战疫过程“全覆盖”,抗新冠病毒的单克隆中和抗体到底是何方神圣?6000字长文深度解析

2022-04-23 预防公卫新前沿 网络

在人类抗击新冠疫情的过程中,单克隆中和抗体会成为新冠疫苗有力的补充,同时与小分子抗病毒药物一起让更多的患者免于住院或死亡,并给使用者提供长期的免疫保护。

说起中和抗体,大家一定不陌生。

在新冠疫情爆发之初,很多科研团队就开始在康复者血浆中寻找治疗新冠的“特效药”——中和抗体。时至今日,国内外已经有多款单克隆中和抗体获批用于新冠肺炎的治疗和预防

要想搞清楚单克隆中和抗体为何能成为抗击新冠疫情的“多面手”,我们还得从132年前说起。

能抗衡难治的癌症,能应对最烈的病毒

1890年,36岁的埃米尔·阿道夫·冯·贝林(Emil Adolf von Behring),在一份德文期刊上发表了一项里程碑式的研究成果[1]:对白喉产生免疫能力的动物血浆,可以用来治疗白喉感染。埃米尔·阿道夫·冯·贝林因这项工作获得了1901年颁发的首个诺贝尔生理学或医学奖[2]。

也正是这个研究,奠定了体液免疫研究的基础,预示着康复者血浆中存在对抗病原微生物的中和抗体。换句话说,人类对抗体的认知,是从抗感染开始的

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▲ 诺奖官网截图

在随后的时间里,恢复期血浆治疗(CPT)曾被用于治疗流感病毒、呼吸道合胞病毒(RSV)、埃博拉病毒以及其他冠状病毒的感染[3]。同样的,恢复期血浆也被用于新冠肺炎的治疗。

从理论上讲,恢复期血浆可以迅速应对新型病毒的爆发。不过,恢复期血浆也存在一些不足,例如稳定性和可及性较差,缺少大型随机对照临床研究证明它给患者带来的收益和风险,等等[3]。以上的种种不足,在一定程度上限制了恢复期血浆在临床上的应用。

好在科学一直在进步。在埃米尔·阿道夫·冯·贝林那篇论文发表后的85年里,科学家陆续发现了产生抗体的B细胞,还以原子级的分辨率搞清楚了抗体的结构,让我们对抗体的认知越来越清晰。

到1975年,让抗体真正成为一种药物的技术出现了。那一年,Georges Köhler和César Milstein发明了生产单克隆抗体技术[4],9年之后他们也因此获得了诺贝尔生理学或医学奖[5]。这项革命性技术的诞生,让单抗类药物成为制药届的新星。

在我们最为熟知的肿瘤领域,针对CD20、HER2、EGFR和PD-1/L1等靶点的靶向治疗或免疫治疗抗体药物不断涌现,它们的诞生改写了癌症的治疗范式

 

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在抗病毒领域,单抗也发挥着重要的作用。

统计,截至2021年3月,包括呼吸道合胞病毒感染和埃博拉病毒感染在内的9个传染病领域,至少有21种中和抗体进入临床后期阶段或者获得批准上市[3]。其中,第一个获批的抗病毒中和抗体可以追溯到1998年,当时美国FDA批准了单抗隆抗体palivizumab用于预防儿童感染呼吸道合胞病毒

值得一提的是,生物安全等级为4级的烈性传染病病毒——埃博拉病毒的首个获批治疗药物也是中和抗体。2020年10月,美国FDA批准了单克隆抗体组合Inmazeb(atoltivimab、maftimab和odesivimab-ebgn),用于治疗成人和儿童埃博拉病毒感染者[6]。仅仅两个月之后,FDA又批准了第二个治疗埃博拉病毒感染的药物——中和抗体Ebanga(Ansuvimab-zykl)[7]。时至今日,获批的抗埃博拉病毒药物仍只有这两个中和抗体组合,由此可见中和抗体在抗病毒领域的重要地位。

单克隆中和抗体的筛选和作用机制

那抗病毒用的单克隆中和抗体究竟是如何开发出来的呢?

从埃米尔·阿道夫·冯·贝林一百三十多年前的研究中我们不难发现,感染康复者血浆中就有抗病毒的中和抗体。然而,要从中找到抗病毒能力最强的中和抗体也并不容易。

简单来讲,整个过程可以分为五步:获取康复者血浆、寻找产生中和抗体的B细胞、鉴定、抗体特征分析和筛选(有些抗体还会进一步改造)。每一步都涉及多种方法和评估参数。

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▲ 中和抗体筛选流程[3]

以腾盛博药的抗新冠病毒单克隆中和抗体组合安巴韦单抗/罗米司韦单抗(BRII-196/198)为例,它们是腾盛博药、清华大学和深圳市第三人民医院的研究人员,历时近两个月,从8名深圳新冠感染者的血浆中筛选并改造出来的

从研究论文来看,他们一共分离到了206株能与新冠病毒刺突蛋白受体结合区域(RBD)特异性结合的单克隆抗体,并详细分析了各个抗体与RBD结合的特点,最终筛选出一对活性最高、互补性超强的中和抗体[8,9]。在这对抗体的基础上,研究人员改造出了半衰期更长的安巴韦单抗/罗米司韦单抗组合。

作为一种被动免疫方式,治疗新冠感染的单克隆中和抗体的作用机制主要包括以下几方面。

第一,阻断新冠病毒RBD与人体细胞血管紧张素转化酶2(ACE2)结合,达到阻止新冠病毒感染人体细胞的目的;第二,中和抗体可以与表达病毒抗原的被感染细胞结合,促进巨噬细胞吞噬、激活抗体及补体依赖的细胞凋亡,加速感染细胞清除;第三,中和抗体结合病毒后,可促进病毒被巨噬细胞吞噬清除[3]。

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▲ 中和抗体抗病毒机制[3]

治疗新冠感染,使用范围不受限且窗口期更长

从以上内容可以看出,在新型传染病疫情爆发的时候,从康复者体内筛选强效中和抗体,是人类应对疫情快速且有效的措施。新冠疫情期间获批的中和抗体就是最好的例子。

实际上,自2020年底开始,就有多个中和抗体陆续获得美国FDA的紧急使用授权(EUA),用于新冠肺炎的防治。例如礼来的bamlanivimab/etesevimab能将有高危风险的轻中症患者的住院及死亡风险降低87%[10],再生元的casirivimab/imdevimab也能将这一群体的住院及死亡风险降低70%[11],而sotrovimab的这一数据为79%[12,13]。虽然礼来的另一个中和抗体bebtelovimab尚未发表三期临床研究数据,但是也已经获得美国FDA的紧急使用授权[14]。

中国国家药品监督管理局(NMPA)应急批准的第一个抗新冠病毒药物也是中和抗体——安巴韦单抗/罗米司韦单抗[15]。从三期研究最终分析数据来看,与安慰剂组相比,安巴韦单抗/罗米司韦单抗治疗组患者的住院及死亡风险降低80%(P值<0.00001),治疗组受试者在28天的治疗期内无死亡病例,而安慰剂组有9例死亡,且症状出现10天内均可显著获益[16]。也正是基于以上的数据,安巴韦单抗/罗米司韦单抗还被作为抗病毒方案写入最新发布的《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第九版)》[17]。

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▲ 新冠病毒(图片来源:NIAID-RML)

从去年11月开始,奥密克戎(B.1.1.529或BA.1)突变株逐渐席卷全球。由于奥密克戎突变株刺突蛋白上出现了超过30个突变,导致许多中和抗体的活性丧失或有所下降,不过sotrovimab和安巴韦单抗/罗米司韦单抗组合的中和活性均未受到显著影响[18,19]。

今年年初,科学家在监测奥密克戎(BA.1)突变株进化情况时,发现新的亚型BA.2。在随后的研究中,科学家发现奥密克戎BA.2比BA.1传播性更强[20]。由于BA.2与BA.1在RBD上存在一定的差异[21],疫苗和中和抗体的预防和治疗效果受到挑战。

从美国国立卫生研究院(NIH)4月8日更新的新冠肺炎的治疗指南来看[22],对于非住院的成人患者而言,中和抗体仅推荐bebtelovimab。因为有基础研究证实,bebtelovimab对奥密克戎BA.2的中和活性不受影响[23]。不过,bebtelovimab的关键三期临床数据还没有发布,因此NIH对它的推荐级别为CIII[22]。

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▲ NIH推荐的治疗方案

至于对奥密克戎BA.1保持了中和活性的sotrovimab,由于4月5日被美国FDA宣布停用而没有被NIH推荐。从美国FDA公布的信息来看[24],sotrovimab之所以被停用,主要是因为中和活性下降及血药浓度不足。

具体来说[24],与野生型相比,sotrovimab对BA.2的EC50下降了15.7倍;还有两项研究表明,sotrovimab对BA.2的EC90分别下降了48.1倍(1.476ug/ml)和25.3倍(0.68ug/ml)。从sotrovimab的药代动力学数据来看,在单次注射(500mg)之后,sotrovimab的最大血药浓度为143ug/ml,不到EC90的10倍[24]。正是基于以上信息,FDA认为之前推荐剂量的sotrovimab不适用于BA.2。

需要指出的是,华盛顿大学医学院的研究人员发表的一项研究表明,sotrovimab对BA.2的中和活性虽然下降了,但是仍能通过Fc段与效应细胞结合而减轻BA.2对表达人ACE2易感小鼠肺部的感染[25]。

安巴韦单抗/罗米司韦单抗组合对BA.2的中和活性也有所下降,体外假病毒实验表明,这一组合对BA.2的IC50为1.13ug/ml(腾盛博药提供数据)。不过,由于这一组合单次静脉给药(1000mg/1000mg)之后,血药浓度可在5小时左右迅速达到峰值;即使在注射后1周时,这一组合的血药浓度也能维持在(202+154)ug/ml,是针对BA.2中和活性IC50的约220倍以上[26]。因此,目前认为这一组合对BA.2仍有治疗效果。

当然,无论是bebtelovimab,还是sotrovimab,以及安巴韦单抗/罗米司韦单抗组合,它们对BA.2的效果究竟如何,都需要进一步的临床研究证实

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▲ 新冠病毒(图片来源:NIAID-RML)

在临床治疗中,中和抗体还有几个不可替代的优势。

首先,被NIH推荐的小分子抗病毒药物Paxlovid(奈玛特韦片/利托那韦片)和Remdesivir的使用受患者的肾功能影响,如果患者的肾小球滤过率(eGFR)<30mL/min就不推荐使用或限制使用条件[22]。而这类患者更容易发生突破性感染并进展为重症[27],适合尽早给予单克隆中和抗体治疗。

其次,Paxlovid包含的利托那韦是CYP3A的强抑制剂,很多常用的药物是通过CYP3A代谢的,它可能会增加这些药物的毒性。此外,还有一些药物能增强CYP3A的活性,这些药物与Paxlovid联用可能会降低奈玛特韦的血药浓度。例如临床常用的心血管药物如胺碘酮、氯吡格雷、利伐沙班等均与利托那韦存在相互作用。在最新更新的治疗指南中,NIH也明确列出了不能与Paxlovid同时使用,或需要调整剂量的药物[22]。而单克隆中和抗体也不存在这个问题

第三,在目前获批的抗病毒药物之中,无论是小分子还是中和抗体,安巴韦单抗/罗米司韦单抗的治疗时间窗口(出现症状10天)都是最长的[9,10,12,15,22]。这也意味着这个组合能让更多患者获益。最后,长半衰期的中和抗体能有效维持血药浓度,给患者提供长期保护。这个问题,我们在下一部分展开讲。

预防感染新冠,中和抗体是疫苗的有力补充

中和抗体的另一个重要作用是预防新冠感染。

虽然公共卫生措施和疫苗是预防新冠的重要手段,但是二者均有不足之处。拿接种疫苗来讲,它面临的第一个问题是衰老、免疫功能低下、基础疾病多和病毒的变异等会影响疫苗的有效性[28,29];第二个问题是疫苗的保护效力也会随接种时间延长而下降[30]。因此在二者之外,需要一个有效的预防手段,弥补二者的不足。

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▲ 不同人群峰值和试验结束时的抗体滴度比较[29]

临床研究数据证明,长半衰期的中和抗体是一种重要的长期被动免疫工具

例如,中和抗体组合casirivimab/imdevimab在新冠感染者家庭成员中开展的暴露后预防3期临床试验结果显示,皮下注射单剂量能将有症状新冠感染的风险降低81%[31];而长效中和抗体组合tixagevimab/cilgavimab的暴露前预防3期临床研究数据表明,中位随访83天,与安慰剂相比,这一组合可将出现症状的新冠感染风险降低77%[32]。

目前以上两种预防措施分别获得FDA的暴露后预防[33]和暴露前预防[34]紧急使用授权。此外,bamlanivimab/etesevimab组合[35]也获得了FDA的暴露后预防紧急使用授权。

从FDA指定的tixagevimab/cilgavimab适用人群来看[36],由于医疗原因而导致免疫中度至重度受损,或因接受免疫抑制药物或治疗而无法对新冠疫苗产生足够免疫反应的人,以及由于对新冠疫苗和/或新冠疫苗成分有严重不良反应(如严重过敏反应)史,而不建议接种任何已批准或授权新冠疫苗的人,能从中和抗体的预防性功能中获益

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▲ 新冠病毒(图片来源:NIAID-RML)

不过,在奥密克戎BA.2突变株成为主要流行株之后,仅有长效中和抗体组合tixagevimab/cilgavimab仍被FDA推荐用于新冠肺炎的暴露前预防

从FDA公布的说明书来看,与野生型参考毒株相比,tixagevimab/cilgavimab(150mg/150mg)对BA.1的半最大效应浓度(EC50)下降了12-30倍,因此FDA根据I期药代动力学研究,将tixagevimab/cilgavimab的给药剂量提高一倍(300mg/300mg);这一组合对BA.2的半最大效应浓度(EC50)下降5.2倍,仍保持对BA.2的有效性,目前FDA建议的tixagevimab/cilgavimab用量仍是300mg/300mg[37]。

值得一提的是,中和抗体组合tixagevimab/cilgavimab之所以能提供长久的保护,是因为tixagevimab/cilgavimab的Fc段经过了YTE改造,半衰期提升到80天以上[38]。我国获批的安巴韦单抗/罗米司韦单抗的Fc段也同样经过了YTE改造,大幅提升了半衰期[26],使这个组合也具备了提供长期保护的潜力。

以上的内容表明,新冠中和抗体是新冠疫苗的有力补充,可以有效保护不能接种疫苗或疫苗效果欠佳的人群。而对于已经感染的高风险人群,应用后亦有潜力提供长期保护,避免再次感染。

总的来说,抗体作为一种药物在临床上使用已经非常广泛,单克隆抗体类药物的诞生改写了包括癌症在内的多种疾病的治疗范式,让很多患者获得了新生。

在抗病毒领域,单克隆中和抗体作为一种能够快速获得,且能用于传染病治疗和预防的药物,展现了它抗疫“多面手”的特质

 

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▲ 单克隆中和抗体可以用于新冠防治的多个阶段

可以想见,在人类抗击新冠疫情的过程中,单克隆中和抗体会成为新冠疫苗有力的补充,同时与小分子抗病毒药物一起让更多的患者免于住院或死亡,并给使用者提供长期的免疫保护。

参考文献:

[1].Behring E. Ueber das zustandekommen der diphtherie-immunität und der tetanus-immunität bei thieren[J]. Drucke 19. Jh., 1890.

[2].https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1901/summary/

[3].Taylor PC, Adams AC, Hufford MM, et al. Neutralizing monoclonal antibodies for treatment of COVID-19. Nat Rev Immunol. 2021;21(6):382-393. doi:10.1038/s41577-021-00542-x

[4].Köhler G, Milstein C. Continuous cultures of fused cells secreting antibody of predefined specificity. Nature. 1975;256(5517):495-497. doi:10.1038/256495a0

[5].https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1984/summary/

[6].https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/fda-approves-first-treatment-ebola-virus

[7].https://www.fda.gov/drugs/news-events-human-drugs/fda-approves-treatment-ebola-virus

[8].Ju B, Zhang Q, Ge J, et al. Human neutralizing antibodies elicited by SARS-CoV-2 infection. Nature. 2020;584(7819):115-119. doi:10.1038/s41586-020-2380-z

[9].Wang R, Zhang Q, Ge J, et al. Analysis of SARS-CoV-2 variant mutations reveals neutralization escape mechanisms and the ability to use ACE2 receptors from additional species. Immunity. 2021;54(7):1611-1621.e5. doi:10.1016/j.immuni.2021.06.003

[10].Dougan M, Azizad M, Mocherla B, et al. A randomized, placebo-controlled clinical trial of bamlanivimab and etesevimab together in high-risk ambulatory patients with COVID-19 and validation of the prognostic value of persistently high viral load. Clin Infect Dis. 2021;ciab912. doi:10.1093/cid/ciab912

[11].https://www.prnewswire.com/news-releases/phase-3-data-presented-at-ats-2021-show-regen-cov-casirivimab-with-imdevimab-reduced-risk-of-hospitalization-or-death-by-70-in-non-hospitalized-covid-19-patients-301292557.html

[12].Gupta A, Gonzalez-Rojas Y, Juarez E, et al. Early Treatment for Covid-19 with SARS-CoV-2 Neutralizing Antibody Sotrovimab. N Engl J Med. 2021;385(21):1941-1950. doi:10.1056/NEJMoa2107934

[13].Gupta A, Gonzalez-Rojas Y, Juarez E, et al. Effect of Sotrovimab on Hospitalization or Death Among High-risk Patients With Mild to Moderate COVID-19: A Randomized Clinical Trial. JAMA. 2022;327(13):1236-1246. doi:10.1001/jama.2022.2832

[14].https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/coronavirus-covid-19-update-fda-authorizes-new-monoclonal-antibody-treatment-covid-19-retains

[15].https://www.nmpa.gov.cn/yaowen/ypjgyw/20211208212528103.html

[16].https://newsfile.futunn.com/notice/2021/12/05/10041073-0.PDF

[17].http://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2022-03/15/5679257/files/49854a49c7004f4ea9e622f3f2c568d8.pdf

[18].Liu L, Iketani S, Guo Y, et al. Striking antibody evasion manifested by the Omicron variant of SARS-CoV-2. Nature. 2022;602(7898):676-681. doi:10.1038/s41586-021-04388-0

[19].https://mp.weixin.qq.com/s/48JorUncaQ_isz07rBpVPw

[20].https://www.who.int/news/item/22-02-2022-statement-on-omicron-sublineage-ba.2

[21].Takashita E, Kinoshita N, Yamayoshi S, et al. Efficacy of Antiviral Agents against the SARS-CoV-2 Omicron Subvariant BA.2. N Engl J Med. 2022. doi:10.1056/NEJMc2201933

[22].https://www.covid19treatmentguidelines.nih.gov/management/clinical-management/nonhospitalized-adults--therapeutic-management/

[23].Iketani S, Liu L, Guo Y, et al. Antibody evasion properties of SARS-CoV-2 Omicron sublineages. Nature. 2022;10.1038/s41586-022-04594-4. doi:10.1038/s41586-022-04594-4

[24].https://www.fda.gov/media/149534/download

[25].Case J B, Mackin S, Errico J, et al. Resilience of S309 and AZD7442 monoclonal antibody treatments against infection by SARS-CoV-2 Omicron lineage strains[J]. bioRxiv, 2022.

[26].Zhang Y, Hao X, Ma J, et al. Phase 1 safety and pharmacokinetics studies of BRII-196 and BRII-198, SARS-CoV-2 spike-targeting monoclonal antibodies[J]. medRxiv, 2021.

[27]. ERA-EDTA Council; ERACODA Working Group. Chronic kidney disease is a key risk factor for severe COVID-19: a call to action by the ERA-EDTA. Nephrol Dial Transplant. 2021;36(1):87-94. doi:10.1093/ndt/gfaa314

[28].Tregoning J S, Flight K E, Higham S L, et al. Progress of the COVID-19 vaccine effort: viruses, vaccines and variants versus efficacy, effectiveness and escape[J]. Nature Reviews Immunology, 2021, 21(10): 626-636.

[29].Levin E G, Lustig Y, Cohen C, et al. Waning immune humoral response to BNT162b2 Covid-19 vaccine over 6 months[J]. New England Journal of Medicine, 2021.

[30].Lin D Y, Gu Y, Wheeler B, et al. Effectiveness of Covid-19 Vaccines over a 9-Month Period in North Carolina[J]. New England Journal of Medicine, 2022.

[31].O’Brien M P, Forleo-Neto E, Musser B J, et al. Subcutaneous REGEN-COV antibody combination to prevent Covid-19[J]. New England Journal of Medicine, 2021, 385(13): 1184-1195.

[32].https://www.astrazeneca.com/media-centre/press-releases/2021/azd7442-prophylaxis-trial-met-primary-endpoint.html

[33].https://www.fda.gov/drugs/drug-safety-and-availability/fda-authorizes-regen-cov-monoclonal-antibody-therapy-post-exposure-prophylaxis-prevention-covid-19

[34].https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/coronavirus-covid-19-update-fda-authorizes-new-long-acting-monoclonal-antibodies-pre-exposure

[35].https://www.fda.gov/drugs/drug-safety-and-availability/fda-authorizes-bamlanivimab-and-etesevimab-monoclonal-antibody-therapy-post-exposure-prophylaxis

[36].https://www.fda.gov/drugs/drug-safety-and-availability/fda-authorizes-revisions-evusheld-dosing

[37].https://www.fda.gov/media/154701/download

[38].Loo YM, McTamney PM, Arends RH, et al. The SARS-CoV-2 monoclonal antibody combination, AZD7442, is protective in nonhuman primates and has an extended half-life in humans. Sci Transl Med. 2022;14(635):eabl8124. doi:10.1126/scitranslmed.abl8124

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