近年来,抗体药物蓬勃发展,目前全球上市的抗体药物已有50多个品种,销售额从1997年的3.7亿美元增长到2014年的680亿美元。2014年抗体药物占当年全球生物药物市场的40%,全球销售额排名前10的药物中抗体药物占据6席。抗体治疗也从传统的癌症、自身免疫性疾病,逐步扩展到代谢性疾病等领域。

抗体药物的临床使用起源于抗血清治疗。19世纪末,动物来源的抗血清用于肺炎、白喉和麻疹等感染性疾病的早期治疗,该方法能显著提高患者的存活率,但异源蛋白容易引起免疫反应,毒副作用大,而且抗血清来源受限,批间差异大,难以质量控制。随后,磺胺类药物和抗生素出现,抗血清的治疗逐渐被废弃,但对于少数病毒和毒素介导的疾病,如狂犬病毒暴露等,迄今仍沿用血清疗法^[1]。1975年,杂交瘤技术的问世开创了抗体制备技术的新时代,人源化抗体、人源抗体、双特异性抗体以及抗体-小分子偶联物等新一代抗体技术促进了抗体药物快速发展。然而,病毒、细菌等病原体感染机体的机制复杂,由于单克隆抗体只能识别单一抗原表位,限制了抗体药物的抗感染效果。抗感染领域的抗体药物发展缓慢,目前仅有抗呼吸道合胞病毒 (respiratory syncytial virus,RSV) 的帕利珠单抗 (palivizumab,Synagis) 以及抗炭疽杆菌的瑞西巴库单抗 (raxibacumab,ABthrax) 两个品种上市。2014年西非埃博拉疫情爆发以来,实验性抗体药物ZMapp成为第1个临床验证有效的治疗性药物^[2]。随后,中国研制的抗体药物MIL77也成功用于英国以及意大利埃博拉病毒病确诊患者的临床治疗^{[3, 4]}。抗体药物再次显示了在抗感染领域的应用前景。本文重点综述抗体药物在抗感染领域的应用及其发展趋势。

目前,抗感染抗体治疗药物研究发展迅速,主要包括抗病毒、毒素和细菌/真菌的抗体药物。其中两个品种获批上市,其他处在不同临床阶段和临床前研究中。

针对埃博拉病毒病,目前尚无批准上市的特异性预防和治疗药物。2014年,西非埃博拉疫情爆发以来,实验性抗体药物ZMapp在有效治愈两名美国援非感染病毒医护人员后引起关注。ZMapp抗体是在美国Mapp公司产品Zmab (含13C6、13F6和6D8三株抗体)^[5]以及加拿大公共卫生局产品MB003 (含2G4、4G7和1H3三株抗体)^[6]的基础上,经过优化组合获得的联合抗体药物。ZMapp 抗体由c2G4、c4G7和c13C6三个嵌合抗体组成,分别识别埃博拉病毒表面糖蛋白 (glycoprotein,GP) 的GP2、GP1-C和sGP结构域,通过阻断埃博拉病毒表面抗原GP与宿主细胞表面受体相互作用以及介导 抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用 (antibody- dependent cell-mediated cytotoxicity,ADCC) 等免疫效应发挥抗病毒机制。研究显示,降低抗体的岩藻糖修饰水平,可以有效提高ZMapp抗体的抗病毒效应,降低抗体使用剂量; 在非人灵长类动物模型中,有效剂量由50 mg·kg^-1降低到约16 mg·kg^-1[7]。因此,ZMapp抗体选择在无岩藻糖修饰的烟草表达系统生产。动物模型研究结果显示,ZMapp抗体具有良好 的中和埃博拉病毒活性。在豚鼠染毒 (1000×LD₅₀ Ebola-V) 模型中,感染后第3天尾静脉注射单次给予ZMapp抗体治疗(3株抗体按1∶1∶1混合后,每只5 mg),可以有效提高实验动物生存率 (67%),延长动物生存时间 [ZMapp (9.0 ± 0.0) 天vs PBS (7.3 ± 0.5) 天],缓解动物体重减轻 (ZMapp < 5% vs PBS 9%)。在非人灵长类动物 (恒河猴) 染毒模型中 (肌肉注射1000×TCID₅₀ Ebola-V),埃博拉病毒感染后第5天给予ZMapp抗体治疗 (3株抗体按1∶1∶1混合后,给药剂量50 mg·kg^-1,每3天给予1次,共给药3次),可达到100% 保护率^[2]。2014年西非埃博拉疫情爆发以来,基于“同情性用药”原则,ZMapp抗体在紧急状态下被批准用于埃博拉出血热患者的治疗。目前已有9名患者接受此治疗,6名患者获得较好疗效、2名患者因为年龄偏大及用药时间晚等原因死亡、1名患者在治愈后复发^[8]。由于缺乏系统的临床前研究,ZMapp抗体临床给药方案、安全性等问题还有待进一步考察。

MIL77抗体是我国研制生产的抗埃博拉病毒抗体药物,由MIL77-1、MIL77-2和MIL77-3三种嵌 合单克隆抗体组成,分别识别埃博拉病毒GP蛋白的GP2、GP1-C和sGP结构域,相比于ZMapp包含的三株抗体,MIL77抗体分别有3～20个氨基酸优化突变。MIL77抗体采用了糖基化改造哺乳动物细胞表 达系统生产。因此,MIL77具有免疫原性低和易规模化生产等优点。临床前研究结果显示其具有不弱于ZMapp的药效,且安全性良好。应急条件下,MIL77抗体用于英国及意大利2例高危疑似病例和2例确诊患者临床治疗,药效明确,未见明显不良反应^{[3, 4]}。WHO已经将MIL77抗体列为推荐优先针对埃博拉病毒病患者进行临床试验的品种 (B类第一项)。

1998年,FDA批准了MedImmune公司开发的人源化抗体palivizumab上 市,用于预防不足35周早产儿的呼吸道合胞体病毒感染^[9],剂量为15 mg·kg^-1,1次/月,肌肉注射,连用5个月。Palivizumab是第1个用于临床治疗的抗感染单抗。RSV病毒包膜F蛋白介导病毒包膜和宿主细胞膜融合形成合胞体,并能形成新的蛋白构象使病毒逃避免疫系统,RSV不同株和不同亚型间F蛋白序列相对保守。Palivizumab是靶向F蛋白的人源化单克隆抗体,可以阻止病毒向下呼吸道扩散,并且对A亚型及B亚型等呼吸道合胞病毒临床分离株均具有活性; 体外实验表明,帕利珠单抗药效优于呼吸道合胞病毒多克隆免疫球蛋白 (约高100倍)^[10]。

MedImmune公司继Synagis后,开发了第二代、第三代抗呼吸道合胞病毒抗体莫维珠单抗 (motavizumab,Numax)、MEDI557。Motavizumab是在palivizumab抗体序列基础上,合理替换13个氨基酸残基提高亲和力获得的。体外实验结果显示,motavizumab相比palivizumab亲和力提高70倍,中和活性提高 18倍^[11]。对6 635名早产儿应用motavizumab预防RSV感染的III期临床试验结果表明,motavizumab 疗效不低于palivizumab; 但motavizumab使患者产 生荨麻疹等超敏反应,FDA尚未批准该抗体上市^[12]。MEDI557是在motavizumab基础上进一步突变3个氨基酸残基获得的,在体内具有更长的半衰期,目前处于临床试验阶段^[13]。

Raxibacumab由人类基因组科学公司 (HGS) 与美国卫生及人类服务部 (HHS) 生物医学高级研究及发展管理局 (BARDA) 合作开发,2012年FDA按照“动物疗效规则”批准该抗体上市,用于治疗吸入性炭疽病^{[14, 15]}。动物实验结果显示,raxibacumab可以有效提高暴露于炭疽芽孢杆菌芽孢气溶胶 (Ames株) 的动物生存率。在非人灵长类动物的药效学研究中,当动物暴露于炭疽芽孢杆菌芽孢气溶胶后,血清中炭疽芽孢杆菌保护性抗原呈阳性时 (平均时间为暴露后42 h) 给予40 mg·kg^-1 raxibacumab抗体治疗,64% 动物存活; 在兔子模型中,当动物血清中炭疽芽孢杆菌保护性抗原呈阳性时 (平均时间为暴露后28 h) 给予40 mg·kg^-1 raxibacumab抗体治疗,44% 动物存活。这两组实验中,对照组的动物全部死亡^[16]。另一项兔子模型的研究表明,抗生素左氧氟沙星联合raxibacumab治疗,可以进一步提高动物生存率。实验动物在芽孢攻击后84 h给予治疗,单用左氧氟沙星治疗组的动物存活率为65%,左氧氟沙星联合raxibacumab治疗组的动物存活率为82%,对照组动物全部死亡^[17]。326例健康人类志愿者参与的I期临床安全性研究结果显示,raxibacumab安全性可控,常见的不良反应为皮疹、四肢疼痛、瘙痒和嗜睡等。

在研的抗炭疽杆菌的抗体还有Thravixa^[18]等,处于临床研究阶段。

金葡菌 (Staphylococcus aureus) 感染及其耐药已成为目前最难解决的感染问题之一。Pagibaximab是Biosynexus公司研制的单克隆抗体,以葡球菌细胞膜表面高保守的脂磷壁酸 (lipoteichoicacid,LTA) 为靶点,用于抑制金葡菌和凝固酶阴性葡球菌引起的低体重婴儿血液感染。临床试验结果显示,pagibaximab具有良好的安全性和耐受性; 90 mg·kg^-1给药组未发生葡球菌感染引起的败血病^{[19, 20]}。F598是靶向葡球菌表面的聚-N-乙酰葡萄糖胺 (PNAG) 的全人源单抗,动物实验中体现出良好的抗感染活性^[21]。MEDI4893是MedImmun公司研制的靶向金葡菌Alpha Toxin的人源单抗,动物实验结果显示,15 mg·kg^-1给药组能够有效提高感染小鼠的生存率,降低肺部菌量^[22],目前正处于临床II期研究中 (https://www.clinicaltrials.gov)。514G3是XBiotech公司研制的全人抗体,用于治疗耐药金葡菌感染导致的菌血症患者,目前处于临床I/II期研究中 (https://www.clinicaltrials.gov)。

铜绿假单胞菌 (Pseudomonas aeruginosa) 又称绿脓杆菌,是目前院内感染最主要的病原体之一。panobacumab是Kenta Biotech公司开发的一种靶向011血清型铜绿假单胞菌脂多糖的全人源单抗。II期临床结果显示,在常规治疗的基础上,每间隔3天静脉注射1.2 mg·kg^-1 panobacumab,共3次,进行辅助治疗,可以有效缩短治疗时间,提高治疗效果,并显示出良好的耐受性和安全性^[23]。KB001是在抗铜绿假单胞菌III型分泌系统 (type III secretion system,TTSS) PcrV蛋白抗体mAb166的Fab片段基础上 进行PEG修饰获得的,可以阻断细胞外毒素进入胞内。II期临床实验研究显示,需重症监护的患者给予10 mg·kg^-1 KB001可显著降低感染率,并具有良好 的耐受性^[24]。

产志贺毒素大肠埃希菌 (Shiga toxin-producing Escherichia coli,STEC) 感染可导致腹痛、出血性腹泻及溶血性尿毒症综合征,志贺毒素1和2 (Shigatoxins1和Shigatoxins 2) 是感染的主要病因。Shigamab由Thallion公司开发,是由分别中和志贺毒素1、2的两个嵌合单抗caStx1和caStx2组成的复方抗体,用于治疗产志贺毒素大肠埃希菌及其引起的严重腹泻,临床Ⅱ期研究显示良好的安全性和耐受性 (https://www.clinicaltrials.gov)。

MK3415A是全人源单抗CDA1和CDB1构成的复方抗体,分别针对艰难梭菌产生的毒素A和毒素B,用于治疗艰难梭菌感染引起的腹泻。II期临床研究显示,MK3415A可以有效降低复发率,其安全性和耐受性良好。该抗体目前已经完成III期临床研究,结果尚未公布 (https://www.clinicaltrials.gov)。

人类免疫缺陷病毒 (human immunodeficiency virus,HIV) 感染主要是通过病毒外壳蛋白gp120三聚体与CD4受体以及趋化因子协同受体 (CCR5、CXCR4) 结合来实现的,在研的靶向抗体药物也主要是针对这一感染机制设计研发的,目前有4种抗HIV抗体药物处于II/III期临床试验。Polymun公司研发的由全人源单抗2F5、2G12和4E10组成的一种复方抗体,其识别表位为病毒外壳蛋白gp120和gp41的近膜端外部区^[25]。临床II期研究结果显示,该组合抗体给药后,表现出病毒延迟反弹。另外,针对免疫分子CD4的单抗UB421、Ibalizumab^[26]以及3BNC117^[27]均处于临床II期研究阶段,联合抗逆转录病毒治疗可以显著提高抗病毒效果。靶向CD11a鼠源单抗Cytolin^[28]、靶向CCR5单抗PRO 140^[29]在体内外均显示出良好的抗病毒效果。

目前有4种抗丙型肝炎病毒 (hepatitis C virus,HCV) 单抗处于临床II期研究。MBLHCV1是一种靶向HCV E2糖蛋白的全人源单抗,用于预防HCV感染的肝移植患者再次感染HCV^[30]。II期临床试验结果显示,MBLHCV1可以显著降低肝移植后病毒载量。巴维昔单抗 (bavituximab) 是Peregrine公司研发的靶向磷脂酰丝氨酸 (phosphatidylserine,PS) 的抗体药物^[31]。PS位于正常细胞膜内表面,而病毒诱导的PS激活和细胞凋亡可以使PS外翻。巴维昔单抗与暴露的PS结合能抑制病毒感染,清除病毒,诱导机体免疫系统攻击表面有特异磷脂的感染细胞,发挥抗病毒活性。II期临床试验结果显示,巴维昔单抗联合利巴韦林治疗效果优于聚乙二醇干扰素2a与利巴韦林联用效果。另外,靶向免疫负调控分子PD1的免疫治疗抗体pidilizumab、nivolumab可以通过阻断PD1信号,从而恢复CD8⁺T细胞的抗HCV功能,发挥抗病毒机制^[32]。

狂犬病毒感染防治以人或马抗狂犬病毒免疫球蛋白为主。目前有多家研发机构参与开发替代狂犬 病免疫球蛋白的抗狂犬病毒单抗产品,其中CL184、SII RMab、NM57三株针对狂犬病毒G蛋白的抗体药物处于临床研究阶段。Crucell公司开发的CL184是由针对G蛋白不同表位的CR57和CR4098两株单抗构成的复方抗体^[33],SII RMab是识别狂犬病毒G蛋白抗原表位II的单克隆抗体^[34]。这两个抗体的II期临床结果均表明,CL184或SII RMab与疫苗联用组的疗效和人狂犬病免疫球蛋白产品与疫苗联用组的疗效相当。我国华北制药集团开发的重组人源抗狂犬病毒单抗NM57中和靶位为狂犬病毒G蛋白高度保守的抗原表位I,目前处于I期临床试验阶段。

其他在研的抗病毒抗体有Theraclone Sciences公司开发的抗人巨细胞病毒 (cytomegalovirus,CMV) 感染抗体TCN202、抗B型肝炎的超抗血清抗体、广谱抗流感病毒的抗体CR6261、抗严重急性呼吸综合征(SARS) 冠状病毒 (CoV) 抗体CR3014和CR3022,以及抗天花病毒表面蛋白B5抗体等。

抗感染抗体药物虽然取得了一系列的进展,但总体而言进展缓慢。究其原因,主要存在以下几方面的问题。

明确的感染机制是药物设计的基础。近年来,随着蛋白组学、结构生物学及免疫学的研究不断深入,一些病原体感染宿主细胞及其诱导免疫抑制的分子机制不断被揭示,但仍存在很多有待进一步深入研究的难题。比如病原体感染靶细胞是否通过单一受体/配体相互作用介导、不同的通路之间是否存在交互作用; 病原体感染机体后是如何诱导免疫抑制、哪些免疫细胞参与了机体免疫抑制状态、这些免疫细胞之间的关系等。感染机制研究不足,给药物设计带来巨大的挑战。许多抗体药物在体外显示出良好的抗感染能力,但是缺乏良好的体内抗感染活性。

病原体感染涉及多方面的机制,抗血清以及多克隆抗体虽然存在免疫原性强、批间稳定性差、质量控制困难和毒副作用大等因素,但其为多种抗体的混合制剂,可同时靶向不同的抗原及表位,因此在抗感染领域具有明确的疗效。单克隆抗体技术的快速发展,完美解决了抗血清及多克隆抗体各种缺陷,极大地促进了抗体药物的快速发展。但是,单一的抗体只能识别单一抗原的单一表位,在面对复杂的“感染”问题时,单一抗体药物发挥的抗感染疗效有限,而且容易形成耐药性。

合理的药物体内外评价模型是药物研发的关键。很多病毒等病原体在感染宿主时存在显著的种属差异,因此不能基于常规的模式动物建立合理的评价模型,给药物合理评价造成巨大的困难。比如,乙肝病毒不能感染小鼠肝细胞,因此乙肝药物研发缺乏合理的动物模型。同时,抗体药物发挥抗感染的作用机制除了依赖其Fab段直接结合靶抗原外,还通过其Fc结构域与机体免疫系统相互作用,激活免疫反应。因此,各种模式动物与人体之间免疫系统的差别,也给抗体药物的合理评价提出挑战。

提高抗体药物的生物学活性是增强抗体药物抗感染疗效的策略之一,多种新型抗体药物研发及应用策略是抗感染抗体药物研发的潜在趋势。

多抗体联用的鸡尾酒疗法是解决单一抗体疗效受限及易诱导药物耐受的策略之一。将识别不同表位以及不同抗原的抗体进行组合,从而发挥多种抗感染机制,可以有效提高抗体药物的抗感染能力。如抗艰难梭菌抗体药物MK3415A、抗HIV抗体药物 (2F5、2G12和4E10组合制剂)^[25]、抗狂犬病毒抗体CL184^[33]、抗产志贺毒素大肠埃希菌抗体shigamab、抗埃博拉病毒抗体ZMapp^[2]和MIL77等均为多个抗体组合的鸡尾酒疗法,展现出优于单抗的抗感染活性。

抗体的鸡尾酒疗法可以在一定程度上解决单抗药物在抗感染时药效不显著的问题,但是多个抗体药物联合使用需要对不同抗体单独完成安全性和有效性评价,并完成注册申报,给产业化带来沉重的研发和经济压力。重组多克隆抗体技术的发展很好地解决了这一问题。重组多克隆抗体是基于位点特异性整合技术,将多个抗体基因整合在同一染色体的同一位置,使不同抗体基因表达水平、细胞生长速率以及遗传稳定性一致,实现多个抗体“一批”制备^[35]。重组多克隆抗体技术使得针对特定病原体上多个抗原或同一抗原上不同决定簇的多个抗体作为单一药物研发成为可能。丹麦Symphogen公司开发的全人抗RhD抗原的重组多克隆抗体 (Sym001,由25种抗RhD抗体组成) 已于2006年进入临床研究,用于治疗新生儿溶血症和先天性血小板减少性紫癜; 抗痘苗病毒重组多克隆抗体药物Sym002和抗RSV重组多克隆抗体药物Sym003重组多克隆抗体药物进展顺利^[36]。

治疗性抗体药物虽然具有很强的靶向性,但单独用药疗效有限; 而细胞毒性药物虽然对靶细胞具备很高的杀伤效力,但是缺乏靶向性,常常误伤正常细胞,从而降低疗效、引起严重的毒副作用。抗体-药物偶联物 (antibody-drug conjugate,ADC) 则结合了二者的优势,兼具了抗体的特异性以及药物的强细胞毒性,被认为是新一代抗体靶向治疗药物,目前在抗肿瘤领域备受关注^[37]。借助ADC的设想,将特异性靶向病毒或细菌的抗体偶联上抗病毒或细菌药物,可以在一定程度上增强抗感染活性。Ding^[38]将靶向病毒的多肽偶联上病毒特异性的核酸药物,可以实现靶向递送,增强核酸药物的抗病毒活性。

双特异性抗体 (bispecificantibody,BsAb) 可以同时特异性结合两个不同的抗原,同时介导双特异性和双功能性,发挥双重生物学功能^[39]。将两个不同抗感染机制的抗体药物构建成双特异性抗体,可以在一定程度增强抗体药物的抗感染能力。双重阻断和诱导免疫细胞杀伤靶细胞是目前双特异性抗体发挥机制的两个主要策略。

ADCC是抗体发挥抗感染功能的主要机制之一。降低抗体Fc段N-寡糖上的核心岩藻糖修饰水平,可以有效提高抗体的ADCC活性,增强抗感染能力^[40]。例如,降低抗体的岩藻糖修饰水平,可以有效提高ZMapp抗体的抗病毒效应,降低抗体使用剂量; 在非人灵长类动物模型中,抗体的有效剂量由50 mg·kg^-1降低到约16 mg·kg^{-1[7]。因此,糖工程改造抗体也是抗感染抗体药物研发的一个方向。}

研究显示,许多慢性感染伴随着机体的免疫抑制状态,借助特异性的抗体药物激活机体免疫系统是抗感染的一个潜在研究方向。比如,慢性丙肝病毒感染后,机体的T细胞表面PD1分子表达显著升高; 借助特异性抗体阻断PD1信号,可以激活机体免疫系统,发挥抗病毒效果。特异性靶向PD1抗体pidilizumab、nivolumab治疗HCV已经进入临床II期研究^[32]。另外,周育森团队揭示,通过一种针对补体C5a的抗体药物可以调节机体中补体的表达水平,显著降低H7N9等病毒急性感染后机体免疫过度活化引起的“炎症因子风暴”,减轻肺组织病理损伤,从而有效治疗病毒感染引起的肺损伤^[41]。

抗体药物的临床应用起源于抗血清用于抗感染。随着基因工程抗体技术的快速发展,抗感染抗体药物取得长足进步,但相对于肿瘤、自身免疫病等领域的抗体药物发展速度而言,抗感染抗体药物整体水平落后。有理由相信,随着各种感染机制不断揭示、新的抗感染策略不断提出以及新一代抗体技术的快速发展,抗体药物在抗感染领域必将有着广阔的应用前景。