眼部用抗体药物的研究进展

贠莎莎 姚雪静 邢玲 胡园

全球眼部疾病患者有数百万人,大多数患者会因为不可逆转的失明而导致生活质量下降。预计到2050 年,患有眼部疾病的人数会激增至现有人数的一倍左右。据统计,眼科用药的市场高达数百亿美元,近年来,人们对眼部疾病的发病机制和遗传学的了解进一步加深。眼科抗体类、多肽类生物制药及新的药物传递系统行业展现出了强劲的发展势头。与眼科小分子类药物相比,抗体类药物有其高效、低毒及药物间相互作用小等独特优势,但其也面临着抗体结构复杂性、降解,药物的循环、分布等的严峻挑战［1］。本研究总结眼用抗体类药物的研究现状和未来发展趋势,为我国眼用抗体类药物的发展提供参考。

1 眼部用药背景

1.1 眼部疾病 常见的眼部疾病有玻璃体类、视网膜类、眼视光学类、视神经病变等多种疾病,临床试验常涉及的病种有黄斑变性、黄斑水肿、白内障、青光眼、干眼症、近视等［2］。发病原因可能是错误的用眼习惯、年龄因素或遗传因素等。

1.2 眼部给药屏障 由于眼部特殊的构造及其生理机能,使得眼部给药屏障(主要是指血眼屏障)成为眼部用药不可跨越的门槛。眼睛角膜、结膜、虹膜睫状肌和视网膜均有屏障,阻碍药物在眼部的递送,直接或间接地降低眼部用药的生物利用度［3］。药物的理化特性和给药方式也会影响药物的渗透性和生物利用度。传统滴眼液生物利用度较差,只有＜5%的药物可以进入眼睛内部［4］。而针对眼球后段的药物局部应用具有较大的挑战性,通常只能通过玻璃体腔注射,患者的顺应性较差。因此,药物设计应充分考虑眼部的解剖生理学屏障,结合药物的分子设计及理化特性,选择合适的药物递送方式。

1.3 眼部给药剂型及给药途径 为实现针对特定眼组织的治疗、预防或缓解病痛,眼科制剂分为眼表灌注、眼内注射、眼周给药或与眼科设备一起使用等多种类型。眼科制剂的最新进展使得医生可以为目标眼病选择合适的剂型。先进眼科给药系统的设计可以实现持续给药,减少给药频率,提高眼睛的生物利用度,改善或延长药物在眼部停留时间具有挑战性。目前,眼用制剂在眼部的停留时间从滴眼液的几秒钟到植入眼内设备的数月不等。

眼表直接给药的最大优点是通透性好、药物停留时间长、给药简单、给药频率低、毒性较低、角膜前损失小、刺激或视力模糊等副作用小,以及流变学性质较合适等,眼表给药的传统剂型主要有滴眼液、眼用软膏、眼用粉末、眼用混悬液、眼用乳剂、眼用凝胶［4］、眼用膜剂及治疗用眼镜等。然而,鉴于非侵入性给药途径的用药弊端,目前研究人员正在探索其他几种给药途径,如视网膜下、巩膜内、结膜下、Tenon下囊和脉络膜上腔给药［1］,通过定制的注射器或手术将制剂引入眼睛的前房和玻璃体腔,这就要求该制剂具有无菌、无热源且与内部眼组织相容性好的特点。

2 眼部用抗体药物靶点

近年来,眼科用抗体类药物发展迅速,新靶点、双特异性抗体、纳米抗体研发成为业内研究的热点,其中研究最多的靶点包括抗血管内皮生长因子(VEGF)类药物［5］,抗肿瘤坏死因子-α(TNF-α)类药物、胰高糖素样肽-1(GLP-1)激动剂、抗血管生成素-2(Ang-2)药物及抗血小板衍生生长因子(PDGF)药物等［1］。

2.1 抗VEGF 药物 眼内新生血管的形成是多种眼科疾病的病理基础及临床表现,常见的疾病主要有视网膜静脉阻塞、湿性年龄相关性黄斑变性、糖尿病黄斑水肿和糖尿病视网膜病变。VEGF 家族有7 个成员［分别是VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E、VEGFF 及胎盘生长因子(PIGF)］,有4 种亚型被认为在人眼中发挥重要作用(VEGF-121、VEGF-165、VEGF-189 及VEGF-206)［6,7］,VEGF 参与血管生成依赖性疾病的发生和发展,参与不可逆视力丧失眼病中病理性新生血管的形成,抗VEGF 药物可以阻断VEGF与其受体结合,抑制VEGF 下游信号通路,成为治疗新生血管性眼病的最热研究方向［8］。临床主要抗VEGF药物包括VEGF 抗体、VEGF 纳米抗体、VEGF trap、抗VEGF trap 及VEGF 受体融合蛋白等。根据临床疗效显示,阿柏西普［VEGFR1 和VEGFR2 胞外域与人免疫球蛋白G(IgG)的Fc 段融合］的临床表现明显优于雷珠单抗(抗VEGF 抗体)［9］,这可能与阿柏西普的作用靶点更多,可以与VEGF-A,VEGF-B和PIGF结合,而雷珠单抗只能特异地与VEGF-A 结合有关,且单独的抗VEGF 药物在使用一段时间后均会出现一定程度的耐药性,因此VEGF 与其他血管新生分子的多靶点共同调控药物被寄予厚望。

2.2 抗TNF-α 药物 TNF-α 是一种同源三聚体跨膜蛋白,参与视网膜新生血管形成,增殖性玻璃体视网膜病变和黄斑水肿的发病。TNF-α 阻断剂如阿达木单抗可以与TNF-α 特异性结合,阻止其与TNF-α受体结合,从而起到治疗视网膜变性和眼部炎症的作用。接受抗TNF-α 药物治疗的免疫介导疾病患者的葡萄膜炎突发次数显著降低［10,11］,且接受infliximab和adalimumab 治疗的患者效果更加明显。但也有报道认为,TNF-α 抑制剂与炎症性眼病的复发相关,可能的作用机制与TNF-α 和干扰素水平之间的相互依赖关系,及干扰素增加在自身免疫性疾病发生中的作用相关。

2.3 GLP-1 激动剂 GLP-1 主要是由肠道L 细胞所产生的激素,属于肠促胰素,其受体GLP1R 在胰腺β细胞和脑中高表达。GLP-1 激动剂与其受体GLP1R 结合,可以激活腺苷酸环化酶途径,导致胰岛素合成和释放增加。有报道称,GLP1R 在人和非酮症糖尿病小鼠视网膜中表达量较高,临床上使用美国食品药品监督管理局(FDA)批准的liraglutide 全身给药进行视网膜变性治疗,可以看到细胞外谷氨酸水平显著降低,促生存信号通路明显增加［1］。局部给予天然的GLP-1 和其他GLP1R 激动剂后也证明其具有神经保护作用,这为视网膜神经变性的预防和治疗提供了新的思路。

2.4 抗Ang-2 药物 Tie-2 是一种跨膜受体,选择性地表达于血管内皮细胞上,而Ang-1、Ang-2 和Ang-4都是其分泌型的配体［12］,其中Ang-2 是Tie-2 去磷酸化的负向调控因子,降低Ang-2 活性可以增加生理性Tie-2 信号,降低炎症反应和毛细血管渗漏。罗氏开发的faricimab 是一种双特异性抗体,可以特异性结合VEGF-A 和Ang-2［13］,稳定血管,减少炎症和渗漏,改善视力,用于治疗糖尿病性黄斑水肿、新生血管性年龄相关性黄斑变性及视网膜静脉闭塞患者的视网膜不良预后,临床试验表现出良好的安全性、无剂量限制毒性及较好的疗效。

2.5 抗PDGF 药物 PDGF 是由两条多肽链通过二硫键连接形成的二聚体,可以刺激处于G0 或G1 期细胞进入分裂期。PDGF 可促进多种细胞和组织的增殖、迁移、存活［14］、分化和细胞外基质沉积,是血管成熟所必需的。PDGF 及其受体在许多眼部新生血管疾病中发挥关键作用,如新生血管性年龄相关性黄斑变性、早产儿视网膜病变和增殖性玻璃体视网膜病变［15-18］。PDGFs 和PDGFRs 也是涉及视网膜神经元和血管细胞退化眼部疾病的重要参与者,如青光眼和视网膜色素变性。由于在许多致盲性眼病的发病机制中的关键作用,PDGFs 和PDGFRs 已被认为是治疗眼病的重要靶分子。

随着眼用抗体类药物新靶点的不断发现,双特异性抗体、多特异性抗体成为眼用抗体类药物新的研究方向,双特异性抗体可以在多结合位点和不同信号通路的参与下,提高疗效,延长药物半衰期,降低给药频次,降低耐药性出现的几率［19,20］。蛋白质工程技术的不断发展也为单抗、双抗及多抗结构类型的多样化提供技术支持,为眼部疾病患者提供可选择的、灵活的给药方案。美国FDA 对Vabysmo 的批准标志着眼用双特异性抗体类药物的重大进步。

3 眼部用抗体药的新输送系统

近年间,将药物输送到眼前端和眼后端的新型输送系统的研发取得长足进步,通过持续受控的药物输送系统减少给药频率、给药剂量,减少副作用并改善眼部药物停留时间,药物渗透性和眼部生物利用度,提高药物疗效,并展示出较好的生物相容性。未来,改善和维持眼部健康,提高患者依从性的新型眼部输送系统将在眼部疾病治疗中得到广泛应用［21,22］。

可生物降解的聚合物微粒或微球具有降解后无毒性副产物,可安全从眼睛中清除,最终可从体循环中清除的优势常被用于开发长期眼部输送系统。开发过程中,需要考虑大分子在与聚合物材料相互作用时可能破坏其结构及活性,且有可能会出现蛋白质的降解和突然释放的问题,药物释放的速率与微球的结构性质、聚合物的分子量、包封率、表面电荷及孔隙率等密切相关,目前,使用聚合物微球在眼组织中实现生物制剂的长期释放超过1 周至数月还是非常具有挑战性的。

可生物降解的聚合物纳米颗粒或纳米球主要包括脂质纳米粒、聚合物胶束、纳米晶片等,它们可被用作靶向递送蛋白质、肽和小分子的载体,可通过包括局部、眼周、脉络膜上或玻璃体内等各种途径给药。用于包封疏水性和亲水性药物的壳纳米颗粒的开发,用于延长纳米颗粒循环和增强组织渗透的聚乙二醇(PEG)化修饰和在生物相容性凝胶中纳米颗粒的输送是未来控制生物治疗药物长期输送的研究策略方向之一。其中纳米颗粒介导的天然抗血管生成因子和通路调节因子的表达为新生血管性疾病提供了巨大的治疗潜力；利用胶束作为纳米级微泡前体,其在加热或超声辐照下可转化为微泡,可以获得较大的眼部递送范围。

生物可降解的植入物由于粒径较大,表面积与体积比率较小,因此载药量较高,可延长药物缓释时间,降低突然释放和初始释放,能够维持几天至数月的释放。但由于其需要通过小手术将器械引入玻璃体或巩膜上,导致其费用较高,且稳定性和释放速率问题仍需解决。相比之下,不可生物降解植入物由核心药物储库和半渗透膜组成,允许药物释放长达数月至数年之久,待药物储库耗竭,需要移除或重新填充不可降解的植入物。不可生物降解植入物的缺点是尺寸较大、需手术,易产生如视网膜脱离等并发症。目前,涉及合理、尺寸较小、微创手术,且能够维持生物药稳定性和缓释的植入物将会是一种具有吸引力的生物药输送系统。

细胞穿透肽体内外试验均显示出,可将附着的分子通过细胞膜移位至细胞中的巨大潜力,细胞穿透肽偶联的纳米载体在静电作用下可被能量依赖型内吞作用摄取,增强药物向眼组织的输送。基于细胞的药物输送系统开辟了将个体细胞用于治疗目的的崭新视角,将基因修饰的细胞包埋在半透膜内以将其与宿主分离,基因工程细胞可以连续生产治疗性蛋白,半透膜允许除细胞以外的营养物质传入,同时提供植入物中治疗性蛋白的持续释放,可以更好地控制药物释放速率。

行业内在研的还有更多的新型眼部给药方式和药物输送系统,但许多需求仍未得到满足,开发用于生物制药的输送系统仍面临着较大的挑战。

综上所述,随着生物技术水平的不断突破,眼部用抗体类药物在靶点的开发及应用、信号通路的研究方面取得了较大的进展,不断探索单克隆抗体、双特异性抗体及纳米抗体等新的研究方向。为克服眼部给药屏障,生物制药新制剂和新的给药系统发展迅猛,这些先进的技术可以减少给药频次,减少药物副作用,提高药物在眼部的滞留时间,提高药物的渗透性和生物利用度［23-25］,为未来患者的治疗带来更多机会和可能。眼部用抗体药物在未来预计会得到更好的发展,具有更广泛的应用前景。