双特性抗体的治愈奇迹

5月28日，Science杂志报道一位名叫Amy Boland的淋巴瘤患者的抗癌故事。Amy Boland与淋巴瘤对抗多年，还曾接受过CAR-T疗法，但是仍出现复发，最终在接受了双特异性抗体治疗后，淋巴瘤消失了，直到现在也没有复发。

图片来源：Science

Boland在12年前注意到自己腋下出现肿块，之后被告知患了淋巴系统癌症。她在此后的治疗中经历了病情多次反复，常规化疗帮助她缩小了淋巴瘤肿瘤，但肿瘤随后又卷土重来。而骨髓移植、免疫检查点抑制剂等一系列疗法，要么失败了，要么只是暂时缓解了她的症状。在最近的一次CAR-T疗法尝试中，医生们采集了她的T细胞并进行体外设计，以使它们更有针对性地杀死Boland的癌细胞。在将这些设计过的T细胞回输到她的体内后，癌症消失了，但两年后又复发了。

Amy Boland（图片来源：Science/MARY BOLAND）

“似乎没有什么疗法能真正对她起作用”，宾夕法尼亚大学的肿瘤学家Stephen Schuster说。

2018年10月，Boland加入了一项临床试验，尝试另一种利用她的免疫系统来杀死肿瘤细胞的方法。这项由Schuster参与主导的临床试验主要是测试一种双特异性抗体药物mosunetuzumab（罗氏的CD3×CD20双抗）的疗效。mosunetuzumab通过“分子绳”结构一边结合天然T细胞，一边结合淋巴瘤细胞，从而将这对“天敌”拉在了一起，发挥免疫细胞的靶向攻击作用。

就像早些时候接受CAR-T疗法一样，Boland在初始注射药物后会感到不适，得在医院里呆几个晚上，但这种抗体很快缓解了她的病情。一直到今天，在停药 mosunetuzumab一年多后，60岁的Boland似乎远离了癌症，过着正常的生活。

“我感觉很好，真的非常感激”，Boland说。

Boland参与的这项临床试验也在2019年12月成为了头条新闻。在2019年美国血液学会（ASH）年会上，Schuster报告称：在124例接受其他疗法失败的患者中，46例疾病进展的非霍奇金淋巴瘤患者在注射了mosunetuzumab之后肿瘤缩小。在同一个会议上，另一项小型临床试验数据表明，双特异性抗体对另一种血液癌症多发性骨髓瘤也同样有效。

抗体协会的执行主任Janice Reichert表示：“针对癌症的双特异性抗体已成为超级热门”。

几十年来，科学家们一直致力于研究双特异性抗体类抗癌药物，第一次取得临床成功是在12年前，这一结果在一段时间内快速推动了这一领域的发展，之所以没有CAR-T疗法率先引起轰动的部分原因在于双抗分子的设计和生产具有挑战性。不过，生物技术公司现在已经能使这些双抗类大分子药物更加安全和有效，这些抗体正在数十项临床试验中进行测试，期望它们能与CAR-T疗法竞争或超越CAR-T疗法。

约翰霍普金斯大学医学血液学家Robert Brodsky说：“如果双特异性抗体能像CAR-T细胞那样发挥作用，这将是一个巨大的进步和根本性改变”。双特异性抗体的一个主要优点是它们可以预先批量生产。相比之下，CAR-T疗法需要给每个癌症患者个性化制备CAR-T细胞。这一过程代价高昂，而且对一些重病患者来说，花费的时间太长。

不过，对于某些血液癌症，双特异性抗体并不能给患者带来类似CAR-T疗法中所观察到的长期缓解。正如CAR-T疗法所发生的那样，一些患者在测试双特异性抗体的试验中死亡，可能是由于药物引发了过度免疫反应。而双特异性抗体对实体瘤（如结肠癌和肺癌）的治疗效果可能不如像对血液肿瘤和淋巴肿瘤那样有效，CAR-T细胞也有同样的缺陷。

“抗体领域存在很多众所周知的问题。但这也是一个快速发展的领域，很多真正聪明的人都在致力于此。”罗氏子公司Genentech的抗体研究人员Paul Carter说道。

单克隆抗体作为一种癌症治疗方法有着悠久的历史。这种Y形蛋白与病毒、细菌或其它微生物上的抗原结合后能够可以直接破坏和清除病原体，也可以向免疫系统发出攻击病原体的信号。研究人员首先通过复制一种可以附着在肿瘤细胞特定抗原上的特异性抗体来学习利用这种天然系统，这标志人们发现了肿瘤细胞可以被免疫系统的非T细胞成分杀灭的方法。一些最有效、最畅销的抗癌药物就是这样的单克隆抗体，包括乳腺癌药物赫赛汀（曲妥珠单抗）。

较新的抗癌策略利用了T细胞。对人体来说，肿瘤细胞可以表现出足够的外源性，有时能训练T细胞去攻击它们。CAR-T细胞是为T细胞装载了一个可以靶向癌细胞抗原的受体，从而实现更强大的应答。检查点抑制剂是一类解除T细胞抑制状态的药物，也能激活T细胞攻击肿瘤细胞。

双特异性抗体提供了利用T细胞的第3种方法。在20世纪80年代中期，研究人员开始设计有两个tips的抗体，一个与肿瘤细胞抗原结合，另一个与T细胞表面的CD3蛋白相匹配。这个想法是直接将T细胞与肿瘤细胞联系起来，从而跳过了T细胞学习攻击癌症的必要步骤。1985年，Nature杂志上的两篇报道称这种双特异性抗体可以破坏培养皿中的癌细胞并能缩小小鼠体内的肿瘤，这无疑激发了该领域的研究热情。

图片来源：Science/C. BICKEL

但当双特异性抗体从细胞和实验动物转移到癌症患者身上进行测试时，这种兴奋感就消失了。在早期临床试验中，尽管一种抗体显示出缩小淋巴瘤的能力，但研究人员不得不在得出最终结果前停止给药，因为这些抗体的制造商已经用完了药物。双特异性抗体类药物的生产在当时很难，为了获得理想的双特异性抗体，科学家要在他们所获得的多个版本的分子中进行艰难的筛选。

双特异性抗体有时也会引发严重的副作用，包括肝损伤和过度免疫反应，其中白细胞会分泌大量有毒的细胞因子信号。这样的细胞因子“风暴”会导致发烧，严重时还会导致器官损伤（CAR-T细胞也会引起同样的过度免疫反应）。

慕尼黑大学的两位免疫学家Peter Kufer和Gert Riethmüller努力推进了一个在许多同事看起来会失败的想法：一种简化的双特异性抗体，其两个tips由一种柔性肽而不是传统的stem连接。简化的设计使得抗体的制造更容易，但由于stem的缺失，肾脏在2小时内会将其从血液中清除。在这种抗体的第一次临床试验中，非霍奇金淋巴瘤患者必须戴上泵持续注入抗体。尽管如此，在由德国生物技术公司Riethmüller联合发起、Micromet公司主导开展的试验中，7例淋巴瘤患者接受这种小剂量的双抗药物仍然全部都实现了肿瘤缩小。Micromet的首席科学官Patrick Baeuerle对此表示惊奇，并将这种药物称为双特异性T细胞衔接器（bispecific T cell engager，BiTE^®）。这项小型研究于2008年发表在Science杂志上，引起了生物技术公司和学术界的浓厚兴趣。

“整个领域都意识到这是一件大事，我们希望参与其中。”生物技术公司Xencor首席科学官John Desjarlais说道。

大约在同一时间，CAR-T疗法开始在一些白血病患者身上显示出令人印象深刻的结果，这也提高了人们对其他更简单的免疫疗法（如双特异性抗体）的兴趣。像CAR-T细胞一样，被BiTE刺激的T细胞释放出一种叫做颗粒酶和穿孔素的有毒分子，这些分子在肿瘤细胞上打孔，使肿瘤细胞自毁。

美国国家癌症研究所癌症治疗评估项目的高级研究员Elad Sharon说：“我认为双特异性抗体就像是‘现货型’的CAR-T细胞”。

2009年，第一种针对癌症的双特异性抗体在欧洲获得批准。它本来是用来清除一些癌症患者体内导致腹腔积液的恶性细胞，但效果不太好，所以这种药物只在市场上销售了几年。安进公司于2012年收购了Micromet，基于后者BiTE^®平台开发的双抗药物Blincyto（blinatumomab）使晚期急性淋巴细胞白血病患者的生存时间增加了一倍。双抗领域的研究自此又恢复了势头。从2014年开始，FDA批准该药治疗几种成人和儿童疾病。安进公司目前正在测试用于治疗其他癌症（包括骨髓瘤、肺癌、前列腺癌和脑癌）的BiTE药物。

另一些公司则急于通过使用蛋白质工程技术制造所需的双特异性抗体来改进BiTE。一些公司已经恢复了抗体的stem，这样蛋白质在血液中停留的时间更长，但经过修改后，其对肝脏的毒性也变得更小。像Boland这样的癌症患者不再需要戴上装有泵的药包，现在他们可以每3周静脉滴注一次这种药物。

科学家们还将肿瘤抗原结合位点的第二个拷贝添加到抗体的一个tip上（见上张图）。这种被称为“2+1”双特异性抗体的特殊设计是为了使抗体对癌细胞更具选择性，并且不太可能靶向携带少量癌抗原的健康细胞。

为了降低引发细胞因子风暴的风险，研究人员还设计了一种双特异性抗体，它可以捕捉一种叫做自然杀伤细胞（NK）的免疫细胞，替代T细胞。一些公司已经开始或正在准备对这种与NK细胞表面蛋白CD16结合的抗体进行临床试验。

赛诺菲公司癌症免疫学主管Dmitri Wiederschain说：“NK细胞如果被激活将是非常有效的肿瘤细胞杀手，而且这种免疫细胞导致的细胞因子释放会显著减少。”。

这些新版本的双特异性抗体现在更容易合成了。生物化学家Christoph Rader说：“抗体工程已经很成熟了，使这些分子变得相当有效是可能的”。

根据抗体协会执行主任Janice Reichert的统计，全超过60种针对癌症的T细胞定向双特异性抗体正在进行早期或晚期临床试验。据安进公司去年报道，在一些晚期前列腺癌患者身上，其BiTE显示出了使肿瘤缩小的迹象。

对于双特异性抗体来说，实体肿瘤是具有挑战性的，部分原因是实体肿瘤往往缺乏独特的抗原让抗体捕获。许多肿瘤也被血管、组织和免疫细胞包围，这形成了T细胞不易穿透的屏障。不过，纪念斯隆·凯特林癌症中心的Nai-Kong Cheung说，小鼠研究的结果表明，一些双特异性抗体可以将T细胞带入肿瘤。他的实验室已经系统地调整了设计因素，例如如何排列结合位点，以了解是什么优化分子的效力。

此外，一些公司还希望用可以同时结合CD3以及T细胞表面另一个被称为“第二信号”蛋白（CD28）的双特异性抗体来增强对实体肿瘤的攻击。再生元高级副总裁Israel Lowy提到：“因为一种被设计用来结合CD28的抗体在2006英国临床试验中使6名健康志愿者因细胞因子释放综合征病危，多年来业界一直害怕触碰称为CD28的蛋白质。”

然而新研究表明，安全地利用CD28是有可能的。去年在Nature Cancer杂志上，赛诺菲的一个研究小组报告说，一种与CD28、CD3和癌症抗原相匹配的三特异性抗体消灭了小鼠的骨髓瘤。其他公司已经通过制造两种双特异性分解了这个“任务”：一种靶向肿瘤抗原和CD28或另一种生长信号受体；另一种结合肿瘤抗原和CD3。

“我们希望这种共刺激的双特异性抗体可以帮助我们在实体肿瘤中实现应答”，Lowy说道。再生元在一月份的Science Translational Medicine杂志上报告称，这种两种药物的组合可以缩小小鼠卵巢肿瘤和减缓前列腺肿瘤的生长。

下一代的双特异性抗体是否会让CAR-T疗法黯然失色？CAR-T疗法先驱、宾夕法尼亚大学的Carl June对此持怀疑态度。他指出，许多接受过blinatumomab治疗的白血病患者最终会复发，因为癌细胞对这种药物产生了抗药性，所以肿瘤学家主要把它作为一种“桥梁”，直到病重的患者能够得到干细胞移植或CAR-T细胞治疗。June补充说，双特异性抗体在许多T细胞被清除或耗尽的癌症患者中可能不起作用，因为剩下用于攻击癌细胞的免疫细胞太少了。相比之下，CAR-T疗法通过在体外培养细胞来补充免疫系统，这是双特异性抗体不可能做到的。

Stephen Schuster在两个研究领域都有所涉及。他负责Boland的研究，并与June共同主导CAR-T疗法试验。他指出，双特异性抗体仍在证明自己。安进公司去年的一份报告显示一些对blinatumab反应良好的淋巴瘤患者在7年后仍然活着，这表明他们可以长期处于缓解期。Schuster表示：“我相信，在未来的2到5年内，双特异性抗体针对包括实体瘤在内的耐药肿瘤的治疗能力将有质的飞跃”。

Amy Boland的癌症扫描显示，从她的双特异性抗体治疗开始（左）到12周后（右），她的淋巴瘤肿瘤显著消失。（图片来源：Science/ PENN MEDICINE）

Stephen Schuster和其他癌症研究者认为CAR-T细胞、检查点抑制剂和双特异性抗体是可以互换的。“为什么不尝试结合所有这些疗法呢？所有这些调控免疫系统治疗癌症的方法本质上是异曲同工的”，Schuster说道。

他正在准备一项试验，给病人提供CAR-T细胞，然后是一种双特异性药物。不过，加倍治疗可能有风险。去年在这样的一个试验中，两名患者在出现细胞因子释放综合征后死亡。

在与淋巴瘤的斗争中，Boland亲眼看到3个孩子长大并上了大学，她对这一现状表示满意。她说：“我希望能持续下去，但如果不能，我相信总会有更多的治疗方法。不用担心，因为没人知道接下来会发生什么。”

参考资料：

Designer antibodies fight cancer by tethering immune cells to tumor cells （来源：Science）

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