PD-1作用机制以及临床表现的差异探讨之五:外阻内吞-PD-1抑制剂的理想作用模式

徐瑞华教授

南粤百杰,国家百千万领军人才

中山大学附属肿瘤医院院长

华南肿瘤学国家重点实验室主任

肿瘤医学协同创新中心主任

中国抗癌协会副理事长

中国抗癌协会化疗专业委员会候任主任委员

中国临床肿瘤学会CSCO候任理事长

中国临床肿瘤学会胃癌专业委员会主任委员

中国临床肿瘤学会肠癌专业委员会候任主委

Cancer Communications主编

从以激活人体系统性免疫反应为目的的[免疫增强]疗法,到针对肿瘤免疫逃逸机制的[免疫正常化]疗法,肿瘤免疫治疗如同正在浮出水面的一座冰山,展现出光明的发展前景。在深入理解[免疫正常化]理念后,我们也能够更加清晰地看到药物的作用机制对其疗效的决定性作用,这有利于在临床治疗中进一步挖掘优势组合疗法,不断刷新肿瘤患者的生存获益数据。

2018年,是中国肿瘤免疫治疗的元年,多个PD-1抑制剂上市,象征着中国肿瘤治疗正式进入[免疫时代]。2018年12月,由我国创新型生物制药企业君实生物自主研发的首个国产PD-1抗体特瑞普利单抗上市,我国免疫治疗药物赛道[鸣枪起跑]。从作用机制角度来看,特瑞普利单抗在强效阻断PD-1通路的同时,还具有独特高效的内吞作用,在肿瘤微环境中发挥了促进[免疫正常化]的作用,在机制优势的助推下,特瑞普利单抗以黑色素瘤适应症作为起点,在多个瘤种全面布局,成为中国肿瘤医生手上的一把抗癌利器。

国际主流设计——特瑞普利单抗安全、稳定

PD-1抑制剂的结构是其功能的基础。大多数治疗性抗体都是IgG,IgG中的IgG4亚型由于不易引起ADCC、ADCP和CDC效应,是制备PD-1抗体的最佳类型,也是目前国际主流PD-1抑制剂的抗体类型。然而在体内,天然型IgG4两个识别抗原的可变区会发生交换,即形成单价(半抗体分子)或者进一步形成双特异性抗体。核心铰链区228 位的丝氨酸是[半抗体交换]所需的关键元素,通过点突变将丝氨酸替换为脯氨酸(S228P),可阻止IgG4 的Fab 段交换。2019年,特瑞普利单抗公布的两项基础研究对其结构和作用特点进行了总结,指出特瑞普利单抗为IgG4亚型抗体,且在铰链区228号丝氨酸蛋白位点引进了脯氨酸(S228P)点突变,以减少可能的Fab链置换,确保抗体稳定性。此外,PD-1蛋白常伴有糖基化修饰,当以PD-1为作用靶点时,可能影响抗体与PD-1的结合,进而影响治疗效果。特瑞普利单抗与完全糖基化或糖基化缺失的 PD-1 蛋白的结合亲和力没有明显差异,即特瑞普利单抗与PD-1 结合不受PD-1蛋白糖基化修饰影响,在体内各种微环境中均能与PD-1蛋白高效结合。

对外强效阻断——特瑞普利单抗与PD-1亲和力表现出色

图1特瑞普利单抗结构示意图

图2ELISA方法检测特瑞普利单抗阻断PD-1与PD-L1或PD-L2结合的作用

亲和力是影响单抗类药物疗效、临床的最佳剂量和部分毒副作用程度的重要因素之一,由结合区域、结合面积与抗原决定簇之间的空间构象等共同决定。

从结构来看,特瑞普利单抗重链(HCDR)的所有三个CDR都参与了与PD-1的相互作用,而其轻链(LCDR1和LCDR3)中的CDR1和CDR3则参与对PD-1的识别。特瑞普利单抗与PD-1的结合主要位于PD-1的FG环上,结合力主要由HCDR3和LCDR1贡献,并存在多个氢键相互作用。特瑞普利单抗具有一个长的HCDR3环,含有18个氨基酸,可与PD-1的FG环形成多重接触(图1)。当特瑞普利单抗与PD-1结合后,可引起FG环构象变化,有利于增强亲和力。亲和力还可用平衡解离常数(KD)表征,KD值越小,解离越慢、亲和力越高。特瑞普利单抗与PD-1结合的KD值为0.3nmol/L。酶联免疫吸附试验(ELISA)证实特瑞普利单抗能有效地同时阻断配体PD-L1和PD-L2与PD-1的结合,半数抑制浓度(IC50)分别为0.8 nM和1.3 nM(图2),该结果表明,特瑞普利单抗具有高亲和力,能够更牢固地结合T细胞上的PD-1,同时缓慢解离,长效阻断肿瘤表达的PD-L1和PD-L2与T细胞PD-1的结合,达到恢复T细胞的正常功能,阻止肿瘤逃逸的目的。

对内诱导内吞——特瑞普利单抗降低T细胞表面PD-1表达

从[免疫正常化]的治疗目标出发,PD-1单抗不仅要在阻断PD-L1与PD-1结合方面[出类拔萃],还要在其他方面表现出更多惊喜——例如通过下调T细胞表面PD-1表达等,解除PD-1蛋白在胞内的抑制信号,恢复T细胞正常功能。

特瑞普利单抗研发初期即发现具有强效诱导PD-1内吞作用,特瑞普利单抗结合PD-1后,阻断PD-1和其配体的相互作用,同时诱导PD-1的内吞,降低PD-1在T细胞膜表面的表达,效果与特瑞普利单抗作用时间和浓度正相关。流式细胞检测结果显示,随着特瑞普利单抗浓度的升高及给药时间的延长,T细胞膜表面PD-1表达下降。

免疫荧光检测试验利用293T.hPD1细胞,通过荧光显微镜观察特瑞普利单抗诱导的PD-1内吞作用。在37℃条件下,用0.3μg/mL CypHer5E标记的特瑞普利单抗与293T.hPD1细胞共孵育。内吞效应发生后,含有标记抗体的内涵体被酸化,使CypHer5E发出荧光并可视。6小时后,可以在293T. hPD1细胞的胞质区域中清楚地看到点状荧光和荧光囊泡(点或小荧光圈)积聚。

截至目前,已有研究证实PD-1抑制剂中的纳武利尤单抗、帕博利珠单抗和特瑞普利单抗存在诱导PD-1内吞作用。有研究结果证实,特瑞普利单抗诱导PD-1内吞后,肿瘤持久缓解,患者OS显著获益。数据显示,在使用特瑞普利单抗后长期生存受益患者中,PD-1受体显著下调(平均下调治疗前的30%);初始缓解后疾病进展的患者,在末次用药后的3~6个月,仍存在PD-1下调的现象,表明初始缓解的患者疾病进展后也可获得生存获益;出现疾病进展的患者中,PD-1起初表现出下调,但在90天左右开始出现明显的上调,或预示疾病将迅速发生进展。

图3流式细胞检测结果显示,随着特瑞普利单抗浓度的升高及给药时间的延长,T细胞膜表面PD-1表达下降

图4 免疫荧光检测结果显示特瑞普利单抗的内吞作用

机制决定疗效——特瑞普利单抗临床表现拔群

近年来,特瑞普利单抗的临床数据不断获得国际认可,做为国内首个批准上市的国产 PD-1单抗,2018年12月,特瑞普利单抗获国家药品监督管理局(NMPA)批准用于治疗既往标准治疗失败后的局部进展或转移性黑色素瘤。2020年4 月和5月,其用于治疗复发/转移性鼻咽癌和尿路上皮癌两项新适应症上市申请分别获得NMPA受理,并于2020年7月纳入优先审评程序。2020年3月、5月和财经9月,特瑞普利单抗分别在黑色素瘤、鼻咽癌和软组织肉瘤领域获得美国食品药品监督管理局(FDA)孤儿药资格认证。与此同时,特瑞普利单抗注射液用于鼻咽癌的治疗获得FDA突破性疗法认定,成为首个获得FDA突破性疗法认定的国产PD-1抑制剂。

药物的作用机制是良好临床疗效的基础,特瑞普利单抗凭借全程强阻断、内吞下调PD-1表达、实现免疫完全正常化的机制优势,多维度匹配了理想的PD-1抑制剂模型,铸造了其持久且安全的疗效。铅华褪尽留本色,大浪淘沙始见金,期待未来特瑞普利单抗能够斩获更多适应症,为更多肿瘤患者带来生命之光。

转自中国医学论坛报今日肿瘤

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