当前位置: 首页 > 期刊 > 《中国肿瘤生物治疗杂志》 > 2000年第1期
编号:10246412
抗体导向酶——前药疗法的研究和应用进展
http://www.100md.com 《中国肿瘤生物治疗杂志》 2000年第1期
     作者:王智 武国军 刘智广 郝晓柯

    单位:王智 刘智广(第四军医大学中心实验室 西安 710033);武国军 郝晓柯(第四军医大学唐都医院中心实验室 西安 710033)

    关键词:单克隆抗体;前药;活化酶;导向治疗

    中国肿瘤生物治疗杂志000124 摘 要 抗体导向酶——前药疗法(antibdy-directed enzyme prodrug therapy, ADEPT)是利用抗体作为载体将前药的专一性活化酶选择性地结合于肿瘤部位,使无毒性的前药可以区域特异性地在肿瘤组织内转化为活性细胞毒分子,杀伤肿瘤。利用不同的活化酶/前药对已建立了多种ADEPT系统,羧肽酶G2/MMC1系统已用于临床Ⅰ期试验。本文就ADEPT研究和应用的最新进展作一综述。

    《中国图书资料分类法》分类号 R392.11
, 百拇医药
    70年代,单克隆抗体技术问世以来,使本世纪初德国科学家 Ehrlich提出的“魔弹”有望实现。但在实践中,人们逐渐认识到实现这个目标仍面临着许多难以克服的困难。到目前为止,人们仍在为“导弹”安装上种种“弹头”来提高它的细胞毒作用。用作“弹头”的物质主要有3类,即放射性核素、药物(如阿霉素,氨甲喋呤等)和毒素(如蓖麻毒素A链,绿脓杆菌外毒素等)[1]

    1 抗体导向酶——前药疗法的概念

    前药是一类本身无活性或活性很低,但在体内可转化为活性物质的药物。利用抗体作为载体携带前药的专一性活化酶,可以选择性地结合于肿瘤部位,使前药可以区域特异性地在肿瘤组织内转化为活性细胞毒分子,这种方法被称为“抗体导向酶——前药疗法”(antibdy-directed enzyme prodrug therapy, ADEPT)[2]或“抗体导向催化”(antibody-directed catalysis) 。自1987年Bagshawe提出ADEPT这一概念,已引起了人们广泛的关注,它克服了以往化学免疫偶联物和免疫毒素存在的许多问题。Bagshawe从绿脓杆菌中分离羧肽酶G2(carboxypeptidase G2, CPG2)并且克隆入大肠杆菌中,最初是用来降解甲氨喋呤,后来用于切除苯甲酸氮芥的衍生物上谷氨酸部分使之活化。这是目前最具代表性的一套ADEPT系统,而且已进入小规模临床试验阶段[3,4]
, 百拇医药
    ADEPT方案的优势在于:一个分子酶可以转化很多个分子的前药,每mol羧肽酶G2在1 s可降解800 mol苯甲酸氮芥底物[5],在肿瘤部位可产生高浓度的活性药物,这正可以弥补临床应用中免疫交联物结合力较低的缺点。

    目前可用于ADEPT系统活化酶已有多种(详见表1),其中只有羧肽酶G2系统已用于临床试验阶段。

    2 两步系统(two-stage system)

    在ADEPT方法中,抗体-酶交联物进入人体后,可在肿瘤部位特异性结合,同时从其他组织中逐渐清除。间隔一定时间后使用前药,这样前药可被肿瘤部位的抗体-酶交联物激活成为活性细胞毒分子,杀伤肿瘤。活化药物由于分子量小,可以扩散到邻近组织,产生旁观者效应(bystander effect)。

    表1 应用于ADEPT系统中的活化酶和前药 活化酶
, 百拇医药
    前药

    抗体

    肿瘤特异性

    羧肽酶G2

    苯甲酸氮芥的谷氨酰胺衍生物

    W14

    绒毛膜上皮癌

    MMC1

    W14,A5B7

    绒癌,结肠癌

    ZD2767

    A5B7
, http://www.100md.com
    结肠癌

    羧肽酶A

    甲氨喋呤-α-丙氨酸

    KS1/4

    肺腺癌

    氨基肽酶

    2-氨酰基甲氨喋呤

    ——

    ——

    碱性磷酸酶

    磷酸鬼臼乙叉甙

    L6

    结肠癌
, 百拇医药
    磷酸丝裂霉素,磷酸阿霉素,磷酸氮芥

    L6

    肺腺癌

    磷酸丝裂霉素

    HRS-3/AP1

    何杰金式淋巴瘤

    β-葡糖苷酶

    羟基苯胺氮芥的葡糖苷酸衍生物

    McAb12.8

    结肠癌

    葡糖苷酸表柔比星

    323/A3
, 百拇医药
    乳腺癌

    葡糖苷酸柔红霉素

    ——

    黑色素瘤,卵巢癌

    青霉素酰胺酶

    对羟苯乙酰阿霉素

    L6

    肺腺癌

    NHPAP(PTX的对羟基苯乙酸衍生物)

    L6

    肺腺癌

    β-内酰胺酶

, 百拇医药     头孢菌素氮芥

    L6

    肺腺癌

    头孢菌素硫酸长春碱

    CEM2314

    结肠癌

    胞嘧啶脱氨酶

    5-氟胞嘧啶

    L6

    肺腺癌

    Bagshawe将CPG2与绒毛膜上皮癌McAb W14-F(ab')2片段交联,制备成W14-F(ab')2-CPG2交联物。体外JAR绒癌细胞毒试验发现,游离药物的IC50为20 μmol/L,而前药在800 μmol/L时的抑制率只有17%,如果加上CPG2,前药水解后的IC50则为8 μmol/L,大大低于游离药物的IC50值。给预先给予W14-F(ab')2-CPG2交联物的荷瘤裸鼠iv前药0.5 h后,瘤组织的游离药物浓度为0.86 μg/g,前药浓度则在0.05 μg/g以下;若未给交联物,发现iv前药后的裸鼠体内血浆游离药物浓度很低,表明前药在酶存在的情况下能快速地转化为游离药物,且浓聚在肿瘤组织[5]
, 百拇医药
    3 三步系统(three-stage system)

    应用上述的“两步系统”(two-stage system),用抗CEA抗体A5B7 F(ab')2-CPG2在结肠癌LS174T荷瘤鼠上进行抑瘤试验,未见任何延缓肿瘤生长的作用。这可能由于交联物从循环中清除的速率较上述绒癌模型缓慢。因此提出了一个“三步系统”(three-stage system),使用一种可灭活CPG2的半乳糖基修饰的清除抗体(galactosylated clearing antibody)SB43,清除循环中未结合的抗体交联物[6],而清除抗体可以被肝内半乳糖受体结合并快速清除。清除抗体半衰期短,可与循环中CPG2交联物反应,但不能外渗与血管外部分的交联物反应,这样可以避免清除抗体到达并灭活已与肿瘤结合的抗体-酶交联物[6,7]。利用这种有清除抗体参与的“三步系统”在结肠癌LS174T荷瘤鼠上进行抑瘤试验时,可延缓肿瘤生长10~15 d[8]。对4名55~70岁已接受过常规化疗的结肠直肠癌男性患者进行了临床试验[3],治疗10~15 d后,4名患者血浆中CEA和19-9抗原的浓度都有降低;有2例患者肝脏的转移癌灶明显缩小,1例肝肿大、腹水的患者黄疸和腹水消退,但肝脏的大小未变;其他较明显的反应包括疼痛缓解,体质有所改善,体重增加。
, http://www.100md.com
    在对另外1组10名患者进行临床Ⅰ期试验中,Martin等[9]使用高效液相色谱检测了不同时间前药和药物的浓度,证实了前药MMC1在肿瘤部位可被CPG2快速转化为活性药物,而正常组织中的药物浓度很低,并可以快速被降解。Stribbling等[10]用高效液相色谱测量了A5B7 F(ab')2-CPG2在裸鼠体内的分布状况,指出,交联物的用量不是愈大愈好,6.25 U/kg 为最适量,肿瘤部位浓度最高时可达0.5~0.6 U/g;iv交联物至少72 h后才可以达到理想的肿瘤/正常组织分布比值。

    Blakey等[11,12]制备了一种新的前药ZD2767,用A5B7 F(ab')2-CPG2交联物iv结肠直肠癌LoVo荷瘤鼠,72 h后iv前药ZD2767,结果50%以上荷瘤鼠肿瘤延缓生长超过30 d。另外, Dowell等[13]近年来对前药MMC1进行了改造,主要是替换其中的苯甲酰胺,而制备了一系列前药编号为3~8,其中前药3和4的细胞毒性比MMC1低100~200倍,而它们的活化药物IC50只有(1~2) mmol/L。这些新的前药能否最终取代MMC1尚未可知。
, http://www.100md.com
    Melton等[14]发现,在小鼠E3胸腺癌模型中,iv肿瘤抑制因子α(TNF-α)可以提高交联物在肿瘤部位的浓度。在iv交联物的的同时iv 1.5 μg TNF-α,可使肿瘤部位的交联物浓度提高2倍,而在正常组织中仅引起一过性增高。使用减缓血液流动的药物也可以获得与TNF-α相同的效果,因为这种药物可使肿瘤部位产生TNF-α[15]

    4 融合蛋白和催化抗体在ADEPT中的应用

    在ADEPT方案中,可以使用蛋白工程技术产生既有Ag结合活性又有酶活性的融合蛋白,典型的复合物一般由鼠Fab和核酸酶或多聚酶融合而成,这种方法获得的复合物与过去化学交联方法的产物相比有更好的均一性[16]。Bosslet等[17]报道了第1例蛋白工程技术得到的用于ADEPT方案中的的融合蛋白,它由抗CEA的人源化抗体BW431的CH功能域与人源性β-葡糖苷酸酶融合而成。Haisma等[18]近来构建了抗CD20单链抗体(ScFv)与人源性β-葡糖苷酶的融合蛋白基因,并在293/EBNA人胚肾细胞中表达。融合蛋白保留了原有的Ag结合能力和酶活性,在Daudi淋巴瘤细胞体外细胞毒试验中,阿霉素的葡糖苷酸衍生物可被融合蛋白激活,产生与阿霉素相同的细胞毒活性。人源性酶与人源化Ab融合蛋白在人体内应用时可以大大降低免疫原性,但是,这一假想还没成为现实,通过蛋白工程技术进一步改进,可以制备双功能抗体,使其中一个臂具有模拟的酶催化作用。使用人抗体库进行筛选、构建,可避免免疫原性,但仍无法避免抗独特型(idiotype)反应。尽管催化抗体技术刚刚起步,但已有成功报道。Campbell等[19]构建的催化抗体,能够模拟胞嘧啶脱氨酶,将5-氟胞嘧啶转化为5-Fu,这个催化抗体的Km为218 μmol/L, kcat为0.03 min-1,而源于酵母的胞嘧啶脱氨酶Km为2.5 mmol/L, kcat为40 s-1。尽管目前的模拟抗体的药物转化能力较弱, 但仍可以与化学交联的方法相媲美,随着这一技术的成熟,将会有较好的发展前景。
, 百拇医药
    Denny等[20]近来提出了一种前药设计的新思路。前药由扳机单元(trigger unit)和效应单元(effector unit)两部分组成,活化酶可以启动扳机单元,从而释放效应单元中的细胞毒性分子。

    尽管ADEPT方法为人们展示了广阔的应用前景,但仍有许多关键性问题亟待解决,相信在不久的将来,ADEPT系统会成为临床肿瘤治疗的有效手段。

    参 考 文 献

    1,Pietersz GA, McKenzie IF. Antibody conjugates for the treatment of cancer. Immunol Rev, 1992, 129: 57

    2,Bagshawe KD. The first Bagshawe lecture. Towards generating cytotoxic agents at cancer sites. Br J Cancer, 1989, 60: 275
, http://www.100md.com
    3,Bagshawe KD, Sharma SK, Springer CJ, et al. Antibody directed enzyme prodrug therapy: A pilot-scale clinical trial. Tumor Targeting, 1995, 1: 17

    4,Springer CJ, Antoniw P, Bagshawe KD, et al. Novel prodrugs which are activated to cytotoxic alkylating agents by carboxypeptidase G2. J Med Chem, 1990, 33: 677

    5,Springer CJ, Bagshawe KD, Sharma SK, et al. Ablation of human choriocarcinoma xenografts in nude mice by antibody-directed enzyme prodrug therapy with three noval compounds. Eur J Cancer, 1991, 27: 1361
, 百拇医药
    6,Sharma SK, Bagshawe KD, Burke PJ, et al. Inactivation and clearance of an anti-CEA carboxypeptidase G2 conjugate in blood after localisation in a xenograft model. Br J Cancer, 1990, 61: 659

    7,Blakey DC, Valcaccia BE, East S, et al. Antitumor effects of an antibody-carboxypeptidasen G2 conjugate in combination with a benzoic acid mustard prodrug. Cell Biophys, 1993, 22: 1

    8,Rogers GT, Burke PJ, Sharma SK, et al. Plasma clearance of an antibody-enzyme conjugate in ADEPT by monoclonal anti-enzyme: Its effect on prodrug activation in vivo. Br J Cancer, 1995, 72(6): 1357
, 百拇医药
    9,Martin J, Stribbling SM, Poon GK, et al. Antibody-directed enzyme prodrug therapy: Pharmacokinetics and plasma levels of prodrug and drug in a phase Ⅰ clinical trial. Cancer Chemother Pharmacol, 1997, 40(3): 189

    10,Stribbling SM, Martin J, Pedley RB, et al. Biodistribution of an antibody-enzyme conjugate for antibody-directed enzyme prodrug therapy in nude mice bearing a human colon adenocarcinoma xenograft. Cancer Chemother Pharmacol, 1997, 40(4): 277
, 百拇医药
    11,Blakey DC, Burke PJ, Davics DH, et al. ZD2767, an improved system for antibody-directed enzyme prodrug therapy that results in tumor regressions in colorectal tumor xenografts. Cancer Res, 1996, 56(14): 3287

    12,Spinger CJ, Dowell R, Burke PJ, et al. Optimization of alkylating agent prodrugs derived from phenol and aniline mustards: A new clinical candidate prodrug (ZD2767) for antibody-directed enzyme prodrug therapy(ADEPT). J Med Chem, 1995, 38(26): 5051
, 百拇医药
    13,Dowell RI, Springer CJ, Davies DH, et al. New mustard prodrugs for antibody-directed enzyme prodrug therapy: Altern actives to the amide link. J Med Chem, 1996, 39(5): 1100

    14,Melton RG, Rowland JA, Pietersz GA, et al. Tumor necrosis factor increase tumour uptake of co-administered antibody-carboxypeptidase G2 conjugate. Eur J Cancer, 1993, 29A: 1177

    15,Pedley RB, Begent RH, Boden JA, et al. Enhancement of radioimmunotherapy by drugs modifying tumour blood flow in a colonic xenograft model. Int J Cancer, 1994, 57: 830
, 百拇医药
    16,Melton RG, Boyle JM, Rogers GT, et al. Optimisation of small-scale coupling of A5B7 monoclonal antibody to carboxypeptidase G2. J Immunol Methods, 1993, 158: 19

    17,Bosslet K, Czech J, Hoffmann D, et al. Tumor-selective prodrug activation by fusion protein-mediated catalysis. Cancer Res, 1994, 54: 2151

    18,Haisma HJ, Sernee MF, Hooijberg E, et al. Construction and characterization of a fusion protein of single-chain anti-CD20 antibody and human beta-glucuronidase for antibody-directed enzyme prodrug therapy. Blood, 1998, 92(1): 184
, http://www.100md.com
    19,Miyashita H, Karaki Y, Kikuchi M, et al. Prodrug activation via catalytic antibodies. Proc Natl Acad Sci USA, 1993, 90: 5337

    20,Denny WA, Wilson WR. The design of selectively-activated anti-cancer prodrugs for use in antibody-directed and gene-directed enzyme-prodrug therapy. J Pharm Pharmacol, 1998, 50(4): 387

    (1998-12-28收稿; 1999-03-01修回), http://www.100md.com