藥學雜誌電子報106期
107
Vol. 27 No. 2
Jun. 30 2011
中華民國一○○年六月三十日出版

單株抗體用於多發性硬化症之治療


署立屏東醫院藥劑科藥師 郭瓊文、江吉文
署立台南醫院藥劑科藥師 張銘顯
高雄醫學大學臨床藥學研究所教授 黃耀斌

摘要

「多發性硬化症」 (multiple sclerosis,以下簡稱MS) 是一種中樞神經系統 (指大腦和脊髓) 自體免疫疾病,其致病性與T細胞、B細胞誘發發炎相關免疫反應,因此將單株抗體 (monoclonal antibodies,以下簡稱 mAbs) 應用於MS治療,針對免疫系統中特定標的細胞來作用,藉由免疫抑制方式使淋巴細胞 (T細胞、B細胞和巨噬細胞) 數量減少,降低對自體抗體對於中樞神經系統破壞。

本文將介紹四種 mAb 藥物 (natalizumab、rituximab、alemtuzumab、daclizumab) 於多發性硬化症之治療,對於 mAbs 與標的細胞作用後可影響免疫反應、中樞神經系統相關發炎過程以及臨床反應等作回顧。

關鍵字: 多發性硬化症、單株抗體

壹、前言

隨著分子生物學的進步找出細胞表面特有的表面標記,以及各種訊息傳遞的接受體,經由基因轉殖技術製造出具有高度專一性的單株抗體 (monoclonal antibodies,以下簡稱 mAbs),mAbs 利用抗體與抗原間高度的專一性達到標靶治療的效果 (表一),且因為具有高度專一性之辨認能力,可以進一步降低治療時產生系統性之副作用,所以在基礎研究、臨床診斷及治療、免疫預防等領域極具應用價值。在臨床治療上,mAbs 主要用於抗腫瘤、抗器官移植排斥反應、抗感染等疾病,mAbs 用於多發性硬化症 (multiple sclerosis,以下簡稱MS) 之治療是近年來研究的重點。本文將介紹 mAbs 之演進和作用,以及四種用於治療 MS之 mAbs。

 

表一 單株抗體作用標的

單株抗體

標的分子

細胞表現

Alemtuzmab

CD52

所有的T細胞和B細胞、自然殺手細胞、巨噬細胞、樹突細胞、顆粒性白血球 (嗜中性球除外)、男性生殖系統組織

Daclizumab

CD25

活化的T細胞、活化的巨噬細胞、活化的樹突細胞和寡樹突細胞、CD56 (bright) 自然殺手細胞

Natalizumab

CD49d

(VLA-4)

所有的T細胞和B細胞、自然殺手細胞、多數的單核球和巨噬細胞、顆粒性白血球 (嗜中性球除外)

Rituximab

CD20

B細胞 (漿細胞除外)

 

貳、單株抗體技術演進

mAbs 是1975年 Dr. George Kohler 及 Dr. Cesar Milstein 兩人利用B淋巴細胞融合瘤技術 (hybridoma technology) 製得而成,因為是由單一細胞株 (cell line) 所製造出來之單一抗體,所以稱之為單株抗體。最早的 mAbs 主要為鼠源性抗體 (murine mAbs,100%老鼠,藥名以 momab 結尾),代表藥物例如 muromomab (Orthoclone OKT3),它是第一個 FDA 核准上市的治療性 mAb。由於治療上往往受限於 mAbs 非人源,故在人體內會產生人類抗鼠抗體 (human anti-mouse antibody,簡稱 HAMA),導致輸注時易發生不良免疫反應,減低 mAbs 的療效並阻礙療程的進行。為能降低 HAMA 免疫反應,研究人員將老鼠抗體的可結晶片段 (Fc domain) 利用基因重組技術導入人類基因,產生嵌合單株抗體)(chimeric mAbs,30%老鼠和70%人類,藥名以 ximab 結尾),代表藥物例如 rituximab (Rituxan) 和 basiliximab (Simulect),嵌合單株抗體通常在10例患者中僅有1例會產生嵌合單株抗體的抗體。

研究人員繼續努力降低 mAbs 中老鼠氨基酸的量,將老鼠抗體中的互補決定區 (complementarity-determining regions,CDR) 部份移植到人類抗體中,此技術使老鼠氨基酸的量降到只剩下5-10%,稱為仿人類單株抗體 (humanized mAbs,5%-10% 老鼠和 90%-95% 人類,藥名以 zumab 結尾),代表藥物例如 natalizumab (Tysabri)、alemtuzumab (Campath)、daclizumab (Zenapax)。雖然這類藥物在體內仍然會產生抗體,稱為抗仿人類單株抗體抗體 (human anti-humanized antibody,簡稱 HAHA),但是發生機率約只有1-2%。完全人類單株抗體 (fully human mAbs,100%人類,藥名以 mumab 結尾) 不會產生免疫反應,代表藥物例如 ofatumumab (Arzerra) 和 adalimumab (Humira) 1

參、單株抗體之作用

mAbs 是一種經由基因轉殖技術製造的免疫球蛋白,可分為抗原結合區和可結晶片段。mAbs 能誘發免疫反應釋出細胞毒來破壞標的細胞,這些反應是依賴Fc區對於不同免疫球蛋白G亞型 (IgG1、IgG2、IgG3、IgG4) 接合能力的強弱程度所表現出來不同的免疫反應 (表二)。當 mAbs 的抗原結合區與標的細胞上的特殊抗原結合後,可能經由以下三種機轉對標的細胞產生毒殺作用2:(1) 補體依賴型細胞毒殺作用 (complement-dependent cytotoxicity,以下簡稱 CDC):結合後經由 mAbs 的可結晶片段來活化補體以形成膜攻擊複合體 (membrane attack complex,簡稱 MAC),其可在標的細胞的細胞膜上打洞 (溶解作用),增加細胞膜通透性,造成標的細胞崩解死亡。IgG1 與 IgG3 可以活化 CDC,IgG2 與 IgG4 是屬於極低能力或無法活化 CDC。(2) 抗體依賴型吞噬細胞毒殺作用 (antibody-dependent cellular cytotoxicity,以下簡稱 ADCC):結合後經由 mAbs 的可結晶片段來活化具有可結晶片段受體的一些非專一性的防禦細胞,例如單核球細胞、巨噬細胞、自然殺手細胞,引發去顆粒作用 (degranulation) 來破壞標的細胞。(3) 吞噬作用 (phagocytosis):結合後引發免疫細胞 (例如:巨噬細胞、單核球、樹狀細胞與嗜中性球等) 之吞噬作用,吞噬作用會將標的細胞吞噬破壞。於免疫球蛋白G亞型中,活化 ADCC 與吞噬作用這兩種免疫反應,以 IgG3 親和力最高,故其誘發免疫反應效力高,其次為 IgG1。

表二 免疫反應與 IgG 亞型的效力

免疫反應

IgG 亞型效力

補體依賴型細胞毒殺作用

IgG2 與 IgG4 活化能力低

抗體依賴型吞噬細胞毒殺作用

IgG3≧IgG1>>IgG2 和 IgG4

吞噬作用

IgG3>IgG1>>IgG4>I gG2

肆、治療藥物

一、Natalizumab (Tysabri)

2004年11月FDA核准 natalizumab 上市,它是第一種用來治療 MS 的 mAb。MS 的病變主要是被激活的白血球 (例如:T-淋巴球) 通過血腦障蔽後,進入腦組織中引起一連串的發炎反應。Natalizumab 是一種 α-4整合素 (α4-integrin) 拮抗劑,它可與白血球上的α4-整合素結合,干擾α4-整合素與血管壁上的血管細胞黏著分子-1 (vascular cell adhesion molecule-1;VCAM-1) 的相互作用,使得白血球較不易鑽出血管內皮到組織中引起發炎反應2,3

有兩篇第三期臨床試驗結果顯示,natalizumab 用於治療早期MS能有效降低腦部發炎反應,而用在後期MS則治療效果不佳。SENTINEL 臨床試驗係比較 natalizumab 與 interferon β-1a (IFNβ-1a) 併用與單獨使 用IFNβ-1a 治療復發-緩解型多發性硬化症 (Relapsing-Remitting MS,以下簡稱 RRMS) 之療效,結果顯示併用組可降低24%病情惡化的風險 (p=0.002)。AFFIRM 臨床試驗係比較 natalizumab 與安慰劑治療 RRMS 之療效,natalizumab 明顯降低42%持續性失能的風險,且可降低68%於第一年的復發率 (p=0.001)。

Natalizumab 於2004年11月上市後,因為有3例在臨床研究中發生嚴重腦部病毒感染,導致進行性多處大腦白質病變 (progressive multifocal leukoencephalopathy,以下簡稱 PML),故於2005年2月宣佈下市,最後在完成所有以該藥物治療之病患的安全分析之後,natalizumab 於2006年再次引進。因為目前該藥的臨床益處大於壞處,所以 FDA 並沒有將藥物下市。使用 natalizumab 的病患約有千分之一的風險會引發 PML,注射次數越多,發生 PML 的風險就越高,當發生 PML 時可以利用血漿置換術加快清除患者體內的藥物,以助於免疫力恢復4

二、Rituximab (Rituxan)

Rituximab 是嫁接鼠與人類 IgG1κ mAb,特別與B淋巴細胞上抗原 CD20 結合,而 CD20在大部份成熟B淋巴細胞上都有表現,在正常漿細胞及其他正常組織之表面並不含有 CD20 抗原,其作用會於兩週內造成B細胞耗損下降,影響可長達6個月,rituximab 的早期治療作用為引發免疫反應造成B細胞的溶解,細胞溶解的可能機制為 CDC 及 ADCC。由於 rituximab 治療導向快速且完全減少 CD20+ B 細胞,這個快速的治療效果,提供證據支持B細胞與MS免疫病理有關的論述,顯示B細胞在引起MS病灶的角色,故B細胞可視為MS治療關鍵點。但是B細胞減少對免疫球蛋白和長期感染風險的影響尚待觀察。

臨床研究證據方面,一項開放性第一期臨床試驗顯示,RRMS 病患接受為期72週 rituximab 治療後,可快速且持續改善疾病進展。另一項雙盲第二期臨床試驗將104位 RRMS 病患隨機分組,比較 rituximab 和安慰劑治療。在第1天和第15天,有69位病患接受1000 mg 的 rituximab 靜脈注射,35位病患接受安慰劑,初步終點是第12、16、20和24週時的釓增強 T1 病灶 (Gd-enhancing lesions,以下簡稱 CELs) 總數,研究結果顯示接受 rituximab 者 CELs 相對減少了91% (P<0.001)。如果改以臨床復發比率來看,接受 rituximab 者比接受安慰劑者在第24和48週時復發率明顯較低,但是 rituximab 組有較多病患出現輸注相關不良反應部分5,6

三、Alemtuzumab (Campath)

Alemtuzumab 是仿人類 IgG1κ mAb,在2001年5月 FDA 核准用於治療 CD52 陽性,且曾以烷基製劑治療並對嘌呤核苷酸衍生物 fludarabine 的治療無效的慢性淋巴球性白血病患者,而2007年9月 FDA 進一步核准用於慢性淋巴球性白血病患者的第一線用藥。Alemtuzmab 作用為 anti-CD52,CD52 表現在B淋巴細胞、T淋巴細胞、自然殺手細胞、單核球、顆粒性白血球 (嗜中性球除外) 等免疫系統,其主要作用機轉為誘發 ADCC 及 CDC,進而快速減少具 有CD52 表面抗原相關的免疫細胞。

臨床研究證據方面,在一項單盲為期36個月的第二期臨床試驗中,比較接受 rituximab (1年輸注1次,12毫克/天或24毫克/天) 和皮下注射 IFNβ-1a (每週3次,每次44 µg),結果顯示 alemtuzumab 可以降低持續殘疾風險 (危險比0.29,P<0.001),在擴展殘疾狀況評分表 (Expanded Disability Status Scale,以下簡稱 EDSS) 計分方面,alemtuzumab 治療組改善0.39點,在IFNβ-1a 治療組則是惡化0.38點。Alemtuzumab 施打後主要的副作用是發生輸注後反應,例如細胞激素釋放症候群 (cytokine release syndrome) 與抗體引發自體免疫 (例如:葛瑞夫茲病及免疫性血小板缺乏紫斑症)。此外,alemtuzumab 治療組因為血球減少受到伺機性感染的威脅高於IFNβ-1a治療組,並且已有報告指出接受 alemtuzumab 治療後會引發黑色素瘤 (melanoma)。現有兩項大型第3期臨床試驗 (CARE-MSSM I 和 CARE-MSSM II) 正在進行,目前只有等待試驗結果出爐才可以確認 alemtuzumab 用於治療慢性自體免疫疾病之效果與安全性的問題7,8

四、Daclizumab (Zenapax)

Daclizumab 獲 FDA 核准用於預防腎移植患者的急性器官排斥反應,近來可能發展成為治療 MS 的新利器。Daclizumab 是一種仿人類 mAb,其與第二間白質接受體 (IL-2 receptor,以下簡稱 IL-2R) 的α鏈有高度親合力,是屬於一種競爭性的IL-2R α鏈拮抗劑。儘管 daclizumab 是屬於 IgG1 骨架,但是它並不像 rituximab 與 alemtuzumab 作用會將與 CD25 相關免疫細胞耗盡,它能降低與 CD25 相關免疫細胞表現,所以 anti-CD25 單株抗體和 CD25 結合以後,可以阻斷 IL-2R 跟T細胞結合後引起的免疫反應。此外,當 anti-CD25 抗體和 CD25 結合以後並不會引起淋巴球放出細胞激素,不會引發細胞激素釋放症候9

臨床研究證據方面,有三項小型開放性第二期臨床試驗,其中有兩項試驗係針對 IFNβ治療反應不佳的 RRMS 病患加上 daclizumab 來治療,追蹤結果顯示 daclizumab 治療組反應良好,CELs 相對減少了70%以上,EDSS 分數也獲得改善。第三項試驗係探討 IFNβ和 daclizumab 之間的協同作用問題,結果顯示以 daclizumab 單一藥物治療可以抑制多數 MS 患者的疾病活性,但是病程嚴重者需要較高劑量的 daclizumab10

伍、結論

目前 mAbs 多使用於MS早期發炎階段,改善患者肢體活動度以及延緩疾病的進展。MS 是一個需要長期抗戰的疾病,此一新類型的藥物對於 MS 疾病的控制提供另一個治療的選擇,其長期療效仍未有定論,mAbs 用於治療 MS 之詳細作用機轉尚有許多研究正在進行中,未來希望有大型臨床試驗能夠提供更多有關 mAbs 分子活性、安全性和有效治療 MS 之具體實證資料。

參考資料:

1. DeVita VT Jr, Hellman S, Rosenberg SA: Cancer - Principles & Practice of Oncology, 7th ed. Philadelphia, Lippincott Williams & Wilkins, 2005: 445-56.

2. Muraro PA, Bielekova B. Emerging therapies for multiple sclerosis. Neurotherapeutics. 2007; 4: 676-92.

3. del Pilar Martin M, Cravens PD, Winger R, et al: Decrease in the numbers of dendritic cells and CD4+ T cells in cerebral perivascular spaces due to natalizumab. Arch Neurol. 2008; 65: 1596-603.

4. Khatri BO, Man S, Giovannoni G, et al. Effect of plasma exchange in accelerating natalizumab clearance and restoring leukocyte function. Neurology. 2009; 72: 402-9.

5. Hauser SL, Waubant E, Arnold DL, et al: HERMES Trial Group. B-cell depletion with rituximab in relapsingremitting multiple sclerosis. N Engl J Med. 2008; 358: 676-88.

6. Bar-Or A, Calabresi PA, Arnold D, et al: Rituximab in relapsing-remitting multiple sclerosis: a 72-week, openlabel, phase I trial. Ann Neurol. 2008; 63: 395-400.

7. CAMMS223 Trial Investigators; Coles AJ, Compston DA, et al: Alemtuzumab vs. interferon beta-1a in early multiple sclerosis. N Engl J Med. 2008; 359: 1786-801.

8. Jones JL, Phuah CL, Cox AL, et al: IL-21 drives secondary autoimmunity in patients with multiple sclerosis, following therapeutic lymphocyte depletion with alemtuzumab (Campath-1H). J Clin Invest. 2009; 119: 2052-61.

9. Bielekova B, Howard T, Packer AN, et al: Effect of anti-CD25 antibody daclizumab in the inhibition of inflammation and stabilization of disease progression in multiple sclerosis. Arch Neurol. 2009; 66: 483-9.

10. Rose JW, Watt HE, White AT, et al: Treatment of multiple sclerosis with an anti-interleukin-2 receptor monoclonal antibody. Ann Neurol. 2004; 56: 864-7.

 

Monoclonal Antibodies in Multiple Sclerosis

Chiung-Wen Kuo1, Chi-Wen Chiang1, Ming-Hsien Chang2, Yaw-Bin Huang3
Department of Pharmacy, Pingtung Hospital, Department of Health, Executive Yuan, Taiwan1
Department of Pharmacy, Tainan Hospital, Department of Health, Executive Yuan, Taiwan2
Graduate Institute of Clinical Pharmacy, College of Pharmacy, Kaohsiung Medical University, Taiwan3

Abstract

Multiple sclerosis (MS) is an immune-mediated disorder of the brain and spinal cord in which at least part of the inflammatory process. MS suggesting that pathogenic T cells are sufficient for full expression of multiple sclerosis, it is now evident that autoimmune B cells and humoral immune mechanisms also play key roles.

The development of monoclonal antibodies (mAbs) presents an emerging, highly specific therapeutic strategy for the treatment of MS.The mechanism of action of the 4 mAbs under active investigation for MS (natalizumab, rituximab, alemtuzumab, and daclizumab) are reviewed, with a discussion of how mAb interaction with each target antigen may produce direct and indirect effects (proven and hypothesized) on immune cell activity, CNS-related inflammatory processes, and clinical outcomes.