靶向炎性細胞因子的生物制劑及其臨床應用

陳錦，謝冕，李路軍，劉東旭，劉夢元

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靶向炎性細胞因子的生物制劑及其臨床應用

陳錦1,2，謝冕1,2，李路軍1,2，劉東旭1,2，劉夢元1,2

1 湖北大學 生命科學學院 感染與免疫研究中心，湖北 武漢 430062 2 湖北綠色生物資源轉換協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430062

細胞因子可介導許多生物學過程并受到機體的嚴格調節(jié)，其調節(jié)的失控可引發(fā)一系列疾病如自身免疫炎癥和腫瘤。在過去的十幾年中，一些能夠有效調節(jié)細胞因子生物學作用的生物制劑如重組抗炎細胞因子、細胞因子受體以及中和性抗體等被廣泛應用到由細胞因子失調引起的相關疾病的治療。尤其是近年來，一些具有創(chuàng)新性的靶向細胞因子的新型生物制劑在不斷涌現(xiàn)。文中對近年來國際上靶向炎癥細胞因子 (TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-17) 的生物制劑的研發(fā)和臨床應用的相關進展進行了綜述，指出其副作用和應用風險，并結合其他學者和自己的研究工作提出減少副作用和風險的途徑和方法。利用現(xiàn)代生物技術提高抗細胞因子生物制劑針對炎癥或腫瘤組織的特異性，是靶向炎性細胞因子生物制劑未來的重要發(fā)展方向。

靶向治療，炎性細胞因子，自身免疫，生物制劑

重組蛋白作為重要的生物技術藥物在臨床上應用已經(jīng)有30多年的歷史，尤其自20世紀90年代以來，以重組蛋白為基礎的新型生物技術藥物不斷涌現(xiàn)[1]，如細胞因子、纖溶酶原激活劑、重組凝血因子、融合蛋白、可溶性受體及單克隆抗體等，而靶向細胞因子的生物制劑成為其中一個重要組成部分。目前，靶向細胞因子的生物制劑主要包括細胞因子及其受體的特異性中和抗體、細胞因子的可溶性受體以及細胞因子的受體拮抗劑。它們以不同的方式抑制細胞因子與靶細胞表面的相應受體相互作用，阻斷細胞因子與其受體介導的信號傳導，從而達到調節(jié)細胞因子生物學作用的目的。以細胞因子為靶點的生物制劑與化學藥物相比具有多方面的優(yōu)勢[2]：其一是作用特異性強，即利用特異性的生物制劑對某一細胞因子介導的信號途徑進行調節(jié)；其二是活性和作用機制明確，大多數(shù)細胞因子的生物學功能已在疾病及其模型上進行了廣泛而深入的研究，這為進一步闡明生物制劑的作用機制奠定了基礎；另外，隨著生物技術的不斷進步，重組蛋白的構建、表達和分離變得相對容易，極大地促進了生物制劑等藥物的研發(fā)。當然，靶向細胞因子治療也存在不足之處[2]。細胞因子的生理功能具有多向性和互補性，這意味著阻斷某一細胞因子可平行地影響機體的多種生理過程，或被阻斷的細胞因子的生理功能可由其他細胞因子進行補償，這樣可能會導致一些預想不到的副作用或療效的不足。再者，細胞因子網(wǎng)絡是一個受到嚴格調控并維持一定平衡的相對穩(wěn)定系統(tǒng)，該網(wǎng)絡任何一個點的改變將會打破系統(tǒng)的平衡從而影響機體的正常免疫功能。例如，阻斷促炎性細胞因子可影響機體抗微生物感染和增大惡性腫瘤發(fā)生的幾率，阻斷調節(jié)性的細胞因子可誘發(fā)機體出現(xiàn)自身免疫性疾病和組織損傷等[3]。另外，相對于化學藥物而言，重組蛋白和抗體工程藥物的制備仍然是一個復雜和耗資巨大的過程，其血漿半衰期和藥動學行為往往不夠理想，需要一定的修飾和控制，這樣才能增進其療效和減少副作用[2]。

文中將對目前批準上市的靶向炎性細胞因子生物制劑(表1)的研發(fā)和臨床應用的相關進展進行綜述，注重其臨床應用中存在的風險和副作用，并提出一些降低這些生物制劑副作用和風險以及提高其療效的一些途徑和方法。筆者認為，對炎癥和腫瘤組織具有高度靶向性的抗細胞因子生物制劑將成為未來這一領域的重要研發(fā)對象。

1 抗炎性細胞因子的生物制劑

1.1 抗TNF-α的生物制劑

腫瘤壞死因子α (Tumor necrosis factor α，TNF-α) 是一個促炎細胞因子，在機體創(chuàng)傷和感染中發(fā)現(xiàn)。TNF-α由激活的巨噬細胞和樹突狀細胞合成和分泌，合成的前體錨定在細胞膜上稱為膜型TNF-α (Membrane type TNF-α, mTNF-α)，隨后被相應的酶類切割和釋放成為可溶性TNF-α (Soluble TNF-α，sTNF-α)，并與其靶細胞表面的受體TNFR1和TNFR2相互作用介導信號傳導，調節(jié)細胞的死亡、增殖和分化。TNF-α是炎癥信號通路的一個非常具有吸引力的治療靶點。TNF-α及其受體介導的信號通路在多種自身免疫性炎癥疾病如類風濕關節(jié)炎 (Rheumatoid arthritis，RA)、Crohn’s病、銀屑性關節(jié)炎 (Psoriasis arthritis，PsA)、強直性脊柱炎 (Ankylosing spondylitis，AS)、銀屑病 (Psoriasis)、糖尿病 (Diabetes) 及肥胖癥(Obesity)中都發(fā)揮著重要的作用[4]。最早出現(xiàn)的抗TNF-α生物制劑為Etanercept[5]，隨后FDA相繼批準了4個抗TNF-α單克隆抗體[6]。這4種抗體見證了過去20年來抗體工程技術的發(fā)展歷程，即從人-鼠嵌合抗體開始，經(jīng)歷了抗體的人源化、噬菌體展示技術篩選人源抗體、轉基因小鼠生產(chǎn)人源抗體的發(fā)展過程。

表1 批準上市的靶向細胞因子的生物制劑

1.1.1 Etanercept

Etanercept是人免疫球蛋白IgG1的完整Fc段與TNF-α可溶性TNFR2的融合蛋白，可有效結合sTNF-α，抑制sTNF-α與靶細胞相互作用，進而抑制由sTNF-α介導的炎癥信號通路。Etanercept于1998年被美國FDA批準上市用于中重度RA的治療，由于其療效確切，隨后被進一步批準用于幼年型類風濕關節(jié)炎(Juvenile idiopathic arthritis，JIA)、兒童PsA、AS及斑塊狀銀屑病(Plaque psoriasis，PPs)的治療[5]。

1.1.2 Infliximab

Infliximab是第一個批準上市抗TNF-α單克隆抗體[6]，是一個人-鼠嵌合抗體，包含鼠源性的可變區(qū)和人源性的恒定區(qū)，能結合sTNF-α和mTNF-α，抑制其與TNFR結合，從而阻斷由TNF-α誘導的炎癥信號。Infliximab于1998年批準用于Crohn’s病和重癥RA的治療，后來被進一步批準用于潰瘍性結腸炎(Ulcerative colitis，UC)、PsA及AS的治療。Infliximab臨床研究表明，Infliximab單獨或與MTX聯(lián)合用藥可有效抑制RA患者關節(jié)的進行性損傷及各項與系統(tǒng)性炎癥相關臨床癥狀。但其具有較高免疫原性，高達61%的接受Infliximab治療的患者產(chǎn)生了抗嵌合抗體(Human anti-chimeric antibodies，HACAs)，在一定程度上影響了抗體的療效[6]。

1.1.3 Adalimumab

Adalimumab是一個來源于噬菌體抗體庫的全人源抗TNF-α單抗，于2002年在美國批準上市，用于RA、PsA、AS、Crohn’s病、UC、PPs、JIA、輕到重度的化膿性汗腺炎及非感染性的葡萄膜炎等的治療。Adalimumab作用機制與Infliximab相似，具有療效好、免疫原性低和耐受性好等特性，但仍有少數(shù)患者在單獨使用時產(chǎn)生人抗人抗體(Human anti-human antibodies, HAHAs)，與MTX聯(lián)合用藥，HAHAs的發(fā)生率可降低到1%[6]。

1.1.4 Certolizumab pegol

Certolizumab pegol是一個人源化的Fab工程抗體片段，在其分子上連接了2分子的聚乙二醇以延長其血漿半衰期，能結合sTNF-α和mTNF-α，阻斷TNF-α介導的炎癥信號通路，但其缺乏抗體Fc區(qū)，因而不能有效發(fā)揮抗體介導的ADCC、CDC和ADPC等功能。Certolizumab pegol于2008年最先被美國FDA批準用于Crohn’s病的治療，后來分別被歐洲藥品管理局和美國FDA進一步批準用于RA、PsA、AS和銀屑病的治療[6]。

1.1.5 Golimumab

Golimumab則是通過轉人類IgG基因座的小鼠生產(chǎn)的全人源單抗，相對于上述幾種抗體制備技術更為先進。Golimumab于2009年被批準用于RA、AS和PsA的治療，后來進一步批準用于UC的治療[6]。值得注意的是，Infliximab、Adalimumab、Golimumab與Etanercept相比在作用機制上存在一定的區(qū)別，Etanercept只結合sTNF-α，而Infliximab、Adalimumab、Golimumab可結合sTNF-α和mTNF-α，除了抑制sTNF-α介導的炎癥信號外，還能通過抗體Fc介導的ADCC、CDC、ADPC等清除異常激活的T細胞和巨噬細胞等，因而Infliximab、Adalimumab、Golimumab在疾病治療的廣度和療效上要優(yōu)于Etanercept[7-8]。

1.1.6 副作用和風險

抗TNF-α生物制劑具有較好的療效，但存在一定的副作用和風險，主要表現(xiàn)為增加患者出現(xiàn)感染和惡性腫瘤發(fā)生的幾率。TNF-α是一個抵抗胞內感染的主要細胞因子，其活性被抑制可能會引起胞內感染微生物的再激活[9]。在法國一項歷經(jīng)3年的研究表明Infliximab及Adalimumab可顯著提高患者感染結核的風險，Etanercept也具有同樣的作用，但風險相對較低[10]?？筎NF-α治療可促進乙型肝炎病毒和丙型肝炎病毒再激活[11]?？筎NF-α生物制劑Infliximab及Adalimumab相對于病情修飾的抗風濕藥物 (Disease modifying antirheumatic drug，DMARD)可顯著提高帶狀皰疹病毒的感染幾率[12]。TNF-α是一個促炎細胞因子，而慢性炎癥過程可導致腫瘤相關疾病的發(fā)生[13]，因而從理論上講抗TNF-α治療可抑制腫瘤的發(fā)生和發(fā)展；但TNF-α在決定細胞的增殖、分化和凋亡中同樣發(fā)揮重要作用，TNF-α能夠誘導腫瘤的出血性壞死[14]，這使得抗TNF-α治療和腫瘤發(fā)生的相關性從理論上很難確定。但事實證明抗TNF-α治療可顯著提高Crohn’s病、潰瘍性結腸炎和RA患者發(fā)生血液惡性腫瘤和其他腫瘤的風險，如Infliximab可增加炎癥性腸炎 (Inflammatory bowel diseases，IBD) 年輕患者發(fā)生肝脾T細胞淋巴瘤的風險[15]；抗TNF-α生物制劑與免疫抑制類藥物咪唑硫嘌呤、巰基嘌呤以及氨甲喋呤等聯(lián)合用藥可顯著提高各年齡段Crohn’s病、潰瘍性結腸炎患者的血液惡性腫瘤發(fā)生率[16]；抗TNF-α生物制劑還可誘導RA和IBD患者發(fā)生結腸癌、直腸癌以及其他惡性腫瘤的風險[17-18]。另外，有研究表明抗TNF-α治療可引起脫髓鞘疾病，如多發(fā)性硬化癥、視神經(jīng)炎、急性橫貫性脊髓炎等[19]；IBD患者使用抗TNF-α生物制劑治療出現(xiàn)理論上不可解釋的銀屑病，并伴有嚴重的皮膚壞死[20]，Etanercept不僅對IBD治療無效，還可誘發(fā)患者出現(xiàn)新的Crohn’s病和UC[21-22]。當然，這些新發(fā)現(xiàn)的副作用還有待進一步的研究和證實。

1.2 抗IL-1的生物制劑

IL-1家族一共包括5個重要成員，包括IL-1α、IL-1β、IL-1Ra、IL-1RI和IL-1RII。IL-1α和IL-1β與其受體IL-1R相互作用可激活NF-κB、JNK/AP-1及p38激酶，啟動一系列與炎癥相關的信號途徑。IL-1Ra是IL-1受體拮抗劑，結合并占據(jù)IL-1R，使其不能與IL-1α或IL-1β相互作用而抑制IL-1α或IL-1β啟動的信號傳導，因而IL-1Ra是IL-1α和IL-1β生物學活性的天然調節(jié)劑。在機體中維持著相對平衡，一旦失衡就會誘發(fā)機體炎癥和組織損傷。IL-1/I-1Ra失衡在多種自身免疫慢性炎癥如RA、IBD、新生兒多系統(tǒng)炎癥疾病(Neonatal onset multisystem inflammatory disease，NOMID)等、肺纖維化、淋巴瘤和腫瘤、慢性腎、肝、脾損傷、移植物抗宿主排斥反應、中樞神經(jīng)疾病、感染性疾病和心血管疾病中發(fā)揮重要作用[23]。

1.2.1 Anakinra

Anakinra是一個重組的非糖基化的IL-1Ra[24]，可有效緩解RA癥狀和關節(jié)的損傷，在臨床上作為RA的二線治療藥物，在抗TNF-α和抗IL-6治療無效的情況下建議使用。炎癥體-caspase-1信號可引起IL-1β的激活和分泌，炎癥體相關基因的突變可產(chǎn)生過量的IL-1β，導致自身免疫炎癥綜合征[25]，因此Anakinra在多種自身免疫炎癥綜合征的治療上具有一定的優(yōu)勢。Anakinra于2001年首次批準用于對DMARD治療無效的RA的治療，2012批準用于治療成年人和兒童Cryopyrin蛋白相關周期綜合征 (Cryopyrin-associated period syndromes，CAPS)，包括家族性冷淡自身免疫炎癥綜合征 (Familial cold autoinflammatory syndrome，F(xiàn)CAS)、Muckle-Wells綜合征和NOMID等的治療[26-28]。Anakinra可有效控制NOMID的關節(jié)痛、頭痛、沖動和發(fā)熱等日常癥狀，還能穩(wěn)定NOMID患者的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，有效控制NOMID患者因慢性腦膜炎引起的抽搐和嘔吐[28]。臨床研究還發(fā)現(xiàn)Anakinra對其他多種由IL-1β上調引起的慢性炎癥疾病如家族性地中海熱(Familial mediterraneanfever，F(xiàn)MF)[29]、成人斯蒂爾病和JIA[30-31]、高免疫球蛋白IgD綜合征 (Hyper-IgD syndrome, HIDS)[32]、TNFR1相關周期綜合征 (TNFR1-associated period syndrome，TRAPS)[33]同樣具有較好的療效。但Anakinra目前還未批準用于上述疾病的治療。在一些更為普通的炎癥疾病如痛風性關節(jié)炎、血液透析炎癥、心肌梗死后重構以及Ⅱ型糖尿病上，Anakinra同樣表現(xiàn)出較好的療效[34-37]。

1.2.2 Rilonacept

Rilonacept是第二個批準上市的抗IL-1生物制劑，它是由IL-1R及其胞外的附加部分與IgG的Fc片段融合，利用Fc的同源聚合作用形成的二聚化蛋白，于2008年被美國FDA推薦作為孤兒藥用于CAPS的治療[38]。Rilonacept對CAPS療效確切，可快速緩解CAPS臨床癥狀，相比Anakinra具有較長血漿半衰期，注射頻率遠遠低于Anakinra，停藥后療效可持續(xù)一段時間。Rilonacept對痛風的治療同樣有效，但因其治療風險問題未獲批準[39]。

1.2.3 Canakinumab

第3個批準上市的抗IL-1生物制劑是Canakinumab，它是一個抗IL-1β的人源單克隆抗體。2009年Canakinumab被美國FDA批準用于CAPS的治療[40]，因其療效確切，2016年被進一步批準用于臨床上極為罕見而嚴重的3種自身免疫性炎癥，包括TRAPS、HIDS和FMF的治療[41-42]。瑞士諾華制藥公司于2017年8月完成了Canakinumab的抗炎癥性血栓的結果研究(Canakinumab anti-inflammatory thrombosis outcome study，CANTOS)，CANTOS Ⅲ期臨床研究發(fā)現(xiàn)Canakinumab可將主要不良心血管事件降低15%，包括非致命性心臟病發(fā)作、非致命性卒中和心血管疾病死亡，同時Canakinumab還可使動脈粥樣硬化患者的肺癌的發(fā)病率降低67%，死亡率降低77%[43]。這預示Canakinumab在心血管疾病和肺癌的治療上具有較好的應用潛力。

1.2.4 副作用與風險

抗IL-1生物制劑同樣存在多種副作用和風險。Anakinra是一個小分子的重組蛋白，血漿半衰期只有6 h，需要頻繁的皮下注射，常引起注射部位的不良反應。IL-1是機體抗感染的重要細胞因子，Anakinra可明顯增加患者出現(xiàn)感染的風險，最常見的是急性肺炎，其次是骨髓炎、蜂窩組織炎、帶狀皰疹、氣性壞疽等[44]。痛風性關節(jié)炎患者使用Anakinra可增加金黃色葡萄球菌感染的幾率[34]。IL-1是一個促進中性粒細胞分化和成熟的細胞因子，Anakinra可導致中性粒細胞減少癥[45]。Anakinra與皮質類固醇或其他免疫抑制藥物聯(lián)用可導致RA患者出現(xiàn)金黃色葡萄球菌、溶血性鏈球菌和大腸桿菌的嚴重感染[46]。另外，曾經(jīng)感染過結核的患者在使用Anakinra時結核的重新激活機會大大升高[41]。Rilonacept和Canakinumab臨床使用的風險與Anakinra相似，主要表現(xiàn)為感染、中性粒細胞減少癥和低血小板癥[47-48]。

1.3 抗IL-6的生物制劑

IL-6是除TNF-α和IL-1外的另一個重要促炎細胞因子，對免疫系統(tǒng)具有多效性。IL-6與其可溶性受體IL-6R連接形成復合物，該復合物與細胞膜表面的糖蛋白gp130結合，引起gp130形成同源二聚體，介導細胞間的信號傳導。IL-6主要由淋巴細胞、巨噬細胞、內皮細胞、上皮細胞及成纖維細胞合成和分泌，具有多種生物學作用，影響多種細胞的行為，可改變Th細胞的分型、刺激B細胞分泌抗體、增加NK細胞的殺傷活力、促進肝細胞合成急性期反應蛋白 (C-reactive protein，CRP)、趨化中性粒細胞和單核細胞、刺激內皮細胞合成粘附分子增強局部炎癥反應、刺激破骨細胞和成纖維細胞合成和分泌降解性酶類、刺激腫瘤細胞的增殖等[49]，因而，IL-6在多種自身免疫性疾病和惡性腫瘤發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

1.3.1 Tocilizumab

Tocilizumab是一個人源化的抗IL-6R的單克隆抗體，于2003年進入臨床研究用于RA的治療。通過對633個RA患者的臨床研究發(fā)現(xiàn)，Tocilizumab可顯著降低對DMARD和免疫抑制劑治療不理想的RA患者血清CRP，有效緩解RA患者的各項臨床指標并抑制關節(jié)的損傷[50]。2010年美國FDA正式批準Tocilizumab用于對DMARD和TNF抑制劑治療無效的RA的治療[51]。由于Tocilizumab對JIA同樣表現(xiàn)出較好的療效，2011年被進一步批準用于JIA的治療[52]。遺憾的是Tocilizumab具有較為嚴重的副作用，可誘發(fā)嚴重的感染，主要為急性肺炎、腸胃炎、尿道感染以及機會性感染如結核和念珠菌感染等[52]。Tocilizumab還可引起中性粒細胞減少癥和高血脂，被認為有導致心血管疾病的危險[53]。IL-6最獨特的生物學作用是在急性感染中誘導CRP蛋白合成，Tocilizumab抑制了IL-6的生物學功能，可能會延誤急性感染的診斷和治療[54]。此外，JIA的一個重要的并發(fā)癥為單核細胞激活征 (Macrophage-activating syndrome，MAS)，表現(xiàn)為骨髓和肝功能的損傷，可威脅生命。Tocilizumab治療JIA不僅加重MAS，且其抑制CRP合成而影響MAS的診斷，但應用IL-1抑制劑Anakinra則可有效減少MAS的發(fā)生，因而Tocilizumab在JIA的治療上具有一定風險[55]。

1.3.2 Siltuximab

Siltuximab是一個抗IL-6的人-鼠嵌合抗體，2014年被美國FDA批準用于HIV和HPV陰性的多中心Castleman’s病的治療[56]。該病是一種惡性淋巴組織增生性疾病，表現(xiàn)為患者淋巴竇的增生和肥大，同時在淋巴竇中IL-6水平明顯上調。此外，Siltuximab還被進一步用于多種惡性病如多發(fā)性骨髓瘤、脊髓發(fā)育不良綜合征、非霍杰金氏淋巴瘤、前列腺癌、卵巢癌的治療，并獲得令人振奮的結果[57]。Siltuximab的副作用主要表現(xiàn)為上呼吸道的感染，其次為反胃、疲倦、肥胖、高尿酸血癥、血小板減少癥及中性粒細胞減少癥等[58]。

1.4 靶向Th17細胞因子的生物制劑

Th17細胞是近年來發(fā)現(xiàn)和鑒定出的一個CD4+T細胞亞群，它可獨立于Th1和Th2細胞參與并促進機體清除一系列病原的感染。其產(chǎn)生的主要細胞因子包括IL-6、IL-17、IL-21、IL-22及TNF-α等，具有明顯的促炎作用。Th17是一個在多種自身免疫性炎癥疾病如RA、銀屑病、多發(fā)性硬化癥 (Multiple sclerosis，MS) 中非常重要的病理性細胞，其特征性細胞因子IL-17可與TNF-α發(fā)揮協(xié)同 (疊加) 效應，激活一系列炎癥相關的Cascade，誘導多種細胞因子、趨化因子、粘附分子及降解性酶類的表達，造成自身免疫性的組織損傷。

1.4.1 Ustekinumab

Ustekinumab是一個人源單克隆抗體，針對IL-12p40亞單位，IL-12p40為IL-12和IL-23所共有，因而該抗體具有同時抑制IL-12和IL-23的生物學作用。IL-12和IL-23的重要功能是促進幼稚CD4+T細胞分化為Th1和Th17，故Ustekinumab可有效減少自身免疫性T細胞的產(chǎn)生。由于IL-12和IL-23及其激活的T細胞與銀屑病的發(fā)生相關，而銀屑病的患者更易發(fā)展為PsA，故Ustekinumab在抑制與IL-12和IL-23相關的疾病如銀屑病、PsA等，比Etanercept更為有效，因而在2009年被批準用于PPs的治療[59]，并于2013年被進一步批準用于PsA的治療。2016年，Ustekinumab又被批準用于Crohn’s病的治療。其不良反應是需要警惕結核的再激活和感染以及Th1和Th17細胞減少帶來的免疫低下等并發(fā)癥[60]。

1.4.2 Secukinumab

Secukinumab是人源抗IL-17A的單克隆抗體，初期進入臨床試驗用于Crohn’s病的治療而顯示無效，同時還會導致上呼吸道感染和真菌感染的風險[61]，與Ustekinumab極為相似，Secukinumab可明顯改善PPs的臨床癥狀和肢體功能[62]，并于2015年被美國FDA批準用于PPs的治療，隨后被進一步批準用于PsA和AS的治療[63]。2016年又一個抗IL-17單克隆抗體Ixekizumab被批準上市用于PPs的治療，其療效、副作用及安全性還有待進一步的研究和評價[64]。

2 降低抗炎生物制劑副作用與風險

抗細胞因子治療是針對自身免疫、炎癥以及其他與細胞因子失調相關疾病的有力工具。穩(wěn)定的細胞因子網(wǎng)絡是機體免疫系統(tǒng)的重要組成部分，在抵抗微生物感染和惡性病變中發(fā)揮著重要作用。抗細胞因子治療大多采用系統(tǒng)給藥方式，往往會導致機體的正常的免疫功能的失衡，例如用生物制劑抑制RA關節(jié)的炎癥的同時也抑制了中性粒細胞進入肺部抵抗微生物感染。筆者認為，采用基因工程和蛋白質工程技術對抗炎生物治療劑進行修飾和改造，最大限度優(yōu)化其藥動學特征和提高其對炎癥組織和器官的特異性，是未來抗炎生物治療劑的研發(fā)方向。目前，國際上不少學者以及筆者團隊在這方面開展了一些研究工作。

2.1 酶-前藥的藥物療法(Enzyme-prodrug therapy，EPT)

將抗炎生物制劑構建成無活性的前藥，在炎癥組織特異性酶的作用下轉變?yōu)橛猩飳W活性的形式。Rider等[65]將IL-1Ra的氨基端融合IL-1β氨基端的一段短肽，構建一個嵌合IL-1Ra，模擬IL-1β的前體分子。IL-1β是以無活性前體的形式合成和分泌的，在炎癥組織高水平的中性粒細胞相關的絲氨酸蛋白酶 (如彈性蛋白酶、組織蛋白酶G、凝乳蛋白酶等)、巨噬細胞來源的PR3和caspsase-1以及NK細胞分泌的顆粒酶等的作用下，切掉氨基端的一段小肽釋放羧基端的活性部分即為成熟的IL-1β。在RA患者的炎癥關節(jié)中IL-1β上調在較大程度上歸功于中性粒細胞和巨噬細胞積累和分泌上述炎癥相關性的酶類[66]。嵌合IL-1Ra激活和釋放方式與IL-1β完全一樣，因而在正常組織IL-1Ra則以無活性的前體形式存在，只在炎癥組織中轉變成為活性分子發(fā)揮抗炎作用[65]。同時，嵌合IL-1Ra在多種惡性腫瘤的輔助治療上具備應用潛力[67]。腫瘤的慢性炎癥微環(huán)境中富含髓樣細胞、炎癥性的酶類和多種細胞因子，IL-1可促進腫瘤的生長、血管形成和轉移。腫瘤炎癥微環(huán)境又可刺激髓樣細胞分泌IL-1β，刺激腫瘤細胞分泌IL-1α，并伴隨組織缺氧、壞死和DNA損傷。而且，腫瘤患者經(jīng)常使用免疫抑制和骨髓抑制藥物，具有微生物感染的高風險性。目前已經(jīng)證實抗IL-1α中和性抗體可有效抑制腫瘤并延長患者的生存期限。因而，嵌合IL-1Ra可在腫瘤組織中減少炎癥過程同時又不降低患者抵抗微生物感染的能力，是腫瘤治療較為理想的生物制劑。

2.2 細胞類型限制性的抗細胞因子治療

Efimov等[68]構建了一個雙特異抗體，同時識別巨噬細胞表面標志F4/80和mTNF-α。研究發(fā)現(xiàn)這種抗體在體內更熱衷于結合巨噬細胞表面的mTNF-α，而不結合sTNF-α和淋巴細胞來源的TNF-α。其目的是選擇性地抑制巨噬細胞觸發(fā)的炎癥而不影響T細胞的免疫活性來達到減少微生物感染風險的目的。該抗體能有效抑制機體的慢性炎癥，同時還可抑制抗TNF-α治療導致的結核重激活和肝毒性。

2.3 靶向炎癥組織的藥物載體

人血清白蛋白(Human serum albumin，HSA)是肝臟合成的67 kDa單體蛋白質，是人血漿中最為豐富的蛋白之一，結構簡單，穩(wěn)定性好，無免疫原性。HSA可與新生兒Fc受體 (Neonatal Fc receptor，F(xiàn)cRn) 相互作用，通過FcRn介導的pH-依賴的內吞和釋放作用而避免其在溶酶體中的降解，因而具有與IgG一樣的血漿半衰期。HSA的另外一個重要特征是選擇性積累于炎癥和腫瘤組織。因而HSA作為載體被廣泛應用于自身免疫性炎癥和腫瘤的工程藥物設計。尤其是分子量較小的蛋白質如細胞因子及小分子抗體片段，一旦與HSA結合，不僅可以有效提高其血漿半衰期，而且還可靶向積累于炎癥和腫瘤組織。將抗風濕藥物MTX與HSA偶聯(lián)構建成MTX-HSA偶聯(lián)物，MTX-HSA的血漿半衰期相對MTX顯著延長，并且高效積累于膠原誘導的關節(jié)炎 (Collagen-induced Arthritis, CIA) 小鼠炎癥關節(jié)，48 h在炎癥關節(jié)的攝取量是MTX的7倍，且在肝和腎中分布只相對于MTX的25%，MTX-HSA的療效也顯著高于MTX[69]。筆者將人IL-1Ra連接于HSA的羧基端構建成融合蛋白HSA-IL-1Ra，同樣顯示出HSA-IL-1Ra在炎癥關節(jié)的選擇性積累，低分布于肝、腎、脾、肺等組織，并且克服了IL-Ra在臨床使用的短半衰期的缺點，有望成為抗IL-1的新型生物制劑[70]。Ozoralizumab是基于HSA作為載體構建一個新型的抗TNF-α駱駝源三價抗體[71]，其中含有2個抗TNF-α的重鏈可變區(qū)(Variable heavy chain，VHH) 和1個抗HSA的VHH，該抗體除了高效中和TNF-α外，在體內可結合HSA進行轉運，具有較長的血漿半衰期和炎癥組織的靶向性，治療活性與二價抗TNF-α的VHH提高了近500倍，療效和藥動學優(yōu)于Infliximab和Adalimumab單抗。Ozoralizumab在RA的治療上已完成Ⅰ/Ⅱ期臨床實驗，顯示出良好的療效。

2.4 基于炎癥組織特異性抗原的靶向治療

將抗細胞因子生物制劑共價連接一個炎癥組織中特異性表達抗原的配體，借助配體-抗原的相互作用可使抗細胞因子生物制劑選擇性地積累于炎癥組織，從而減少其對正常組織免疫功能的抑制作用，達到降低副作用的目的。纖維連接蛋白(Firobnectin，F(xiàn)N) 是胞外基質的重要組成部分。在病理條件下，為了滿足疾病發(fā)展需要，F(xiàn)N前體mRNA進行選擇性拼接和重構，保留額外域B (Extra domain B，ED-B) 抗原的FN為B-FN，這種病理修飾的FN在正常組織是不存在的，但與惡性腫瘤及慢性炎癥的血管形成相關，是一個血管形成的標志物。因而B-FN是一個有效靶向惡性腫瘤和慢性炎癥性疾病的優(yōu)良抗原。抗ED-B的單抗BC1和單鏈抗體片段(Single chain Fv fragment，scFv) L19廣泛用于藥物載體進行抗惡性腫瘤血管形成的靶向治療，并取得了令人振奮的結果[72]。同樣的，抗ED-B的scFv L19融合IL-10或TNFR2可顯著提高IL-10或TNFR2炎癥組織特異性和療效，降低IL-10或TNFR2在正常組織的分布[73-74]。筆者利用合成噬菌體抗體庫篩選到一株能高親和力結合ED-B的人源scFv，將該scFv與前期獲得的抗人TNF-α的scFv組合構建了具有自主知識產(chǎn)權的TNF-α/抗ED-B單鏈雙特異抗體(Single chain bispecific antibody，ScBsAb)，ScBsAb可靶向積累于CIA小鼠炎癥關節(jié)，快速清除于正常組織，比TNF-α單抗能更有效地抑制和緩解小鼠關節(jié)炎的各項指標，同時還可明顯提高CIA小鼠的抗感染能力[75]，該抗體有望克服目前上市的TNF-α單抗面臨的共性問題，成為一種治療包括RA在內的多種自身免疫炎癥性疾病的新型抗體工程藥物。此外，科學工作者們還在致力于尋找除ED-B外的靶向炎癥組織的特異性抗原。目前，通過噬菌體庫篩選的一株能特異性結合RA患者炎癥滑膜微血管上一個表位的scFv A7，有望成為靶向炎癥關節(jié)的有效藥物載體，scFv A7與Adalimumab偶聯(lián)而成的雙特異抗體，同時具備炎癥組織的特異性和TNF-α的中和活性，在臨床使用上有可能大大降低注射劑量和頻率，減少機體系統(tǒng)暴露的風險，獲得更好的治療指標[76]。

3 總結與展望

細胞因子失調是導致多種自身免疫、炎癥和其他惡性疾病的機制所在，利用重組抗炎細胞因子、重組細胞因子可溶性受體及受體拮抗劑、抗細胞因子的重組單克隆抗體對上述疾病的治療總體上看是非常成功的。但必須看到大多數(shù)細胞因子在不同的組織和器官當中具有多效性，是維持組織器官正常免疫功能所必需的，長期使用抗細胞因子的生物制劑必然會對機體免疫功能造成一定危害，帶來一定副作用和風險。因此，利用現(xiàn)代生物技術制備新型的高組織特異性的抗細胞因子生物制劑，在治療上最大限度地維持正常組織中細胞因子的生物學功能，將是未來抗細胞因子生物制劑發(fā)展的重要方向。

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Biologics for targeting inflammatory cytokines and their clinical application

Jin Chen1,2, Mian Xie1,2, Lujun Li1,2, Dongxu Liu1,2, and Mengyuan Liu1,2

1 Center for Infection and Immunity Research, College of Life Sciences, Hubei University, Wuhan 430062, Hubei, China 2 Hubei Collaborative Innovation Center for Green Transformation of Bioresources, Wuhan 430062, Hubei, China

Inflammatory cytokines can mediate many biological processes and are tightly regulated by the body. Loss of control can trigger a range of diseases such as autoimmune inflammation and cancer. Therefore, a number of biological agents that can effectively regulate the biological effects of inflammatory cytokines such as recombinant anti-inflammatory cytokines, cytokine receptors and neutralizing antibodies have been extensively used in the treatment of related diseases caused by the imbalance of inflammatory cytokines. In recent years, in particular, a number of new innovative biological agents for blocking and regulating cytokine activities are emerging. In this article, we review the recent development and clinical use of the biologics targeting TNF-α, IL-1, IL-6 and IL-17, and point out their inherent limitations and clinical risks. Finally, based on the research findings of our own and other scholars, we suggest some approaches and methods for reducing their side-effects and clinical risk. We consider that using modern biotechnology to improve the tissue specificity to inflammatory site and tumor will be an important development direction of such biologics.

targeting therapy, inflammatory cytokines, autoimmunity, biological agent

January 10, 2019;

March 14, 2019

National Natural Science Foundation of China (No. 30973669/H3004), Key Science-Technology Foundation of Hubei Provincial Department of Education (No. D20141002).

Mengyuan Liu. Tel: +86-27-88661237; Fax: +86-27-88666106; E-mail: liumengy@tom.com

國家自然科學基金 (No. 30973669/H3004)，湖北省教育廳重點研究計劃(No. D20141002) 資助。

2019-05-10

http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1998.Q.20190509.1455.002.html

10.13345/j.cjb.190022

陳錦, 謝冕, 李路軍, 等. 靶向炎性細胞因子的生物制劑及其臨床應用. 生物工程學報, 2019, 35(6): 1009–1020.

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(本文責編 郝麗芳)