新型长效抗IL-5单抗depemokimab的生成与临床前评估：迈向半年一次给药的哮喘治疗新策略

《Heliyon》：Generation and preclinical assessment of depemokimab, an enhanced IL-5 antagonist monoclonal antibody

本期推荐GSK团队在《Heliyon》发表的研究，针对现有抗IL-5疗法需要每4周给药的临床痛点，通过互补决定区（CDR）定向亲和力成熟与Fc区YTE修饰技术，成功开发出具有超长效特性的depemokimab。临床前研究显示其对人IL-5亲和力（KD=10 pM）较mepolizumab提升10倍以上，在食蟹猴模型中实现持续24周的血嗜酸性粒细胞抑制，为严重哮喘患者提供半年一次给药的新选择，显著降低治疗负担。

　　

在全球范围内，哮喘影响着约3.15亿人，其中3%-10%的患者患有严重哮喘。这些患者虽然只占哮喘总人群的不到5%，却承担着近一半的哮喘相关医疗费用，并饱受频繁急性加重、生活质量下降和长期糖皮质激素治疗的困扰。白细胞介素-5（IL-5）是调控嗜酸性粒细胞生成、分化和活化的关键细胞因子，而嗜酸性粒细胞在严重哮喘、慢性鼻窦炎伴鼻息肉（CRSwNP）等疾病的发病机制中扮演核心角色。现有抗IL-5单克隆抗体（mepolizumab/Nucala?等）虽已证明疗效，但需要每4周给药一次的方案仍给患者带来不小的治疗负担。因此，研发一种能延长给药间隔、同时保持高效力的新型抗体，成为改善患者依从性和长期疗效的关键。

为此，GSK研究团队在《Heliyon》上报道了他们的解决方案：depemokimab（GSK3511294）。这是一种经过分子工程改造的增强型抗IL-5拮抗剂单克隆抗体，其设计目标直指“每6个月皮下注射一次”的超长效给药方案。研究团队采用了一种精巧的研发策略：首先通过基于酵母展示平台（Adimab）的互补决定区（CDR）限制性亲和力成熟技术，筛选出对IL-5结合力更强的抗体变体；随后，将能延长血清半衰期的YTE（Met252-Tyr/Ser254-Thr/Thr256-Glu）氨基酸取代引入抗体的Fc区，最终得到了depemokimab。

为验证depemokimab的潜力，研究人员运用了多项关键技术方法：通过动力学排除实验（KinExA）和表面等离子共振（Biacore）精确测定抗体与IL-5及FcRn的亲和力；利用TF-1（人红白血病细胞系）细胞增殖实验评估抗体中和IL-5生物活性的效能；在39周的非GLP（非药物非临床研究质量管理规范）食蟹猴（Macaca fascicularis）研究中，全面评估了其药代动力学（PK）特征和以嗜酸性粒细胞抑制为标志的药效学（PD）效果；并通过X射线晶体学解析了depemokimab Fab片段与人IL-5的复合物结构，在原子层面揭示了其高亲和力的结构基础。

3.1. 库构建与depemokimab的筛选

研究人员利用Adimab酵母展示平台，通过对CDR区进行有限突变构建组合库，经过三轮严格筛选（包括一轮磁珠分选和两轮流式分选），获得了亲和力提升的抗体变体。初步生物物理表征（如等电聚焦、差示扫描量热法、尺寸排阻色谱等）后，depemokimab因其优异的综合性能被选为临床前候选分子。

3.2. 动力学分析

亲和力测定结果显示，depemokimab对人IL-5的平衡解离常数（K_D）在25°C下达到10 pM，相比mepolizumab（123 pM），亲和力提高了超过10倍。对FcRn的结合实验表明，depemokimab在pH 6.0下对FcRn的亲和力（157 nM）是mepolizumab（2082 nM）的13倍，这为其体内长半衰期提供了分子基础。而在pH 7.4下，depemokimab仍能检测到结合（16 μM），mepolizumab则无结合，进一步印证了YTE突变的作用。

3.3. TF-1细胞实验

功能实验证实，depemokimab抑制人IL-5介导的TF-1细胞增殖的半数抑制浓度（IC₅₀）为3 pM，效力是mepolizumab（IC₅₀ ~123 pM）的41倍。对食蟹猴IL-5的抑制效果与人IL-5相当，显示了良好的种属交叉反应性，支持食蟹猴作为其临床前药理研究的相关模型。

3.4. depemokimab Fab与IL-5复合物的共晶结构比较

与mepolizumab相比，depemokimab的重链CDR区有三个关键氨基酸取代（Kabat编号：Ser31-Gly, Tyr32-Ser, Ser99-Gly）。晶体结构叠加显示，两者结合IL-5（一个同源二聚体）的表位基本一致。细微的结构变化，特别是CDR-H1和CDR-H3中氨基酸侧链的微小调整，被认为是depemokimab亲和力显著提升的原因，这种精妙的优化难以通过现有的计算机模拟预测。

3.5. 食蟹猴非GLP临床前PK/PD研究

药代动力学研究显示，静脉注射（IV）给予depemokimab（0.05 mg/kg或1 mg/kg）表现出线性动力学特征。在1 mg/kg剂量下，depemokimab的终末消除半衰期（T_1/2）为24.2天，是mepolizumab（11.5天）的2倍多；血清清除率（0.105 mL/h/kg）比mepolizumab（0.185 mL/h/kg）慢1.8倍。皮下注射（SC）给药的生物利用度高达111%。总IL-5（游离与抗体结合的总和）水平作为药效学指标，在depemokimab治疗组中持续升高并较晚才开始下降，表明其能更长时间地结合并中和IL-5。

最重要的药效学结果体现在对嗜酸性粒细胞的抑制上。单次静脉注射1 mg/kg depemokimab后，食蟹猴的嗜酸性粒细胞数量（与给药前相比）可抑制约50%长达24周，而相同剂量的mepolizumab仅能维持4-7周。这一显著的持续时间差异，直接证明了depemokimab实现更长给药间隔的潜力。

综上所述，这项研究通过分子工程技术成功创造了depemokimab，一种具有显著增强的亲和力和延长血清半衰期的抗IL-5抗体。临床前数据强有力地支持其可实现每6个月给药一次的目标，这相较于现有每4周给药的方案，有望大幅减轻患者治疗负担，提高依从性，从而可能带来更好的真实世界疗效。基于这些坚实的临床前证据，depemokimab已顺利进入临床研究阶段，其I期研究结果（Singh et al., 2022）证实了其在哮喘患者中的良好耐受性、长半衰期（38-53天）和持久的嗜酸性粒细胞抑制效果，III期试验也已于2021年启动。这项研究不仅展示了一种创新抗体药物的理性设计过程，也为严重哮喘及其他IL-5驱动疾病的长期管理提供了新的解决方案。