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熙宁小课-第113期 | 靶向异源二聚体的差异化药物发现
发布作者:熙宁生物发布时间:2023-08-18

在新药研发领域,“一款创新药研发平均需要10年时间10亿美元”深入人心,周期长且风险高也是人所共知。随着国内药物研发路径趋于成熟,低处果实均被采摘,如何研发一款有市场竞争力,且针对临床未满足需求的创新药是值得所有新药研发人员思考的问题。静待国外同靶点药物验证药效后再快速跟进会陷入极致内卷,进入PD-1/PD-L1,Claudin18.2,HER2等靶向药物的同质化竞争泥潭;紧追MNC企业一,二期药物研发脚步,也可能会陷入类似于免疫检查点TIGIT,CD40,4-1BB,PD-L1-TGF Trap等药物临床三期失败,自身管线变为负资产的尴尬境地。


First in class风险太大,fast follow会陷入极致内卷,best in class或是一种选择。在已验证药效的靶点中采用差异化的药物设计来实现更优的药效学效果,第一三共的靶向HER2的DS-8201是典型代表,最近国内密集出海的HER2 ADCs,Claudin18.2 ADCs是值得学习的成功案例。这些案例都是基于药物技术平台的更替产生颠覆性的效果,属于技术平台的胜利,笔者从另一个维度,简单介绍基于异源二聚体靶点生理学特征,差异化药物靶向性,达到更优的药效学效果,实现best in class的案例供药物研发同仁做参考。


PART 01

异源二聚体的结构特征和生理学作用


在药物研发领域,一些为人们所熟知的有药物开发潜力的靶点,如HER2、CD3、FcRn、整合素α4β7、IL-12以及IL-23,从蛋白质的结构来看,它们要么是由不同的蛋白单元构成的异源二聚体,要么在生理条件下需要以异源二聚的方式发挥其生物功能。


HER2药物研发是创新药物研发迭代的缩影,先讲讲HER2的故事,如下图所示HER2属于酪氨酸激酶家族,其在配体介导下生理学条件下,其和本身形成同源二聚体,与EGFR,HER3, HER4形成异源二聚体激活下游信号通路,促进细胞的增殖和存活。First in class药物罗氏/Genentech的曲妥珠单抗靶向HER2的Domain IV,通过介导ADCC作用发挥抗肿瘤作用;而后续开发的差异化帕妥珠单抗,则靶向的是HER2的Domain II,除了ADCC作用外,还可以通过阻断HER2与其它HER受体的杂二聚,从而减缓肿瘤的生长。虽然靶向的均为HER2,但是基于HER2的异源二聚开发的帕妥珠相对于曲妥珠是差异化选择,和曲妥珠联用,也发挥了1+1>2的药效学作用。后续开发的是T-DM1,然后是DS-8201,新药研发的进程是不断自我突破的进程。


曲妥珠单抗和帕妥珠单抗的作用机理



PART 02

靶向IL-23的差异化药物研发和靶向CD3的差异化药物研发


1

IL-23的差异化药物

IL-23是IL-12家族的一员,该家族的蛋白均为异源二聚体,且亚基之间有通用的情形,如下图IL-12和IL-23共用p40亚基,IL-12和IL-35共用p35亚基,IL-27和IL-35共用EBI3亚基,最新的新成员IL-39共用p19和EBI3亚基。IL-12成员家族亚基的共用情形为药物研发选择泛靶向性还是特异性靶向性提供的选择。


IL-12家族细胞因子的分子结构


随着Th17细胞的发现以及IL-23、IL-17生物学研究的深入,抗IL-17和抗IL-23成为了慢性炎症和自身免疫疾病治疗的重要研究方向。Ustekinumab是全球第一个获批上市的抗IL-23/12抗体,2009年上市,靶向的是IL-23/12的共有亚基p40,而后续上市的抗体均靶向的是IL-23 p19亚基,是基于生理学原理,从first in class 到best in class差异化选择的结果,如下图所示特异性靶向IL-23的抗体在银屑病领域其临床结果优于靶向IL-23/12的泛靶点抗体。


IL-23单抗的临床数据汇总


2

CD3的差异化药物

全世界上市的第一款抗体药物为靶向CD3的OKT3,其为强效免疫抑制剂,其适应症为肾移植术后难治性排斥反应,和现如今将OKT3作为CD3激动剂,或者CD3 based双抗将CD3抗体作为免疫激动剂用于抗肿瘤领域是完全相反作用机理。CD3本身为异源二聚体,目前靶向CD3的抗体均靶向的是CD3e,在生理条件下CD3e和CD3δ,CD3e和CD3γ形成异源二聚体发挥免疫激活作用。


CD3蛋白的分子结构


靶向CD3e的表位不同可能是OKT3实现免疫抑制的关键,同时OKT3人源化和Fc工程化的抗体hOKT3γ1 (Ala-Ala) teplizumab,不和Fc受体结合,已成功获批上市,治疗I型糖尿病,继续发挥强效免疫抑制剂的功能。靶向CD3,其发挥的是免疫激活功能,还是免疫抑制功能?靶向CD3δ或者CD3γ是否会发挥免疫激活或者免疫抑制效果,来满足临床未满足的需求?将会是一个差异化的选择点,值得进一步去探索。


PART 03

异源二聚体的体外活性检测


异源二聚体的差异化靶向性需要基于对靶点蛋白分子结构的了解,也需要对其生理学状态有深刻的认知,同时也需要有合适的体外体内药效学模型进行有效的活性评估,其难度较大。对难度较大项目的深入研发也是从first in class实现到best in class跨越的必经之路。


熙宁生物|精翰生物的体外活性分析平台基于对异源二聚体的深刻认知,以异源二聚体蛋白天然存在的肿瘤细胞系,过表达细胞系和免疫细胞为核心材料,建立丰富的异源二聚靶点蛋白的体外药效学模型方法库,提供从蛋白水平,肿瘤细胞水平,免疫细胞水平,体内药效学和临床药效学一体化的异源二聚体靶点的药效学活性分析服务。


熙宁生物|精翰生物体外活性检测服务内容


部分示例如下:

· 异源二聚过表达细胞株构建


· CD3抗体细胞学功能表征


· IL-12/IL-23刺激免疫细胞功能学模型建立


参考文献:

[1] Oh, DY., Bang, YJ. HER2-targeted therapies — a role beyond breast cancer. Nat Rev Clin Oncol 17, 33–48 (2020). https://doi.org/10.1038/s41571-019-0268-3

[2] Choi J, Leung PS, Bowlus C, Gershwin ME. IL-35 and Autoimmunity: a Comprehensive Perspective. Clin Rev Allergy Immunol. 2015 Dec;49(3):327-32. doi: 10.1007/s12016-015-8468-9. PMID: 25619872.

[3] https://doi.org/10.1080/19420862.2021.1964420

[4] Herold KC, Burton JB, Francois F, Poumian-Ruiz E, Glandt M, Bluestone JA. Activation of human T cells by FcR nonbinding anti-CD3 mAb, hOKT3gamma1(Ala-Ala). J Clin Invest. 2003 Feb;111(3):409-18. doi: 10.1172/JCI16090. PMID: 12569167; PMCID: PMC151852.

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