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PD-1抗體臨床藥理學介紹 李蘇（中山大學附屬腫瘤醫(yī)院） 概要： 一、抗PD-1 /PD-L1抗體的結(jié)構(gòu)相同點 二、抗PD-1各抗體的結(jié)構(gòu)不同點 三、PD-1/PD-L1 抗體PK行為不同 四、PD-1 各抗體PK/PD行為不同 五、PD-1 抗體藥效的差異 六、影響PD-1 抗體PK/PD的因素  一、抗PD-1 /PD-L1抗體的結(jié)構(gòu)相同點 PD-1和PD-L1都是IgG的單克隆抗體，都是由兩條輕鏈和兩條重鏈組成。 上半部分稱為可變區(qū)，跟抗原結(jié)合，決定藥物的藥效。比如Pembrolizumab的活性比Nivolumab強，原因是上半部分的結(jié)合率不一樣。 下半部分跟體內(nèi)的半衰期有關(guān)，是體內(nèi)主要清除的片段。 所有的抗體根據(jù)糖基化水平的不同，分為1-4種類型。 FDA批準的抗體大多是IgG1的抗體，自從PD-1抗體出現(xiàn)后，就出現(xiàn)了IgG4的抗體。 以前的抗體比如Avastin都是跟腫瘤表面的抗原結(jié)合，起到信號傳導阻滯作用。另一方面，下半段抗體的糖基化會跟NK細胞或巨噬細胞結(jié)合，啟動ADCC和CDC作用，把腫瘤細胞殺死。所以每個抗體如果它的ADCC作用強，抗體的活性是更強的。 比如PD-L1抗體只有Avelumab不一樣，保留了ADCC和CDC作用。而PD-1抗體，是針對T細胞表面的抗原，我們不希望T細胞被抗體結(jié)合的免疫細胞殺死，所以我們不能采用IgG1單克隆抗體，只能采用IgG4單克隆抗體。IgG4抗體無ADCC和CDC作用，很大的缺點是不穩(wěn)定，必須進行后續(xù)的加工修飾。 另外，IgG2和IgG4不容易產(chǎn)生抗抗體，所以在使用時我們發(fā)現(xiàn)PD-1抗體的使用劑量比PD-L1抗體的劑量低很多。而PD-L1抗體是IgG1抗體，針對的是表達在腫瘤細胞上的抗原，所以容易產(chǎn)生抗抗體，所以需要更多的劑量來彌補產(chǎn)生的抗抗體。 目前國內(nèi)外批準的PD-1抗體都是IgG4抗體，而且都進行了后續(xù)的加工——S228P的修飾，這些是沒有差異的。PD-L1抗體是IgG1單抗具有ADCC和CDC作用，而Atezo和Durva進行了Fc?R段的改良，去掉了ADCC和CDC作用。只有Avelumab保留了ADCC和CDC作用。 所以PD-L1抗體之間是不同的。  PD-1的IgG4抗體S228P修飾： -通過將高親和力的小鼠抗人PD-1抗體的可變區(qū)序列移植到含有穩(wěn)定的S228P Fc突變的人IgG4-κ同種型框架上產(chǎn)生帕博利珠單抗。 -帕博利珠單抗在228位用絲氨酸代替脯氨酸，這種突變已被證明能穩(wěn)定鏈間二硫鍵的形成，阻止Fab臂交換。克服了IgG4不穩(wěn)定性引起免疫治療臨床療效和毒性的不可預測性。
二、抗PD-1各抗體的結(jié)構(gòu)不同點 抗PD-1各抗體因為氨基酸序列、等電點等等的不同，導致了抗體的特性不同。包括抗體的人源化水平和糖基化水平不同、結(jié)合位點和特異性不同等。 比如：我們在很多試驗當中可以看到Nivolumab可以和Ipilimumab聯(lián)合，而其他的沒有跟Ipi聯(lián)用，原因是Nivo不會跟CTLA-4這個靶點聯(lián)合，所以不會產(chǎn)生跟CTLA-4的交叉反應。 另外，各抗體抑制PD-1和PD-L1的結(jié)合不同，從而激活T細胞的EC50值也是不一樣的。釋放細胞因子的量和類型也是不同的。而且藥物體內(nèi)PK分布也不同，半衰期也不同。
1、PD-1的IgG抗體人源化水平、糖基化水平不同——影響抗體產(chǎn)生。 單克隆抗體都來自于小鼠，所以免疫原性很強。因而可能產(chǎn)生抗抗體，抗抗體把抗體中和掉，同時加快抗體的清除。 另外抗體間的個體差異，也是抗抗體的產(chǎn)生導致的。 所以抗體一般是人源化和全人源化。人源化比全人源化親和力更強，糖基化水平不一樣。 -如果是跟抗原結(jié)合部位的糖基化，就會導致藥物跟抗原的親和力降低。 -如果在下半部分糖基化，就會使抗抗體產(chǎn)生的機會增加。
以上表格羅列了各大PD-1和PD-L1藥物的抗體類型及抗抗體的產(chǎn)生。 NIVO和Pembro是相似的，都無糖基化修飾和無ADCC作用。特瑞普利在糖基化修飾，抗抗體的產(chǎn)生為15.4%。卡瑞利珠單抗雖然有糖基化修飾，但無ADCC和CDC作用。 PD-L1抗體中只有Avelumab有ADCC作用。所以PD-L1抗體產(chǎn)生抗抗體的機率總體比PD-1抗體更高。 但中和性抗體，也就是把抗體磨滅的抗抗體產(chǎn)生的機率都是低于1%。
2、PD-1各抗體復合晶體結(jié)構(gòu)差異——結(jié)合位點、Kd、特異性 下表為PD-抗體的特征匯總，包括：結(jié)合區(qū)域、結(jié)合面積、分子量、Kd值、PD-1占位、釋放因子、特異性、抑瘤活性。
具體的結(jié)合位點，K藥主要是在C’D端，O藥主要在碳端，國內(nèi)三個單抗主要在FG端。 因此，如果藥物耐藥是結(jié)合位點的耐藥，比如O藥耐藥了，可以換國內(nèi)的PD-1單抗。 不同結(jié)合位點的PD-1單抗聯(lián)合使用，會加強抗體的活性。 不同結(jié)合位點的PD抗體，抑制PD-1和PD-L1通路的活性不一樣，激活T細胞的活性也不一樣。
3、抗PD-1單抗藥物的IC50 IC 50值代表的是抑制PD-1和PD-L1的結(jié)合，該值越小，說明抑制的活性越強。 從表中的IC 50值看，Pembro和卡瑞利珠接近；特瑞普利跟NIVO接近。 從激活T細胞的活性Pembro是最強的，只需要0.07納摩爾（nM）就可以激活T細胞，接下來是卡瑞利珠和NIVO，最后是信迪利和特瑞普利。
4、PD-1各抗體釋放因子及量不同
以上為每個藥物的分子結(jié)構(gòu)的特性。
三、PD-1/PD-L1抗體PK（體內(nèi)藥代動力學）行為不同 抗體的上半部分與抗原的親和力，代表活性。下半部分代表藥物在體內(nèi)的清除，在體內(nèi)的半衰期。 Pembro是三周給藥方式，NIVO是兩周給藥方式。給藥時間不同的原因一方面是半衰期不同，另一方面是激活I(lǐng)L-2或激活I(lǐng)FNγ持續(xù)的時間不一樣，一個是PK指標，一個是PD指標。 對于大分子藥物，和小分子藥物一樣，都是要經(jīng)過分布到達組織。因此抗體分布到腫瘤組織，激活T細胞后，才能召喚血液中被激活的T細胞聚集在腫瘤細胞起到抗腫瘤作用。 而藥物清除方面，大藥物跟小分子藥物不同，不是經(jīng)過腎臟排泄，也不是經(jīng)過肝臟排泄，因為不是CYP酶的底物。 同時需關(guān)注抗體的免疫原性，也就是產(chǎn)生抗抗體的能力，這是影響藥物清除的重點方面，也影響了藥物的療效和毒性。
5、PD-1抗體類藥物PK——分布不同 因抗體藥物的分子量達到15萬，很難全部分布到組織中去。表觀分布容積是7.5升，主要在血液中分布。分布到組織只有5-10%，分布到腦只有1%。而分布到腫瘤組織中的大概占10-30%。 在動物實驗中看到： Pembro主要分布在血液、脾、肝、腎、肺、心骨、皮膚、宮頸，這也是它主要的適應癥。分布較少的組織：前列腺、胃、腸、腦、肌肉，所以Pembro很多胃癌的臨床實驗是失敗的。 NIVO主要分布在脾、肝、腎、脊柱、胃、甲狀腺，分布較少的組織主要指在第五天時組織分布量會急劇減少，主要組織為：肺、腦、肌肉、心臟。
在人體分布中： Atezo主要分布在脾臟、肝臟、腸道。在肺的分布較少，在第三個級別，跟骨頭、肌肉分布一樣。 因此Atezo很多晚期臨床實驗要4藥聯(lián)合才有陽性臨床結(jié)果。 組織分布越多的患者，CR率更高。 CR病人的藥物分布大概有22.6 SUV值，分布最多。而PD的病人分布最少，只有6.8 SUV值。 因此藥物分布對于藥物的療效相關(guān)性非常大，藥物分布更多的腫瘤組織，腫瘤縮小更明顯。 對于藥物和臨床醫(yī)生來說，了解藥物分布，可以個體化治療，通過分布去選擇藥物。例如：以于心臟不好的或者腎臟不好的患者，可以選擇相對分布在心臟或腎臟少的藥物。
6、IgG類藥物清除——半衰期不同 抗體的清除一共有3個途徑： 1、跟抗原的結(jié)合：抗體跟抗原結(jié)合時，會被免疫細胞清除掉。 2、溶酶體分解代謝——抗體跟丙球一樣，都是IgG，因此代謝跟丙球相似。 3、抗抗體的產(chǎn)生 如果藥物分子是15萬，不是IgG，半衰期只有40分鐘。為什么PD-1抗體的半衰期更長，主要原因是有保護抗體循環(huán)，即FcRn受體保護循環(huán)，是人體進化的關(guān)鍵。 即在血液中的堿性條件下，抗體或丙球不會跟FcRn受體結(jié)合，會呈解離狀態(tài)，進入細胞的酸性條件后，抗體或丙球會跟FcRn受體結(jié)合，從而保護抗體不會被微粒體代謝。繼而再到血液中把抗體釋放出來。這就是FcRn受體保護循環(huán)過程。 因此抗體藥物的半衰期由藥物的Fc段和FcRn受體的親和力決定。親和力越強，半衰期越長。 IgG丙球的半衰期是25天，因此丙球為3周給藥方式。 K藥的半衰期是21-25天，其他PD1抗體大部分是14-21天的半衰期。因此K藥的Fc段是比較接近IgG的。
影響FcRn受體循環(huán)的因素： 1、年齡：年齡越大，F(xiàn)cRn受體表達越來越少。 老年病人不要隨意降低劑量，或者隨意延長用藥間隔，因為藥物的半衰期更短，藥物的暴露更少。 因此老年人更要注意足劑量使用。 2、體內(nèi)IgG水平：體內(nèi)IgG會跟抗體競爭FcRn受體，導致抗體半衰期縮短。 因此在藥物沒有出現(xiàn)療效或沒有達到穩(wěn)態(tài)時，不要補IgG或白蛋白，防止它們競爭FcRn受體，從而使抗體藥物的半衰期縮短和藥物暴露降低。 另外，如果藥物出現(xiàn)毒性了，除了用激素以外，還可以用補充IgG的方法，加速藥物清除。 3、基因多態(tài)性。
四、PD-1各抗體PK/PD行為不同 Pembro的最大耐受劑量是10mg/kg，半衰期25天，藥效指標是3周，即給一次藥可以刺激白介素21天的釋放。 100%靶標的抑制率需要10μg/ml的濃度，需要劑量換算有：1mg/kg(2w)，2mg/kg (3w)。 但對于1mg/kg來說抗體半衰期只有14天，超過1mg/kg抗體半衰期有21天，穩(wěn)態(tài)濃度足夠有效抑制。 藥物清除時間：110天可以達到完全清除。 達穩(wěn)態(tài)時間：5-6個半衰期，大約8周時間。 如果藥物耐藥后，想合并其它用藥，三個月即90天內(nèi)都可以，因為藥物在體內(nèi)仍然是接近IC50穩(wěn)態(tài)濃度1μg/ml。 另外，腦脊液藥物濃度為1μg/ml.
對于固定劑量來說，如果對低體重的患者，可以從低于有效暴露增加到有效暴露。 因此在沒有達到穩(wěn)態(tài)之前，或沒有出現(xiàn)療效之前，建議可以使用固定劑量，讓所有的病人都能達到有效暴露。
NIVO的I期臨床顯示： NIVO最大耐受劑量是10mg/kg。半衰期是14-21天。 3mg/kg 半衰期是13天，大于3mg/kg 半衰期是21天。 藥效指標是受體的占位，1mg/kg外周PD-1的占位達到飽和，約70%。 藥物的使用間隔是根據(jù)半衰期，劑量依據(jù)PK/PD模型。 NIVO是劑量依賴型，劑量越高，療效越好。當劑量大約為240mg時，達到平臺期。 因此對于肺癌的或其他難以達到組織的腫瘤患者，需要提高劑量使用，即用2mg/kg是不夠，需要用到3mg/kg才能達到有效的濃度。
無論是NIVO還是Pembro，PK參數(shù)無瘤種差異，體內(nèi)對藥物的清除隨著給藥次數(shù)的增加而減少，導致藥物暴露增加。 對于 CR病人，藥物的暴露會增加50%；對于PR的病人，藥物的暴露會增加40%。 因此，在取得療效或達到穩(wěn)態(tài)以后，可以延長相對應的給藥間隔。這個是在非小細胞肺癌、腎癌和黑色素瘤里都看到的現(xiàn)象。 下圖為所有PD-抗體的藥代動力學參數(shù)和藥效指標匯總。
五、PD-1抗體藥效的差異：
六、影響PD-1抗體PK/PD的因素 PD-1抗體藥物沒有經(jīng)過體表面積和體重較正的給藥，因此個體差異大，大概是70倍左右。 因此抗體類藥物的使用都是超劑量，才能使所有的病人達到有效的藥物暴露。
個體差異大是由什么造成的？ 1、年齡：年齡越大的病人，淋巴循環(huán)慢，藥物很難浸入組織。 因此年齡大的患者需要更多的耐心等待療效的出現(xiàn)和毒性清除。 2、合并疾病（炎癥、局部貧血）破壞內(nèi)皮細胞——增加藥物通透性和分布。 一旦出現(xiàn)炎癥，停止給藥是明智選擇。 局部貧血也可以增加藥物局部的滲透率，例如跟血管靶向藥物聯(lián)用時，使抗體藥物在腫瘤部位的蓄積更多。 發(fā)熱、感染使抗體代謝加快。 3、免疫原性：是影響藥物清除最主要的方式，跟藥物的質(zhì)量相關(guān)。 如果臨床使用時配置后是混濁的或有沉淀的情況，不能使用，主要因為這是抗體間形成了二聚體或三聚體，很容易產(chǎn)生抗抗體。 4、給藥間隔越頻繁，越容易產(chǎn)生抗抗體。 因此抗體藥物大劑量長間隔給藥，也是為了避免產(chǎn)生抗抗體。 5、藥物雜質(zhì)和質(zhì)量都會影響抗抗體的產(chǎn)生。
抗體類藥物的相互作用——小分子化合物 大分子和小分子藥物間無直接相互作用，有間接相互作用。 PD-1抗體會刺激IL-2和IFNγ的升高，這些因子會抑制細胞的CYP3A4酶，這些會導致化療藥物的毒性增加。 抗體與抗體藥物之間的聯(lián)用，會競爭FcRn受體，使某些藥物的半衰期縮短，而暴露減少。
小結(jié) PD-1抗體類藥物分子結(jié)構(gòu)：
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