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PD-1/PD-L1 单抗的特征差异及研究现状

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作者:小米虫

2013年《科学》杂志将肿瘤免疫疗法列为十大科学突破之首,此后,免疫检查点抑制剂成为了肿瘤免疫治疗领域的研究焦点 。现有研究表明,程序性死亡受体 1(PD-1)/程序性死亡受体配体 1(PD-L1)信号通路可通过抑制 T细胞活化来诱导肿瘤特异性 T细胞凋亡,并导致T细胞抵抗,在肿瘤、慢性炎症等病理情况下起到免疫逃逸、免疫抑制等作用。

PD-1-PD-L1 通路是抑制免疫反应的信号通路。肿瘤细胞表达 PD-L1,与淋巴细胞表面 PD-1 结合,从而抑制淋巴细胞对肿瘤杀伤,实现"免疫逃逸"。PD-1 /PD-L1 单抗是分别作用于肿瘤细胞上 PD-L1或淋巴细胞上 PD-1 位点,阻止两者相互结合,激活免疫细胞杀伤肿瘤。PD-1 与 PD-L1 结合时,通过发生磷脂酰肌醇-3-激酶的磷酸化、蛋白激酶B的进一步激活、刺激性T细胞信号通路的活化、葡萄糖代谢以及干扰素的分泌等,导致T细胞活化的下游信号受阻,进而有效抑制 T 细胞的转录,最终抑制 T细胞的免疫功能,在免疫应答的负性调控方面发挥重要作用。因此,阻断PD-1/PD-L1信号通路可使 T 细胞活化上调,激活内源性抗肿瘤免疫反应,从而发挥对肿瘤的治疗作用。针对 PD-1/PD-L1靶点的抑制剂在临床应用中展现出了显著的治疗效果,并有不少 PD-1/PD-L1 抑制剂上市,但不同的 PD-1/PD-L1 抑制剂在抗体来源、类型、稳定性、特异性、亲和力、适应证、用法用量、免疫原性、药动学等方面均有一定差异。

目前,经美国FDA批准上市的抗PD-1单抗药物有 6种,分别为纳武利尤单(Nivolumab)、帕博利珠单抗(Pembrolizumab)、西米普利单抗(Cemiplimab)、特瑞普利单抗(Toripalimab)、信迪利单抗(Cindilimab)和卡瑞利珠单抗(Camrelizumab);抗 PD-L1单抗药物有 3种,分别为阿特朱单抗(Atezolizumab)、阿维鲁单抗(Avelumab)和度伐鲁单抗(Durvalumab),今后可能还会有各种抗PD-1/PD-L1 单抗药物获批上市。

抗 PD-1 单抗药物的基本结构为 IgG4,因为具有较短的铰链区及不稳定的二硫键,所以具有较大的灵活性。在体内,IgG4可以与其他IgG4分子进行Fab段交换,即形成"半分子交换":两个单特异性 IgG4分子互相交换自身的一条重链以及与这条重链相连的轻链,从而产生新的 IgG4分子,而这种新的 IgG4分子可能因此获得双特异性。核心铰链基序228位的丝氨酸是"半分子交换"所需的关键元素,通过点突变将丝氨酸替换为脯氨酸(S228P 位点),可阻止IgG4的 Fab 段交换。因此,抗 PD-1 单抗药物均经S228P修饰,以稳定链间二硫键,阻止 Fab段交换,克服因 IgG4的不稳定性所引起的疗效和毒性的不可预测性。抗 PD-L1单抗药物的基本结构为 IgG1,核心铰链基序 228位的脯氨酸比较稳定,不存在上述"半分子交换"现象。说明 PD-L1 单抗可能结合更稳定或全面,另外,体外功能分析显示,PD-L1 单抗阻断能力更强。

单抗类药物按照其技术特点及人源化程度可以分为 4代;第 1代鼠源抗体、第 2代人鼠嵌合抗体、第 3代人源化抗体和第 4代完全人抗体。目前上市的抗 PD-1/PD-L1 单抗药物均是人源化或完全人单克隆抗体。帕博利珠单抗、西米普利单抗、特瑞普利单抗、卡瑞利珠单抗和阿特朱单抗为人源化单克隆抗体,纳武利尤单抗、信迪利单抗、阿维鲁单抗和度伐鲁单抗为完全人单克隆抗体。抗体来源的差异将影响抗 PD-1/PD-L1单抗药物抗肿瘤活性或敏感性。各个 PD-1/PD-L1抑制剂的作用靶点、抗体来源、抗体类型、结合区域、结合面积、亲和力的差异,造成目前获批上市抗 PD-1/PD-L1 单抗药物的适应证有所不同。如纳武利尤单抗和帕博利珠单抗的适应证较广,可用于黑色素瘤、非小细胞肺癌、霍奇金淋巴瘤、尿路上皮癌等,而信迪利单抗和卡瑞利珠单抗目前只获批用于复发/难治性霍奇金淋巴瘤的治疗。此外,每种单抗药物的用法用量也各有不同,有基于体质量的给药方式,也有固定剂量的给药方案,这很大程度上取决于该类药物的特征、临床数据分析以及研发策略。

抗PD-1/PD-L1单抗药物为大分子药物,与小分子药物相比,具有不同的物理化学性质和药动学特征,其药动学特征与净电荷、等电点、FcR、糖基修饰、空间结构等因素均有关。单抗类药物净电荷变化通常与脱氨基、异构化或翻译后修饰导致的酸/碱性变化有关。研究显示,不同亚型的 IgG 单抗可耐受的 pH 阈值从小到大依次为:IgG1<无糖基化的 IgG1<IgG2<IgG4。抗 PD-1/PD-L1单抗药物相对分子质量大约为 140~150 kDa,具有高亲水性,穿过细胞膜的能力差,容易在胃肠道中被降解等,因此一般均需通过静脉输注给药。抗 PD-1/PD-L1大多数分布于血管和细胞间隙中,除特瑞普利单抗的稳态分布容积稍微较高(约 13.3 L)外,其余药物的稳态分布容积均较低。抗 PD-1/PD-L1单抗药物的半衰期及达到稳态时间较长,纳武利尤单抗和帕博利珠单抗半衰期可长达 26 d 左右,度伐鲁单抗和帕博利珠单抗的达稳态时间长达 16~18 周。单抗药物的代谢消除方式包括非特异性消除(如蛋白水解作用)和靶点介导的消除(包括靶点结合、蛋白水解和内化作用)。抗 PD-1/PD-L1 单抗药物不经过细胞色素 P450酶和其他药物代谢酶代谢,代谢和代谢样变化包括脱酰胺、氧化、异构化、蛋白水解和糖酵解水解以及二硫键断裂等,因此较少存在药物相互作用。

已批准上市的抗 PD-1/PD-L1单抗药物在稳定性、亲和力、Fc段特征、给药剂量、适应证、免疫原性等方面各不相同,这些因素均可能会对抗 PD-1/PD-L1单抗药物的药效学或药动学产生重大影响,从而可能影响该类药物的适应证、疗效和安全性。医务人员通过对抗体来源、亚型、Fab 段及 Fc结构域以及适应证的深入了解,将有助于合理使用抗PD-1/PD-L1 单抗药物,减少不良反应,实现个体化治疗。此外,抗 PD-1/PD-L1 单抗药物也存在不可避免的缺陷,如较长的半衰期,本身具有免疫原性容易导致患者出现药源性免疫相关不良事件,再加上生产难度大、治疗成本高、运输不便等缺点,这些特点严重限制了抗 PD-1/PD-L1 单抗药物的临床应用。

参考资料

[1]赵秋玲,杨琳,谢瑞祥. 9种获批上市的抗PD-1/PD-L1单抗药物的特征综述[J]. 中国药房,2020,18:2294-2299.

[2]PD-1单抗和PD-L1单抗同是免疫药物,却有四大不同[J]. 中国肿瘤临床与康复,2020,03:362.

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