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CD47靶向药物:保持药效的前提下可避免血液毒性

发布日期:2020-07-08 浏览次数:33

CD47靶向药物:保持药效的前提下可避免血液毒性


原创: 田文志


行业内关于CD47靶向药物的血液毒性讨论颇多,针对这个问题宜明昂科创始人田文志博士进行了深入论述,供大家参考。

CD47是一种广泛表达的膜蛋白,基本上正常组织(包括红细胞)都表达,主要作为一种自我保护蛋白。CD47所对应的配体是SIRPα,主要在巨噬细胞表达,当与CD47结合时,传递抑制信号,抑制巨噬细胞的吞噬活性。CD47-SIRPα相互作用诱导的抑制信号就是所谓的“别吃我”信号。肿瘤细胞为了逃逸巨噬细胞的攻击,也通过高表达CD47诱导“别吃我”信号,从而保护自己。

靶向CD47的抗体药物主要通过激活巨噬细胞来发挥抗肿瘤作用,而要充分激活巨噬细胞,需要两个基本条件:1)阻断CD47-SIRPa之间的相互作用(比如CD47抗体或者SIRPα-Fc),从而解除抑制信号;2)IgG1的Fc端与巨噬细胞膜表面的Fcγ受体结合,刺激巨噬细胞膜骨架结构的改变,为吞噬活性增加动能。如果这两个信号如果不能同时满足,巨噬细胞只能被部分激活。

由于红细胞也表达CD47,如果药物(CD47抗体或者SIRPα-Fc)与红细胞结合,就有可能通过两种机制破坏红细胞:1)抗体与不同红细胞的偶联而引起红细胞凝集,并继发引起红细胞的裂解;2)抗体与红细胞结合以后,如果抗体是IgG1,那么抗体的Fc端即可通过与巨噬细胞的Fc R结合而激活巨噬细胞对红细胞的吞噬。如果抗体是IgG4,则不会激活巨噬细胞,但同样可以通过第一种机制引起红细胞的凝集并进而出现红细胞的裂解。需要说明的是,并非所有的抗体都会引起红细胞凝集,所以在筛选抗体时,是可以筛选出不引起红细胞凝集的抗体的。 T淋巴细胞也表达CD47,某些抗体可以与T淋巴细胞CD47结合而诱导细胞的凋亡(J Immunol. 1999 Jun 15;162(12):7031-40.)所以在筛选CD47抗体时需要考虑这一因素,把能引起T淋巴细胞凋亡的抗体排除出去。

抗体类药物选择哪一种亚类IgG,需要考虑的问题有很多,既取决于靶点所在的细胞及靶点本身的生物学特征,又取决于抗体药物的作用机理,一般的原则是:1)针对免疫细胞上的靶点,多选IgG4(比如O药、K药);2)针对肿瘤细胞的靶点,多选IgG1(比如针对EGFR、Her2、VEGFR2、PD-L1等靶点);3)如果需要Fc效应功能,只能选IgG1(比如美罗华、赫赛汀等)。

针对CD47而言,由于其在肿瘤细胞表达,按道理应该选择IgG1,但由于红细胞也表达CD47,如果筛选出来的抗体与红细胞结合,就不能选IgG1了,否则会引起严重的血液毒性,但即使选择了IgG4,如果能通过偶联作用引起红细胞的凝集,也同样会破坏红细胞而产生血液毒性,除非在抗体筛选时把这一因素考虑进去,并排除掉能引起红细胞凝集的抗体(并非所有的抗体都能引起红细胞凝集)。然而,如果是IgG4,则没有Fc效应供能,那么其临床疗效就会大打折扣,单一用药不可能有良好的治疗效果,必须与其它抗体药物联合应用。而联合应用,会有两种情况出现(以CD47、CD20抗体为例):

 1) 两种抗体同时与同一个靶细胞(CD20细胞)结合;

 2) 两种抗体分别与不同的靶细胞结合。

从治疗效果而言,只有当第一种情况出现时,才能出现协同效应而促使巨噬细胞攻击靶细胞(图1A),如果是第二种情况,那么只有CD20抗体通过其Fc效应功能诱导对靶细胞的攻击,不会出现二者的协同效应(图1B)。对于我们的分子(IMM01)而言,由于完全不与人红细胞结合,所以我们选择了IgG1,即可以通过阻断CD47-SIRPα相互作用解除“别吃我”信号,又可以通过Fc介导的效应功能(主要是ADCP)而发挥强大的抗肿瘤活性(图1C)。

由于CD47在红细胞表达,凡是能与红细胞结合的CD47 靶向药物(抗体或SIRPα-Fc),均有可能通过两种机制单独或叠加效应引起红细胞破坏,一是通过偶联作用引起红细胞凝集,进而出现红细胞裂解,另一个机制则是通过Fc端介导的ADCP,激活巨噬细胞对红细胞进行吞噬而破坏红细胞。

现有已知的CD47抗体均与人红细胞高度结合,而SIRPα-Fc则仅有微弱的结合(图2)。那么问题来了,既然红细胞与肿瘤细胞都表达CD47,为什么SIRPα-Fc不与红细胞结合但却与肿瘤细胞结合?这是由CD47在两种细胞的构像表现不同所决定的,当然也与SIRPα-Fc分子本身有关,即该分子与CD47的结合受到其在细胞膜的构像影响,而CD47抗体则不受CD47在细胞膜的构像所影响。


CD47在不同种属红细胞的构像表现有所不同,所以SIRPα-Fc与不同种属红细胞的结合活性也会出现较大差异(图3)。SIRPα-Fc几乎不与人红细胞结合,但却可以与猴及鼠的红细胞结合(与鼠红细胞结合是指鼠的SIRPα-Fc,人SIRPα-Fc不与鼠红细胞结合)。

我们的分子(IMM01)是经过基因工程修饰的SIRPα-Fc,完全不与人红细胞结合(图4),但可以结合猴子的红细胞,并可以通过Fc介导的ADCP激活巨噬细胞对猴红细胞进行吞噬,而对人红细胞则完全没有吞噬效应(图5)。后经与来自100个人血样分析,充分证实IMM01完全不与人红细胞结合(图6)。也就是说,当用猴子做药物的安全评价时,一定会有红细胞毒性,而这种红细胞毒性,预期不会在人体内出现。


Figure 3. Conformation of CD47 in red blood cells of different species and genera


Figure 4. Conformation of CD47 in red blood cells of different species and genera

Fig. 5. The effect of IMM01 on macrophage phagocytosis of erythrocytes


Hu5F9是一种人源化的CD47抗体,是IgG4,不具有Fc效应功能,单纯通过阻断CD47-SIRPα相互作用而解除“别吃我”信号,所以单独应用的药效就会大打折扣,只能与其它抗体(比如美罗华)联合应用才会有显著疗效。同时,由于Hu5F9与人红细胞高度结合并引起红细胞凝集,所以在临床上出现3级贫血的几率高达10%(图7)。又由于其诱导T淋巴细胞凋亡,出现3级淋巴细胞减少的几率高达15%。这些不良反应将制约该分子的长期治疗效果。

我们的分子(IMM01)既具有CD47阻断活性,又有Fc效应功能,所以具有强大的抗肿瘤活性。同时由于不与人红细胞结合,不诱导T细胞凋亡,所以预期不会出现严重的血液毒性。

我们的实验研究表明,单纯阻断CD47-SIRPα的相互作用,疗效是有限的。当去除Fc效应功能后,IMM01的药效丧失了90%(图8,左图)。同时我们也证明,如果治疗以前去除体内的巨噬细胞,药效也丧失80-90%(图8,右图)。



总结:


      a. 研发CD47抗体,在抗体筛选过程中必须设置两个排除条件:1)红细胞结合及诱导红细胞凝集;2)诱导T淋巴细胞凋亡。如果不排除这两个抗体活性,将很难获得临床上的成功。


      b. 针对CD47靶点的抗体,需要同时保留靶点阻断活性及Fc效应功能,如果只保留前者,则药效将大打折扣,只能针对血液肿瘤,并需要与其它抗体联合应用。另外,针对CD47的IgG4类抗体,针对实体肿瘤不会有良好疗效,即使与其它抗体药物联合应用也是如此。