有关抗体市场及热门靶点的概述

2017年,全球医药销售排名前二十名主要是有关肿瘤以及类风湿性疾病的药物等,其中就含有7个抗体类以及3个重组蛋白类的药物[1]。预计在2022年全球药品销售的前十名依旧是生物药类占大多数。据统计,截止到2017年的6月份,全球范围内仍在研发阶段的药物达12000多个,其中3600种在临床观察阶段,而在这其中的800种左右的药物已到了三期临床的阶段。其中的抗体药物可达2283个,处于临床到上市阶段的药物共800个[2]。
01
抗体药物市场格局及领域分布
前几年的研发力度的加大,近年来抗体药物的研发已处于收获的阶段,抗体药物大量的获批。在2017年FDA就批准了10个抗体药物。从销售额来看,2015年抗体药物(包括融合蛋白)销售额达到906.26亿美元,2016年全年销售额为1069亿美元左右,2017年全年销售额约为1200亿美元(精确数据暂未发布完全),这三年年均增长率约为15%(数据来源,各公司报表)。截止2017年12月,已批准上市的抗体类药物已超过七十个。
抗体市场格局
抗体药物市场主要集中在Roche、Abbvie、J&J、BMS、Novartis和Amgen六大公司,2017年仅仅这六大巨头就占据抗体药物近70%的市场份额[2]。Roche治疗乳腺癌等多种肿瘤的herceptin、治疗结肠癌等多种癌症的Avastin和治疗淋巴瘤等疾病的Rituxan均表现稳定,2017年三个药物总销售额达226.53亿美元,占抗体药市场份额的17.4%(表1)。Abbvie凭借药王adalimumab长年占据药物销售排行榜榜首,2017年同比增长15%占据全球市场14%的份额。J&J凭借Infliximab、Ustekinumab、Golimumab和Daratumumab占据10.3%的市场份额。BMS引领PD-1的热潮,2017年Opdivo同比增长31%,与Abatacept、Ipilimumab共同占据6.7%的市场份额(表1)。Novartis在抗体市场的地位来自与Roche的合作,Lucentis和Xolair是其主要武器。随着IL-17抗体药物Cosentyx的上市Novartis更具竞争力,2017年Cosentyx和Lucentis两个抗体共占市场3%。此外,Amgen凭借三个融合蛋白(Enbrel、Neulasta和Aranesp)和两个单抗药物(Prolia与Xgeva)占据全球市场的12%。随着在抗肿瘤领域、自身免疫领域、抗感染领域、精神疾病领域等新抗体药物获批,抗体药物市场将更加多样化,竞争也将更加复杂。
抗体领域分布
从抗体的发展过程来看,其最重要的应用领域为自身免疫病和抗肿瘤阶段。在从发展历史看,抗体药物最重要的应用领域为自身免疫病和抗肿瘤领域,在20177年,用于治疗这两种疾病的抗体药物合计占到了65%的抗体市场份额[2]。随着疾病机制的深入研究,抗体药物在各种常见的病症如哮喘、抗感染和心血管病领域的研究不断增加,并迅速拓展到骨质疏松、多发性硬化症、阿尔茨海默病等多种病症,随着这些抗体的上市,抗体市场产品的领域格局会发生较大的变动,相应的实诚的改变也会影响公司对研发抗体药物的布局[4]。
02
抗体技术分析
抗体药物的人源化程度、亚型、表达载体也是研究过程中的重点关注点。
抗体人源化进程
从人源化程度开始了解,在目前已有的单克隆抗体的产品中(不包含融合蛋白),全人源单抗25个,人源化单抗31个,嵌合单抗9个,鼠源5个;占比分别为32.1%、39.7%、12%和6.4%。自从在1975年单克隆杂交技术发现以来,鼠源抗体就深受商家的喜爱,1986年第一个鼠源抗体成功上市,也意味着一个抗体新时代的到来。至今为止,FDA批准上市的鼠源抗体仅有4个,分别是OrthocloneOKT3® (Muromonab-CD3)、Zevalin® (Ibritumomab tiuxetan)、Panorex®(Edrecolomab)和Bexxar® (Tositumomab-I131)。但是,鼠源单抗作为异源性蛋白,其在疼体内会引发严重的免疫反应,从而影响抗体的治疗效果,甚至危及生命。为解决这一难题,抗体的发展经历了如下历程:恒定区人源化(嵌合抗体)→可变区人源化抗体→全人源抗体。嵌合抗体技术的使用主要集中在十年前。目前FDA批准上市的抗体主要以人源化和全人源为主,而在近五年批准上市的抗体中40%的抗体为人源化。

全人源单抗是未来抗体市场发展的一个方向,通过FDA批准上市的78个单抗中有25个是全人源的可以看出其发展前景。第一个批准上市的全人源单抗是阿达木单抗,至2012年起连续6年占据全球药物销售排行榜榜首。随着转基因小鼠和噬菌体展示技术的成功应用,全人源化克隆单抗的比重将逐步增大。

抗体亚型
在抗体药物中IgG有4个亚型,不同的结构特点及功能特点使其治疗应用上有较大区别,需要ADCC和CDC效应作用的抗体优先选择IgG1亚型。IgG1亚型是现在的四个亚型中应用最广泛的,现有上市单抗药物78%为人IgG1型,共61个(图1)。而IgG4和IgG2与IgG1一样有着很强的FcRn亲和力和半衰期。如果只是阻断抗体,不需要ADCC和CDC效应,优先选择IgG4。由于IgG4亚型在应用上有着与IgG1亚型一样的优势,所以近几年,该亚型的研发应用也在慢慢增多,目前上市的抗体药物中有10个药物(图1)为IgG4亚型。当然IgG2亚型也是有部分抗体在采用,其成药的数量对比其他两种亚型却是有些少。主要是因为IgG2的二硫键远比IgG1和IgG4的复杂[3-5],其研发难度也提高了不少。而IgG3亚型则是因为其半衰期比较短并且hinge区域易水解,限制其在药物中应用,目前上市的药物中暂无该亚型。

△图1 抗体药物亚型统计(数据来源于FDA)
抗体表达细胞系
而就表达载体而言,目前市面上的单克隆抗体大多是由哺乳动物细胞表达,主要是CHO、Sp2/0、NS0等。不同的表达载体具有不同的特性,CHO细胞表达载体遗传背景清晰,产业化应用广泛,现有上市的抗体药物中有46个(59%))采用CHO细胞(表3[7]),Fc融合蛋白100%都是CHO细胞表达。此外,有7个抗体采用Sp2/0细胞系,14个抗体采用NS0细胞系,3个抗体采用E.coli表达,5个抗体采用鼠杂交瘤技术表达,各种表达体系优缺点[6]见表3。由此可见CHO始终是抗体药物表达的主流载体,占到所有已上市抗体药物的一半。
03
已上市抗体靶点分析
截止2017年12月,目前批准上市的抗体类药物共78个(不含仿制药),这其中就就有8个融合蛋白以及70个抗体,主要针对了48种靶标。这里买门面靶点为CD20的药物有6个,抗肿瘤坏死因子α (TNFα)和程序性死亡受体-1 (PD-1/L1)各有5个,血管内皮生长因子(VEGF /VEGFR) 和表皮生长因子受体(EGFR)各4个;、IL17、IL6R、IL5和抗人表皮生长因子2(HER2)各有3个;PSK9、白介素1 (IL-1)、α4/β1/7整合素、CD80和炭疽PA抗原的各2个。其余靶标(VEGFR2、、CD52、B淋巴细胞刺激因子(BLyS)、C5补体、趋化因子受体4 (CCR4)、CD6、CD25、CD30、CD38、细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4 (CTLA-4/CD152)、双唾液酸神经节苷脂(GD2)、血小板糖蛋白GPIIb/IIIa、IgE、IL12 /23、细胞核因子κB受体活化因子配体(RANK-L)、RSV病毒F蛋白A抗原、信号淋巴细胞激活分子7 (SLAMF7)、达比加群酯,以及抗CD19/CD3和抗EpCAM/CD3双特异靶标的产品各1个(表4)。由于现在2017年具体的销售数据还没统计完成,根据2016年的销售数据进行统计,销售前十的靶点分别是:TNFα (387亿)、VEGF (153亿)、HER2 (95.0亿)、CD20 (75亿)、PD-1 (60亿)、IL12/23 (32.3亿)、RANK (31.6亿)、C5补体(28亿)、EGFR (24亿)、IgE (23亿)。这是个靶点的销售额占抗体销售总额的85%,其中TNFα占36%(表4,数据来源于[8])。
下面根据不同领域中不同靶点介绍一些热门的单抗药物
2.1 抗肿瘤领域
目前抗肿瘤领域有30个抗体类药物上市,涉及靶点共18个。下面根据单克隆抗体作用特点,通过抑制肿瘤生存的关键分子、抗体偶联细胞毒药物和靶向免疫抑制(激活)分子几个方面介绍已上市的单克隆抗体在肿瘤治疗领域的应用。
2.1.1抑制肿瘤生存的关键分子
(1) CD20CD20表达于除浆细胞(分泌免疫球蛋白的B细胞)外的发育分化各阶段的B细胞的表面,过调节跨膜钙离子流动直接对B细胞起作用,在B细胞增殖和分化中起重要的调节作用。CD20在分化成熟的浆细胞、正常造血干细胞及其他类型造血细胞系均无表达。因此,CD20成为治疗B淋巴细胞白血病的分子药靶。代表药物:Rituximab (Rituxan)、Ibritumomab Tiuxetan (Zevalin)等

(2) HER2HER2是一种具有酪氨酸激酶活性的跨膜糖蛋白,是重要的乳腺癌预后判断因子,属于表皮生长因子受体(HER)家族成员之一。HER家族包括HER1 (erbB1,EGFR)、HER2 (erbB2,NEU)、HER3 (erbB3)及HER4 (erbB4)。研究发现,HER2不仅与肿瘤的发生发展密切相关,同时也可作为重要的乳腺癌预后判定指标。靶向HER2的单克隆抗体能够下调HER2表达水平并抑制肿瘤生长。代表药物:Trastuzumab (Herceptin)、Pertuzumab (Perjeta)

(3) VEGF/VEGFR2血管内皮生长因子(VEGF)在诱导血管发生和生成、增强血管渗透性、内皮细胞生长、促进细胞迁移及抑制细胞凋亡等方面发挥关键作用。因此,VEGF及其受体VEGFR2成为肿瘤治疗的药物靶点。代表药物:Bevacizumab (Avastin)、Ramucirumab (Cyramza)

(4)其他抗肿瘤抗体靶点CD19、CD21和CD81均为B淋巴细胞特异表面标志,常被用作B淋巴细胞白血病的诊断标志。CD19代表药物:Blinatumomab (Blincyto)

CD25是由IL2RA基因编码的IL-2受体α链。CD25在大多数B淋巴细胞瘤、部分急性非淋巴细胞白血病、神经母细胞瘤、肥大细胞增多症以及肿瘤浸润性淋巴细胞中表达,能够作为Ⅰ型人类T淋巴细胞白血病病毒受体发挥作用。代表药物:Daclizumab (Zenapax)

膜蛋白SLAMF7属于信号淋巴细胞激活分子家族成员,最早研究发现其参与天然杀伤细胞(NK细胞)黏附功能。2008年的一项研究发现多发性骨髓瘤患者浆细胞高表达SLAMF7。代表药物:Elotuzumab (Empliciti)

2.1.2 抗体偶联细胞毒药物 (ADCs)
ADCs (antibody-drug conjugate)是一类将化疗药物与抗体偶联的药物,能够杀死肿瘤细胞,并且不良反应较少。Emtansine (DM1) 以及MMAE是常用的两种偶联化疗药物。代表药物:曲妥珠单抗(赫赛汀)偶联细胞毒性剂DM1靶向HER2的抗体偶联药物——ado-trastuzumab emtansine (Kadcyla)、偶联抗CD30抗体和MMAE的药物——Brentuximab vedotin (Adcetris)。

(1) CTLA-4(靶向免疫抑制分子)白细胞分化抗原细胞毒T淋巴细胞相关抗原4 (CTLA-4)是一种T细胞跨膜受体。CTLA-4与其配基B7分子结合后抑制T细胞免疫活性,诱导免疫耐受的形成。代表药物:Ipilimumab (Yervoy)

(2) PD-1/L1(靶向免疫抑制分子)

PD1属于免疫球蛋白超家族的细胞膜受体,主要表达于T细胞及B细胞。PD-1受体存在PD-L1和PD-L2两种配基。PD-1活化T细胞,与其配基结合抑制T细胞活性。PD-1/L1抑制性免疫信号通过促进淋巴结抗原特异性T细胞凋亡和减少调节性T细胞凋亡实现。代表药物:pembrolizumab (Keytruda)、nivolumab (Opdivo)、atezolizumab (Tecentriq)、Avelumab (Bavencio)、Durvalumab (Imfinzi)。

2.2 风湿类免疫疾病领域[9]近年来,抗风湿类疾病依旧在市场占有中名列前茅,并有了超过糖尿病领域越身第二大疾病领域的趋势。TNF-α抗体是迄今最为成功的药物靶点,此外还有多个涉及调节炎症性反应的细胞因子靶点,如IL-1、IL-5、IL-6/L-6R、IL-12、IL-17A、IL-23、BCMA等。补体系统同样发挥重要作用,如在系统性红斑狼疮、特应性皮炎等疾病进展中发挥作用。目前已有32种风湿类免疫疾病抗体类药物上市,TNFα为靶点的药物占有5个。

(1)TNF-α

TNF-α是急性炎症反应期释放的细胞因子,主要通过活化单核巨噬细胞分泌,在炎症反应调节和细胞存活过程中发挥关键作用。适量TNF-α有助于肿瘤预防和病原菌抵抗,然而过量TNF-α可能造成多种病理损伤并促进肿瘤发生发展。代表药物:Infliximab (Remicade)、Adalimumab (Humira)、Certolizumab pegol (Cimzia)、Golimumab (Simponi)

(2) IL-6及IL-6R

多功能细胞因子白细胞介素6(IL-6)具备促进和抑制炎症反应的双重作用,在多种疾病发生发展过程中发挥关键作用。代表药物:tocilizumab (Actemra)、Siltuximab (Sylvant)和Sarilumab

(3) RANKL

Ⅱ型膜蛋白RANKL属于肿瘤坏死因子超家族成员,在骨骼肌、胸腺、肝、结肠、小肠、肾上腺、成骨细胞、乳腺上皮细胞、前列腺及胰腺均有表达。RANKL参与凋亡,同时能够通过免疫系统调控骨再生及重塑。代表药物:Denosumab (Prolia)

(4) IL-12/IL-23

细胞因子IL-12在Th1型细胞介导的炎性免疫反应中发挥关键作用。自身免疫性疾病斑块型银屑病主要表现为炎症斑块和鳞屑状皮肤,伴随IL-12和IL-23等细胞因子异常增高。代表药物:Ustekinumab (Stelara)、Guselkumab

(5) IL-1β

IL-1β调节炎症免疫反应,过度活化的IL-1β也会引起免疫系统疾病。代表药物:canakinumab (Ilaris)

(6) IL-5

细胞因子IL-5调节嗜酸性粒细胞的生长、活化和存活。IL-5在嗜酸性粒细胞从骨髓迁移至肺部及其他器官时发挥关键作用。代表药物: mepolizumab (Nucala)、reslizumab (Cinqair)和benralizumab

(7) α4β7

整合素是淋巴细胞的肠道迁移关键蛋白,在肠道疾病的发生发展过程中发挥关键作用。代表药物:Vedolizumab (Entyvio)

03
总结
从抗体技术上分析,近年来上市的抗体逐渐从人源化向全人源发展;IgG亚型的选择多为IgG1型,IgG4型的抗体也逐渐增多;在抗体表达载体的选择上,大多数抗体选用动物细胞系,CHO细胞依旧是主流。从靶点细分上看,上市的抗体主要集中在抗肿瘤和自身免疫性疾病领域。截至2017年5月,全球共有70个抗体类药物进入三期临床阶段,还有575个抗体类药物进入第一阶段或第二阶段临床试验[10]。在研的肿瘤领域和自身免疫领域靶点研究主要集中在CD19/ HER2、CD20/IL17等,此外神经、代谢和心血管领域也有一些热门在研靶点,如CD3E、APP。
参考文献[1] 2017年全球药物销售额TOP100|排行榜.

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1593924051378350770&wfr=spider&for=pc

[2] Clarivate analytics, 全球抗体药物研发进展对中国的启示.

[3] J Wypych et al. HumanIgG2 Antibodies Display Disulfide-mediated Structural Isoforms. Journal of Biological Chemistry.  2008, 283 (23): 16194-205

[4] B Zhang, AG Harder et al. Determination of Fab-hinge disulfide connectivity in structural isoforms of a recombinant human immunoglobulin G2 antibody.  Analytical Chemistry, 2010, 82(3):1090-1099

[5] T Ito,K Tsumoto. Effects of subclass change on the structural stability of chimeric, humanized, and human antibodies under thermal stress.  Protein Science, 2013, 22 (11):1542-1551

[6] 刘伯宁. 用于重组抗体生产的细胞构建技术研究进展. 中国生物工程杂志, 2013, 33(6):111-116

[7] M Chartrain,L Chu. developmen and production of commercial therapeutic monoclonal antibodies in mammalian cell expression system: an overview of the current upstream technologies. Current Pharmaceutical Biotechnology, 2008 , 9 (6) :447-67

[8] EvaluatePharma. World Preview 2016, Outlook to 2022.

[9] 克隆抗体研发全景概述. https://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404140256864639 284.

[10] Strohl, W.R. Current progress in innovative engineered antibodies. Protein Cell (2018)9:86-120.

本文部分内容及图片,引用自微信公众号

2018-05-17T10:13:03+00:00 五月 17th, 2018|分类:最新动态|