双特异性抗体掀起投资热潮

前言

Preface

文 l 郭佳    单克隆抗体主要通过结合单一的特异表位，起到一定的生物学作用，然而在治疗中可能需要阻断多种信号通路或结合多抗原位点。因此，双特异性抗体也就应运而生。双特异性抗体双靶向的特点使其具有巨大的治疗前景，也正在全球掀起新一轮的投资热潮。

第 35 期

作者 l 郭佳 

来源 l 维渡纵横（WeDimension）

双特异性抗体药物正在全球掀起新一轮的投资热潮，本文围绕双特异性抗体的历史沿革、结构类型、作用机制、代表靶点、适应症开发和相关领域的代表公司进行了全面综述。

一

双特异性抗体简介

双特异性抗体(bispecific antibodys，BsAb)的概念是由Nisonoff和他的合作者在1960年首次提出的，是一种可以同时结合两种特异性表位或目的蛋白的人工工程化抗体，具有同时结合两个不同表位的能力，起到更优的疾病治疗效果。

BsAb双重靶向方法与单纯的两种抗体混合的鸡尾酒疗法有着很大不同，双特异性抗体的结构会产生新的活性，是两种单抗简单混合在一起所不具备的；同时与两个单克隆抗体药物联合用药治疗相比，BsAb减少了药物开发和临床试验的成本。

全球第一个获批上市的双特异性抗体是Trion研发的靶向CD3和EpCAM的catumaxomab （Removab），是一个桥接细胞机制的、含Fc区的双抗药物，用于治疗癌性腹水，但生不逢时，2017年出于商业考虑退出市场；Catumaxomab发明者Lindhofer博士公开表示，依然对Catumaxomab充满信心，他还提到应该把适应症定为腹腔转移癌，而非恶性腹水，期待Catumaxomab的再出发。

双特异性抗体发展历程[1]

2014年，Amgen研发的靶向CD3和CD19的blinatumomab（Blincyto）获FDA批准，是一个桥接细胞机制的、不含Fc区的双抗药物，用于治疗急性B淋巴细胞白血病，是首个由美国FDA批准的桥接T细胞机制的CD19双特异性抗体，是免疫治疗史上具有里程碑意义的事件，也重新掀起了全球投资热潮。

2017年，由Roche研发的血友病领域首个双特异性抗体Emicizumab （Hemlibra）是一个辅助因子模拟机制的（将FIXa和FX结合从而恢复VIII因子的功能）、含Fc区的双抗药物，获得FDA批准，并获得孤儿药认证和突破性疗法认证，上市第二年的销售额约为2.24亿美元，并于2018年11月30日获得中国NMPA批准，2019年收获14.1亿美元的销售额，吸引了业界更多的目光。

二

双特异性抗体的结构类型

先来说说单抗。绝大多数治疗性抗体都是IgG，其含有四条异源性多肽链，其中，分子量较大的两条链称为重链(heavy chain，Hc)，而分子量较小的两条链称为轻链(Light chain，Lc)；每条链又可分为恒定区（CH/CL）与可变区（VH/VL）；可变区（VH/VL）是核心，每个可变区内又存在三个短多肽链（L1、L2、L3；H1、H2、H3）形成的互补决定区（CDR），CDR序列可变性更高，决定了抗体的抗原结合能力，是核心中的核心。

抗体的结构还有另一种分法，就是可结晶片段（Fc）和抗原结合片段（Fab）。

随着抗体工程和抗体生物学领域的发展，构建双特异性抗体的技术不断创新，出现了今天上百种双特异性抗体建造模式（formats），约四分之一发展成技术平台并商业化。

双特异性抗体的结构形式

 01

双抗的结构

单抗的两条H链和两条L链的氨基酸组成完全相同，而双特异性抗体则是表达两条不同的H链和两条不同的L链。

根据是否含Fc区可将双特异性抗体分为两类：1）含Fc区的双特异性抗体（IgG-like双特异性抗体），如下图蓝色部分，代表结构如TrioMab、Crossmab/KIH、DVD-Ig、IgG-scFV、FIT-Ig、mAb-Trap等；2）不含Fc区的双特异性抗体（non-IgG-like双特异性抗体），如下图粉色部分，代表结构如BiTE、DART、TandAb、bi-Nanobody、ImmTAC、TriKE等。

其中不含Fc区双特异性抗体全部为片段结构（Fragment-based formats：1+1/1+2/2+2）；含Fc区的双特异性抗体则又分为对称结构（Symmetric formats）和不对称结构（Asymmetric formats）。

双特异性抗体的不同模式[1]

 02

不含Fc区的双抗平台

这种构型的双特异性抗体由两个抗体的 VH 区及 VL 区组成或者由 Fab 片段组成。此类双特异性抗体主要有 BiTE，DART，TandAbs，bi-Nanobody 等。

不含Fc区的双特异性抗体

BiTE（Bi-specific T-cell engager，BiTE）抗体是将两个单链抗体 [注：单链抗体（single chain antibody fragment，scFv）是由抗体重链可变区和轻链可变区通过15-20个氨基酸的短肽linker连接而成的抗体] 通过无免疫原性的甘氨酸-丝氨酸重复序列连接而成的重组蛋白。安进于2012年耗资12亿美元收购Micromet公司后获得了BiTE技术，其获批的第一个双抗药物Blincyto就是一个BiTE抗体。

DART（dual affinity retargeting, DART）将抗体A和B的可变区(VLA-VHB和VLB-VHA)表达出来，并通过短肽连接起来，形成异源二聚体，链间引入二硫键来增加DART抗体的稳定性。

TandAb（tandem diabody， TandAb）是由单个多肽链连接成的两对VL和VH结构域，形成四价的TandAb。此类抗体比IgG或IgG样BsAb分子量小，但比BiTE大。

 03

含Fc区的双抗平台

含Fc区的双抗具有Fc介导的效应功能，如抗体依赖性细胞介导的细胞毒性作用(antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC)、补体依赖性细胞毒性作用(complement dependent cytotoxicity，CDC)和抗体依赖细胞介导的细胞吞噬作用 (antibody-dependent cell-mediated phagocytosis，ADCP)。此类双特异性抗体主要有TrioMab，CrossMab/KIH，DVD-Ig，IgG-scFv，FIT-Ig，mAb-Trap 等。

含Fc区的双特异性抗体

 04

双抗的优劣势

片段结构（Fragment-based formats）由于不含Fc区，避免了链相关问题，优势是产量高、成本低；缺点是半衰期相对较短。此外，片段结构的双特异性抗体可能会出现稳定性和聚合问题；

对称结构（Symmetric formats）更接近于天然抗体，但在大小和结构上有所不同。这些差异可能对与天然抗体相关的有利特性(如稳定性和溶解度)产生负面影响，从而可能损害这些双特异性抗体的理化和/或药代动力学特性。

不对称结构（Asymmetric formats）与天然抗体非常相似，被认为具有最低免疫原性的潜力。不过，解决链相关问题可能涉及到的复杂工程可能会抵消一些不对称模式双特异性抗体的这一优势。

 05

双抗的设计原则

双抗的结构多样也是与其设计原则有很大的原因。药明生物（WuXi Biologics）的聂思惟博士和顾继杰博士于2020年在Antibody Therapeutics上发表了一篇综述文章，详述了双特异性抗体的设计原则[3][4]：

Driven by biology：双抗分子结构设计应该由生物学机理驱动，双抗的设计应以能实现其预期的生物学功能为前提，并兼顾有效性和安全性。

Match biology with an optimal format：双抗的格式应该和生物学机理匹配，这和上述第一点是一致的，不能只是为了不同而设计出新型双抗。

Select a right molecule：选择一个可以进入临床研究的理想双抗分子需要满足六个要素，即：a) Efficacy-理想的临床疗效；b) Safety-合适的安全性；c) PK/PD-合理的药代动力学；d) Physicochemical-合理的理化特性；e) Manufacturability-生产性，即易于临床和商业化生产；f) Immunogenicity-尽可能小的免疫原性。

双抗开发的三大原则和六大要素[3][4]

三

双特异性抗体的作用机制

标准的单克隆抗体的两个结合位点都针对同一靶标，而双特异性抗体的结合位点针对不同的作用靶标，使其能够实现一些新颖独特的作用机制：1）桥接细胞；2）桥接受体；3）辅助因子模拟；4）背负式劫持；5）递送有效载荷。

双特异性抗体的作用机制[1]

 01

桥接细胞

桥接细胞法，Bridging cells (in-transbinding)，最多采用的是桥接效应T细胞和肿瘤细胞，也称之为T cell-engaging bsAb (BsTCE)，此外也有桥接NK细胞、干细胞等和肿瘤细胞作用。BsTCEs主要通过结合TCR复合物中的CD3ε，使T细胞和肿瘤细胞形成免疫突触，活化TCR，无需抗原递呈即可激活T细胞，释放颗粒酶和穿孔素，最后裂解肿瘤细胞。这种机制的双特异性抗体占据临床阶段双抗药物总数的逾51%。

这一机制的设计因素有多种考量，研究发现部分BsTCEs的活性和肿瘤靶点的表达水平呈现正相关，如CEA，CD33，HER2等。另外，一些三价和四价BsTCEs也正在开发中，比如四价抗体Adaptir和TandAb，它们有两个CD3和两个TAA结合单元；三价抗体RG6026（RO7082859），其中CD3为单价，TAA结合为二价。采用多价的肿瘤靶点，可以增加药物结合活力，增强药效。此外，根据医药魔方的报道[5]，基于CD3的bsTCEs能够激活所有谱系的T细胞，而有许多CD3 +T细胞亚型并非有助于抗肿瘤免疫反应，所以招募特定的T细胞亚群（如Vγ9Vδ2 T细胞）来杀死肿瘤细胞，可能比现有的方法更有优势。

这种机理在临床上容易引起细胞因子释放综合征（CRS）和潜在的毒性（特别是对在广泛组织中表达的靶点），比如最早上市的catumaxomab通过Fc段与肝脏中表达Kupffer细胞的FCγR结合，引起不可控制的肝脏毒性。

 02

桥接受体

桥接受体，Bridging receptors (in-cisbinding)，其作用机制可分为1）桥接受体激活（Receptor Activation） 和 2）桥接受体抑制（Receptor Inhibition），基本指靶向两个不同的蛋白；如果被设计用于 3）同时结合相同靶点上的两个不同表位，则称为Biparatopic 双特异性抗体，代表案例如靶向HER2的产品ZW25。

 03

辅助因子模拟

辅助因子模拟，Co-factor mimetics，其机理是桥接受体后，取代某些辅助因子的生物作用而作为治疗疾病的疗法，emicizumab (Hemlibra)就是一个典型的案例。Emicizumab是一种经修饰的人源化双特异性IgG4单抗，将FX和FIXa 结合在一起，模仿FVIII的激活形式FVIIIa，增强FIXa 的催化活性，从而恢复VIII因子的功能。

 04

背负式劫持

背负式劫持，Piggyback approaches，即利用双特异性抗体的第一种靶点特异性转运第二种特异性靶点的运输方式，用于进入受限细胞腔室。

比如劫持转铁蛋白转运通路以跨越血脑屏障[6]：通过用双抗的一个结合臂靶向转铁蛋白受体(Tfr)，第二结合臂携带β-分泌酶1(BACE 1)一起转运入脑部。

另外有报道称psl×pcrv双抗采用类似的背驮机制通过中性粒细胞来增强铜绿假单胞菌的杀伤作用。

 05

递送有效载荷

在放射免疫治疗、抗体-药物偶联物治疗方法中，含有同位素或药物的有效载荷直接与抗体耦合，通过抗体与TAA结合，将有效载荷直接递送到肿瘤细胞，然后被内在化，有效载荷在细胞内释放并发挥作用。这类机制的药物包括90Y-ibritumomab tiuxetan、ado-trastuzumab emtansine、brentuximab vedotin。但由于诸如click化学等简单的共轭方法的出现，这种机制的热情有所减弱。

四

国内外双特异性抗体研究盘点

与单克隆抗体相比，双特异性抗体的复杂性增加，存在额外的挑战，但也形成了技术护城河。截至目前已有多个双特异性抗体创新药进入了临床研究阶段，我们对其代表企业、靶点和适应症做了统计。

 01

国内外代表企业

国外代表企业如安进（Amgen）和罗氏（Roche）已经分别有一款产品上市，并有多款进入临床I期和临床II期，其他代表如MacroGenics、Xencor、Genmab、阿斯利康也有多款双抗药物进入临床I期研究。

国内的双抗药物研究阶段比国外稍微偏早期一些，进展最快的在II期临床，但后起之秀也在不断增加。国内代表企业如康宁杰瑞、和铂医药、百济神州、信达生物、岸迈生物、友芝友、健能隆、康方生物、天境生物、科望生物、恒瑞医药、宜明昂科、维立志博、时迈药业等。

 02

适应症情况

从疾病领域分布来看，全球进入临床阶段的双抗药物聚焦在肿瘤方向，其次是自身免疫疾病、感染和血液病。

国外疾病领域分布如下：实体瘤48.72%、血液瘤29.40%、未分区肿瘤5.88%、自身免疫病6%、感染2%、血液病2%、其他6%。

中国的双抗项目则全部集中在肿瘤方向，实体瘤占比63%、血流肿瘤28%、未分区肿瘤9%。

 03

靶点情况

全球进入临床阶段的肿瘤治疗方向的双抗药物靶点中，约有一半是桥接T细胞的BsTCEs（CD3×TAAs），其次集中在PD-1/PD-L1、HER2、CTLA4、CD19、BCMA等靶点上面。

全球肿瘤领域临床阶段的双特异性抗体药物靶点如下图所示：

全球非肿瘤治疗方向的双抗药物靶点如下图所示：

五

展望

双特异性抗体药物近年来发展迅速，成为备受资本关注的赛道。虽然这个领域仍存在诸多挑战，但是随着技术的不断发展和完善，双特异性抗体药物的商业前景值得期待，将使得更多的患者获益。

    引用资料    

[1] Bispecific antibodies: a mechanistic review of the pipeline. Nat Rev Drug Discov. 2019, 18 (8): 585-608.

[2] Nature双特异性抗体最新综述：全球管线、靶点、作用机制. 华人抗体, 2019.

[3] Siwei Nie, Z.W., Maria Moscoso-Castro, Paul D'Souza, Can Lei, Jianqing Xu, Jijie Gu. biology drives the discovery of bispecific antibodies as innovative therapeutics. Antibody Therapeutics. 2020.

[4] 重磅双抗综述|生物学驱动发现创新性双特异治疗抗体. 华人抗体. 2020.

[5] 曼话. Nature: 双特异性抗体最新综述：全球管线、靶点、作用机制. 医药魔方. 2019.

[6] 双特异性抗体作用机理. 生物制品圈. 2019

 专家简介

郭佳，沈阳药科大学制药工程博士，美国 Bruch S. Blumberg Institute博士后研究员。聚焦生物医药、医疗器械、医疗服务等医疗硬核股权投资；曾任美科资本创始合伙人、久友资本执行合伙人、中钰资本投资经理、远大集团诺康生物研究员等；提倡通过资本、管理和资源的输出，运用“产学研融”四位一体化理念，促进新经济企业健康发展。