近日，美國藝術(shù)與科學(xué)院、美國國家科學(xué)院兩院院士Raymond J. Deshaies教授在Nature雜志發(fā)表了題為Multispecific drugs herald a new era of biopharmaceutical innovation的文章[1]，對制藥行業(yè)當前的熱點(diǎn)“多特異性藥物（multispecific drug）”進(jìn)行了介紹。該綜述簡(jiǎn)述了現代制藥工業(yè)的四次革命性浪潮，重點(diǎn)對帶來(lái)第四次革命浪潮的多特異性藥物進(jìn)行了全面詳實(shí)的闡述，并強調了其可能存在的挑戰。

       現代制藥工業(yè)的四次革命性浪潮

       第一次革命性浪潮，即現代制藥工業(yè)的起源，可以追溯到20世紀初，以神藥阿司匹林的市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)為標志，這是現代藥物發(fā)展史上的一個(gè)標志性事件。該階段藥物研發(fā)強調在培養液或生物提取物中尋找對細胞或有機體有預期治療效果的活性物質(zhì)，并對活性物質(zhì)的化學(xué)成分進(jìn)行鑒定并制成藥物。此次浪潮啟動(dòng)了現代制藥工業(yè)，產(chǎn)生了一大批造福人類(lèi)的藥物。然而這種藥物研發(fā)方式有其局限性，即藥物的分子靶點(diǎn)往往是未知的，因此很難優(yōu)化藥物以增強其療效或耐受性，或預測藥物協(xié)同組合。

       圖1 現代制藥工業(yè)史的四次革命性浪潮

       第二次革命性浪潮從20世紀70年代開(kāi)始，以理性藥物發(fā)現方法學(xué)取代經(jīng)典的經(jīng)驗藥理學(xué)為標志。這種藥物研發(fā)方式的核心是一個(gè)靶點(diǎn)一個(gè)藥（one target one drug，1T1D），即先明確一個(gè)靶點(diǎn)，然后針對該靶點(diǎn)進(jìn)行藥物篩選和設計。1T1D方法的使用，加上高通量篩選和基于結構的藥物設計，已經(jīng)很好地應用于制藥行業(yè)，并催化了數百種小分子和生物藥物的開(kāi)發(fā)。Squibb開(kāi)發(fā)的血管緊張素轉換酶抑制劑——卡托普利便是一個(gè)典型案例。

       第三次革命性浪潮從20世紀80年代開(kāi)始，以基于重組蛋白的治療藥物為標志。重組DNA方法的發(fā)明開(kāi)啟了生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)，1982年，第一個(gè)重組人胰島素（humulin）獲得批準；1985年，第一個(gè)單克隆抗體muromonab被用作治療試劑。雖然重組蛋白藥物在結構上比小分子復雜，但這兩種藥物的作用機制相似，都與預定的分子靶點(diǎn)結合并調節其功能。

       近年來(lái)，越來(lái)越多的雙特異性藥物（或者更普遍地指多特異性藥物）開(kāi)始發(fā)揮重要作用，現代制藥工業(yè)史也隨之出現了第四次藥物革命性浪潮，即多特異性藥物的出現。雖然到目前為止，只有四種前瞻性設計開(kāi)發(fā)的多特異性藥物被批準（表1），但這波浪潮正在迅速形成。在安進(jìn)（Amgen）公司，通過(guò)I期臨床試驗的管線(xiàn)藥物中約有三分之二是多特異性藥物。這些前瞻性設計的多特異性藥物的成功開(kāi)發(fā)，讓科學(xué)家們重新思考如何設計開(kāi)發(fā)新一代藥物。在本文中，作者將多特異性藥物分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是能夠在特定作用位點(diǎn)上發(fā)揮作用的藥物，另一類(lèi)是治療藥物與生物效應器相偶聯(lián)的藥物。

       表1 四種已批準的前瞻性設計開(kāi)發(fā)的多特異性藥物

       多特異性藥物

       那么什么是多特異性藥物，與經(jīng)典的理性藥物設計有什么區別？如圖2的左圖所示，理性藥物設計遵循一個(gè)靶點(diǎn)一個(gè)藥1T1D原則，藥物與靶點(diǎn)直接結合，形成明確的單一藥物靶點(diǎn)結合界面，這種結合通過(guò)促進(jìn)或抑制靶點(diǎn)功能而發(fā)揮作用。另外，經(jīng)典藥物的另外一個(gè)特點(diǎn)是它們通常在全身都能發(fā)揮作用，不具有組織特異性。

       與之不同的是，專(zhuān)性多特異性藥物通過(guò)兩個(gè)或兩個(gè)以上的實(shí)體起作用，使藥物活性限制在一個(gè)特定的位置，或將靶標錨定到內源性效應器旁邊，讓該效應器對靶標進(jìn)行調節。專(zhuān)性多特異性藥物的特點(diǎn)主要是形成2個(gè)或多個(gè)藥物靶點(diǎn)結合界面，如圖2的右圖所示，MZ1與靶標BRD4和內源性效應器泛素連接酶亞基VHL同時(shí)結合，將BRD4錨到VHL附近，使VHL對BRD4進(jìn)行泛素化修飾，然后被蛋白酶體降解。

       圖2 多特異性藥物與經(jīng)典的理性藥物的區別

       多特異性藥物的分類(lèi)

       作者將多特異性藥物分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是在特定作用位點(diǎn)上提高治療效果的藥物，即Tetherbodies（包括SOMs 和COMLs）；另一類(lèi)是將治療靶點(diǎn)與生物效應器聯(lián)系起來(lái)的藥物，即Matchmakers（COMMS）。

       SOMs（sequentially binding obligatemultispecific drugs），即順序結合專(zhuān)性多特異性藥物（見(jiàn)圖3a,b），例如常見(jiàn)的抗體偶聯(lián)藥物?？贵w偶聯(lián)藥物將抗體與細胞**化合物相偶聯(lián)?？贵w部分與表達于腫瘤細胞表面的蛋白結合，抗體藥物與抗原的結合使細胞**化合物在腫瘤細胞處富集?？贵w偶聯(lián)藥物隨后進(jìn)入腫瘤細胞中發(fā)揮細胞**作用，從而殺死腫瘤細胞。該藥物的錨定過(guò)程和殺死細胞過(guò)程具有先后順序，因此得名。第一個(gè)前瞻性設計和批準的SOMs是抗體偶聯(lián)藥物gemtuzumab ozogamicin（商標名Mylotarg，吉妥珠單抗），用于治療急性髓系白血病。該藥物的靶點(diǎn)是核DNA，核DNA被ozogamicin 裂解。而gemtuzumab則與白血病母細胞上表達的CD33結合。

       COMLs (concurrently binding obligatemultispecific drugs that mediate localization) ，即介導定位的同時(shí)結合專(zhuān)性多特異性藥物（見(jiàn)圖3c）。它是SOMs的一種適度的變體，COMLs的錨定位點(diǎn)和藥物作用靶點(diǎn)定位于同一個(gè)部位，并且錨定過(guò)程和對靶點(diǎn)的調節過(guò)程同時(shí)發(fā)生，因此得名。COMLs的一個(gè)例子是抗體細胞因子融合藥物。細胞因子IL-2可以增強腫瘤的免疫攻擊，但是當它們被系統傳遞時(shí)可能會(huì )產(chǎn)生副作用，從而限制了它們的使用。一種解決方案是降低IL-2對其受體的親和力，并將其與一種能與腫瘤限制性細胞表面抗原結合的抗體相連接，這樣IL-2只能在其受體集中的區域即腫瘤上富集，從而發(fā)揮作用，降低副作用。許多抗體細胞因子融合藥物正在開(kāi)發(fā)中，但目前還沒(méi)有藥物進(jìn)入市場(chǎng)。

       圖3 在特定作用位點(diǎn)上提高治療效果的多特異性藥物Tetherbodies

       （a,b為SOMs，c為COMLs）

       COMMs （concurrently binding obligatemultispecific drugs that function as matchmakers ），即發(fā)揮媒介作用的同時(shí)結合專(zhuān)性多特異性藥物。COMMs發(fā)揮分子媒介作用，將靶標與效應體相連接，形成一個(gè)與效應體結合的界面和另一個(gè)與靶標結合的界面，從而拉近效應器與靶標的距離，使效應體作用于靶標。COMMS又可以細分為兩類(lèi)，一類(lèi)是基于小分子的COMMs，包括免疫抑制劑和植物激素（如環(huán)孢菌素cyclosporin、植物激素auxin、布雷菲德菌素A brefeldin A）、分子膠水（如沙利度胺）、PROTAC（靶向蛋白水解嵌合體，Proteolysis-targeting chimeric molecules）（圖4）；另一類(lèi)則是基于生物大分子的COMMs，如雙特異性CD3激動(dòng)劑BCEs和異源性雙功能IgG（圖5）。

       圖4 基于小分子的COMMs

       圖5 基于生物大分子的COMMs

       多特異性藥物帶來(lái)的挑戰

       由于多特異性藥物通常與兩個(gè)或兩個(gè)以上的實(shí)體相互作用，因此它們本質(zhì)上比單一特異性藥物更復雜。這會(huì )影響它們的合成、優(yōu)化、藥代動(dòng)力學(xué)、安全性、生產(chǎn)、臨床開(kāi)發(fā)和商業(yè)化，藥物的研發(fā)更加復雜化。

       一旦產(chǎn)生了候選的多特異性生物藥物，臨床前藥代動(dòng)力學(xué)和安全性評估可能會(huì )帶來(lái)獨特的挑戰。與單特異性藥物相比，多特異性藥物常常出現蛋白水解、聚集、物理不穩定性和產(chǎn)量低的趨勢。嵌合蛋白常常在動(dòng)物體內誘發(fā)抗藥物抗體，從而危及長(cháng)期的毒理學(xué)研究，而雙特異性抗體可能表現出較差的藥代動(dòng)力學(xué)行為，并通過(guò)非標準途徑清除。體內藥效和毒理學(xué)研究也可能因缺乏合適的動(dòng)物模型而受挫。由于激活免疫攻擊的藥物可能導致嚴重的不良事件，因此BCEs的首次人體劑量由最低預期的生物效應水平?jīng)Q定，而不是最高的非嚴重**劑量，這可能會(huì )延長(cháng)第一階段臨床試驗的劑量增加。

       除了開(kāi)發(fā)方面的挑戰外，多特異性藥物的制造成本可能更高，分發(fā)和管理也更困難。多特異性藥物在生產(chǎn)過(guò)程中的穩定性可能會(huì )發(fā)生變化，并會(huì )影響細胞培養過(guò)程的類(lèi)型。另外，在工業(yè)規模上生產(chǎn)出產(chǎn)量高、質(zhì)量穩定、雜質(zhì)可忽略的均勻多特異性分子仍是一個(gè)挑戰。

       展望

       目前我們站在醫藥工業(yè)變革的邊緣，可以想象不久的未來(lái)，會(huì )有大量越來(lái)越復雜的多特異性藥物誕生，包括生物的和小分子的多特異性藥物。特別是，多特異性小分子藥物有可能通過(guò)招募強大的細胞效應因子來(lái)調節包括蛋白質(zhì)、核酸甚至細胞器在內的多種靶點(diǎn)，從而打開(kāi)迄今為止不可用藥的細胞內蛋白質(zhì)組。我們面臨的機會(huì )是巨大的，但要發(fā)展多特異性藥物，就必須在可接受的安全風(fēng)險下，提供更好的療效。此外，還要考慮藥物生產(chǎn)的難易程度、藥物的穩定性和給藥的劑量及方便性等問(wèn)題。由于這些藥物的復雜性增加，這些問(wèn)題可能會(huì )給一些多特異性藥物帶來(lái)挑戰。然而，生物制藥行業(yè)在過(guò)去的一個(gè)世紀里有了長(cháng)足的進(jìn)步,并且與生物學(xué)、化學(xué)、工程學(xué)以及計算機科學(xué)等學(xué)科有了更緊密的聯(lián)系，我們可以期待會(huì )有更具潛力和更特異性的分子藥物來(lái)治療疾病，造福人類(lèi)。