IL-5 相关单克隆抗体治疗慢性阻塞性肺疾病的研究与进展

谭万梅，李娜通信作者)

（重庆医科大学附属第二医院呼吸内科，重庆 400010）

0 引言

呼吸困难、咳嗽和/或咳痰为慢性阻塞性肺疾病患者最常见的三大呼吸系统症状[1]，接受正规治疗虽然可以帮助减缓慢阻肺疾病的进展,但此病通常会随着时间逐渐恶化，据世界卫生组织统计，每10 秒钟就有一个慢性阻塞性肺疾病患者失去生命[2]。根据世界卫生组织估计全球现患有中至重度的慢性阻塞性肺疾病的人数达6500 万人，并且慢性阻塞性肺疾病在2030 年将成为全球第三位主要死因[2]。慢性阻塞性肺疾病最常用的药物包括吸入性糖皮质激素，β2-激动剂和毒蕈碱拮抗剂，尽管慢阻肺的患者接受了两联或三联吸入治疗，但大多数患者仍进展为急性加重期[5,6]。根据细胞浸润的性质，慢性阻塞性肺疾病主要分为四中类型，分别为嗜酸性粒细胞型，嗜中性粒细胞型，嗜酸性粒细胞和嗜中性粒细胞两者共存型以及少细胞型[7]。嗜酸性粒细胞型定义为痰或血中嗜酸性粒细胞计数≥3%或＞150-200 个/每立方毫米。多达40%的慢性阻塞性肺病患者存在嗜酸性炎症[3]，白介素5 在骨髓嗜酸性粒细胞的分化、成熟等重要生长过程中起关键作用[4]。有资料显示白介素5（IL-5）相关单克隆抗体可显著减少具有嗜酸性粒细胞炎症哮喘患者的急性加重的发生[8-10]，同时对肺功能有一定改善[8]。嗜酸性粒细胞介导的炎症在COPD 患者中存在潜在作用，因此降低嗜酸性粒细胞浓度的治疗方案的发展引起了人们兴趣[11]，降低血液嗜酸性粒细胞浓度的治疗措施也许能降低慢阻肺患者发生恶化的风险[12,13]。IL-5 单克隆抗体预防慢阻肺患者急性加重的研究提示有一定疗效，对肺功能有些许改善，且对血嗜酸性粒细胞水平较高的慢阻肺患者疗效更好[11]。目前临床上IL-5 相关单克隆抗体包括IL-5 拮抗剂mepolizumab 和IL-5R 拮抗剂benralizumab，这两种药物目的都是通过消耗阻断白介素5对嗜酸性粒细胞生长、成熟等重要作用，以降低嗜酸性粒细胞水平从而达到减轻甚至控制炎症的目的。已完成的临床试验有NCT01227278，注册机构：医学免疫公司(MedImmuneLLC)；NCT01463644，注册机构：麦克马斯特大学（McMaster University）；NCT02105948、NCT02105961，注册机构：葛兰素史克公司（GlaxoSmithKline）；NCT02138916，注册机构：阿斯利康公司（AstraZeneca）；NCT02155660，注册机构：阿斯利康公司（AstraZeneca）。

1 作用机制

多项研究表明，COPD 患者在无论在稳定期还是急性加重期均有嗜酸性气道炎症的证据[13-16]。同时，嗜酸性气道炎症同中性粒细胞炎症一样也可导致慢性阻塞性肺病患者的气流受阻和咳嗽、咳痰等症状[14]。白细胞介素5 (IL-5)是一种二硫键连接的细胞因子[4]，主要由嗜酸性粒细胞、T 细胞、嗜碱性粒细胞分泌释放，其通过与分布于嗜酸粒细胞的细胞膜上的白介素5 受体结合，从而调节骨髓中嗜酸性粒细胞的分化和成熟，调节其从血液向组织的迁移，预防嗜酸性粒细胞凋亡[17,18]。白介素5 受体（IL-5R）由两个不同的多肽链(α 和β亚基)组成，IL-5 信号通过高亲和力的IL-5R 进行转导通过，IL-5 是唯一能与IL-5Rα 结合的细胞因子，以此来激活高亲和力的IL-5R[4,19]。Mepolizumab 是一种完全人源化的IgG1/k 亚型小鼠抗人IL-5 单克隆抗体，Mepolizumab 与IL-5 具有高亲和力和特异性，通过与IL-5 结合以此阻止IL-5 与嗜酸性细胞表面的IL-5 受体α 复合物链结合，从而阻断IL-5 信号的传导作用[20]。Benralizumab 是一种人源化的去岩藻糖基化IgG1k 单克隆抗体，该单克隆抗体对人IL-5 受体的α 复合链有高亲和力和特异性，与IL-5 受体的α 结构域1 内的构象上不同的表位结合从而阻断IL-5 的作用[19,21]。

2 药理特点

Mepolizumab 在一项体外试验研究中，mepolizumab 抑制IL-5 与其受体的结合，半数抑制浓度（IC50）为0.94nmol/L，并且以高亲和力识别人IL-5（ 解离常数=4.2pmol/L）[20]。在一个12 周涉及60 名健康受试者（年龄20-52 岁）的开放性，单剂量，随机，平行研究中，mepolizumab 250mg 静脉注射30 分钟（12 人)，在腹部、手臂或大腿皮下注射、大腿外侧肌内注射（分别12 人），与静脉内途径相比，经腹部、手臂或大腿皮下注射的mepolizumab 的生物利用度为分别为64%，75%和71%；经大腿肌肉内注射后的生物利用度为81%(n=12)。相对于注射开始，最大血浆浓度(Cmax)出现在0.5-4.8 小时。虽然静脉内途径相比，皮下注射和肌内注射达到最大血浆浓度(Cmax)的时间较长（2-14 天），但两者吸收良好[20]。Mepolizumab 的终末半衰期约为20 天（与给药途径无关），与人类内源性IgG1 抗体的消除半衰期一致[20,22,23]。Mepolizumab 的药代动力学（包括半衰期）与IgG1 抗体的相似, 因此，它可能以类似于IgG1 的方式消除即绝大多数免疫球蛋白被内皮受体FcRn 介导的蛋白酶降解[20,24]。

BenralizumabBenralizumab 与IL-5Rα 结合，在一项哮喘患者和健康志愿者研究中，结果表明剂量为0.03-3 mg/kg 中其药代动力学与剂量成比例，当剂量≥0.3mg/kg 时，其耐受良好，血液嗜酸性粒细胞计数降低，且至少持续12 周[25]。另一项在剂量0.03mg/kg 至3mg/kg 范围内的哮喘患者研究中，benralizumab 均可在短时间内（24 小时内）即开始消耗循环外周血嗜酸性粒细胞水平,这种作用持续至少2 到3 个月，同时其药代动力学亦呈剂量线性，平均消除半衰期约为2 至3周，白细胞计数降低，鼻咽炎和血肌酸磷酸激酶水平升高是最常报告的不良事件，未观察到剂量依赖性或严重不良事件[26]。在COPD 受试者中，benralizumab 在第16 周达到了药代动力学稳态。观察到的浓度随着体重的增加而降低，尽管大多数药代动力学的变异性不能用体重来解释。年龄，性别，基线血嗜酸性粒细胞水平和吸烟状况对benralizumab 的药代动力学均无影响。首次使用后，血液嗜酸性粒细胞计数显着降低，并且在治疗期间一直保持抑制，COPD 患者中benralizumab 的药代动力学(PK)和药效学(PD)与接受100 mg benralizuman的哮喘患者的PK 和PD 相似[27]。

3 临床研究

在一项临床试验注册号为NCT01463644 关于mepolizumab的单中心、随机、双盲、随机对照研究中，此研究的对象为40-80 岁之间，有中到重度COPD 现在吸烟或有10 年烟龄的患者[吸入支气管扩张剂后，第一秒用力呼气容积（FEV1）/ 用力肺活量（FVC）＜0.7，肺功能FEV1 占预计值的百分比（FEV1%pred）＜60%，吸入高剂量ICS 和LABA, 或LAMA或两者]，在过去1 年至少有一次急性加重病史，痰嗜酸性粒细胞＞3%或过去两年至少一次随机痰嗜酸性粒细胞3+。实验组剂量为每个月750mg(静脉注射6 个月，随访4 个月)，痰嗜酸细胞百分率和血嗜酸细胞计数在基线至6 个月期间有显著性差异，但mepolizumab 和安慰剂组在支气管扩张剂前后的肺活量，残气量（RV），肺总量（TLC），残气量与肺总量（RV/TLC），肺对一氧化碳的弥散能力、痰液透明质酸、多能聚糖或6 个月后的放射学重塑证据及3 个月和6 个月的患者相关结局方面均无显著差异[28]。在另一项3 期临床试验中，入组者年龄40 岁以上，无论是否吸烟且至少有一年病史的COPD 患者，吸入支气管扩张剂前后，FEV1/FVC＜0.7，吸入支气管扩张剂后，20%≤FEV1%pred ≤80%，并且在过去的12 个月中有两次或两次以上中度加重史（需要糖皮质激素或抗生素，或两者）或一次及以上严重史（住院）的病史，在筛查前三个月必须接受三联疗法。试验包括NCT02105948[METREX 组[患者包括嗜酸性表型（血嗜酸性粒细胞计数筛查时≥150 每立方毫米，或过去一年任何时候≥300 每立方毫米）或非嗜酸性表型（血嗜酸性粒细胞计数筛查时＜150 每立方毫米，或无证据表明去年有过≥300 每立方毫米)]和NCT02105961[METREO 组（只包括嗜酸性表型]。治疗时间13 个月，随访2 个月，METREX 组每月皮下注射100mg，METREO 组分别每月皮下注射100mg 及300 mg。研究结果表明在具有嗜酸性表型的慢阻肺患者，Mepolizumab剂量为100mg 组的中重度年恶化率低于安慰组[相对危险度(RR）为0.82,95% 可 信 区 间（CI）为0.68-0.98，P 值 为0.04]，在血液嗜酸性粒细胞计数和筛查阈值较高的患者中差异更大。在METREX 研究中，具有嗜酸性表型的改良意向治疗人群的mepolizumab 组首次中度或重度加重的时间明显比安慰剂组更长[风险比（hazard ratio）为 0.7，95% CI 为 0.60-0.94，P 值为0.04]，但在总体改良意向治疗人群中没有差别，但无论在有嗜酸性粒细胞表型的改良意向治疗人群中，还是在总体改良意向治疗人群中，mepolizumab 组与安慰剂组在导致急诊就诊或住院的年恶化率方面均未发现显著差异[12]。在METREO 研究中，经多重性调整后，mepolizumab 组与安慰剂组在任何次要终点均未发现明显的益处，mepolizumab组在导致急诊就诊或住院的年平均恶化率没有显著低于安慰剂组，同时在METREX 或METREO 中，与安慰剂组相比，mepolizumab 组的SGRQ 和CAT 评分反应的比例没有显著性差异。在治疗期间最常见的不良事件是COPD 加重或恶化，鼻咽炎，头痛和肺炎。mepolizumab 在METREO 和METREX中有嗜酸性表型和无嗜酸性表型的安全人群中的安全性与安慰剂组相似[12]。

在一项关于benralizumab 治疗COPD 的2 期临床试验中(NCT01227278)，参与者为年龄在40-85 岁之间，现在吸烟或有10 年吸烟史的中度至重度COPD 患者，在筛查时，吸入支气管扩张剂后，FEV1/FVC＜0.7 同时FEV1%pred ≤80%且在过去一年中至少有一次需要口服糖皮质激素，抗生素或入院的急性加重。筛查时或筛查前痰中嗜酸性粒细胞计数为3·0%或以上。剂量100mg 皮下注射，前三剂量4 周1 次，以后8 周1 次，治疗期48 周，随访8 周。第56 周时COPD中度和重度急性加重的年率benralizumab 组和对照组无明显区别，也没有减轻症状或与健康相关的生活质量[11]。与安慰剂相比，在第8 周时benralizumab 组痰中嗜酸性粒细胞百分比较基线有更大的平均百分比下降[安慰剂组降低了11·2%( 均数差SD 为1·2) 而试验组降低了97·0%（SD 为1·4）]。试验组的支气管扩张剂前后的FEV1 较安慰剂组有所改善，最早出现在第4 周（分析第一个时间点），持续到最后一次给药后第80、32 周。56 周时支气管扩张剂前FEV1 试验组提高0·13 L (SD 为0·41),而安慰剂组改变-0·06 L (SD 为0·24)，P 值为0.014，支气管扩张剂后FVE1 试验组提高0·09L （SD 为0·39），安慰剂组改变了-0·08 (SD 为 0·21）,P值小于0.05[11]。在第56 周时SGRQ，CRQ-SAS 或BODE 得分与基线相比，治疗组之间无显著差异。同时在基线血嗜酸性粒细胞计数较高的患者中，benralizumab 能显著降低急性加重的发生率，并改善FEV1。以3.0% 和10.0% 的基线痰嗜酸性粒细胞截断值进行的事后疗效分析显示，急性加重期、FEV1、SGRQ-C 的变化与痰嗜酸性粒细胞增多程度呈正相关 ，STEPP 分析显示，与安慰剂组相比，benralizumab 组在痰中嗜酸性粒细胞水平较高者，患者的FEV1改善更明显（150个每微升组P 值为0·031，大于200 个每微升组p=0·035)，同时患者发生急性加重风险较小[11]。

在另一项关于benralizumab 的3 期临床试验中，入组者年龄在40-85 岁之间，现在吸烟或有10 年以上吸烟史的中度至重度有呼吸症状的COPD 患者，在筛查时，吸入支气管扩张剂后，FEV1/FVC＜0.7 同时20%≤FEV1%pred ≤80%，且在过去一年中尽管使用两联或三联疗法，但至少有两次需要口服糖皮质激素，抗生素或两者兼之的急性加重，或至少一次导致入院的急性加重。试验包括NCT02138916（GALATHEA 组）和NCT02155660（TERRANOVA），前者剂量分别为30mg 及 100 mg，后者剂量分别为10mg、30mg 及100 mg, 均皮下注射，前三次剂量每月1 次，以后每两月1 次。治疗期56 周，随访4 周。在长达56 周的治疗后，在中重度COPD 患者及有中度或重度频繁发作史以及血液嗜酸性粒细胞计数为220 每立方毫米或更高的患者中，与安慰剂组相比，试验组慢性阻塞性肺病急性加重的年恶化率无显著降低[29]。GALATHEA组中，研究结果显示剂量为100mg 组的年恶化率比安慰剂低（RR 为0.83，P 值为0.05），而在TERRANOVA 组中，剂量为10mg 的年恶化率比安慰剂组低（RR 为0.85 P 值为0.06），benralizumab 对年加重率没有一致的剂量效应[29]。在所有剂量中，试验组的支气管扩张剂前的FEV1 和SGRQ 评分均有所改善，同时对照组中两者亦均有改善，但程度较试验组低。在两项试验中，试验组和安慰剂组的不良事件类型和发生频率相似，最常见的不良事件与慢性阻塞性肺病或呼吸系统疾病有关[29]。在这两项试验中，从第4 周到试验结束，所有的benralizumab 剂量都导致血嗜酸性粒细胞大量耗损，而24 周时，痰嗜酸性粒细胞大量减少，而安慰剂组则无嗜酸性粒细胞减少[29]，而一些关于哮喘患者的研究显示，benralizumab 治疗可在4 周时直接、快速、几乎完全地消耗血嗜酸性粒细胞[30,31]。

4 结论

针对IL-5 途径的单克隆抗体治疗似乎对嗜酸性慢性阻塞性肺疾病患者有一定疗效，两种药物与安慰剂不良事件发生无明显差异。benralizumab 是一种针对IL-5 受体α 复合链的单克隆抗体，可以迅速血液和痰中的嗜酸性粒细胞耗竭，对使用支气管扩张剂前后的FEV1 和圣乔治呼吸问卷得分有所改善，尤其对具有嗜酸性患者，但并未减少加重慢阻肺患者急性加重的发生[11,29]。Mepolizumab 则通过与IL-5 结合以此阻止IL-5 与嗜酸性细胞表面的IL-5 受体α 复合物链结合，Mepolizumab 可减少具有嗜酸性表型的慢阻肺患者急性加重的发生风险，同时可延长第一次中度或重度加重的时间[12,28]。两种单克隆抗体似乎后者更能减少慢阻肺患者急性加重发生风险。

5 展望

目前针对IL-5 途径的两种单克隆抗体对减少慢阻肺患者急性加重发生的风险效果不显著，但有一定疗效。同时mepolizumab 对具有嗜酸性表型的慢性阻塞性肺疾病更具疗效。因两者的作用靶点及药代动力学和药效学不同，可能导致疗效存在差异。并且各项临床研究的干预措施不尽相同，亦是导致结果不同的原因。目前完成临床试验较少，需要更多的相关实验进一步了解此类药物的疗效。目前还缺乏慢性阻塞性肺疾病患者的药代动力学和药效学相关研究。针对IL-5 途径的单克隆抗体对治疗慢性阻塞性肺疾病患者的疗效还需要开展更多的临床研究。目前尚在进行临床试验有NCT0407533，NCT0413390，NCT04053634，NCT03327701，NCT04098718，前两者研究mepolizumab 对慢性阻塞性肺疾病患者的影响，后三者研究benralizumab 对慢性阻塞性肺疾病患者的影响。在未来可能会有更多的IL-5 单克隆抗体上市并开展对于COPD 患者治疗的相关研究。