雙特異性抗體的多特異性抗體設計趨勢演講人CONTENTS引言：從單抗到多特異性抗體的必然演進雙特異性抗體：技術基礎與臨床價值奠基多特異性抗體：從“雙靶”到“多靶”的范式躍遷多特異性抗體設計的前沿趨勢與核心技術突破多特異性抗體面臨的挑戰(zhàn)與突破方向目錄雙特異性抗體的多特異性抗體設計趨勢01引言：從單抗到多特異性抗體的必然演進引言：從單抗到多特異性抗體的必然演進在抗體藥物發(fā)展的百年歷程中，單克隆抗體（mAb）以其高特異性的優(yōu)勢，已成為腫瘤、自身免疫病等領域的重要治療手段。然而，隨著疾病機制的深入解析和臨床需求的不斷升級，單抗的局限性逐漸顯現(xiàn)——單一靶點阻斷往往難以應對復雜疾病網(wǎng)絡的多環(huán)節(jié)調控，易產(chǎn)生耐藥性且療效存在瓶頸。在這一背景下，雙特異性抗體（BispecificAntibody,BsAb）應運而生，通過同時結合兩個靶點，實現(xiàn)了“一石二鳥”的治療效果。而近年來，隨著疾病復雜性的進一步揭示和技術的迭代，多特異性抗體（MultispecificAntibody,MsAb）逐漸成為抗體藥物研發(fā)的新前沿，其設計理念也從“簡單雙靶點阻斷”向“多靶點協(xié)同調控”躍遷，為精準醫(yī)療提供了更強大的武器。作為一名長期深耕抗體藥物研發(fā)領域的從業(yè)者，我深刻感受到，多特異性抗體的設計不僅是技術的突破，更是對疾病本質理解的深化——它標志著我們從“對抗單一靶點”向“調控疾病系統(tǒng)”的戰(zhàn)略轉型。02雙特異性抗體：技術基礎與臨床價值奠基1雙特異性抗體的核心結構特征雙特異性抗體的本質是包含兩個不同抗原結合位點的人工抗體，其核心設計挑戰(zhàn)在于如何實現(xiàn)兩條不同重鏈（HC）和兩條不同輕鏈（LC）的正確配對，避免錯配帶來的異質性。早期雙抗多采用“化學偶聯(lián)法”（如將兩個單抗通過交聯(lián)劑連接），但存在批次不穩(wěn)定、免疫原性高等問題。近年來，基因工程技術的發(fā)展推動了“重組雙抗”的崛起，形成了多樣化的結構形式：-“IgG-like”結構：通過CH3區(qū)域的“knobs-into-holes”（KiH）技術或電突變（electrostaticsteering）促進異源二聚體形成，如Emicizumab（hemlibra）采用IgG4亞型，通過Fc改造避免ADCC效應，同時結合凝血因子IXa和X，模擬VIIIa因子的凝血功能。1雙特異性抗體的核心結構特征-非“IgG-like”結構：包括雙特異性T細胞銜接器（BiTE，如Blinatumomab，由scFv組成，CD3×CD19）、串聯(lián)單抗（TaFv，如ERT-801，串聯(lián)兩個VH-VL結構域）等，這類分子尺寸較?。s50-60kDa），組織穿透力強，但半衰期較短，需持續(xù)輸注。從臨床需求看，“IgG-like”雙抗兼具較長的半衰期（約2-3周）和良好的藥代動力學特性，適合慢性病治療；而非“IgG-like”雙抗則因快速起效的優(yōu)勢，在急性白血病等領域展現(xiàn)出獨特價值。2雙抗的作用機制：從“橋梁”到“多功能樞紐”雙抗的核心優(yōu)勢在于其“多功能協(xié)同”機制，這使其在疾病調控中突破了單抗的線性思維：-細胞層面“橋接”：最經(jīng)典的是T細胞銜接雙抗（如Blinatumomab），通過同時結合T細胞表面的CD3和腫瘤細胞表面的CD19，將T細胞“招募”至腫瘤微環(huán)境，激活T細胞殺傷功能。這種機制不依賴MHC限制，為腫瘤免疫治療提供了新思路。-分子層面“調控”：部分雙抗通過模擬或阻斷內源性分子發(fā)揮調控作用。如Emicizumab模擬VIIIa因子，同時結合IXa和X，激活凝血級聯(lián)反應；Amivantamab（Rybrevant）則靶向EGFR和MET，通過空間構象阻斷EGFR-MET異二聚體形成，抑制下游信號通路。-免疫微環(huán)境“重塑”：雙抗可同時靶向免疫檢查點和腫瘤抗原，如PD-1×CTLA-4雙抗（如KN046），通過同時阻斷兩個抑制性通路，增強T細胞活性，同時避免單一靶點阻斷后的代償性激活。3已上市雙抗的臨床啟示與設計啟發(fā)截至2023年，全球已有十余款雙抗獲批上市，涵蓋腫瘤、血液病、自身免疫病等領域，這些臨床數(shù)據(jù)為多抗設計提供了寶貴經(jīng)驗：-Blinatumomab（Blincyto）：首個獲批的CD3×CD19雙抗，用于治療復發(fā)/難治性B細胞急性淋巴細胞白血病（r/rB-ALL）。其“BiTE”結構雖半衰期短（約2小時），但持續(xù)靜脈輸注可實現(xiàn)穩(wěn)定的T細胞激活，完全緩解率（CR）達80%以上，證明了“小分子雙抗”在急性治療中的可行性。-Emicizumab（Hemlibra）：首個獲批的凝血因子雙抗，用于血A型血友病治療。其Fc片段經(jīng)過改造，避免與FcγR結合，同時延長半衰期至約28天，每周皮下注射即可維持凝血功能，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)VIII因子替代療法。這提示我們，雙抗的“功能優(yōu)化”需兼顧靶點結合活性和藥代動力學特性。3已上市雙抗的臨床啟示與設計啟發(fā)-Teclistamab（Tecvaylit）：靶向BCMA×CD3的雙抗，用于多發(fā)性骨髓瘤（MM），采用“皮下注射+每周給藥”方案，客觀緩解率（ORR）達63%。其“Fc-silenced”設計（LALA突變）避免ADCC效應，保護激活的T細胞，同時通過FcRn介導的再循環(huán)延長半衰期。這些案例共同揭示：雙抗的設計不僅是“靶點組合”，更是“功能模塊”的優(yōu)化——需根據(jù)疾病特性選擇合適的結構形式、給藥途徑和調控強度，才能實現(xiàn)療效與安全性的平衡。03多特異性抗體：從“雙靶”到“多靶”的范式躍遷1多特異性抗體的定義演進與分類隨著雙抗技術的成熟，研究者開始思考：能否通過結合更多靶點，實現(xiàn)對疾病網(wǎng)絡的“系統(tǒng)性調控”？由此，多特異性抗體應運而生。目前學界對多抗的定義為：能夠同時結合三個及以上靶點（或同一靶點的多個表位）的抗體分子，根據(jù)靶點數(shù)量可分為三特異性（Tri-specific）、四特異性（Tetra-specific）及以上抗體；根據(jù)功能模塊可分為“細胞銜接型”“免疫調節(jié)型”“多功能融合型”；根據(jù)結構對稱性可分為“對稱多抗”（如三聚體抗體）和“非對稱多抗”（如多臂IgG樣抗體）。與雙抗相比，多抗的優(yōu)勢在于“多維度協(xié)同”：例如，在腫瘤治療中，可同時靶向腫瘤抗原（如HER2）、免疫檢查點（如PD-1）和微環(huán)境調節(jié)因子（如TGF-β），實現(xiàn)“殺傷+激活+免疫重塑”的三重功能。這種“一藥多效”的設計，不僅能克服單靶點耐藥，還能減少聯(lián)合用藥的復雜性，提高患者依從性。2驅動多特異性抗體發(fā)展的核心因素多抗的崛起并非偶然，而是臨床需求與技術進步共同推動的結果：-疾病機制的復雜性：腫瘤、自身免疫病等疾病的病理過程涉及多個信號通路和細胞類型。例如，腫瘤微環(huán)境（TME）中，腫瘤細胞可通過上調PD-L1抑制T細胞，同時通過分泌TGF-β誘導Treg分化，形成“免疫抑制屏障”。雙抗雖能阻斷兩個靶點，但難以同時調控多個免疫抑制通路，而多抗可實現(xiàn)“多靶點同時干預”，重塑TME。-單靶點藥物的耐藥性問題：臨床數(shù)據(jù)顯示，單抗治療易因靶點突變或旁路激活產(chǎn)生耐藥。例如，EGFR抑制劑易出現(xiàn)T790M突變，MET擴增則導致耐藥；PD-1單抗在部分患者中因“免疫逃逸”無效。多抗可通過靶向“共激活+共抑制”靶點（如EGFR×MET×PD-1），同時阻斷耐藥通路和激活免疫，延緩耐藥產(chǎn)生。2驅動多特異性抗體發(fā)展的核心因素-治療效率的提升需求：慢性?。ㄈ缣悄虿?、類風濕關節(jié)炎）需長期用藥，頻繁給藥不僅增加患者負擔，還可能因血藥濃度波動影響療效。多抗可通過“多功能模塊”延長半衰期（如融合Fc片段）、減少給藥頻次（如每月一次皮下注射），同時實現(xiàn)“多癥狀協(xié)同改善”。3多特異性抗體的設計邏輯：從“隨機組合”到“理性設計”早期多抗設計多采用“靶點隨機拼接”，導致活性低、穩(wěn)定性差。隨著結構生物學和計算生物學的發(fā)展，多抗設計逐漸轉向“理性設計”——基于疾病網(wǎng)絡和靶點互作數(shù)據(jù)，選擇具有協(xié)同效應的靶點組合，并通過結構優(yōu)化實現(xiàn)功能模塊的精準整合。例如，在腫瘤多抗設計中，需遵循“三原則”：①腫瘤靶向模塊（如HER2）確保特異性結合；②免疫激活模塊（如CD3、4-1BB）增強效應細胞功能；③免疫微調節(jié)模塊（如PD-1、TGF-ββ）抑制抑制性信號。這種“模塊化設計”思路，使多抗從“簡單疊加”走向“系統(tǒng)協(xié)同”。04多特異性抗體設計的前沿趨勢與核心技術突破1結構設計：從“簡單拼接”到“精準組裝”多抗的結構設計是保證其功能實現(xiàn)的核心，近年來，通過優(yōu)化抗體片段組合、改造Fc區(qū)域和引入新型支架，多抗的結構設計已從“線性拼接”走向“空間組裝”：-非對稱設計的精細化：非對稱多抗（如“三特異IgG”）可通過不同重鏈/輕鏈的定向改造，實現(xiàn)功能模塊的空間分離。例如，將靶向腫瘤抗原的Fab臂位于抗體一端，靶向免疫檢查點的Fab臂位于另一端，F(xiàn)c區(qū)域融合半衰期延長模塊（如XTEN），避免空間位阻。KiH技術在非對稱設計中仍是關鍵，但近年來引入“電突變”（如CH3區(qū)域的“E365K/K392D”突變）可進一步提高異源二聚體純度（>95%）。-對稱設計的優(yōu)化：對稱多抗（如三價抗體）雖結構簡單，但易因“重復結合”導致活性降低。例如，靶向EGFR的三價抗體可能因過度結合EGFR而誘導內吞，減少細胞表面受體數(shù)量。通過“親和力調控”（如降低其中一個臂的親和力）或“表位掩蔽”（如使用scFv隱藏部分結合位點），可平衡結合效率與內吞速率。1結構設計：從“簡單拼接”到“精準組裝”-新型支架探索：傳統(tǒng)抗體的分子量較大（約150kDa），組織穿透力有限。基于納米抗體（VHH，約15kDa）、DARPin（約18kDa）等小分子支架的多抗，可提高腫瘤組織的滲透性。例如，靶向EGFR×PD-1×VEGF的三特異性納米抗體，因其小尺寸（約50kDa），可穿透血腦屏障，用于腦膠質瘤治療。2靶點選擇策略：從“隨機組合”到“理性設計”多抗的靶點選擇是決定療效的關鍵，需基于疾病機制和臨床數(shù)據(jù)，篩選具有“協(xié)同效應”的靶點組合：-協(xié)同靶點篩選：通過轉錄組、蛋白組數(shù)據(jù)挖掘疾病網(wǎng)絡中的“核心節(jié)點”，選擇能調控多條通路的靶點。例如，在胰腺癌中，腫瘤細胞常同時表達EGFR和HER2，且兩者存在異二聚體激活下游信號通路。EGFR×HER2×PD-1三抗可同時阻斷異二聚體形成、激活T細胞，并通過PD-1阻斷抑制Treg，實現(xiàn)“雙重抑制+免疫激活”的協(xié)同效應。-克服耐藥的靶點組合：針對EGFR-TKI耐藥的非小細胞肺癌（NSCLC），可設計EGFR×MET×PD-1三抗，同時靶向EGFR突變位點、MET擴增位點，并通過PD-1阻斷免疫逃逸。臨床前研究顯示，該三抗對TKI耐藥細胞的抑制率較單抗提高5-10倍。2靶點選擇策略：從“隨機組合”到“理性設計”-組織特異性靶向：通過引入歸巢肽（如RGD肽靶向腫瘤血管內皮細胞）或組織特異性抗體片段（如抗轉鐵蛋白受體抗體靶向血腦屏障），可提高多抗在病灶部位的富集。例如，靶向血腦屏障受體（如LAT1）×腫瘤抗原（如GD2）的納米抗體，可穿過血腦屏障，用于神經(jīng)母細胞瘤治療。3功能模塊的智能化整合：從“單一功能”到“多功能協(xié)同”多抗的核心優(yōu)勢在于“功能模塊的協(xié)同”，近年來，通過引入“智能響應元件”和“動態(tài)調控機制”，多抗的功能整合從“靜態(tài)”走向“動態(tài)”：-免疫激活與抑制的動態(tài)平衡：傳統(tǒng)免疫檢查點阻斷雙抗（如PD-1×CTLA-4）可能因過度激活T細胞導致“細胞因子風暴”。設計“可降解”雙抗（如通過酶敏感l(wèi)inker連接PD-1和CTLA-4抗體），可在腫瘤微環(huán)境（高表達蛋白酶）中特異性釋放CTLA-4抗體，實現(xiàn)“局部抑制+全身激活”的平衡。-半衰期與活性的平衡：多抗的分子量增大可能導致腎臟清除加快，半衰期縮短。通過融合FcRn結合域（如IgG的Fc片段）或白蛋白結合域（如ALB8），可延長半衰期。例如，靶向CD3×CD19×ALB8的三抗，半衰期延長至約14天，每周給藥一次即可維持T細胞激活。3功能模塊的智能化整合：從“單一功能”到“多功能協(xié)同”-生物安全性設計：多抗可能因“非特異性結合”導致脫靶毒性（如結合正常組織抗原）。通過“親和力成熟”（降低與非靶標的結合親和力）或“表位掩蔽”（使用Fc片段隱藏結合位點），可提高安全性。例如，靶向HER2×HER3的雙抗，通過降低HER3臂的親和力，減少了心臟毒性（HER2在心肌中低表達）。4連接技術與組裝工藝：從“化學偶聯(lián)”到“生物合成”多抗的組裝工藝是保證其均一性和活性的關鍵，近年來，通過優(yōu)化表達系統(tǒng)和組裝技術，多抗的生產(chǎn)從“低效偶聯(lián)”走向“高效合成”：-肽鍵連接的穩(wěn)定性優(yōu)化：傳統(tǒng)linker（如Gly-Ser重復序列）易被蛋白酶降解，導致多抗解離。通過引入“D型氨基酸”或“非天然氨基酸”（如正亮氨酸），可提高linker的穩(wěn)定性。例如，靶向EGFR×MET的雙抗，使用含正亮氨酸的linker，在血漿中的半衰期延長至48小時（傳統(tǒng)linker為6小時）。-無細胞合成系統(tǒng)：大腸桿菌/酵母表達系統(tǒng)雖可生產(chǎn)多抗，但易出現(xiàn)包涵體和錯誤折疊。無細胞合成系統(tǒng)（如兔網(wǎng)織紅細胞裂解系統(tǒng)）可優(yōu)化翻譯后修飾，提高抗體活性。例如，使用無細胞系統(tǒng)生產(chǎn)的PD-1×CTLA-4雙抗，其糖基化位點修飾正確率達90%，顯著高于大腸桿菌系統(tǒng)（<50%）。4連接技術與組裝工藝：從“化學偶聯(lián)”到“生物合成”-體外組裝技術：對于復雜多抗（如四抗），可通過“分段表達+體外組裝”實現(xiàn)高效生產(chǎn)。例如，分別表達靶向腫瘤抗原的Fab片段、免疫檢查點的Fab片段和Fc片段，通過“點擊化學”定點偶聯(lián)，最終組裝為四抗，純化回收率>70%。4.5AI與大數(shù)據(jù)驅動的多抗設計：從“經(jīng)驗試錯”到“預測設計”AI與大數(shù)據(jù)技術的引入，正在重塑多抗的設計范式——從“實驗室試錯”走向“計算機預測”：-結構預測：AlphaFold和RoseTTAFold等AI工具可預測多抗的三維結構，幫助識別空間位阻和關鍵相互作用位點。例如，在設計EGFR×PD-1雙抗時，通過AlphaFold模擬發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)設計的linker會導致EGFR臂與PD-1臂重疊，通過縮短linker長度（從10個氨基酸縮短至5個），結合活性提高了30%。4連接技術與組裝工藝：從“化學偶聯(lián)”到“生物合成”-靶點互作網(wǎng)絡分析：通過整合轉錄組、蛋白組和代謝組數(shù)據(jù)，構建疾病網(wǎng)絡模型，篩選“核心靶點”。例如，在乳腺癌中，通過網(wǎng)絡分析發(fā)現(xiàn)，HER2、PI3K和PD-1是“核心節(jié)點”，設計HER2×PI3K×PD-1三抗可同時抑制增殖信號、激活免疫，臨床前ORR達75%。-設計自動化：基于機器學習的多抗設計平臺（如AbDesign、DeepAb）可自動優(yōu)化抗體序列，預測親和力、穩(wěn)定性和免疫原性。例如，使用DeepAb設計的CD3×CD19雙抗，其親和力較傳統(tǒng)方法提高5倍，且免疫原性評分降低40%。05多特異性抗體面臨的挑戰(zhàn)與突破方向多特異性抗體面臨的挑戰(zhàn)與突破方向盡管多抗設計取得了顯著進展，但其從“實驗室”到“臨床”仍面臨諸多挑戰(zhàn)，需通過技術創(chuàng)新和跨學科合作突破：1生產(chǎn)復雜性與質量控制：規(guī)模化生產(chǎn)的“最后一公里”多抗的結構復雜性導致其生產(chǎn)難度遠高于單抗：一方面，多條鏈的正確配對需要精細調控，錯誤配體（如同源二聚體）的比例可能高達30%，需通過多步純化（如親和層析+離子交換層析）去除；另一方面，多抗的分子量增大可能導致表達效率下降（如四抗的表達量僅為單抗的10-20%）。突破方向包括：開發(fā)“細胞內組裝”技術（如在CHO細胞中表達預組裝的Fab片段）、優(yōu)化密碼子提高表達效率、建立快速表征方法（如質譜和光譜聯(lián)用）保證批間一致性。2穩(wěn)定性與體內行為：從“實驗室”到“臨床”的轉化障礙多抗的體內行為受多種因素影響：分子量增大會導致腎臟清除加快，半衰期縮短；多個功能模塊可能相互干擾，影響活性。例如，靶向EGFR×PD-1×VEGF的三抗，由于VEGF臂的結合，導致EGFR臂的內吞速率加快，降低了腫瘤部位的藥物暴露。突破方向包括：通過“PEG化”或“白蛋白融合”延長半衰期；通過“智能響應linker”實現(xiàn)腫瘤微環(huán)境特異性釋放；通過藥代動力學/藥效動力學（PK/PD）模型優(yōu)化給藥方案。3臨床轉化中的平衡藝術：療效、安全與可及性的三角博弈多抗的臨床轉化需平衡“療效最大化”“安全性最優(yōu)”和“成本可控”三方面：一方面，多抗的“多功能”可能導致脫靶毒性（如靶向PD-1的雙抗可能引發(fā)免疫相關不良反應）；另一方面，多抗的生產(chǎn)成本高（如四抗的生產(chǎn)成本可能是單抗的5-10倍），限制了其可及性。突破方向包括：開發(fā)“模塊化生產(chǎn)平臺”（如預組裝功能模塊，降低生產(chǎn)成本）；設計“個體化多抗”（基于患者基因型定制，提高療效和安全性）；探索“聯(lián)合治療策略”（如多抗與小分子抑制劑聯(lián)合，降低多抗劑量）。六、未來展望：多特異性抗體設計的“智能時代”與“精準醫(yī)療”新范式多特異性抗體設計正進入“智能時代”——AI、基因編輯、合成生物學等技術的融合，將推動多抗從“功能模塊組裝”走向“智能系統(tǒng)整合”：3臨床轉化中的平衡藝術：療效、安全與可及性的三角博弈-個體化多抗：基于患者的腫瘤基因譜（如EGFR突