呼吸道傳染病治療中抗體藥物的研發(fā)進展

楊高松,馬東杰

1.石家莊市人民醫(yī)院燒傷外科, 石家莊 050031; 2.華北制藥金坦生物技術(shù)股份有限公司, 石家莊 050035

隨著工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，大氣污染加劇，同時由于不良生活習慣(如吸煙)、人口老齡化等因素的影響，近年來，呼吸系統(tǒng)疾病(如肺癌、支氣管哮喘、慢性阻塞性肺疾病等)的發(fā)病率逐年增加，使得呼吸系統(tǒng)疾病成為全球主要死亡原因之一。根據(jù)世界衛(wèi)生組織(World Health Organization, WHO)的資料，預(yù)計到2030年，4種最常見的致命性肺部疾病，肺炎、結(jié)核、肺癌和慢性阻塞性肺病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)，將占全球死亡人數(shù)的五分之一，其中呼吸道傳染病(respiratory tract infections，RTIs)致死人數(shù)占有相當高的比例[1]。呼吸道傳染病是指病原體從鼻腔、咽喉等呼吸道感染侵入而引起的傳染性疾病，主要病原體有病毒、細菌、支原體和衣原體等[2]。由流感病毒、麻疹病毒、結(jié)核桿菌等引發(fā)的大部分呼吸道傳染病是可防可控可治的，但也有部分呼吸道傳染病仍無法得到有效防治。如人類冠狀病毒(human coronavirus，HCoV)株HCoV-229E、HCoV-OC43、HCoV-NL63和HCoV-HKU1,通常會導致輕度上呼吸道感染，類似普通感冒[3]。但是，2002—2003年在我國流行的嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus，ShARS-CoV)、2012年和2015年分別在沙特阿拉伯和韓國流行的中東呼吸綜合征冠狀病毒(middle eastrespiratory syndrome coronavirus，MERS-CoV)以及當下2020年正在肆虐全球的新型冠狀病毒(novel coronavirus pneumonia，NCP；亦稱為COVID-19)均因來勢兇猛、傳播迅捷，短短幾周時間就可能形成區(qū)域性擴散，引起了全球關(guān)注。由于沒有特效藥物，這些感染給臨床治療帶來了巨大挑戰(zhàn)。在候選藥物中，病原體或其毒性因子的特異性抗體(antibodies, Abs)具有諸多優(yōu)勢：①當疫苗和常規(guī)藥物既不可用也無效時，Abs可能為RTIs提供預(yù)防或治療的新策略[4]；②因Abs抗原靶標高度保守，其可能會降低耐藥性的產(chǎn)生；③Abs有望替代疫苗，為機體提供長期免疫保護[5]。基于此，本文綜述了已有的抗呼吸道傳染病的治療性抗體的開發(fā)和使用，以期為呼吸道傳染病治療中抗體藥物的研發(fā)提供參考。

1 抗細菌毒素的抗體研發(fā)進展

細菌可產(chǎn)生內(nèi)毒素、外毒素及侵襲性酶，這與細菌的致病性密切相關(guān)[6]。使用抗細菌毒素抗體治療細菌感染，是常見的治療策略之一[7]。1896年，《柳葉刀》雜志認為利用白喉毒素抗體治療白喉是“19世紀在急性傳染病的醫(yī)學治療中最重要的進步”[7]。因此，許多研究者設(shè)計和開發(fā)細菌毒素特異性Abs以用于中和細菌毒素的致病作用。

金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)是機會病原體，當機體出現(xiàn)免疫功能低下的情況時可引發(fā)疾病。其最嚴重的臨床表現(xiàn)與住院患者的肺炎有關(guān)，醫(yī)院獲得性感染或社區(qū)獲得性感染難以治療，并且耐甲氧西林金黃色葡萄球菌的流行可能使情況更為復(fù)雜，且死亡率高[8]。為了克服宿主肺部組織的防御，金黃色葡萄球菌能產(chǎn)生多種毒素。其中，成孔的α-毒素(alpha-toxin，AT)是關(guān)鍵的毒力因子，一旦與其受體ADAM10結(jié)合，AT可通過在靶標上皮細胞、內(nèi)皮細胞和免疫細胞的質(zhì)膜上形成孔來誘導細胞死亡、造成機體組織損傷等[8-9]。為了預(yù)防或治療金黃色葡萄球菌相關(guān)疾病，研究者利用全人源的AT特異性IgG1 Abs MEDI4893[10]和Salvecin(tosatoxumab，AR-301)[11]來阻斷AT與ADAM10的結(jié)合。MEDI4893處于Ⅱ期臨床試驗[10]；Salvecin已完成Ⅰ/Ⅱa期臨床試驗，這兩種抗體都已被證明是安全的[11-12]。

炭疽桿菌(Bacillusanthraci)屬于需氧芽孢桿菌屬(Bacillus)，能引起動物及人類的炭疽病。以氣溶膠方式散布的炭疽芽孢，以感染途徑不同可分為皮膚型、腸型和肺型3種，其中，肺型炭疽是通過吸入炭疽芽孢所致，潛伏期一般為12 h～12 d，平均2～5 d，這3種類型的炭疽均有可能致死[13]。吸入炭疽芽孢后，病情發(fā)展迅速，并同時產(chǎn)生毒素，其中保護性抗原(prorective antigen，PA)與靶細胞表面的炭疽受體結(jié)合，然后產(chǎn)生具有細胞毒性的致死因子和浮腫因子[14]。研究表明，PA在炭疽致病機制中發(fā)揮著核心作用，因此，PA是極好的治療靶點[15]?，F(xiàn)有Raxibacumab和Obiltoxaximab抗體用于預(yù)防炭疽[14]。2012年，F(xiàn)DA批準Raxibacumab(抗人炭疽桿菌PA)上市，但因?qū)φ张R床人體試驗無法通過倫理委員會審核未能開展，因此，Raxibacumab藥效僅在動物模型中得到證實[6]。在針對新西蘭白兔和食蟹獼猴的實驗中，預(yù)防性或治療性靜脈輸注Raxibacumab可以有效降低炭疽氣溶膠激發(fā)后的死亡率[15]。在健康志愿者中進行了Raxibacumab安全性和藥代動力學(pharmacokinetics，PK)的研究，只有少數(shù)短暫不良反應(yīng)[16]。2016年3月，嵌合IgG1 Obiltoxaximab單抗也獲得批準，其藥效在動物模型中得到證實，并對健康志愿者進行單獨/多次給藥，或聯(lián)合標準抗生素使用，進行藥物安全性驗證[17]。在推薦劑量為16 mg·kg-1時，Obiltoxaximab會引起11%和0.9%的健康受試者中的超敏反應(yīng)和過敏反應(yīng)，這提示了用藥前應(yīng)合理使用苯海拉明[17]。Raxibacumab和Obiltoxaximab均可靶向并阻斷PA與其受體的結(jié)合，并已在成年人中與常規(guī)抗菌藥物聯(lián)合用于肺炭疽的治療[18]。

2 抗呼吸道合胞病毒的抗體研發(fā)進展

病原性細菌和病毒表面均具有保守的抗原決定簇，這些決定簇可用于亞單位疫苗等的開發(fā)，也是治療性Abs研發(fā)的靶標?？贵w藥物的主要作用機理是利用宿主免疫系統(tǒng)，通過補體固定和調(diào)控吞噬作用來清除病原體[19]。

呼吸道合胞病毒(respiratory syncitial virus，RSV)是引發(fā)全球兒童和老年人呼吸道傳染病的主要原因之一，其疾病特征與季節(jié)性流感相似[20]。目前尚無有效的針對RSV感染的疫苗，抗RSV的藥物也很有限。Palivizumab(IgG1)是唯一被FDA批準的抗RSV的Ab[21]。它通過與RSV融合蛋白(F-蛋白)結(jié)合，阻止病毒包膜與宿主細胞膜之間的融合，從而中和病毒顆粒的作用。在2項重要的臨床試驗中，Palivizumab的使用可使呼吸道合胞病毒引發(fā)肺炎的住院頻率(相對于安慰劑組)分別降低39%和78%[21]。對于支氣管、肺發(fā)育不良的兒童，以及具有血液動力學改變的先天性心臟病兒童或早產(chǎn)兒(胎齡小于35周的兒童)，在預(yù)期的RSV流行季節(jié)開始之前，應(yīng)采取Palivizumab預(yù)防措施[22]。但自Palivizumab獲批以來，其臨床使用的有效性和成本效益問題一直受到質(zhì)疑，而且Palivizumab的價格昂貴。

為了避免這些問題，研究者開發(fā)了具有更高親和力或更長半衰期的第二代和第三代的抗體Motavizumab、MEDI557以及REGN2222。然而，因為安全性和免疫原性等問題，已經(jīng)停止了莫妥珠單抗Motavizumab(親和力高于Palivizumab 20倍)和MEDI557(Motavizumab的人源化抗體)的臨床試驗研究工作。其中，Motavizumab會引起超敏反應(yīng)，因此未能獲得FDA批準[23]；對于MEDI557，Medimmune公司已發(fā)布了鼻內(nèi)接受RSV感染的成年人Ⅰ期臨床試驗，但是該研究由于數(shù)據(jù)不可靠或無法解釋而被終止[23]。 Motavizumab臨床研究停止以后，REGN2222(靶向F蛋白的全人源IgG1)是唯一已進入Ⅲ期臨床試驗的RSV特異性藥物[24]。不幸的是，再生元制藥(雷杰納榮制藥公司)在2017年8月宣布，該研究尚未達到預(yù)防嬰兒RSV感染的主要終點，并且REGN2222的臨床開發(fā)也被終止[25]。

MEDI8897，衍生自D25，而D25是直接從人B細胞中分離的抗RSV Fab型抗體[24]，MEDI8897結(jié)合力比Palivizumab高100倍。MEDI8897在其Fc區(qū)域內(nèi)有1個YTE取代基，可以增強Abs與新生兒Fc受體的結(jié)合，從而延長了其血清半衰期[24]。 MEDI8897已在一項針對健康早產(chǎn)兒的Ⅱ期臨床試驗中進行評估[24]。ALX-0171是一個42 kD的抗RSV三價域Ab(屬結(jié)構(gòu)域抗體，domain Ab，dAb；nanobodyTM)，其機理同Palivizumab一樣，都是結(jié)合RSV的F蛋白，ALX-0171的新穎之處在于吸入給藥[26]。吸入途徑在RTIs的治療中，具有起效快、直達病灶、靶抗原附近的藥物濃度高、向全身擴散相對較低等優(yōu)勢，這可能會減少副作用的發(fā)生。許多研究認為通過肺部施用Abs來治療RTIs是具有前景和潛力的，但也強調(diào)了與氣溶膠相關(guān)的技術(shù)問題，需要確?；钚訟bs的有效遞送[26]。在不同動物模型中，ALX-0171的局部遞送在預(yù)防或治療環(huán)境中均有效，可明顯降低病毒載量和肺損傷[27]。ALX-0171在健康成人的Ⅰ期臨床試驗研究結(jié)果表明，該藥物是安全且具有良好的耐受性；且隨后的一項劑量遞增的Ⅱ期臨床研究結(jié)果顯示，ALX-0171可有效降低RSV感染者的病毒載量[28]。

3 抗流感病毒的抗體研發(fā)進展

流感病毒，每年引起數(shù)百萬病例，死亡率為2%～20%[29]。盡管針對季節(jié)性或大流行性流感的疫苗，已經(jīng)為全世界的人群提供了免疫力，但因為病毒變異快(疫苗種類需要進行年度調(diào)整)和高危人群(幼兒、老年人和免疫功能低下的患者)自身免疫力差，導致疫苗的保護作用有限。

在這種情況下，需要開發(fā)特異性的抗體，靶點通常是血凝素(hemagglutinin，HA)，有研究顯示這些抗體可以在體外中和流感病毒，并在體內(nèi)提供保護作用[30]。特異性Abs靶向HA的特定保守序列，適用于多種不同的流感病毒株[31]。與HA結(jié)合后，Abs在空間上抑制病毒顆粒與宿主細胞表面的粘附，防止病毒與宿主細胞膜的融合，從而抑制病毒傳播。 此外，Abs還通過與新形成的HA顆粒結(jié)合，阻止病毒出芽和成熟[31]。該策略用于目前處于Ⅱ期臨床研究的抗體：MEDI8852[32]、MHAA4549A[31]、CR-6261、CT-P27以及VIS-410[31]。

4 針對冠狀病毒的抗體研發(fā)進展

冠狀病毒(coronavirus，CoV)，屬巢狀病毒目(Nidovirales)冠狀病毒科(Coronaviridae)，是一組高度多樣化的、有包膜的、正義單鏈RNA病毒，可導致機體的呼吸道、腸道、肝和神經(jīng)系統(tǒng)的嚴重損傷[33]。CoV分為4個屬：α冠狀病毒、β冠狀病毒、γ冠狀病毒和δ冠狀病毒。自2002年至今，出現(xiàn)了3種新型β-CoV感染引起的肺炎，即嚴重急性呼吸綜合征(由SARS-CoV引起)、中東呼吸綜合征(由MERS-CoV引起)和新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)(由SARS-CoV-2引起)。由于缺乏有效的藥物或治療方法，且這3種冠狀病毒引發(fā)的肺炎具有高傳染性、高發(fā)病率和高死亡率，因此，急需研發(fā)新的藥物來治療冠狀病毒感染[34]。

冠狀病毒進入宿主細胞是由跨膜刺突糖蛋白(spikeprotein，S蛋白)介導的，其中S蛋白形成從病毒表面突出的同型三聚體。S蛋白包含2個功能性亞基：S1和S2，其中，S1亞基負責與宿主細胞受體結(jié)合，S2亞基負責病毒包膜和細胞膜融合[35]。研究顯示，冠狀病毒進入易感細胞是復(fù)雜的過程，需要S蛋白的受體結(jié)合和蛋白質(zhì)水解過程協(xié)同作用以促進病毒-細胞融合[36]。

研究表明，通過轉(zhuǎn)基因小鼠，得到針對S蛋白的特異性B細胞，可產(chǎn)生靶向SARS-CoV不同區(qū)域的單克隆抗體[26]。這些單克隆抗體中的大多數(shù)是通過靶向S1亞基受體結(jié)合區(qū)(receptorbinding domain，RBD)上的特定表位，以抑制病毒與細胞受體的結(jié)合；而另一些單克隆抗體可以與S2亞基結(jié)合，阻斷病毒與細胞的融合[37]。雖然這些單克隆抗體的結(jié)合位點和機制不同，但在體外或小動物模型中均具有中和活性，并降低了病毒滴度[38]。而且，接受了含有中和抗體的恢復(fù)期血漿的SARS患者的出院率顯著提高[39]。

現(xiàn)有的研究認為，抗MERS-CoV的抗體，可以阻止病毒附著，并加速了感染BALB/c小鼠肺部的MERS-CoV病毒的清除[40]。LCA60抗體是使用細胞克隆技術(shù)，基于從MERS感染患者中獲得的B細胞開發(fā)的，被認為可以有效治療MERS-CoV感染[41]。針對MERS-CoV S1亞基RBD上不同表位的單克隆抗體也已開發(fā)，結(jié)合2種或2種以上抗體具有協(xié)同作用，靶向非交叉耐藥性抗原決定簇或S蛋白不同區(qū)域，可以幫助減少病毒突變逃逸[3]。已有研究報道了7種中和抗體和2種單克隆抗體(MERS-4和MERS-27)，是針對RBD的特異性抑制劑，對MERS-CoV表現(xiàn)出強大的中和活性[3]。而另外2種潛在的單克隆抗體，REGN3051和REGN3048，也已在動物模型中被證明對控制MERS-CoV感染有效[42-43]。有研究表明，基于S1亞基開發(fā)的單克隆抗體對MERS-CoV感染的人二肽基肽酶4(dipeptidyl peptidase-Ⅳ，DPP4)轉(zhuǎn)基因小鼠和表達人DPP4的腺病毒載體轉(zhuǎn)導的小鼠具有保護作用[44]。但這些抗體的安全性和對患者的治療效果還需進一步評估。此外，針對DPP4的單克隆和多克隆抗體可抑制人支氣管上皮細胞的MERS-CoV感染[45]。已顯示出針對MERS-CoV活性的其他單克隆抗體包括：1E9、IF8、3A1、3B12、3C12、3B11、M14D3、3B11-N、m336、m337、m338、hMs-1和4C2 h[37,43,46-48]。

到目前為止，針對新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)的所有免疫治療嘗試，包括血漿療法(獲得的多克隆抗體)、促進T細胞成熟的多肽激素、免疫球蛋白、ACE2免疫粘附素和抗白介素-6的單克隆抗體[49]。其他已被用于對抗SARS-CoV臨床研究的干預(yù)措施，如病毒載體、納米載體、滅活全病毒、DNA疫苗和單克隆抗體，同樣有望被用于對抗SARS-CoV-2[50]，其中，作為首選的免疫治療方法，單克隆抗體的抗SARS-CoV-2的有效性尚未得到驗證。

5 抗其他靶點的抗體研發(fā)進展

為了提供足夠的毒株和疾病覆蓋，研究人員已經(jīng)在考慮利用其他細菌抗原來開發(fā)抗RTIs的Abs。研究表明，銅綠假單胞菌可以形成生物膜(即細胞外聚合物基質(zhì))，從而增加病原體對抗菌治療的抵抗力，并且對其在肺環(huán)境中的生存至關(guān)重要，而3種主要的胞外多糖(PsI、Pel和藻酸鹽)對于生物膜的形成至關(guān)重要[51]。

銅綠假單胞菌的胞外多糖PsI和三型分泌系統(tǒng)(type 3 secretion system，T3SS)PcrV的結(jié)構(gòu)蛋白，在其發(fā)揮毒力中都起著重要作用。雙特異性IgG1 Ab(MEDI3902)來源于scFv的抗原結(jié)合位點，可同時結(jié)合PsI[52]和PcrV[53]。MEDI3902可以抑制銅綠假單胞菌與宿主細胞的結(jié)合，可增強巨噬細胞的吞噬作用，并阻止銅綠假單胞菌向宿主細胞的胞質(zhì)溶膠中注入遺傳毒性毒力因子[52]。在一項隨機雙盲、安慰劑對照的Ⅰ期臨床研究中，發(fā)現(xiàn)MEDI3902具有適當?shù)陌踩院蚉K曲線，并于2014年獲得FDA的快速批準[52]。正在進行的Ⅱ期臨床試驗正在研究MEDI3902在治療中的功效，用于預(yù)防臨床使用呼吸機患者的院內(nèi)感染[51-52]。

藻酸鹽已成為開發(fā)人源IgG1 Ab Aerucin?的新靶點[51]。臨床前研究證據(jù)表明，與抗脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)的IgM Aerumab?相比，Aerucin?會阻礙生物膜形成，并表現(xiàn)出增強的補體激活作用[54]。Aerucin?已完成Ⅰ期安全性和PK試驗，正在進行一項針對雙肺、插管性肺炎患者的隨機雙盲的Ⅱ期臨床試驗，進一步對Aerucin?作為抗生素的輔助推定功效進行研究[51]。

6 展望

數(shù)十年來，由于廣譜抗生素的濫用導致耐藥菌的出現(xiàn)，同時，具有創(chuàng)新作用方式的新型抗感染藥的開發(fā)較少。這極大地使RTIs的治療復(fù)雜化，人類現(xiàn)在面臨回到抗生素時代的風險。除減少現(xiàn)有的治療方案外，管理抗藥性RTIs的費用很高，并且給負擔沉重的醫(yī)療系統(tǒng)帶來了巨大壓力。在這種情況下，RTIs的治療具有挑戰(zhàn)性，迫切需要新的治療方法，包括使用Abs。

目前在對抗RTIs中只有3個Abs(Palivizumab、Obiltoxaximab、Raxibacumab)獲得了許可，10個抗體已停產(chǎn)[16]。臨床實驗失敗的Abs，未能實現(xiàn)諾貝爾獎得主Paul Ehrlich提出應(yīng)對RTI“魔術(shù)子彈”的愿望?？赡艿脑蛴校菏紫?，抗原靶點的選擇存在諸多不確定性；其次，靶向病原體多種抗原的抗體使用，無疑具有更強殺菌活性和覆蓋范圍，但這必將使臨床開發(fā)復(fù)雜化和治療成本增加； 再次，如果臨床使用靶向單一抗原的單價抗體，可能其削弱病原體的效果不足。抗RTIs Abs無法從臨床前研究轉(zhuǎn)化為臨床試驗或無法完成臨床開發(fā)的原因，還可能是由于RTIs鼠模型的可預(yù)測性不足。盡管在動物和基于細胞的模型中對肺部感染的發(fā)病機理進行了廣泛研究，但人類發(fā)病機理的細節(jié)仍然難以捉摸。因此，要成功研發(fā)更有效的抗體治療，還需要進一步研究其發(fā)病機制，這將有助于正確靶點的選擇。

抗生素耐藥性和新型傳染病的出現(xiàn)，以及免疫功能受損患者的治療，都急需新的治療方法或新型藥物。其中，單克隆抗體是非常有前景的治療藥物，單克隆抗體可以參與殺死或中和病原微生物、清除受感染細胞，有助于消除感染。單克隆抗體將成為治療方案的理想選擇。此外，現(xiàn)有呼吸道感染疾病，常采用疫苗和抗生素進行疾病的預(yù)防和治療?；趩慰寺】贵w的新療法，也將逐漸證明其價值并產(chǎn)生重大影響。因為，單克隆抗體能夠為免疫低下或免疫缺陷患者提供抗感染治療，以及在治療嚴重病毒感染中，如新型冠狀病毒肺炎，單克隆抗體也將為藥物開發(fā)人員提供新的研發(fā)方向。