抗体片段药物介绍及其药代动力学特征

抗体疗法是一种利用基于抗体的分子治疗疾病的靶向治疗形式。单克隆抗体（mAbs）是由血浆B细胞在特定抗原的刺激下产生的免疫球蛋白。抗体在人体免疫系统中可以发挥多种作用，如促进体液和细胞对多种抗原的免疫反应，具有高特异性和长期疗效。自美国食品和药物管理局（FDA）于1986年批准首个单克隆抗体莫罗莫那-SD3以来，抗体已成为一类主要的治疗药物。目前全球已经有超过200种抗体疗法获得批准^[1]，涵盖癌症、免疫相关疾病、传染病和血液病等疾病领域。抗体疗法的优势在于其高选择性和对靶点的高亲和力。在过去的四十年里，抗体类药物的开发模式经历了快速发展和迭代，从传统的单克隆抗体扩展到抗体偶联药物（ADC）、双/多特异性抗体以及抗体片段等不同的药物形式^[2]。本文主要介绍抗体片段药物进展情况及其药代动力学特征。

图1. 抗体模式:典型抗体（a）、抗体-药物偶联物（b）、双特异性抗体（c）和抗体片段（d）。片段包括抗原结合片段（Fabs）、单链可变区（scFv）构建体和结构域抗体。^[2]

抗体片段药物的介绍

抗体分子可以通过生化或遗传手段提取单独的结构域。这些单独的结构域衍生的抗体片段药物可以分为三类：抗原结合片段（Fab）、单链可变片段（scFv）和重链可变片段（VHH, nanobody），已上市抗体片段药物见表1^[1,3]。以下分别介绍各类抗体片段。

抗原结合片段（Fab）用木瓜蛋白酶切割铰链区上方的重链，抗体可被分解为Fc片段（可结晶片段）和两个Fab片段。Fab片段的分子量约为50 kDa，仅为完整抗体的1/3，具有更好的组织渗透性。此外，由于缺少Fc区，Fab片段不会引起抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用（ADCC）、抗体依赖性细胞介导的吞噬作用（ADCP）、补体依赖的细胞毒性作用（CDC）等功能效应，体内的半衰期也明显缩短。Fab是最早的单克隆抗体（mAb）片段治疗药物，至今FDA已批准4个上市药物，包括阿昔单抗（abciximab）、雷珠单抗（ranibizumab）、培塞利珠单抗（certolizumab pegol）和依达赛珠单抗（idarucizumab），如表1所示。

表1. 已上市抗体片段药物

单链可变片段（scFv）单链可变片段（scFvs）是一种重组分子，其中编码抗原结合域的轻、重免疫球蛋白链的可变区域被设计成单个多肽。一般来说，VH和VL序列通过一个灵活的连接子序列连接，并产生一系列变体，以优化结合亲和力和稳定性^[4]。骨架多样化的scFv分子通过互补区域结合形成二价分子，互补的scFv本身以单链的形式存在（串联scFv），以及双特异性串联scFv（bis-scFvs）等^[4]。FDA已批准4个单链可变片段（scFvs）类上市药物。贝林妥欧单抗（blinatumomab）是一种靶向CD19/CD3双特异性串联scFv，于2014年被批准用于治疗急性淋巴细胞白血病。帕西妥莫单抗（moxetumomab pasudotox）是一种可识别人CD22的抗体-药物偶联物，于2018年被批准用于治疗毛细胞白血病。布西珠单抗（brolucizumab）是一种靶向抑制VEGF-A的人源化scFv，于2019年被批准用于治疗新生血管性年龄相关性黄斑变性。特本塔夫斯普（tebentafusp）是一种新型T细胞受体（TCR）双特异性免疫疗法，由可溶性TCR与抗CD3免疫效应器结构域融合而成，于2022年被批准用于治疗转移性葡萄膜黑色素瘤。

重链可变片段（VHH, nanobody）骆驼体内存在天然的缺失轻链的重链抗体，克隆其可变区可以获得只有重链可变区组成的单域抗体，称为VHH（variable domain of heavy chain antibody），也称为纳米抗体（Nb，nanobody，a single domain antibody），它是最小的功能性抗原结合片段^[5]。

VHH与传统IgG抗体的VH有相同的结构域（图2），包含保守的框架区（FR1、FR2、FR3 和 FR4）以及互补决定区（CDR1、CDR2和CDR3）。VH在FR2区中存在四个高度保守的疏水氨基酸（V37、G44、L45和W47）。而VHH将这些残基替换为亲水氨基酸（F37、E45、R47和G52），从而增强了溶解性。此外，VHH的CDR1与CDR3通过环间二硫键连接，从而提高了结构稳定性。另外，VHH的CDR1和CDR3的平均长度比VH的对应的CDR略长。VHH灵活的CDR3环犹如细长的“手指”，可以进入传统抗体无法到达的靶抗原空腔，从而实现更好的功能活性^[5]。

图2. (A)传统IgG抗体具有两条相同的重链，由VH、CH1、CH2和CH3结构域组成，以及两条相同的轻链，由VL和CL结构域组成。骆驼重链抗体含有一个VHH和两个恒定区域（CH2和CH3）。(B)VH和VHH的氨基酸序列的差异，以及VH和VHH的折叠结构。^[5]

VHH具有高效组织渗透、高稳定性、耐极端条件、高溶解度等优点。VHH在4°C和-20°C下的保质期长、耐受高温（60-80°C）和蛋白水解、耐受非生理pH（3.0-9.0）、耐受高压（500-750 MPa）。与传统抗体（分子量约150 kDa）相比，作为最小的抗体片段，VHH（分子量约15 kDa）组织穿透性最好，可以到达传统抗体达不到的病灶组织。另外，纳米抗体能够有效的穿透血脑屏障，为脑部给药提供了新方法。但由于分子量较小，纳米抗体容易被肾脏快速清除，半衰期较短，这既避免了潜在毒性作用，也限制了其持续疗效，可以通过聚乙二醇化、与白蛋白结合或融合、与抗体的Fc融合等手段延长半衰期。另外，VHH与人类的VH序列相似性很高（约75-90%），因此免疫原性较低。截止目前，全球已获批上市3款VHH药物，包括2018年FDA批准上市的二价的VHH药物卡普拉珠单抗（caplacizumab）、2021年在中国获批上市的VHH-Fc融合蛋白药物恩沃利单抗、2022年在日本获批上市的三价的VHH药物ozoralizumab，如表1所示。

抗体片段药物和单克隆抗体的比较

与单克隆抗体相比，抗体片段药物的优势和劣势较为明显，表2总结了各类抗体片段药物与单克隆抗体的优劣势对比^[6]。抗体片段药物由于没有Fc段，体内半衰期相较于完整抗体明显缩短，但同时组织渗透能力增强。同时，抗体片段在水溶性、稳定性等方面表现出优势。

表2. 抗体片段药物与单克隆抗体药物的优劣势对比^[6]

抗体片段药物的DMPK策略

与抗体药物相似，抗体片段药物在申报过程中所需提交的DMPK材料主要包括药物代谢动力学（PK）相关的体内数据。在进行抗体片段药物的PK试验设计时，需要考虑以下因素：

• 药物本身的性质；

• 药物的适应症。

已上市抗体片段药物在申报中提交的非临床药代动力学研究介绍如表3所示。

雷珠单抗和布西珠单抗均靶向VEGF-A，用于治疗眼部疾病。在向FDA提交的资料中，二者均提供了猴和兔的玻璃体内（IVT）给药相关的药动学数据。IVT给药后，应采集玻璃体、房水、视网膜各层及其他眼部组织（如睫状体、虹膜、角膜内皮）以及血清，以监测药物浓度和抗药物抗体（ADA）效应。

特本塔夫斯普是一种新型双特异性蛋白，由可溶性TCR与抗CD3免疫效应器结构域融合而成：一端是具有高亲和力的可结合特定抗原的可溶性T细胞受体，另一端是识别CD3的免疫效应结构域。它靶向gp100，因其识别的是人HLA呈递的gp100肽，缺乏合适的常规模拟动物模型，故研究者只在小鼠中进行了药代动力学评估。

相较于抗体药物，抗体片段药物的分子量较低，具有更佳的组织渗透性，因此在某些情况下也需考察抗体片段药物的组织分布情况。培塞利珠单抗是通过将50 kDa的人源化IgG Fab片段与40 kDa的聚乙二醇（PEG）组分结合而制成的。卡普拉珠单抗由259个氨基酸组成，通过AAA连接子（由三个丙氨酸构成）连接两个128个氨基酸的抗vWF（冯·维勒布兰德因子）的人源化纳米抗体，分子量不足28 kDa。在这两种药物向FDA提交的申请材料中，除常规的体内血清PK测试外，还进行了125I标记的放射性组织分布测试。另外，依达赛珠单抗和卡普拉珠单抗还开展了动物种属中的尿液排泄实验。

对于抗体片段药物，常用的检测方法包括酶联免疫吸附测定（ELISA）、液相色谱-质谱联用（LC-MS/MS）以及Western-Blot等。药明康德DMPK能够提供多种检测方法，包括ELISA、MSD电化学发光技术、Hybrid LBA-LC-MS以及专门用于测定缺乏保守区域的抗体片段药物的通用敏感竞争性酶联免疫吸附测定（USCE）等。

表3. 已上市抗体片段药物的非临床药代动力学研究概览^[3]

结语与展望

抗体片段药物相比完整抗体，由于其良好的组织渗透性、低免疫原性等优势，在治疗和诊断领域有巨大的应用潜力。VHH表现出相对突出的稳定性、高的溶解度以及较好的组织渗透性等优势，由VHH构成的双特异性抗体成为当前研究的热点之一。Sorriso Pharmaceuticals开发的SOR102是一种能够同时靶向TNF-α和IL-23p19的口服VHH双特异性抗体；Genentech亦报道了相关的口服VHH药物^[7]。此外，洛启生物开发的VHH吸入给药药物LQ036和LQ043H正在开展临床试验。辐联医药基于VHH开发的放射性偶联药物FL801，表现出较好的抗肿瘤活性和较低的肾脏蓄积。总结如表4所示。

近年来，抗体片段药物基于自身优势，在药物研发领域展现出巨大潜力。它们不仅能够实现如口服、吸入等多样化的给药途径，还可扩展传统抗体难以覆盖的疾病领域，推动抗体药物向更广泛、更精准的临床应用发展，成为抗体药物创新的重要驱动力。

表4. 抗体片段药物最新进展案例

作者：卢雪怡，程起干，金晶

编辑：钱卉娟，富罗娜·克里木

设计：张莹莹

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