呼吸道传染病治疗中抗体药物的研发进展

杨高松,马东杰

1.石家庄市人民医院烧伤外科, 石家庄 050031; 2.华北制药金坦生物技术股份有限公司, 石家庄 050035

随着工业经济的发展，大气污染加剧，同时由于不良生活习惯(如吸烟)、人口老龄化等因素的影响，近年来，呼吸系统疾病(如肺癌、支气管哮喘、慢性阻塞性肺疾病等)的发病率逐年增加，使得呼吸系统疾病成为全球主要死亡原因之一。根据世界卫生组织(World Health Organization, WHO)的资料，预计到2030年，4种最常见的致命性肺部疾病，肺炎、结核、肺癌和慢性阻塞性肺病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)，将占全球死亡人数的五分之一，其中呼吸道传染病(respiratory tract infections，RTIs)致死人数占有相当高的比例[1]。呼吸道传染病是指病原体从鼻腔、咽喉等呼吸道感染侵入而引起的传染性疾病，主要病原体有病毒、细菌、支原体和衣原体等[2]。由流感病毒、麻疹病毒、结核杆菌等引发的大部分呼吸道传染病是可防可控可治的，但也有部分呼吸道传染病仍无法得到有效防治。如人类冠状病毒(human coronavirus，HCoV)株HCoV-229E、HCoV-OC43、HCoV-NL63和HCoV-HKU1,通常会导致轻度上呼吸道感染，类似普通感冒[3]。但是，2002—2003年在我国流行的严重急性呼吸综合征冠状病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus，ShARS-CoV)、2012年和2015年分别在沙特阿拉伯和韩国流行的中东呼吸综合征冠状病毒(middle eastrespiratory syndrome coronavirus，MERS-CoV)以及当下2020年正在肆虐全球的新型冠状病毒(novel coronavirus pneumonia，NCP；亦称为COVID-19)均因来势凶猛、传播迅捷，短短几周时间就可能形成区域性扩散，引起了全球关注。由于没有特效药物，这些感染给临床治疗带来了巨大挑战。在候选药物中，病原体或其毒性因子的特异性抗体(antibodies, Abs)具有诸多优势：①当疫苗和常规药物既不可用也无效时，Abs可能为RTIs提供预防或治疗的新策略[4]；②因Abs抗原靶标高度保守，其可能会降低耐药性的产生；③Abs有望替代疫苗，为机体提供长期免疫保护[5]。基于此，本文综述了已有的抗呼吸道传染病的治疗性抗体的开发和使用，以期为呼吸道传染病治疗中抗体药物的研发提供参考。

1 抗细菌毒素的抗体研发进展

细菌可产生内毒素、外毒素及侵袭性酶，这与细菌的致病性密切相关[6]。使用抗细菌毒素抗体治疗细菌感染，是常见的治疗策略之一[7]。1896年，《柳叶刀》杂志认为利用白喉毒素抗体治疗白喉是“19世纪在急性传染病的医学治疗中最重要的进步”[7]。因此，许多研究者设计和开发细菌毒素特异性Abs以用于中和细菌毒素的致病作用。

金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)是机会病原体，当机体出现免疫功能低下的情况时可引发疾病。其最严重的临床表现与住院患者的肺炎有关，医院获得性感染或社区获得性感染难以治疗，并且耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的流行可能使情况更为复杂，且死亡率高[8]。为了克服宿主肺部组织的防御，金黄色葡萄球菌能产生多种毒素。其中，成孔的α-毒素(alpha-toxin，AT)是关键的毒力因子，一旦与其受体ADAM10结合，AT可通过在靶标上皮细胞、内皮细胞和免疫细胞的质膜上形成孔来诱导细胞死亡、造成机体组织损伤等[8-9]。为了预防或治疗金黄色葡萄球菌相关疾病，研究者利用全人源的AT特异性IgG1 Abs MEDI4893[10]和Salvecin(tosatoxumab，AR-301)[11]来阻断AT与ADAM10的结合。MEDI4893处于Ⅱ期临床试验[10]；Salvecin已完成Ⅰ/Ⅱa期临床试验，这两种抗体都已被证明是安全的[11-12]。

炭疽杆菌(Bacillusanthraci)属于需氧芽孢杆菌属(Bacillus)，能引起动物及人类的炭疽病。以气溶胶方式散布的炭疽芽孢，以感染途径不同可分为皮肤型、肠型和肺型3种，其中，肺型炭疽是通过吸入炭疽芽孢所致，潜伏期一般为12 h～12 d，平均2～5 d，这3种类型的炭疽均有可能致死[13]。吸入炭疽芽孢后，病情发展迅速，并同时产生毒素，其中保护性抗原(prorective antigen，PA)与靶细胞表面的炭疽受体结合，然后产生具有细胞毒性的致死因子和浮肿因子[14]。研究表明，PA在炭疽致病机制中发挥着核心作用，因此，PA是极好的治疗靶点[15]。现有Raxibacumab和Obiltoxaximab抗体用于预防炭疽[14]。2012年，FDA批准Raxibacumab(抗人炭疽杆菌PA)上市，但因对照临床人体试验无法通过伦理委员会审核未能开展，因此，Raxibacumab药效仅在动物模型中得到证实[6]。在针对新西兰白兔和食蟹猕猴的实验中，预防性或治疗性静脉输注Raxibacumab可以有效降低炭疽气溶胶激发后的死亡率[15]。在健康志愿者中进行了Raxibacumab安全性和药代动力学(pharmacokinetics，PK)的研究，只有少数短暂不良反应[16]。2016年3月，嵌合IgG1 Obiltoxaximab单抗也获得批准，其药效在动物模型中得到证实，并对健康志愿者进行单独/多次给药，或联合标准抗生素使用，进行药物安全性验证[17]。在推荐剂量为16 mg·kg-1时，Obiltoxaximab会引起11%和0.9%的健康受试者中的超敏反应和过敏反应，这提示了用药前应合理使用苯海拉明[17]。Raxibacumab和Obiltoxaximab均可靶向并阻断PA与其受体的结合，并已在成年人中与常规抗菌药物联合用于肺炭疽的治疗[18]。

2 抗呼吸道合胞病毒的抗体研发进展

病原性细菌和病毒表面均具有保守的抗原决定簇，这些决定簇可用于亚单位疫苗等的开发，也是治疗性Abs研发的靶标。抗体药物的主要作用机理是利用宿主免疫系统，通过补体固定和调控吞噬作用来清除病原体[19]。

呼吸道合胞病毒(respiratory syncitial virus，RSV)是引发全球儿童和老年人呼吸道传染病的主要原因之一，其疾病特征与季节性流感相似[20]。目前尚无有效的针对RSV感染的疫苗，抗RSV的药物也很有限。Palivizumab(IgG1)是唯一被FDA批准的抗RSV的Ab[21]。它通过与RSV融合蛋白(F-蛋白)结合，阻止病毒包膜与宿主细胞膜之间的融合，从而中和病毒颗粒的作用。在2项重要的临床试验中，Palivizumab的使用可使呼吸道合胞病毒引发肺炎的住院频率(相对于安慰剂组)分别降低39%和78%[21]。对于支气管、肺发育不良的儿童，以及具有血液动力学改变的先天性心脏病儿童或早产儿(胎龄小于35周的儿童)，在预期的RSV流行季节开始之前，应采取Palivizumab预防措施[22]。但自Palivizumab获批以来，其临床使用的有效性和成本效益问题一直受到质疑，而且Palivizumab的价格昂贵。

为了避免这些问题，研究者开发了具有更高亲和力或更长半衰期的第二代和第三代的抗体Motavizumab、MEDI557以及REGN2222。然而，因为安全性和免疫原性等问题，已经停止了莫妥珠单抗Motavizumab(亲和力高于Palivizumab 20倍)和MEDI557(Motavizumab的人源化抗体)的临床试验研究工作。其中，Motavizumab会引起超敏反应，因此未能获得FDA批准[23]；对于MEDI557，Medimmune公司已发布了鼻内接受RSV感染的成年人Ⅰ期临床试验，但是该研究由于数据不可靠或无法解释而被终止[23]。 Motavizumab临床研究停止以后，REGN2222(靶向F蛋白的全人源IgG1)是唯一已进入Ⅲ期临床试验的RSV特异性药物[24]。不幸的是，再生元制药(雷杰纳荣制药公司)在2017年8月宣布，该研究尚未达到预防婴儿RSV感染的主要终点，并且REGN2222的临床开发也被终止[25]。

MEDI8897，衍生自D25，而D25是直接从人B细胞中分离的抗RSV Fab型抗体[24]，MEDI8897结合力比Palivizumab高100倍。MEDI8897在其Fc区域内有1个YTE取代基，可以增强Abs与新生儿Fc受体的结合，从而延长了其血清半衰期[24]。 MEDI8897已在一项针对健康早产儿的Ⅱ期临床试验中进行评估[24]。ALX-0171是一个42 kD的抗RSV三价域Ab(属结构域抗体，domain Ab，dAb；nanobodyTM)，其机理同Palivizumab一样，都是结合RSV的F蛋白，ALX-0171的新颖之处在于吸入给药[26]。吸入途径在RTIs的治疗中，具有起效快、直达病灶、靶抗原附近的药物浓度高、向全身扩散相对较低等优势，这可能会减少副作用的发生。许多研究认为通过肺部施用Abs来治疗RTIs是具有前景和潜力的，但也强调了与气溶胶相关的技术问题，需要确保活性Abs的有效递送[26]。在不同动物模型中，ALX-0171的局部递送在预防或治疗环境中均有效，可明显降低病毒载量和肺损伤[27]。ALX-0171在健康成人的Ⅰ期临床试验研究结果表明，该药物是安全且具有良好的耐受性；且随后的一项剂量递增的Ⅱ期临床研究结果显示，ALX-0171可有效降低RSV感染者的病毒载量[28]。

3 抗流感病毒的抗体研发进展

流感病毒，每年引起数百万病例，死亡率为2%～20%[29]。尽管针对季节性或大流行性流感的疫苗，已经为全世界的人群提供了免疫力，但因为病毒变异快(疫苗种类需要进行年度调整)和高危人群(幼儿、老年人和免疫功能低下的患者)自身免疫力差，导致疫苗的保护作用有限。

在这种情况下，需要开发特异性的抗体，靶点通常是血凝素(hemagglutinin，HA)，有研究显示这些抗体可以在体外中和流感病毒，并在体内提供保护作用[30]。特异性Abs靶向HA的特定保守序列，适用于多种不同的流感病毒株[31]。与HA结合后，Abs在空间上抑制病毒颗粒与宿主细胞表面的粘附，防止病毒与宿主细胞膜的融合，从而抑制病毒传播。 此外，Abs还通过与新形成的HA颗粒结合，阻止病毒出芽和成熟[31]。该策略用于目前处于Ⅱ期临床研究的抗体：MEDI8852[32]、MHAA4549A[31]、CR-6261、CT-P27以及VIS-410[31]。

4 针对冠状病毒的抗体研发进展

冠状病毒(coronavirus，CoV)，属巢状病毒目(Nidovirales)冠状病毒科(Coronaviridae)，是一组高度多样化的、有包膜的、正义单链RNA病毒，可导致机体的呼吸道、肠道、肝和神经系统的严重损伤[33]。CoV分为4个属：α冠状病毒、β冠状病毒、γ冠状病毒和δ冠状病毒。自2002年至今，出现了3种新型β-CoV感染引起的肺炎，即严重急性呼吸综合征(由SARS-CoV引起)、中东呼吸综合征(由MERS-CoV引起)和新型冠状病毒肺炎(COVID-19)(由SARS-CoV-2引起)。由于缺乏有效的药物或治疗方法，且这3种冠状病毒引发的肺炎具有高传染性、高发病率和高死亡率，因此，急需研发新的药物来治疗冠状病毒感染[34]。

冠状病毒进入宿主细胞是由跨膜刺突糖蛋白(spikeprotein，S蛋白)介导的，其中S蛋白形成从病毒表面突出的同型三聚体。S蛋白包含2个功能性亚基：S1和S2，其中，S1亚基负责与宿主细胞受体结合，S2亚基负责病毒包膜和细胞膜融合[35]。研究显示，冠状病毒进入易感细胞是复杂的过程，需要S蛋白的受体结合和蛋白质水解过程协同作用以促进病毒-细胞融合[36]。

研究表明，通过转基因小鼠，得到针对S蛋白的特异性B细胞，可产生靶向SARS-CoV不同区域的单克隆抗体[26]。这些单克隆抗体中的大多数是通过靶向S1亚基受体结合区(receptorbinding domain，RBD)上的特定表位，以抑制病毒与细胞受体的结合；而另一些单克隆抗体可以与S2亚基结合，阻断病毒与细胞的融合[37]。虽然这些单克隆抗体的结合位点和机制不同，但在体外或小动物模型中均具有中和活性，并降低了病毒滴度[38]。而且，接受了含有中和抗体的恢复期血浆的SARS患者的出院率显著提高[39]。

现有的研究认为，抗MERS-CoV的抗体，可以阻止病毒附着，并加速了感染BALB/c小鼠肺部的MERS-CoV病毒的清除[40]。LCA60抗体是使用细胞克隆技术，基于从MERS感染患者中获得的B细胞开发的，被认为可以有效治疗MERS-CoV感染[41]。针对MERS-CoV S1亚基RBD上不同表位的单克隆抗体也已开发，结合2种或2种以上抗体具有协同作用，靶向非交叉耐药性抗原决定簇或S蛋白不同区域，可以帮助减少病毒突变逃逸[3]。已有研究报道了7种中和抗体和2种单克隆抗体(MERS-4和MERS-27)，是针对RBD的特异性抑制剂，对MERS-CoV表现出强大的中和活性[3]。而另外2种潜在的单克隆抗体，REGN3051和REGN3048，也已在动物模型中被证明对控制MERS-CoV感染有效[42-43]。有研究表明，基于S1亚基开发的单克隆抗体对MERS-CoV感染的人二肽基肽酶4(dipeptidyl peptidase-Ⅳ，DPP4)转基因小鼠和表达人DPP4的腺病毒载体转导的小鼠具有保护作用[44]。但这些抗体的安全性和对患者的治疗效果还需进一步评估。此外，针对DPP4的单克隆和多克隆抗体可抑制人支气管上皮细胞的MERS-CoV感染[45]。已显示出针对MERS-CoV活性的其他单克隆抗体包括：1E9、IF8、3A1、3B12、3C12、3B11、M14D3、3B11-N、m336、m337、m338、hMs-1和4C2 h[37,43,46-48]。

到目前为止，针对新型冠状病毒(SARS-CoV-2)的所有免疫治疗尝试，包括血浆疗法(获得的多克隆抗体)、促进T细胞成熟的多肽激素、免疫球蛋白、ACE2免疫粘附素和抗白介素-6的单克隆抗体[49]。其他已被用于对抗SARS-CoV临床研究的干预措施，如病毒载体、纳米载体、灭活全病毒、DNA疫苗和单克隆抗体，同样有望被用于对抗SARS-CoV-2[50]，其中，作为首选的免疫治疗方法，单克隆抗体的抗SARS-CoV-2的有效性尚未得到验证。

5 抗其他靶点的抗体研发进展

为了提供足够的毒株和疾病覆盖，研究人员已经在考虑利用其他细菌抗原来开发抗RTIs的Abs。研究表明，铜绿假单胞菌可以形成生物膜(即细胞外聚合物基质)，从而增加病原体对抗菌治疗的抵抗力，并且对其在肺环境中的生存至关重要，而3种主要的胞外多糖(PsI、Pel和藻酸盐)对于生物膜的形成至关重要[51]。

铜绿假单胞菌的胞外多糖PsI和三型分泌系统(type 3 secretion system，T3SS)PcrV的结构蛋白，在其发挥毒力中都起着重要作用。双特异性IgG1 Ab(MEDI3902)来源于scFv的抗原结合位点，可同时结合PsI[52]和PcrV[53]。MEDI3902可以抑制铜绿假单胞菌与宿主细胞的结合，可增强巨噬细胞的吞噬作用，并阻止铜绿假单胞菌向宿主细胞的胞质溶胶中注入遗传毒性毒力因子[52]。在一项随机双盲、安慰剂对照的Ⅰ期临床研究中，发现MEDI3902具有适当的安全性和PK曲线，并于2014年获得FDA的快速批准[52]。正在进行的Ⅱ期临床试验正在研究MEDI3902在治疗中的功效，用于预防临床使用呼吸机患者的院内感染[51-52]。

藻酸盐已成为开发人源IgG1 Ab Aerucin©的新靶点[51]。临床前研究证据表明，与抗脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)的IgM Aerumab©相比，Aerucin©会阻碍生物膜形成，并表现出增强的补体激活作用[54]。Aerucin©已完成Ⅰ期安全性和PK试验，正在进行一项针对双肺、插管性肺炎患者的随机双盲的Ⅱ期临床试验，进一步对Aerucin©作为抗生素的辅助推定功效进行研究[51]。

6 展望

数十年来，由于广谱抗生素的滥用导致耐药菌的出现，同时，具有创新作用方式的新型抗感染药的开发较少。这极大地使RTIs的治疗复杂化，人类现在面临回到抗生素时代的风险。除减少现有的治疗方案外，管理抗药性RTIs的费用很高，并且给负担沉重的医疗系统带来了巨大压力。在这种情况下，RTIs的治疗具有挑战性，迫切需要新的治疗方法，包括使用Abs。

目前在对抗RTIs中只有3个Abs(Palivizumab、Obiltoxaximab、Raxibacumab)获得了许可，10个抗体已停产[16]。临床实验失败的Abs，未能实现诺贝尔奖得主Paul Ehrlich提出应对RTI“魔术子弹”的愿望。可能的原因有：首先，抗原靶点的选择存在诸多不确定性；其次，靶向病原体多种抗原的抗体使用，无疑具有更强杀菌活性和覆盖范围，但这必将使临床开发复杂化和治疗成本增加； 再次，如果临床使用靶向单一抗原的单价抗体，可能其削弱病原体的效果不足。抗RTIs Abs无法从临床前研究转化为临床试验或无法完成临床开发的原因，还可能是由于RTIs鼠模型的可预测性不足。尽管在动物和基于细胞的模型中对肺部感染的发病机理进行了广泛研究，但人类发病机理的细节仍然难以捉摸。因此，要成功研发更有效的抗体治疗，还需要进一步研究其发病机制，这将有助于正确靶点的选择。

抗生素耐药性和新型传染病的出现，以及免疫功能受损患者的治疗，都急需新的治疗方法或新型药物。其中，单克隆抗体是非常有前景的治疗药物，单克隆抗体可以参与杀死或中和病原微生物、清除受感染细胞，有助于消除感染。单克隆抗体将成为治疗方案的理想选择。此外，现有呼吸道感染疾病，常采用疫苗和抗生素进行疾病的预防和治疗。基于单克隆抗体的新疗法，也将逐渐证明其价值并产生重大影响。因为，单克隆抗体能够为免疫低下或免疫缺陷患者提供抗感染治疗，以及在治疗严重病毒感染中，如新型冠状病毒肺炎，单克隆抗体也将为药物开发人员提供新的研发方向。