疗性抗体

自从1986年首例单克隆抗体注册以来，单克隆抗体的销售额每年都在增长，到2016年，达到了1069亿美元。单克隆抗体的销售额从而占生物制药总销售额（不包括疫苗）的近66％（图3）。

相较于2008年制剂接近350亿美元的销售额，增长了205％。相比之下，这期间所有生物制药的销售额增长了102％。

2016年十大最畅销的生物制药包括八种抗体（六种单克隆抗体和两种基于Fc的融合蛋白）（图4）。用于治疗类风湿性关节炎和相关疾病的TNF-α抑制剂，第一个单克隆抗体阿达木单克隆抗体（商品名Humira）在此榜单中名列第一，创造了164.86亿美元的收入。

图片3 2016年全球治疗蛋白销售市场中重组蛋白和单克隆抗体的比例

根据La Merie 2017年发布的数据编写

图片4 2016年十大畅销生物制药销售额（十亿美元）

根据La Merie 2017年发布的数据编制

除了单克隆抗体以外，十大畅销产品中最挣钱的生物制药包括甘精胰岛素（长效基础胰岛素类似物）和pegfilgrastim（刺激粒细胞集落形成的因子）（图3）。在2016年，与2015年相似，这些药物的盈利总额为116亿美元。

6.2 生物类似物

生物制药的治疗费用是昂贵的。例如，2009年，在美国，用于治疗乳腺癌的Herceptin的年度花费为37,000美元，而用于戈谢病治疗的Cerezyme的年度花费为20万美元。对于降低生物制药治疗的成本，根据其生物相似性文件注册的生物仿制药是至关重要。与参考生物制药相比，生物仿制药的开发减少了所需的时间和成本（图5）。引入生物仿制药的益处包括降低治疗成本，增加治疗可得性，从而使医疗保健支出更平衡。

图片5 生物仿制药和参考生物制药的研制时间表

然而，使用生物仿制药所产生的总节余将不会像用仿制药取代原研合成药物那样显着。这是因为制造和引进生物仿制药需要相当大的支出。据估计，开发符合正式批准要求的生物仿制药，包括制造成本，总开支可能高达75-250亿美元，完成整个过程可能需要7-8年。这些阻碍了市场引进生物仿制药。另外，生物仿制药难以进入市场。例如，在市场推出的两年内，生物仿制药促红细胞生成素在欧洲市场上获得了37％的份额。然而，一个典型的仿制药在其推出1年内可获得90％的市场份额。尽管存在这些问题，根据欧洲非专利药品管理局的数据，2009年，在欧盟生物仿制药产生了约14亿欧元的节省。由于生物仿制药引起的参考生物制药市场价格的下降中值达35％（2006-2013年的数据）。此外，据估计，在2007-2020年，在欧盟八国（法国、德国、意大利、波兰、罗马尼亚、西班牙、瑞典和英国），促红细胞生成素生物仿制药，粒细胞集落刺激因子的单克隆抗体将产生118-334亿欧元的节约。

但是，必须强调的是，欧盟生物类似物注册的高峰出现在2006-2008。此后，这类药物的注册数量有所下降。除其他因素外，低于预期的注册制剂数量可能是由于生物类似物批准必须提交的数据范围等因素造成的。这个范围更接近于注册新药所需的范围，而不是传统的仿制药。而且，按照大多数欧盟国家的法规，药师不允许自动用生物仿制药取代生物制药。生物仿制药注册数量的减少也可能至少部分是由于一部分病人和医生的不信任。因此，生物仿制药的成功将不仅取决于制剂的质量，还取决于培养医生和患者的信任。

6.3生物仿制药的市场前景

根据美国联合市场研究的数据，世界生物仿制药市场的税收将从2014年的25.5亿美元增加到2020年的265.5亿美元，从2015年到2020年的复合年增长率为49.1％。除其他因素外，市场价值的增长将受到生物仿制药销售的影响，这可能会在目前获得最高利润的参考药物的专利期满之后发生。

7.生物制药的未来展望

近年来，生物制药市场的发展速度超过了所有药物的市场。据分析师称，这个市场将继续增长。除其他因素外，最近观察到的和预期的生物制药销售稳定增长与老年人口的增长以及随之而来的慢性疾病数量的增加，糖尿病和癌症患者数量的增加以及自身免疫性疾病发病率的增加有关。洞察各种医疗条件下的机制有助于确定触发病理变化的特定因素和过程。这激发了对生物制药品在新的临床情况下适用性的持续研究。

生物制药物的确认疗效及医生和患者可接受的治疗方案都促成了对新的生物制药物日益增长的需求。它们应用的一个优点是提供靶向治疗，而不是症状疗法。

在许多情况下，它们促进了以前不可治愈疾病的治疗。

生产具有优于天然蛋白质性能的蛋白质的能力在这方面起到了主要作用。生物制药市场的增长速度可能显著受到以下因素的影响：分子生物学方法的发展及其自动化，对表达系统知识的增加，更好地理解与重组蛋白生产规模扩大相关的操作过程和技术因素。生物制药市场前景广阔，与免疫疗法，抗体偶联药物，基因治疗等突破性创新相关。

阻碍这一市场发展的因素包括应用已开发生物制药的高成本。

在新型生物制药领域，我们也许能会看到活性药物成分朝着增强其天然治疗功效发展的趋势。考虑到目前在临床试验中测试制剂的数据，我们可以预期新注册单克隆抗体数量将稳步增加，并在生物制药市场占据主导地位。由于许多最畅销生物制药的专利保护即将到期，因而预测大量生物仿制药的引入似乎是合乎逻辑的，这些生物仿制药将成为它们的等效物。 

参考文献：

Malgorzata Kesik-Brodacka.Progress in Biopharmaceutical Development Running