乳腺癌抗HER2单克隆抗体研究进展
2022-11-15周涵星
周涵星, 徐 菲
乳腺癌患者中有15%~20%存在人表皮生长因子受体2(human epidermal growth factor receptor 2,HER2)扩增,HER2阳性与乳腺癌的侵袭性相关,会带来更高的复发转移概率和较差的存活率[1]。曲妥珠单抗是一种人源化HER2定向单克隆抗体,可提高早期HER2阳性乳腺癌的无病生存期(disease-free survival,DFS)和总生存期(overall survival,OS)。也可改善HER2阳性转移性乳腺癌(metastatic breast cancer,MBC)的无进展生存期(progression-free survival,PFS)和OS[2-3]。曲妥珠单抗是第一个获批用于癌症治疗的人源化单抗,也是第一个获批用于治疗乳腺癌的生物制剂。自1998年首次获得监管批准以来,曲妥珠单抗已被应用于全球超过250万妇女,并被列入世界卫生组织的基本药物清单。曲妥珠单抗已经彻底改变了HER2阳性乳腺癌的治疗方法[2-3]。基于曲妥珠单抗的抗HER2治疗进入蓬勃发展的时代,不同作用机制、不同靶点的抗HER2药物层出不穷,包括靶向不同位点的大分子单克隆抗体、小分子酪氨酸激酶抑制剂、抗体偶联药物、双特异性抗体等。这些药物的出现大大改善了HER2阳性乳腺癌患者的预后,但是对于晚期患者来说,仍不可避免出现反复复发转移或进展。对复发难治型的HER2阳性MBC在临床上仍是需要攻克的难题。本文将回顾抗HER2阳性单克隆抗体药物的发展历程,包括抗体可结晶段(fragment crystallizable,Fc)及抗原结合片段(fragment of antigen binding,Fab)改构类单抗。
1 Fc段工程优化的抗HER2单克隆抗体
1.1可结晶段受体(fragment crystallizable receptors,FcR)及Fcγ受体(Fcγ receptors,FcγR) FcR是HER2单克隆抗体发挥作用的基础之一,其一般在免疫细胞表面表达,与单抗的Fc段结合[4-5]。FcγR是FcR中最庞大的一组,包括多种亚型,如FcγRⅠ、FcγRⅡa、FcγRⅡb、FcγRⅢa、FcγRⅢb。其中,FcγRⅢa(CD16A)和FcγRⅡa(CD32A)是激活性受体,FcγRⅡb(CD32B)是抑制性受体[4,6]。激活性信号是通过胞内的免疫受体酪氨酸活化基序(immunoreceptor tyrosine-based activation motif,ITAM)传递的,抑制性FcγR则包含一个免疫受体酪氨酸的抑制基序(immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif,ITIM),当抑制性受体和激活性受体共同参与时,该抑制基序会对抗细胞活化[4,7]。激活性FcγR与单抗的Fc段结合,可激活多种免疫活动,主要包括介导抗体依赖性的细胞毒作用(antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity,ADCC)和抗体依赖的细胞吞噬作用(antibody-dependent cellular phagocytosis,ADCP)。除此之外,还参与细胞因子与趋化因子的诱导[8]。ADCC主要由自然杀伤(natural killer,NK)细胞介导,单抗的Fab段与肿瘤细胞表面HER2结合后,Fc段与NK细胞表面的FcγRⅢa结合,启动NK细胞对肿瘤的杀伤作用,NK细胞释放穿孔素、颗粒酶杀伤肿瘤细胞。体外研究中证实使用曲妥珠单抗后的乳腺癌细胞可以激活ADCC作用[9],FcγR基因敲除的小鼠模型也证实FcγR在体内介导的抗肿瘤作用[10]。ADCP由巨噬细胞、单核细胞或中性粒细胞等吞噬细胞介导,主要是由巨噬细胞介导,巨噬细胞可表达所有类别的FcγR。与ADCC过程相似,Fab段与肿瘤细胞结合后,Fc段通过与巨噬细胞表面的FcγRⅡa结合,激活巨噬细胞吞噬肿瘤细胞,这是靶向HER2阳性肿瘤的抗体的另一个重要的Fc介导作用机制。来自原发性人类乳腺肿瘤的肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophage,TAM)已被证明可促进肿瘤进展,而TAM浸润增加通常与肿瘤进展相关[11]。然而,TAM表达的激活性受体FcγRⅡa和FcγRⅢa水平升高,并保留吞噬肿瘤的能力[12]。在小鼠中进行的乳腺癌异种移植研究,通过氯膦酸盐脂质体耗竭巨噬细胞,证明了曲妥珠单抗的抗肿瘤活性也取决于肿瘤组织中巨噬细胞的募集[13]。适应性免疫也参与单抗的抗肿瘤作用,活化NK细胞介导的ADCC或巨噬细胞等其他免疫细胞介导的ADCP,导致肿瘤细胞裂解,释放肿瘤抗原。这些抗原可以被抗原递呈细胞摄取、加工并引发适应性T细胞介导的抗肿瘤反应[4,14]。活化的NK细胞释放的细胞因子促进巨噬细胞和树突状细胞活化,进而刺激细胞毒性T细胞迁移到肿瘤内部[14-15]。抗肿瘤单克隆抗体诱导ADCC和ADCP的抗体与肿瘤抗原免疫复合物的生成[16]。抗原呈递细胞摄取和加工这些免疫复合物,从而促进肿瘤抗原呈递给T细胞,导致T细胞记忆效应和抗肿瘤疫苗长期作用[16]。曲妥珠单抗被发现增加树突状细胞对HER2抗原的摄取[17]。具体而言,增加HER2抗原摄取导致E75肽(源自HER2蛋白的免疫显性表位)被树突状细胞交叉呈递,引发了抗肿瘤免疫反应的启动,抗原特异性细胞毒性T细胞生成增加[17]。
1.2FcγR多态性 目前已经在人体中发现FcγR的多态性和多种等位基因变异[5,18],FcγRⅡa和FcγRⅢa等位基因多态性产生不同变体,其与Fc段亲和力各有不同,所以也产生不同效能的ADCC和ADCP作用。与FcγRⅡa131R(精氨酸)和FcγRⅢa158F(苯丙氨酸)相比,FcγRⅡa131H(组氨酸)和FcγRⅢa158V(缬氨酸)分别对Fc具有更高的亲和力[19]。FcγR多态性也与抗HER2治疗的效果密切相关。CHER-LOB试验在121例可手术的HER2阳性乳腺癌患者中评估了术前化疗分别联合单药曲妥珠单抗和单药拉帕替尼以及同时联合曲妥珠单抗和拉帕替尼的疗效,联合化疗加曲妥珠单抗和拉帕替尼在整个研究人群中病理完全缓解(pathologic complete response,pCR)率获得了统计学意义上的显著改善[20]。同时CHER-LOB研究对73例患者的FcγRⅢa-158基因型分析表明,化疗加曲妥珠单抗和拉帕替尼的pCR率提高仅限于FcγRⅢa-158V携带者。相比之下,FcγRⅢa158F纯合子对化疗加曲妥珠单抗和拉帕替尼的pCR率没有显著改善[20]。另外,一项针对15例早期HER2阳性乳腺癌患者的小型前瞻性研究表明,与FcγRⅡa-131R携带者相比,FcγRⅡa-131H纯合子在基于曲妥珠单抗的新辅助化疗中具有更高的pCR率(P=0.015)[21]。但是另一项针对26例HER2阳性乳腺癌患者接受基于曲妥珠单抗的新辅助化疗的小型前瞻性研究发现,FcγRⅡa131R纯合子基因型与pCR之间存在显著关联(P=0.012),未检测到与FcγRⅢa158多态性的关联(P=0.590)[22]。NSABP B-31研究显示曲妥珠单抗+化疗辅助治疗HER2阳性乳腺癌可显著改善预后[23]。该研究纳入1 156例患者,通过回顾性分析发现,FcγRⅢa-158F纯合子患者对曲妥珠单抗获益不大[HR(95%CI):0.71(0.51~1.01)],但FcγRⅢa-158V携带者DFS获益明显[HR(95%CI):0.31( 0.22~0.43)][23]。另一项研究中曲妥珠单抗+紫杉醇治疗HER2阳性MBC(N=54)的回顾性分析结果显示,相较FcγRⅢa-158F携带者,FcγRⅢa-158V纯合子患者客观缓解率、PFS以及体外ADCC活性更高[24]。
1.3糖基化修饰Fc段的抗HER2单抗 ADCC以及ADCP作用的强弱与Fc段的结构关系密切。具有增强的FcγRⅢa、FcγRⅡa结合亲和力的糖工程Fc段曲妥珠单抗在体外比野生型曲妥珠单抗更好地介导ADCP、ADCC作用[25-26]。由于曲妥珠单抗与小分子相比结构复杂性高,即使是微小的变化(例如pH、温度和生产场所)也可能会降低产品一致性并导致目标属性漂移,欧洲和美国生产的不同批次曲妥珠单抗的Fc段糖基化结构会有差异,对二者进行检测发现Fc段高水平的岩藻糖基化聚糖与曲妥珠单抗的Fc与FcγRⅢa的结合减少有关,从而导致ADCC活性降低,以及Fc高水平甘露糖聚糖可致曲妥珠单抗Fc与FcγRⅢa的结合增加,从而导致ADCC活性增加[27]。目前所有获批的单抗为免疫球蛋白G(immunoglobulin G,IgG)的亚型,在其CH2结构域的氨基酸N297处含有一个保守的糖基化位点。聚糖的核心结构由N-乙酰氨基葡萄糖(N-acetylglucosamine,GlcNAc)和甘露糖组成,其中额外的修饰可以包括将GlcNAc、岩藻糖、半乳糖和唾液酸这些成分二等分。Umaa等[28]发布了将糖工程与增强的Fc效应功能联系起来的首批报告之一,其表明在能表达b(1,4)-N-乙酰氨基葡萄糖基转移酶Ⅲ的中国仓鼠卵巢(Chinese Hamster Ovary,CHO)细胞系表达的二等分GlcNAc增强了产生的IgG抗体相关的ADCC活性。Shields等[29]的一项研究证明岩藻糖缺乏的IgG的FcγRⅢa结合增加了高达50倍。Shinkawa等[30]后来证明,与含有二等分GlcNAc的抗体相比,岩藻糖缺陷抗体能更大改善ADCC功能。晶体学研究可以证明无岩藻糖基化抗体和FcγRⅢa之间增强的相互作用的推定机制,可能是由于FcγRⅢa中的氨基酸N162含有聚糖,而岩藻糖的缺失允许Fc与更大的碳水化合物-碳水化合物相互作用,从而提高整体结合强度[31]。目前,有两种糖工程抗体已获批准,即抗CD20单克隆抗体奥滨尤妥珠单抗和抗CCR4单克隆抗体莫格利珠单抗。在乳腺癌领域,糖工程化的抗HER2单克隆抗体较早进入临床试验阶段的有TrasGEX,它是一种人源化抗HER2 IgG,通过GlycoExpress技术进行去岩藻糖的糖基化改造,增强抗体依赖性细胞毒性,同时完全保留曲妥珠单抗与HER2的抗原结合特性[32]。2018年Fiedler等[33]进行了一项Ⅰ期剂量递增研究,确定了TrasGEX的最佳剂量和Ⅱ期研究方案,证明TrasGEX安全且耐受性良好,并且在50%的可评估患者中显示出抗肿瘤活性。在一项病例报告中显示,在1例患有转移性HER2阳性结直肠癌的女性患者中,在其他可选方案都失败了的情况下,使用TrasGEX导致ADCC增强10~140倍[34]。那么TrasGEX后续在乳腺癌方面表现如何,仍需Ⅱ期、Ⅲ期临床试验进一步验证。在中国,BAT1006也是一种Fc段糖基化修饰的新型抗HER2单克隆抗体,不仅能与HER2蛋白胞外结构域Ⅱ结合,阻断HER2与其同家族其他蛋白[表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR)/HER3/HER4)]生成功能性二聚体,抑制肿瘤细胞生长,并且具有ADCC增强作用,目前正在进行Ⅰ期临床试验(NCT05414136)。
1.4Fc段氨基酸变异的抗HER2单抗 Fc段氨基酸变异是另一种增强ADCC、ADCP作用的机制[25-26]。研究人员通过多种方式突变IgG Fc段的氨基酸序列增大ADCC、ADCP效应。Lazar等[35]使用计算设计算法和高通量筛选设计了一系列具有优化FcγR亲和力的Fc变体,确定S239D/I332E和S239D/I332E/A330为两个具有增强ADCC活性的变体。Oganesyan等[36]解析了具有S239D/A330L/I332E突变的Fc片段的晶体结构,建模研究表明,额外的氢键、疏水接触、静电相互作用可导致Fc与FcγRⅢa的结合增强。而Richards等[26]研究证明,将G236A添加到S239D/I332E突变可导致Fc与FcγRⅡa的结合强度提高多达70倍,FcγRⅡa/FcγRⅡb结合比提高13倍,并增强ADCP。Stavenhagen等[37]利用酵母表面展示技术识别变体F243L/R292P/Y300L/V305I/P396L,其显示的ADCC活性增加超过100倍。最终Mimoto等[38]通过在每个Fc结构域中引入不同的氨基酸变化,设计了具有不对称工程化Fc结构域的抗体变体。他们筛选了约1 000个变体并证明在不同Fc结构域中L234Y/L235Q/G236W/S239M/H268D/D270E/S298A的变化和D270E/K326D/A330M/K334E的变化使Fc段对FcγRⅢa158F的亲和力增加超过2 000倍,同时也对FcγRⅢa158V的亲和力增加了1 000多倍。这些Fc经过氨基酸变异改造的单抗部分也获批应用于临床,但是在乳腺癌中,只有马吉妥昔单抗被批准用于HER2阳性MBC,其靶向与曲妥珠单抗相同的表位,但是在IgG Fc结构域中的5个氨基酸被替代,即L235V/F243L/R292P/Y300L/P396L,导致与激活性受体FcγRⅢa的结合增加,同时也降低与抑制性受体FcγRⅡb的结合[37,39]。临床前研究表明,马吉妥昔单抗相比曲妥珠单抗具有更好的抗肿瘤活性,特别是在JIMT-1细胞上,该细胞系已知对其他抗HER2抗体的生长抑制不敏感[40]。与曲妥珠单抗相比,马吉妥昔单抗在体外介导增强的ADCC,在人FcγRⅢa158F转基因免疫缺陷小鼠的HER2扩增乳腺癌异种移植模型中,马吉妥昔单抗表现出比具有野生型IgG Fc结构域的其他相同变体更强的抗肿瘤活性[37,39]。马吉妥昔单抗也可增强HER2阳性乳腺癌患者的HER2特异性适应性免疫反应[41-43]。在使用马吉妥昔单抗的这些患者中,与治疗前样本相比,治疗后血液样本显示T细胞克隆、HER2特异性T细胞数量和HER2特异性抗体水平均大大增加[41-42]。该药物Ⅰ期临床试验证明了马吉妥昔单抗具有良好的耐受性,并且具有良好的单药活性[44]。SOPHIA试验[45](NCT02492711)是关键的一项Ⅲ期临床试验,试验结果证明HER2阳性MBC患者中马吉妥昔单抗联合单药化疗与曲妥珠单抗加化疗相比可以改善PFS。参加试验的所有患者接受过曲妥珠单抗和帕妥珠单抗治疗,超过90%的患者也接受过赫塞莱(T-DM1)治疗,马吉妥昔单抗组的中位PFS为5.8个月,而曲妥珠单抗组为4.9个月,使用马吉妥昔单抗相对风险降低24%[HR(95%CI):0.76(0.59~0.98),P=0.03]。马吉妥昔单抗组中期结果显示中位OS为21.6个月,曲妥珠单抗组为19.8个月,两组的客观缓解率分别为22%和16%(P=0.06),临床获益率分别为37%和25%(P=0.003)。根据SOPHIA试验的结果,2020年12月美国食品和药物管理局(Food and Drug Administration,FDA)批准了马吉妥昔单抗与化疗联合用于HER2阳性MBC的三线及三线以后的治疗。目前采用马吉妥昔单抗的多项临床试验正在进行中,其中MARGOT试验(NCT04425018)将马吉妥昔单抗应用于术前新辅助化疗,比较Ⅱ~Ⅲ期HER2阳性乳腺癌患者术前使用紫杉醇、马吉妥昔单抗联合帕妥珠单抗与紫杉醇、曲妥珠单抗联合帕妥珠单抗这两个方案的疗效,目前试验仍在进行。
2 Fab段改造的抗HER2单克隆抗体
2.1帕妥珠单抗 帕妥珠单抗靶向结合HER2上的不同表位,不与曲妥珠单抗竞争,该表位与二聚化结构域重叠,它携带与曲妥珠单抗相同的野生型IgG Fc结构域[46-47]。帕妥珠单抗在抑制与其他HER家族成员(如HER3或HER1)形成HER2二聚体方面比曲妥珠单抗更有效[47]。帕妥珠单抗也可触发ADCC[47]。曲妥珠单抗和帕妥珠单抗同时与HER2结合提高了HER2阳性肿瘤细胞上FcγR结合位点的密度,增加了NK细胞介导的ADCC和巨噬细胞介导的ADCP抗肿瘤反应的可能性[15]。但是曲妥珠单抗和帕妥珠单抗的组合在携带过表达HER2的人KPL-4乳腺癌异种移植物的裸鼠中表现出显著增强的抗肿瘤活性,这似乎仅归因于Fc依赖性效应,因为KPL-4细胞对曲妥珠单抗或帕妥珠单抗的直接抗增殖作用有耐药性[47]。目前帕妥珠单抗在临床上多与曲妥珠单抗联用,广泛应用于新辅助、辅助化疗及晚期姑息治疗中。CLEOPATRA临床试验中,转移性HER2阳性乳腺癌晚期一线使用曲妥珠单抗、帕妥珠单抗联合多西他赛的患者中位PFS为18.7个月,而对照组为12.4个月,延长6.3个月。CLEOPATRA研究结束时,多西他赛联合曲妥珠单抗和帕妥珠单抗组的中位OS为57.1个月,而多西他赛联合曲妥珠单抗组中位OS为40.8个月[HR(95%CI):0.69(0.58~0.82)][48]。基于这个研究结果,FDA于2012年批准帕妥珠单抗与曲妥珠单抗和多西他赛联合用于既往未接受过抗HER2治疗的HER2阳性MBC患者。后续NeoSphere试验中,多西他赛联合曲妥珠单抗和帕妥珠单抗组pCR率显著提高[49],因而2013年FDA加速批准帕妥珠单抗联合曲妥珠单抗和化疗用于新辅助治疗。但是在KRISTIN的Ⅲ期临床试验中,同样是探索新辅助治疗方案,T-DM1联合帕妥珠单抗对比曲妥珠单抗、帕妥珠单抗联合化疗的疗效,T-DM1联合帕妥珠单抗组pCR率为44.4%,未能超越对照组的pCR率(55.7%)[50]。APHINITY研究提示淋巴结阳性或者淋巴结阴性但具有高复发风险的患者可在辅助化疗过程中,在曲妥珠单抗基础上加用帕妥珠单抗,但获益有限,其中淋巴结阳性的患者获益较大[51]。由此帕妥珠单抗也被批准与曲妥珠单抗和化疗联合用于治疗高复发风险的HER2阳性早期乳腺癌患者。
2.2双特异性抗体 双特异性抗体是结合了两种单克隆抗体功能的单克隆抗体,可以结合两个不同靶标或表位。双特异性抗体相比单抗而言,具备更强的抗肿瘤和免疫激活双重协同效应,有望为HER2阳性MBC提供更优的解决方案,目前HER2双特异性单抗的研究大多还在临床前或者Ⅰ/Ⅱ期临床试验中。zanidatamab(ZW25)可同时靶向两个不重叠的HER2表位(细胞外结构域2和4)。与曲妥珠单抗相比,ZW25的特点是对肿瘤细胞的亲和力增加,免疫调节活性的潜力更高,以及通过阻断配体依赖性和非依赖性肿瘤生长,产生更有效的细胞毒作用,并通过抑制HER2活化诱导HER2受体内化[52]。目前在HER2阳性晚期乳腺癌、HER2阳性晚期胃食管结合部癌(adenocarcinoma of esophagogastric junction,AEG)和晚期HER2阳性胆道癌中进行Ⅱ/Ⅲ期临床试验(NCT04224272、NCT04466891、NCT03929666、NCT05035836、NCT05152147)。KN026也是一种HER2双特异性抗体,目前已在HER2阳性MBC中完成Ⅰ期临床试验,表明其具有良好的耐受性,即使在接受过大量预处理的患者中也能达到与曲妥珠单抗和帕妥珠单抗双药相当的疗效[53]。此外,zenocutuzumab(MCLA-128)是一种针对HER2和HER3的IgG,具有增强的ADCC效应。MCLA-128的工作原理是先附着于HER2,然后附着于HER3,从而阻断调蛋白结合和信号转导,这种HER2和HER3的双重靶向还可以规避继发于HER2和HER3异二聚化的抗HER耐药机制。MCLA-128的抗肿瘤作用与ADCC介导的NK细胞活化一致[54-55],其正在对患有HER2阳性肿瘤(NCT02912949、NCT04100694)或雌激素受体阳性和HER2低表达的MBC患者进行Ⅱ期临床试验(NCT03321981)。PRS-343是一种双特异性融合蛋白,靶向CD137(4-1BB)和HER2。CD137是肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)受体超家族的成员。它在免疫受体共刺激中起主要作用。临床前数据显示,CD137是肿瘤反应性T细胞的标志物,其激活导致肿瘤消除。然而,T细胞激活带来了剂量相关的显著毒性[56]。CD137和HER的双重靶向有可能将CD137阳性T细胞与HER阳性肿瘤细胞紧密相连,并向肿瘤抗原特异性T细胞发出强烈信号,引发抗肿瘤活性。迄今为止,还没有关于PRS-343的临床抗肿瘤活性的可用结果。一项正在进行的Ⅰ期试验(NCT03330561)正在评估PRS-343在HER2阳性实体瘤中的最大耐受剂量(maximum tolerated dose,MTD)。另一项正在进行的Ⅰb期试验(NCT03650348)正在评估PRS-343联合阿特珠单抗治疗经治的HER2阳性转移性实体瘤的MTD、安全性和有效性。靶向HER2和CD3的双抗如EX101、M802可有效激活T细胞,增加CD3阳性细胞对HER2阳性细胞的识别、结合和免疫杀伤能力,抑制HER2介导的下游信号分子丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MAPK)及丝/苏氨酸激酶(AKT)的磷酸化,对HER2阳性表达肿瘤细胞的增殖有显著的抑制作用,并具有ADCC和补体依赖的细胞毒作用(complement dependent cytotoxicity,CDC),目前这两种药物均在开展Ⅰ期临床试验。以HER2和程序性死亡受体1(programmed cell death protein 1,PD1)为靶点的双特异抗体SSGJ-705、IBI315也在进行Ⅰ期临床试验(NCT05145179,NCT-04162327)。其他双特异性抗HER2单抗正处于临床前开发阶段。HER2(Per)-S-Fab将帕妥珠单抗Fab与抗FcγRⅢa单抗连接,在体外显示出对HER2阳性肿瘤细胞的有效细胞毒性,同时在体内可抑制肿瘤生长[57]。
3 结语
由于药物研发的进步和新型抗HER2疗法的出现,HER2阳性MBC的治疗呈现出充满活力和创新的景象,同时也出现了新的治疗挑战,甚至对HER2阳性的诊断标准也提出异议。不断有新药物显示出其有希望的有效性,并很快成为临床的标准治疗。同时,还有许多创新药物正在进行临床前或早期临床阶段评估,所以促进合作试验以加速这些药物的开发非常重要。除了评估新药,还应进一步探索抗HER2靶向治疗药物与其他不同作用机制的药物进行组合的可能性,包括与不同的化疗、免疫治疗、靶向治疗、内分泌治疗等。在临床中实施这些复杂的治疗策略之前,需要识别出可以从不同治疗策略中获益的人群和生物标志物,这也是以后的研发发展方向。