832 YAKUGAKU ZASSHI Vol. 137 No. 7 (2017) Fig. 1. (A) Concept of Conventional Antibody and Bispeciˆc Antibody, and (B) Antibody Engineering Technologi

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ゆきすみだ
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1 YAKUGAKU ZASSHI 137(7) (2017) 2017 The Pharmaceutical Society of Japan 831 Symposium Review バイスペシフィック抗体技術を用いた次世代抗体医薬井川智之 Next Generation Antibody Therapeutics Using Bispeciˆc Antibody Technology Tomoyuki Igawa Research Division, Biologics Discovery Department, Chugai Pharmaceutical Co., Ltd.; Komakado, Gotemba, Shizuoka , Japan. (Received October 22, 2016) Nearly ˆfty monoclonal antibodies have been approved to date, and the market for monoclonal antibodies is expected to continue to grow. Since global competition in the ˆeld of antibody therapeutics is intense, we need to establish novel antibody engineering technologies to provide true beneˆt for patients, with dišerentiated product values. Bispeciˆc antibodies are among the next generation of antibody therapeutics that can bind to two dišerent target antigens by the two arms of immunoglobulin G (IgG) molecule, and are thus believed to be applicable to various therapeutic needs. Until recently, large scale manufacturing of human IgG bispeciˆc antibody was impossible. We have established a technology, named asymmetric re-engineering technology (ART)-Ig, to enable large scale manufacturing of bispeciˆc antibodies. Three examples of next generation antibody therapeutics using ART-Ig technology are described. Recent updates on bispeciˆc antibodies against factor IXa and factor X for the treatment of hemophilia A, bispeciˆc antibodies against a tumor speciˆc antigen and T cell surface marker CD3 for cancer immunotherapy, and bispeciˆc antibodies against two dišerent epitopes of soluble antigen with ph-dependent binding property for the elimination of soluble antigen from plasma are also described. Key words antibody therapeutics; bispeciˆc antibody; antibody engineering 1. はじめに現在まで 50 品目近いモノクローナル抗体が認可され, 今後も抗体医薬の市場は成長していくことが期待されており, 世界中で抗体医薬の熾烈な研究開発の競争が行われている状況にある. このような状況下で, 真に患者さんにとって高い価値を有し, 差別化可能な製品価値を有する抗体医薬を創製するためには, 従来の技術では達成できなかった価値を提供可能な新しい抗体工学技術の開発が必要である. 次世代抗体医薬の 1 つとして期待されるバイスペシフィック抗体 ( 二重特異性抗体 ) は,immunoglobulin G (IgG) 分子の 2 つの腕が異なる抗原をそれぞれ認識することができるため, 様々な治中外製薬株式会社研究本部バイオ医薬研究部 ( 静岡県御殿場市駒門 1 135) 現所属 : Chugai Pharmabody Research Pte. Ltd.(3 Biopolis Drive, # to 16 Synapse, Singapore ) igawatmy@chugai-pharm.co.jp 本総説は, 日本薬学会第 136 年会シンポジウム S18 で発表した内容を中心に記述したものである. 療薬への応用が考えられる. これまでヒト IgG 型のバイスペシフィック抗体の大規模な工業生産が不可能であったが, 筆者らはこの課題を克服し, バイスペシフィックの工業生産を可能とする抗体工学技術 (asymmetric re-engineering technology immunoglobulin; ART-Ig 技術 ) を開発し, バイスペシフィック抗体の創薬への応用を可能にした. 本レビューでは,ART-Ig 技術を適用した 3 つの次世代抗体医薬の例を紹介する種類の抗原を認識するバイスペシフィック抗体技術 (ART-Ig 技術 ) IgG 抗体には 2 つの抗原結合部位が存在する. 従来型の抗体においてはこの 2 つの抗原結合部位は同一の抗原を認識するが,1 つの抗体で 2 種類の抗原に結合できるように抗体工学により改変したものがバイスペシフィック抗体である [Fig. 1(A)]. バイスペシフィック抗体は従来型の抗体では達成できない新たな機能を発揮できると期待されている. バイスペシフィック抗体には IgG 型以外にも複数の分子形が研究されているが, 筆者らは IgG の形をし

2 832 YAKUGAKU ZASSHI Vol. 137 No. 7 (2017) Fig. 1. (A) Concept of Conventional Antibody and Bispeciˆc Antibody, and (B) Antibody Engineering Technologies (ART-Ig) to Enable Large Scale Manufacturing of Bispeciˆc Antibody た非対称のバイスペシフィック抗体が薬物動態, 物理化学的性質, 大量生産等の観点から有望であると考えている. しかしながら, バイスペシフィック抗体を医薬品として大量に工業生産するには, 様々な困難がある.IgG 型バイスペシフィック抗体は 2 種類の H 鎖と L 鎖からなるが, これらを発現させる遺伝子を細胞に導入し発現させると,H 鎖と L 鎖がランダムに会合し,10 種類の異なる抗体分子が産生される. このうち目的のバイスペシフィック抗体は 1 種類であり, 他の 9 種類は不純物となり, このような状況で工業生産することは現実的ではない. そこで, 筆者らはこの工業生産の課題を以下の 3 つの技術を確立することで解決した [Fig. 1(B)] 共通 L 鎖を効率的に取得する技術バイスペシフィック抗体の L 鎖を両方の H 鎖に共通して利用できれば, 産生される抗体分子は 10 種から 3 種に限定できる. 筆者らはバイスペシフィック抗体が結合する 2 つの抗原に対するそれぞれの L 鎖を改変することで, 共通 L 鎖を見い出す方法を確立した. 具体的には, それぞれ L 鎖のアミノ酸配列をシャッフリングしたキメラ L 鎖を遺伝子工学的に作製し, 各 H 鎖と共発現させ, 目的の抗原への結合を維持している L 鎖を選抜することで, これまでに多くのバイスペシフィック抗体の共通 L 鎖の取得に成功しているバイスペシフィック ( ヘテロ会合化 ) 抗体とホモ会合化抗体を分離精製する技術 L 鎖が共通化されたことによって, 産生される抗体の組み合わせは目的のバイスペシフィック抗体 (2 種の H 鎖がヘテロ会合化 ) とそれぞれの H 鎖がホモ会合化した 2 種のホモ会合化抗体に限定されることになるが, 依然としてこれら 3 種類の抗体の分離精製は困難である. そこで筆者らは 2 種の H 鎖の等電点に差が生じるように各 H 鎖の可変領域に改変を導

3 Vol. 137 No. 7 (2017) YAKUGAKU ZASSHI 833 Fig. 2. (A) Schematic Figure of Coagulation Factor VIII and Anti-FIXa/FX Bispeciˆc Antibody Emicizumab Mode of Action, and (B) In Vitro Coagulation Activity of Emicizumab and Recombinant Human Factor VIII in Human factor VIII Deˆcient Plasma in the Absence and Presence of Inhibitor (B) Y-axis shows the peak height of thrombin concentration in thrombin generation assay. 入することによって, 目的のバイスペシフィック抗体をイオン交換クロマトグラフィーにより分離精製する方法を確立したヘテロ会合化したバイスペシフィック抗体を優先的に産生させる技術上記 2 つの技術を適用しても, 産生される目的のバイスペシフィック抗体は 50% であり, 産生効率が悪い. そこで筆者らは H 鎖の Fc 領域に電荷の異なるアミノ酸置換を導入し, ホモ会合化抗体は正と正電荷, 負と負電荷で反発するが, ヘテロ体であるバイスペシフィック抗体は正負の電荷で会合が促進され, 結果的にバイスペシフィック抗体を優先的に産生させる方法を確立した. これら 3 つの技術により中外製薬においては, 複数のバイスペシフィック抗体において,good manufacturing practice (GMP) に準拠した大規模生産において, 従来型抗体と同等程度の高い生産性と高い純度でバイスペシフィック抗体の製造に成功している. 上市あるいは臨床開発中の抗体医薬の大半は, 生体の反応をブロックする作用を主な作用機序としている. 通常の抗体では,1 つの標的分子の作用を中和するだけであるが, バイスペシフィック抗体では,2 つの病原物質を同時に中和することができるので, 薬効増強が期待できるが, このような作用は通常の抗体を 2 種類併用することでも達成し得る. 筆者らは, バイスペシフィック抗体でしか達成できない作用機序を特徴とする 3 つの医薬品創製へのバイスペシフィック抗体技術の応用例を紹介する. 3. バイスペシフィック抗体技術の血友病 A への適用血友病 A は血液凝固第 FVIII 因子 (FVIII) の先天的な欠損若しくは機能異常に起因して, 出血が止まり難くなり, 患者の QOL が著しく低下する. 現

4 834 YAKUGAKU ZASSHI Vol. 137 No. 7 (2017) Fig. 3. (A) Concept of Conventional ADCC Antibody and T Cell Redirecting Bispeciˆc Antibody (TRAB),and(B) In Vivo Antitumor E cacy of Anti-GPC3/CD3 Bispeciˆc Antibody in Xenograft Model 行治療法として, 出血の際のオンデマンド療法とともに, 出血を予防する FVIII 定期補充療法が確立されているが, 血友病 A の患者にとって FVIII は非自己のタンパク質と認識されるため,30% 程度の患者において FVIII に対する抗体 ( インヒビター ) が誘発され,FVIII の効果が阻害されてしまう. また,FVIII は半減期が短く皮下投与ができないため, 週に 2 3 回の静脈注射での投与が必要であり, 特に血管の確保の難しい小児期には家庭での静脈注射が大きな負担となっている. そこで筆者らは, 止血効果の持続性に優れ, 皮下投与が可能であり, インヒビター存在下でも有効な血友病 A 治療薬として,FVIII 機能を代替するバイスペシフィック抗体分子を創製した. 1) FVIII は活性型凝固第 IX 因子 (FIXa) が第 X 因子 (FX) を活性化するときの補因子として作用するが, 筆者らはこの FVIII の補因子機能を FIXa と FX を認識するバイスペシフィック抗体によって代替できる可能性を提唱し,FVIII 様活性を有するバイスペシフィック抗体の取得に取り組んだ [Fig. 2 (A)].FIXa 及び FX をそれぞれ動物に免疫し, それぞれ約 200 クローンを取得し, これらを組み合わせることで約 4 万以上のバイスペシフィック抗体の中から FVIII 様活性を有する抗体を取得した. しかし, この抗体は,FVIII 様活性, 薬物動態, 物理化学的性質, 免疫原性等の観点から不十分であったため, 抗体工学により改良抗体を一分子ずつデザイン, 発現及び精製し, 多様な評価系での分析を繰り返し, 結果として数千の抗体を評価した結果, すべての観点で優れた特性を有するバイスペシフィック

5 Vol. 137 No. 7 (2017) YAKUGAKU ZASSHI 835 Fig. 4. (A) Concept of Antigen Degradation and Elimination by ph Dependent Biparatopic Antibody against Soluble Antigen, and (B) Antigen Elimination EŠect of ph Dependent Biparatopic Antibody against Soluble Antigen X in Cynomolgus Monkey 抗体 ( 一般名 :emicizumab) を創製した. 2) Emicizumab は in vitro において凝固能が低下している血友病 A の患者に由来する FVIII 因子を欠乏した血漿, 及び,FVIII が作用しないインヒビター存在下の血漿の凝固能を回復させる活性を示した [Fig. 2(B)]. 次に,emicizumab が実際に in vivo で止血効果を有するかどうかをカニクイザル血友病 A モデルで評価を行った. 出血刺激によって貧血を呈する対照群に比べ,emicizumab の 3mg/ kg 投与群はブタ FVIII の 10 U/kg を 1 日 2 回投与した群と同等の止血効果を示した. さらに, emicizumab はカニクイザルにおいて皮下投与からほぼ 100% 吸収され, 血中半減期は約 3 週間と持続性に優れていた. 第 1 相臨床試験において, emicizumab はインヒビターの有無にかかわらず良好な出血抑制効果が確認され, 現在第 3 相臨床試験が行われている. 3) 4. バイスペシフィック抗体技術のがん領域への適用がん領域における従来型抗体は, 活性型 Fcg 受容体を発現する NK 細胞やマクロファージをエフェクター細胞として利用し, 抗体依存性細胞傷害活性によりがん細胞を殺傷することができるが, 腫瘍免疫に最も重要な T 細胞をエフェクター細胞として利用することができない. そこで筆者らは, バイスペシフィック抗体技術を用い, 左右の抗原結合部位でそれぞれがん抗原である glypican-3 と T 細胞抗原である CD3 epsilon を認識する抗体を創製し,T 細胞をエフェクター細胞として利用して glypican-3 陽性のがん細胞を殺傷する T 細胞リダイレクティング抗体を創製した [Fig. 3(A)]. その結果,NK 細胞やマクロファージを利用する従来型の IgG 抗体に比べ,T 細胞を利用するバイスペシフィック抗体は,in vitro において強力に細胞傷害活性を示し,

6 836 YAKUGAKU ZASSHI Vol. 137 No. 7 (2017) in vivo ゼノグラフトモデルにおいて 1000 mm 3 までに成長した巨大な腫瘍を単回投与において退縮させることができた [Fig. 3(B)].Glypican-3 に対する T 細胞リダイレクティング抗体は, 非臨床試験において忍容性が確認されたことから, 現在, 第 1 相臨床試験においてその安全性と有効性が検証されている. 5. バイスペシフィック抗体技術を用いた可溶型抗原の血漿中からの除去従来型の抗体分子は標的抗原に結合し, その作用を遮断することしかできない. 抗体が結合した抗原は血漿中に安定に存在するため, 血漿中の抗原は抗体抗原複合体の様式で蓄積し, 結果として血漿中の抗原濃度が上昇してしまう. そのため, 血漿中濃度が高い可溶型抗原や血漿中から除去しなければ薬理作用が得られない抗原の場合は, 従来型の抗体分子では効果を発揮することできない. この課題を解決するために,pH 依存的に抗原に結合することを特徴とし, 血漿中 (ph 7.4) で抗体は強く抗原に結合し, エンドソーム内 (ph 6.0 付近 ) で抗原を速やかに解離するリサイクリング抗体技術をさらに発展させ,1 つの可溶型抗原の異なるエピトープを ph 依存的に結合するバイスペシフィック抗体 (ph 依存性バイパラトピック抗体 ) を作製した.pH 依存性バイパラトピック抗体は, 抗原と複数の Fc を有する免疫複合体を形成することができるため, 多価結合により,Fc 受容体を発現する細胞 ( 主に FcgRIIB を発現する肝類洞内皮細胞 ) に積極的に取り込まれ, エンドソーム内の酸性条件下において ph 依存的に抗原が解離し, 解離した抗原はライソソームに運ばれ分解されるのに対して, 抗体は FcRn により細胞表面にリサイクルされる [Fig. 4(A)]. これにより, 血漿中に存在する可溶型抗原を効率的に血漿中から除去することが可能である. 実際, 血漿中に高濃度で存在する抗原に対する ph 依存性バイパラトピック抗体をカニクイザルに投与したところ, ベースラインと比較して, 通常の抗体投与群では血漿中の抗原濃度が上昇してしまうのに対して,pH 依存性バイパラトピック抗体投与群では血漿中の抗原濃度を著しく低下させることに成功した [Fig. 4(B)]. 6. おわりに筆者らはバイスペシフィックの工業生産を可能とする抗体工学技術 (ART-Ig 技術 ) を開発し, バイスペシフィック抗体の創薬への応用を可能にした. 具体的には, 活性化凝固第 IX 因子と凝固第 X 因子を認識するバイスペシフィック抗体による血友病治療薬, がん特異的抗原と T 細胞マーカーを認識するバイスペシフィック抗体によるがん免疫療法薬, ph 依存的に可溶型抗原の 2 つの異なるエピトープを認識することで可溶型抗原を血漿中から除去する ph 依存性バイパラトピック抗体を創製した. このようにバイスペシフィック抗体は, これまでの通常の抗体では達成できなかった作用機序を提供することができるため, 次世代抗体医薬として有望なプラットフォームであると考えられる. 利益相反である, 井川智之は中外製薬株式会社の社員 REFERENCES 1) Kitazawa T., Igawa T., Sampei Z., Muto A., Kojima T., Soeda T., Yoshihashi K., Okuyama-Nishida Y., Saito H., Tsunoda H., Suzuki T., Adachi H., Miyazaki T., Ishii S., Kamata-Sakurai M., Iida T., Harada A., Esaki K., Funaki M., Moriyama C., Tanaka E., Kikuchi Y., Wakabayashi T., Wada M., Goto M., Toyoda T., Ueyama A., Suzuki S., Haraya K., Tachibana T., Kawabe Y., Shima M., Yoshioka A., Hattori K., Nat. Med., 10, (2012). 2) Sampei Z., Igawa T., Soeda T., Okuyama- Nishida Y., Moriyama C., Wakabayashi T., Tanaka E., Muto A., Kojima T., Kitazawa T., Yoshihashi K., Harada A., Funaki M., Haraya K., Tachibana T., Suzuki S., Esaki K., Nabuchi Y., Hattori K., PLoS One, 8, e57479 (2013). 3) Shima M., Hanabusa H., Taki M., Matsushita T., Sato T., Fukutake K., Fukazawa N., Yoneyama K., Yoshida H., Nogami K., N. Engl. J. Med., 374, (2016).

試験デザイン :n=152 試験開始前に第 VIII 因子製剤による出血時止血療法を受けていた患者群を以下のいずれかの群に 2:2:1 でランダム化 A 群 (n=36) (n=35) C 群 (n=18) ヘムライブラ 3 mg/kg を週 1 回 4 週間定期投与しその後 1.5 mg/k

試験デザイン :n=152 試験開始前に第 VIII 因子製剤による出血時止血療法を受けていた患者群を以下のいずれかの群に 2:2:1 でランダム化 A 群 (n=36) (n=35) C 群 (n=18) ヘムライブラ 3 mg/kg を週 1 回 4 週間定期投与しその後 1.5 mg/k 各位 2018 年 5 月 21 日ヘムライブラの 2 本の第 III 相国際共同治験の成績を世界血友病連盟 (WFH)2018 世界大会で発表中外製薬株式会社 ( 本社 : 東京代表取締役社長 CEO: 小坂達朗 ) は血友病 A 治療薬ヘムライブラ [ 一般名 : エミシズマブ ( 遺伝子組換え )] について第 III 相国際共同治験である HAVEN 3 試験 (NCT02847637)