Phage Display Derived Monoclonal Antibodies: From Bench to Bedside

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Phage Display Derived Monoclonal Antibodies: From Bench to Bedside

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单克隆抗体（mAbs）是生物技术类药物中最重要的一大品类，在申报获批的数量和销售份额方面，它们正持续在生物制药市场上占据主导地位。 目前市场上的销售额最高的十大药物中，单抗药物占了六种，是利润最高的产品类别。单抗药物是整个制药行业中发展最快的领域之一，也是当今制药行业中增长最快、获利最大的市场之一。

1990年代初开发的噬菌体展示技术(Phage Display Technique，PDT)，为单克隆抗体药物的筛选和研制提供了强有力的技术工具，目前，已有70多种由噬菌体展示技术筛选得到的抗体进入临床研究，并且其中已14种已获得批准。这些抗体适用于癌症和炎症性、眼科、感染性或免疫性疾病。

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单克隆抗体(mAbs)是一种用途广泛的生物大分子，能与多种蛋白质和非蛋白质靶标特异性结合。这些单抗分子可以设计成不同的形式，以增强其功能和用途。

到目前为止，已有80多种单抗药物被批准用于临床应用，还有更多的单克隆抗体正在处于临床前/临床阶段。2017年销售总额超过1200亿美元的前十大药物中，单克隆抗体占据了6个，预计到2022年，单抗市场的销售额将继续增长到1300-2000亿美元。

在临床开发阶段，单抗药物也有很高的成功率；据统计，FDA批准的单抗药物进入临床I期成功率为～14.1%，几乎是小分子药物成功率(～7.6%)的2倍，这些因素也促使生物制药公司更有动力从事单抗药物的开发。

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在过去的120年中，在抗体相关技术方面先后获得四项诺贝尔奖。

① Emil von Behring (1854-1917)

德国科学家家Emil von Behring是白喉抗毒素、血清疗法创始人，他在血液中发现了能中和破伤风和白喉杆菌毒素的物质，并指出这些物质能用于治疗白喉细菌引发的各类疾病。1901年，是诺贝尔生理/医学奖首位获奖人。

②  Kohler(1946-1995）和Milstein(1927-2002)

建立了具有突破性意义的单抗杂交瘤技术，从而在生产和使用抗体方面开创了新纪元，获得1984年诺贝尔生理学或医学奖。

③ G.P.Smith（1941-）和Sir G.P.winter（1951-）

2018年，因开发了多肽和抗体的噬菌体展示技术而获得诺贝尔化学奖。

④ J.P.Allison（1948-）和Tasuku Honjo（1942-)

2018年获诺贝尔生理学或医学奖。

前者率先提出了免疫检查点（immune checkpoint）的概念，并且最早在小鼠实验中证明CTLA-4抗体可以增强免疫抑制肿瘤的发生发展。

后者首次发现免疫检查点PD-1是激活T淋巴细胞的诱导基因，其后续研究揭示了PD-1是免疫反应的负调节因子。

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PDT可作为单抗筛选的技术平台：

抗体噬菌体展示技术，可用于筛选针对各种抗原的高亲和力抗体。不过，抗体的特异性和高亲和力并不是治疗性抗体成药的唯一属性。其它特性，如溶解度、粘度、表达产量以及热稳定性和长期稳定性，对于确保单抗在生物制造和临床试验中能取否得成功也至关重要。抗体的生物物理特性很大程度上取决于自身的氨基酸序列。某些单抗具有较高的免疫原性、不稳定性、自结合性、高粘度、多特异性、半衰期短和表达量低等特性，都不利于成药 。

尽管抗体噬菌体展示技术存在很多优势，但是绝大多数获批的治疗性抗体还是来自免疫小鼠技术，后者得到的抗体具有更好的生物物理属性。 Jain等人对46种FDA批准的治疗性抗体和89种正在进行的临床试验的单抗生物物理属性进行了全面分析，发现和噬菌体筛选而来的单抗相比，免疫小鼠得来的抗体更具有可开发性。可能的原因是噬菌体展示筛选的抗体其CDR中的脂肪酸残基百分比更高，具有更高的自作用效应和多反应性。另外，利用真核蛋白表面展示系统可以展示糖蛋白和需要折叠，加工的复杂真核蛋白，更有利于分离出有生物特性的高亲和力抗体。

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本综述中统计的数据来自PubMed，临床试验数据库

(www.clinicaltrials.gov）、专利、公司网站和国际免疫遗传信息系统(www.imgt.org)。数据比较新，比较全。

近二十年中，已有70多种由噬菌体库筛选的单抗进入临床研究，其中14种获批上市。这些抗体主要由剑桥抗体技术有限公司（CAT），Dyax和MorphoSys的人类组合抗体库（(HuCAL），三家公司研发。

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我们将对这些已经上市/临床期的抗体药进行简单的描述。
01：ADALIMUMAB (HUMIRA®)
阿达木单抗是第一个通过噬菌体展示技术筛选得到的人源化单抗。2002年，被美国FDA批准上市，目前依然是全球销量最大的药物，2019年销售额达191亿美元，2014年至2018年累计销售额达825亿美元，它与肿瘤坏死因子(TNF-α)特异性，高亲和力结合，抑制细胞表面TNF受体和TNF-α结合，从而抑制TNF-α生物活性。阿达木单抗作为第一个人源化TNF-α单抗，凭借临床上数十个适应症获批，把持着极高的市场占有率。目前，在临床试验网站(ClinicalTrials.gov)中列出的关于阿达利单抗的临床试验有118项，研究范围从临床I期到IV期。

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阿特珠单抗是第一个获批上市的人源化PD-L1抑制剂，俗称T药，靶向PD-L1蛋白。与肿瘤细胞和肿瘤浸润性免疫细胞上表达的PD-L1蛋白结合，阻断其与PD-1和B7.1受体的相互作用。通过抑制PD-L1，可以激活T细胞消灭肿瘤细胞。

2016年，阿特珠单抗被美国FDA批准用于治疗膀胱尿路上皮癌(UC)和转移性肺癌。2017年加速获批用于晚期膀胱癌的治疗，2018年获批联合贝伐单抗和化疗治疗转移性非小细胞肺癌(NSCLC)。

截至2019年，有249项正在进行的使用阿特珠单抗作为单一疗法或与其他抗癌药联用的试验正在进行中。 在非小细胞肺癌(NSCLC)、溃疡性结肠炎、多形性胶质母细胞瘤和肾癌中，阿特珠单抗具有显著的抗肿瘤效应。