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Immunogenicity:治疗性抗体的阿喀琉斯之踵(二)

时间:2017-02-21 文章来源:华人抗体 打印 字号:

编者按:应众多抗体领域同行朋友的要求,华人抗体协会微信公共号将陆续刊登由协会约请专家撰写的原创文章。另外,我们也将陆续对华人抗体协会的微信论坛中的热门讨论话题和精彩点评内容进行认真筛选、整理,并约请相关领域专家撰写专题讨论的背景介绍,此文为该系列第九篇。引言撰写:刘跃,方永亮;正文整理:张勇;编辑:王宝龙。


华人抗体协会原创系列:技术交流分享  

Immunogenicity:治疗性抗体的阿喀琉斯之踵(二)
华人抗体协会论坛讨论撷英系列之九


近年来, 越来越多的蛋白药物被批准进入临床, 给病人带来福音。然而蛋白药物在临床上也有其独特的风险,其中之一便是会诱导人体产生抗药抗体(anti-drug antibody, ADA)的免疫原性(immunogenicity)。蛋白药物的免疫原性是指其刺激机体后形成特异性针对药物的抗体,并导致形成体液或细胞介导的免疫反应。理论上所有的蛋白药物都会有免疫原性,以生物大分子中的抗体为例,免疫原性的产生可以基于很多不同原因,例如:抗体中所含的非人源的氨基酸序列(鼠源,兔源,驼羊源等),抗体蛋白的聚合性(aggregation potential),抗体的特殊结构尤其是不为人体免疫系统所熟悉的CDR区结构,抗体序列中含有T细胞表位(T cell epitopes)或B细胞表位(B cell epitopes)。这些因素可以直接诱导人体产生如下的免疫反应:1) 活化Fc 受体;2) 激活补体系统;3) 与体内像IgM这样天然存在的低亲和力和广特异性抗体形成复合物; 4) 促进B细胞成熟; 5) 超过一定尺寸的ADA免疫复合物可以激活滤泡状树突细胞(follicular dentritic cell), 进一步诱导B细胞成熟;6) 刺激细胞因子分泌;7) 直接诱导T细胞活化并分泌干扰素。这些免疫活化过程或直接导致临床试验失败, 或影响治疗用抗体的疗效和用药频率, 因此ADA这一因素成为生物大分子成药性考量中一个不可或缺的关键点。在本期文章中, 抗体群的专家们对ADA这一话题进行了热烈的讨论,此文为相关讨论的第二篇,主要涉及如何降低抗体免疫原性。 


论精华

Q1. 免疫原性如何降低?


删除T细胞表位。  

删除哪一个T细胞表位可以降低病毒毒素的免疫原性呀?

不是哪一个T细胞表位,是很多啊!

你怎能保证剩余的序列没有免疫原性?

这个是降低的概念,不是完全消除。

2010年的时候Facet biotech就通过删除T细胞表位的方法,即降低了阿达木单抗的免疫原性,又保留了生物活性 (注1)。

我N年前念硕士时的课题就是如何降低抗体的免疫原性。当时做的三种方法就是1) 人源化全抗体, 2) ScFV, 3) Fab. 这么多年过去了,市场上还是1) 最普遍。

需要进一步删除T cell和B cell epitopes。

其实不用过度worry免疫原性,一期临床的dose是由低到高的,还是efficacy更重要。尽管我自己是做人源化的。

不少免疫原性来自CDRs,也不能为了potential immunogenecity去牺牲efficacy,尽量平衡好就行了。

Facet的工作就是删除CDR区域的T cell epitope,同时保留efficacy。

免疫原性强的药物可以用免疫抑制剂,Enzyme Replacement Treatment应该是免疫原性最强的,基础研究做得最多,配合免疫抑制剂的临床数据很好。

你提及的骆驼抗体的“免疫原性”低的问题,我查了一下,主要有两个原因:1) 分子小;2) framework和人抗体的同源性高。

我觉得nanobody不一定比antibody好。Fc人源化后免疫原性非常低,尤其是IgG4没有allotype,Fc的Treg表位反而帮助降低免疫原性。可以参考Biogen的enzyme Fc fusion。一个很好的例子(注2)。

Human hybridoma技术可以部分解决全人B细胞克隆的免疫原性。

Humira是从噬菌体库筛选的,还有你说的pembro以及PD-L1 Atezo不是我们口中所说的全人抗体,全人抗体是指用NGS或Single B技术从人体B细胞直接克隆的,这种抗体的免疫原性非常低。

Norvatis 's seculizumab就是从人体细胞直接克隆的,免疫原性很小。

筛库确实有轻重链配对的问题,B细胞克隆可以避免,这是一个进步。

B细胞克隆不仅是重轻链配对问题,还有人体的抗体往往已经经历了negative selection & polyreactivity elimination, 这些都不是体外筛选技术能克服的。

很赞成你的观点。人体内抗体的阴性筛选确实很重要,不止是减少免疫原性,可能还会减少不必要的一些交叉反应。

免疫原性是蛋白药的内在的,免疫反应程度则取决于病人免疫系统状态、给药途径、一次性还是多次给药、给药间隔等(注3)。

我是做抗体出身,IV诱导抗体产生能力最差,IM强一些,SC最厉害,因为Macrophage和DC细胞最多。这也是为什么疫苗大部分是IM (因为比较好打),偶尔有滑破皮的,像我们小时候种牛痘疫苗和卡介苗。

T细胞表位是基于氨基酸序列的,规律性比较强,预测相对比较准确。B细胞表位是基于结构,规律性比较差,比较难预测。

T细胞表位评价对预测病人会不会有Cytokine storm是很必要的,但是去预测能不能产生抗体就不太靠谱了。我想Roche和BMS肯定都用了多家专门做T cell位点评估的公司。

在Baltimore的会议上诺和诺德刚刚检讨了他们2012年改进型Factor VII因为免疫原性失败在临床3期,又看见辉瑞这么大一个品种夭折(编者注: 应该是指Pfizer’s Investigational PCSK9 Inhibitor Bococizumab),他们应该是做过T细胞表位分析的。

他们也不见得未评价过B细胞位点,但当改变会影响efficacy时他们也只能二选一。

我在这次会议上看见辉瑞的介绍,仍然介绍的是T cell epitope和HLA等。

因为T cell epitopes是免疫原性中最重要/主要的呀,也是目前唯一能“推而广之”的。现在大家所说的抗体人源化的本质就是消除异源抗体中的“T cell epitopes”。

T细胞表位是线性序列,可以在体外细胞实验评价,有很大优势。但是,抗体药/蛋白药上的T细胞表位比我们体内经常感染的细菌蛋白差远了。其实B细胞位点也有线性的,只是之前大家关注不够,或者因为需要动物实验而放弃了。

T细胞表位也可以做体内评价呀,HLA transgenic mice,或者ex vivo的PBMC cellular assay。

关于前文辉瑞的例子:1) 人源化和优化的概念大于去除T, B表位. 2) T表位和B表位的screen软件市面上都有。以pfizer规模之大,很难想像他们不做B表位screen。当然信不信是另一回事。3) Cyno、一期、二期都过了说明ADA也没强到在早期就喊停的程度。4) 既使改他家序列,没有上了临床的头对头比较,也难真正说明优劣。 Pfizer的抗体是鼠源再人源化的么?

从命名看是的,zu代表人源化。

Pfizer停掉这个项目除immunogenecity以外还有unanticipated attenuation of low-density lipoprotein cholesterol (LDL-C).

这个抗体还有injection site reaction,说明Pfizer早知道它的免疫原性,若不是LDL-C的原因,不会到三期才喊停。

难道不是由于中和抗体造成的LDL-C的attenuation?

他们开发的时候,EpiVax,Abzena,Lonza和Stealth这样的公司还没有进入这个领域,之后Lonza做的低免疫原性双抗,临床的ADA确实比同类的要低不少。

刚才有几个结构生物学背景的人和我讨论抗体人源化的问题。我的看法是,结构生物学背景对于做抗体人源化有一定优势,但考虑到抗体结构的复杂性,我建议他们找真正有经验的专家去解决抗体人源化问题。除了抗体发现之外,抗体人源化和抗体工程是关键一环。过了这一步,抗体序列就确定了,抗体的所有内在属性也就确定了,包括它的developability和免疫原性等问题。

免疫原性在进入人体之前靠现有平台准确预测还是有一定困难的。另外,免疫原性和抗体的使用剂量也密切相关。若抗体效价高,使用剂量低则不易引起免疫原性。更重要的是,一期临床的剂量是由低到高走的,通常会停在一个人体能接受的剂量,当然,这剂量若高,二期临床试验设计的窗口就大,反之则小。但若在研发早期过度唯免疫原性为尊,很有可能不到一期临床就已死在bioprocessing了。

举例:有一个lead,非他莫属。Software预测有个potential T cell epitope在CDR里。若突变其中的key AA,会either lose affinity 或reduce其他biophysical characteristics (stability,PTM cause heterogenecity...)若和internal对照比过不了developability这一关,可以试试不变。尤其是对肿瘤,病人的免疫系统功能本来就weak了。治疗时间又短。而且预测的是不是真的很难说,但出现的developability issue是现实可测的。

剂量和免疫反应的关系具体是?有THRESHOLD?线性?

Case by case. 因为每个抗体的序列不一样. Potential immunogenecity也不一样。Bottom line:一期临床会由低到高地给出一个适用剂量范围。

现在INN的人源化设计新标准是用人germline sequence做模板,在这种情况下能变成germline sequence的都变了,剩下变不了的都是会影响抗体特性的AA。


Q2.  To B or To T or both?


T细胞位点是属于推波助澜的外因,抗原位点是内因。

您搞错了吧,T细胞表位才是内因,抗原表位(B cell epitope)是外因啊,没有T细胞的辅助,B细胞很难刺激成为浆细胞(plasma cell)。及时自变,也不是记忆型的。

抗原位点就像我们每个人的特点,并不会因为我是华人,他是白人,就会让不同的种族的人留下完全不同的印象。

这个说错了,不同种族是Class II MHC的多样性,跟这个有关的是T cell epitopes。

如果没有T细胞的刺激,Primed B cell是不会成熟成plasma cell的。

如果是T cell independent B cell maturation的话,是不会有class switch,产生的ADA的亲和力和量都会跟IgG差很多。

B细胞产生抗体可以是T cell dependent也可以T cell independent。T cell dependent的过程会发生somatic hypermutation和affinity maturation, 产生的抗体和抗原结合更好。T cell independent的话没有经过somatic hypermutation产生的抗体的结合型相对较差些。


1. 网友指的可能是这篇文章 “The immunogenicity of humanized and fully human antibodies” 。 文中提到“In the best of all circumstances, with two amino acid changes within a single CDR guided by selection of modifications that do not impact binding, a total of approximately 11% of all variants should be effective deimmunizing changes” 

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2881252/pdf/mabs0203_0256.pdf


2. 网友这里指的可能是Biogen 的Alprolix (recombinant Factor IX Fc fusion protein). “Anti-rFIXFc binding antibodies (ADA)-positive test results were observed both prior to and following initiation of treatment with rFIXFc. The overall incidence of ADA-positive test results was 3.9% (6 subjects; 2.6% [4/153] prior to treatment with rFIXFc and 1.4% [2/148] post treatment with rFIXFc). 

http://www.ema.europa.eu/docs/en_GB/document_library/EPAR_-_Public_assessment_report/human/004142/WC500207016.pdf


“Thus far, Fc fusion proteins have been shown to have an overall low incidence of immunogenicity as reported in the package inserts for the products." 

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4562006/


3.

以上图表来自from Handbook of Therapeutic Antibodies, Second Edition,  2014 Wiley Blackwell