在抗体药物中，单克隆抗体是最重要的品类之一，近年来保持着逐年增长的趋势。不过，单克隆抗体只能靶向一个抗原或一个表位，而某些疾病的发生常常与多条疾病通路相关。双特异性抗体能够同时结合两个抗原或表位，克服了单克隆抗体这一缺陷[1]，同时能在靶细胞和功能分子或细胞之间架起桥梁，激发具有导向性的免疫反应，具有靶向性更强、毒性较低但研发生产技术壁垒高的特点，现已成为抗体工程领域的热点。

当前的许多研究都已表明双特异性抗体在治疗血液瘤、实体瘤、糖尿病、HIV等病原体感染和阿尔茨海默病等疾病中显示出巨大的治疗前景。此外，双抗也在促进干细胞和祖细胞的靶向递送以改善组织再生方面也有巨大的应用前景。2022年3月，Nature Reviews Drug Discovery 上发表了一篇文章Bispecific antibodies in oncology，对肿瘤学双特异性抗体疗法进行了盘点，根据文章预测，2027年肿瘤双抗市场销售额将达到37亿美元。

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双特异性抗体示意图[2]

1960年，Nisonoff等人第一次提出了双特异性抗体（bispecific antibodies，BsAb）的这一概念。1986 年，Staerz 和Bevan 第一次利用双特异性抗体将细胞毒性T 淋巴细胞( CTL) 运用于癌细胞溶解实验。自此之后，随着基因工程和抗体工程等分子生物学技术的不断进展，科学家们开发出100多种不同的双特异性抗体构建模式及平台。

有助于治疗性双特异性抗体概念性和技术性创新进展的时间线[3]

代表性双抗技术平台

截止2022年4月，已经有100多种双抗结构被报道，超过200个双抗临床项目在研，其中大多项目是在肿瘤领域。除了癌症领域，自身免疫性疾病也是双特异性抗体临床开发的重点。

单克隆抗体主要结构是两条对称的轻链和重链组成，双特异性抗体则结构多样，通常根据有无Fc片段分为IgG类双抗（含FC片段）和非IgG类双抗（无Fc片段），IgG类双抗根据是否对称又进一步分为对称性IgG类双抗和非对称性IgG类双抗。

不同结构的双特异性抗体[4]

IgG类双抗主要包括Triomabs，Knobs-into-holes，CrossMab，Ortho-Fab IgG，DVD-Ig，DAF (Two-in-one IgG)，scFv-IgG等技术平台。IgG类双抗保留了Fc功能区，具有Fc介导的抗体效应功能，如ADCC和CDC。此外，保留恒定区有利于抗体的纯化，提高抗体药物的溶解度和稳定性,还可以通过FcRn介导的抗体回收途径提高在体内的半衰期。

  • TrioMabs双特异性抗体技术平台由德国Fresenius和Trion Pharma公司合作开发。TrioMabs保留Fc段结构，抗体两条Fab段分别靶向T细胞表面CD3和肿瘤细胞表面抗原，Fc段则募集表达Fc受体的效应细胞，包括自然杀伤细胞、巨噬细胞、树突状细胞等，形成功能复合体，刺激T细胞分泌细胞因子，并杀伤肿瘤细胞。由于TrioMabs同时具有靶向肿瘤细胞、靶向T细胞以及招募Fc受体表达的效应细胞3种功能，故又称为三功能抗体。

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  • 杵臼结构(Knobs-into-holes)双特异性抗体技术由Genentech公司研发，具体原理是将亲代两种抗体其中一个的重链CH3区366位体积较小的苏氨酸突变为体积较大的酪氨酸，形成杵(Knobs)结构，再将另一个抗体重链CH3区407位体积较大的酪氨酸突变为体积较小的苏氨酸，形成臼(Holes)结构，再利用杵臼结构的空间结构互补特性，实现两种亲代抗体的正确组装。突变后的抗体正确组装率由野生型的57%提高至92%，大大增加了正确组装的效率，满足了双特异性抗体规模化生产的要求。

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  • DVD-Ig结构由AbbVie公司研发，在正常抗体的轻重链可变区N端分别再连接上另一个抗体的轻链可变区和重链可变区，形成具有双可变区抗原结合位点的抗体，实现双特异性的功能。这种结构的双特异性抗体与普通抗体有相同的Fc段，无需使用特殊方法生产，采用现有的通用抗体生产技术即可，大大降低了双特异性抗体的生产难度，提高了其应用价值。

DVD-Ig分子结构示意图[5]

非IgG类双抗缺乏Fc功能区，摆脱了天然抗体结构的限制，可构建多种不同形式的小型化双抗，例如BiTE, TandAbs，DARTs，Nanobodies，Dock-and-lock等技术平台，此类抗体的优势主要是分子量较小且可以通过原核表达从而降低成本，利于穿透组织到达肿瘤靶点，但由于其不包含Fc功能区也导致了在体内的半衰期较短，临床上需要连续给药来维持治疗效果。

  • 双特异性T细胞衔接器(Bispecific T cell engaging，BiTE)是典型的，也是结构最简单的不含Fc片段的双特异性抗体，它将两个单链抗体(Single chain Fv，scFv)由短肽链连接，仅保留两个抗原结合位点以行使功能。虽然BiTE结构简单，但由于缺乏Fc片段，其血液半衰期较短，易于解离。

BiTE分子作用机制[6]

  • 二价的抗体二聚体(Diabodies)，由两个交叉的单链抗体scFv组成，由于连接用的短肽链将每个轻链重链的可变区分隔开，所以只能形成二聚体。研究表明，二聚体抗体相较于亲代抗体的亲和力提高近10倍。

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  • 双亲和重定向分子(Dual affinity re-targeting，DART)是一种典型的二价抗体结构，将一个抗体的重链可变区(Variable region of the heavy chain，VH)和轻链可变区(Variable region of the light chain，VL)序列与另一个抗体的VL和VH序列分别连接，这种结构的常见问题是VH-VL的亲和力不强，易于解离。已经报道的解决方法有在两条多肽链的C端引入半胱氨酸[30]，以在VH-VL间形成二硫键，提高抗体分子稳定性。

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获批上市的双抗进展

目前，全球已有5款双抗药物获批上市，其中Removab由于上市后销售不佳于2017年退市。从适应症看，已上市的双抗药物适应症广泛，涉及肿瘤、罕见病以及眼科疾病等。

  • 2009年4月，Removab获EMA批准上市，适应症为恶性腹水，是全球首个商业化的双抗药物，由Trion Pharma研发，靶向CD3和EpCAM。CD3为T细胞招募靶点，EpCAM全称上皮细胞黏附分子，在肿瘤细胞增殖、分化、迁移以及免疫逃逸等多种生物学功能中发挥重要作用。由于商业化的不顺利，Removab于2017年宣告退市。目前，凌腾医药已重启了卡妥索单抗在国内的研发，在适应症的选择上，放弃了恶性腹水这一适应症，重点布局膀胱癌和胃癌，目前处于Ⅰ期临床。

  • 2014年，blinatumomab（Blincyto;Amgen）成为第一个获得FDA批准的双抗，用于急性淋巴白血病的治疗，是由Amgen公司研发的一款靶向CD3和CD19的双抗药物。CD19是B细胞表面的跨膜蛋白，它与B细胞活化、信号传导及生长调节密切相关，并作为重要标记物被广泛应用于白血病、淋巴瘤及免疫系统疾病的诊断和预后判断。2020年12月，NMPA附条件批准了Blincyto用于治疗ALL的适应症。

  • 2017年11月，Hemlibra首个适应症获FDA批准上市——治疗含Ⅷ因子抑制物的A型血友病的出血预防治疗。Hemlibra是Roche公司研发的一款双抗产品，通过桥接FIXa和FX，促进凝血酶生成，恢复A型血友病患者的凝血过程，使FⅧ功能障碍或完全缺乏FⅧ的A型血友病患者的出血部位达到止血。2018年4月，Hemlibra获批第二个适应症——不含Ⅷ因子抑制物的A型血友病预防治疗。这一适应症的获批标志着Hemlibra可用于治疗所有A型血友病，用药范围大幅提升。

  • 2021年5月21日，FDA加速批准了强生公司EGFR/c-Met双抗Rybrevant（JNJ-372）上市，用于治疗铂类化疗后进展的EGFR外显子20插入突变的转移性非小细胞肺癌（NSCLC）患者。Rybrevant是全球第四款获批上市的双抗药物，也是首款获批上市用于治疗EGFR外显子20插入突变NSCLC的双抗药物。

  • 2022年1月 28日，罗氏旗下基因泰克宣布,FDA已批准双特异性抗体Vabysmo（faricimab-svoa），用于治疗湿性年龄相关黄斑变性（wAMD或nAMD）和糖尿病黄斑水肿（DME）。Vabysmo是第一个被批准用于眼部治疗的双特异性抗体，标志着nAMD和DME的重大进步，可根据患者需要提供灵活的给药方案。Vabysmo是第一种也是唯一一种旨在靶向驱动视网膜疾病的两个独特信号通路的药物，其活性药物成分faricimab是首个专门为眼睛设计的双特异性抗体。与目前抑制VEGF通路的DME和nAMD治疗方法不同，faricimab靶向两种不同的途径——通过血管生成素-2（Ang-2）和血管内皮生长因子A（VEGF-A），这两种途径可驱动多种视网膜疾病，包括nAMD和DME。Ang-2和VEGF-A通过破坏血管稳定性、导致新的渗漏血管形成、并增加炎症反应，从而导致视力下降。通过同时阻断这两条途径，faricimab旨在稳定血管，并比单独抑制任何一种途径更能减少炎症和渗漏。这可能比单用抗VEGF疗法更能改善视力，进而减少所需的眼部注射频率。

国内外双抗研发管线

目前，双抗研发的后期临床管线中，血液肿瘤靶点集中在CD20和BCMA，实体瘤靶点集中在CTLA4、PD1/PDL1、LAG3、EGFR和HER2/HER3等；其中，包括默克已暂停临床的PD-L1/TGF-β双抗M7824（Bintrafusp alfa）。

处于后期（临床Ⅲ期）的双抗研发管线：

Drug

Company

Target

Key indications

Glofitamab

Roche / Genentech / Chugai

CD20 ×CD3

DLBCL

Mosunetuzumab

Roche / Genentech / Chugai / Biogen

CD20 ×CD3

Indolent and aggressive NHL

Epcoritamab

Genmab / AbbVie

CD20 ×CD3

DLBCL

Elranatamab

Pfizer

BCMA ×CD3

Multiple myeloma

Teclistamab

Janssen

BCMA ×CD3

Multiple myeloma

Erfonrilimab

Alphamab Oncology

PDL1 ×CTLA4

NSCLC, PDAC

Cadonilimab

Akeso Biopharma

PD1 ×CTLA4

GOJ adenocarcinoma, cervical cancer

Tebotelimab

MacroGenics

PD1 ×LAG3

Gastric / GOJ cancer

Ivonescimab

Akeso Biopharma

PD1 ×VEGF

NSCLC

Navicixizumab

OncXerna Therapeutics / Mereo Biopharma

DLL4 ×VEGF

Ovarian cancer

SI-B001

SystImmune / Sichuan Baili Pharmaceutical

EGFR ×HER3

NSCLC

Zanidatamab

Zymeworks

HER2 ×HER2

Gastro-oesophageal adenocarcinoma

Catumaxomab

LintonPharma

EpCAM ×CD3

Gastric adenocarcinoma

Bintrafusp alfa

Merck KGaA

PDL1 ×TGFβ

NSCLC, biliary tract cancer

SHR-1701

Jiangsu Hengrui Medicine / Suzhou Suncadia Biopharmaceuticals

PDL1 ×TGFβ

NSCLC, cervical cancer, gastric / GOJ cancer

数据来源：https://doi.org/10.1038/d41573-022-00040-2

值得一提的是，国内有5家企业抗肿瘤双抗产品进入Ⅲ期临床。其中，2021年9月, NMPA受理了康方生物一款靶向PD-1和CTLA-4的双特异性抗体卡度尼利单抗（Cadonilimab）的上市申请，并获得优先审评，适应症为复发或转移性宫颈癌，该疗法有望成为全球第一个递交上市申请，并获得批准上市的基于PD-1的双特异性抗体药物。从国内外进展情况来看，我国的双抗研发相比国外起步较晚，因此目前我国大部分管线主要集中在临床前阶段。

除了临床后期的双抗药物外，目前处于早期临床研发阶段的抗肿瘤双抗药物也不少，血液瘤及实体瘤领域均有很好的产品处于临床试验的不同时期。

处于早期的双抗研发管线：

Drug

Company

Target

Key indications

Development status

Odronextamab

Regeneron

CD20×CD3

NHL

Phase II

Talquetamab

Janssen

GPRC5D×CD3

Multiple myeloma

Phase II

Flotetuzumab

MacroGenics

CD123×CD3

Acute myeloid leukaemia

Phase II

AFM13

Affimed

CD30×CD16A

Peripheral T-cell lymphoma

Phase II

KN026

Alphamab Oncology

HER2×HER2

Gastric cancer, breast cancer

Phase II

Tarlatamab

AbbVie/Amgen

DLL3×CD3

Small-cell lung cancer

Phase II

REGN5458

Regeneron

BCMA×CD3

Multiple myeloma

Phase I/II

Zenocutuzumab

Merus

HER2×HER3

NRG1-positive solid tumours

Phase I/II

TNB-383B

AbbVie

BCMA×CD3

Multiple myeloma

Phase I

数据来源：https://doi.org/10.1038/d41573-022-00040-2

自首款双抗药物Removab于2009年获批上市至今，已跨越十年，却仅有五款双抗药物获批上市，可见这一领域研发难度之高。但值得庆幸的是，目前，全球已有逾百款处于临床阶段的双抗药物，部分已处于临床Ⅲ期，双抗时代有望在未来3-5年全面开启。

1. Fan, G., et al., Bispecific antibodies and their applications. J Hematol Oncol, 2015. 8: p. 130.

2. Kaiser, J., Forced into battle. Science, 2020. 368(6494): p. 930-933.

3.Labrijn, A.F., et al., Bispecific antibodies: a mechanistic review of the pipeline. Nature Reviews Drug Discovery, 2019. 18(8): p. 585-608.

4. Yu, S., et al., Recent advances of bispecific antibodies in solid tumors. Journal of Hematology & Oncology, 2017. 10(1).

5. DiGiammarino, E., T. Ghayur, and J. Liu, Design and Generation of DVD-Ig? Molecules for Dual-Specific Targeting, in Therapeutic Proteins: Methods and Protocols, V. Voynov and J.A. Caravella, Editors. 2012, Humana Press: Totowa, NJ. p. 145-156.

6. Einsele, H., et al., The BiTE (bispecific T-cell engager) platform: Development and future potential of a targeted immuno-oncology therapy across tumor types. Cancer, 2020. 126(14): p. 3192-3201.