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这篇综述聚焦慢性阻塞性肺疾病(COPD),探讨单克隆抗体(mAbs)治疗效果、局限与进展。
引言
慢性阻塞性肺疾病(Chronic obstructive pulmonary disease,COPD)是一种复杂的疾病,其特征为持续气流受限和急性加重发作。这不仅会严重降低患者的生活质量(Quality of Life,QoL),还会显著增加发病率和死亡率。过去几十年间,COPD 的药物治疗取得了显著进展,长效支气管扩张剂和吸入性糖皮质激素的应用,有效改善了患者症状、降低了急性加重率并延长了生存期。然而,现有疗法仅能将急性加重频率降低 15 - 25%,这凸显了开发更多治疗方案的迫切需求。
COPD 的发病机制涉及 “经典三联征”,即炎症、氧化应激和蛋白酶 - 抗蛋白酶失衡,其中吸烟是主要诱因。此外,遗传因素、早年生活经历和衰老(如细胞衰老)等多因素也在疾病进展中发挥作用。目前,稳定期 COPD 的主要抗炎药物是吸入性糖皮质激素和磷酸二酯酶 - 4(Phosphodiesterase - 4,PDE - 4)抑制剂。近年来,通过单克隆抗体(Monoclonal antibodies,mAbs)靶向炎症的新型疗法在 COPD 治疗中开展了试验,但结果各异。本综述旨在总结单克隆抗体治疗 COPD 的现有证据。
研究方法
作者通过在 MEDLINE 数据库中检索 “monoclonal”“antibodies”“cytokines” 和 “COPD” 等关键词,对原始研究论文和相关综述进行评估。基于作者的专业意见和经验,筛选出感兴趣的论文,仅选用英文文献。在文献检索过程中,尽量不遗漏该领域的重要研究,且未设定时间范围,但主要关注近期进展。本文基于先前的研究,作者未开展新的人体或动物实验。
COPD 中的炎症概述
COPD 患者存在气道和肺实质炎症,这种炎症会影响固有免疫和适应性免疫,进而导致慢性气道重塑、小气道疾病和肺气肿。除了稳定期,COPD 急性加重期还伴随着肺部炎症的进一步加剧。此外,COPD 患者还存在全身炎症,这会影响疾病的全身表现及合并症的发生。
COPD 的发病机制与细胞因子 “网络” 上调有关,这些细胞因子是单克隆抗体潜在的作用靶点。当上皮细胞因吸烟或其他有害因素受损时,巨噬细胞和中性粒细胞会浸润,炎症小体激活,白细胞介素 - 1β(Interleukin - 1β,IL - 1β)、肿瘤坏死因子 - α(Tumor necrosis factor - α,TNF - α)和 IL - 8 等细胞因子的表达上调,从而激活固有免疫。随后,Th1 适应性免疫反应和 Th17?细胞被激活,细胞毒性 T 细胞聚集,气道壁形成淋巴滤泡,引发慢性气道炎症。因此,COPD 通常与 Th1 免疫和中性粒细胞炎症相关。受损上皮细胞表达的警报素,如 IL - 25、IL - 33 和胸腺基质淋巴细胞生成素(Thymic stromal lymphopoietin,TSLP),在 COPD 气道炎症的放大过程中也发挥着重要作用。
值得注意的是,嗜酸性粒细胞 / Th2 炎症同样参与了 COPD 的发病机制。虽然嗜酸性粒细胞性 COPD 的患病率因判断标准而异,但 ECLIPSE 队列研究数据显示,约 37.4% 的 COPD 患者存在持续性嗜酸性粒细胞炎症(外周血嗜酸性粒细胞 > 2%)。COPD 中的嗜酸性粒细胞炎症表现为固有免疫和适应性免疫的改变,以及 Th2 细胞因子(如 IL - 4、IL - 5 和 IL - 13)的上调。嗜酸性粒细胞趋化因子(如 C - C 趋化因子受体 3(C–C chemokine receptor type 3,CCR3)趋化因子和前列腺素 D?(Prostaglandin D?,PG - D?))介导嗜酸性粒细胞向气道募集,与哮喘类似,固有淋巴细胞 2(Innate lymphoid cells 2,ILC2)细胞的激活也能介导 COPD 中的 Th2 炎症。有趣的是,部分 COPD 患者会出现间歇性嗜酸性粒细胞炎症,这表明该表型不稳定,需要持续进行表型和内型分析,这一现象在重症哮喘中也有观察到。
单克隆抗体作用机制概述
单克隆抗体已成为治疗炎症性和免疫性疾病的重要药物类别。通过使用单克隆抗体,可以靶向特定的分子,包括细胞因子、生长因子、细胞因子受体、分化簇,以及免疫球蛋白 E(Immunoglobulin E,IgE)和补体等。单克隆抗体主要通过配体或受体阻断发挥治疗作用,此外,还可通过受体下调、靶向细胞耗竭或信号诱导等机制发挥功效。在呼吸医学领域,单克隆抗体被用于治疗多种疾病,如肺癌、感染性疾病,以及气道疾病,主要用于重症过敏性和 / 或嗜酸性粒细胞性哮喘的治疗。
靶向 IL - 5/IL - 5R 的抗体
抗 IL - 5/5R 单克隆抗体是目前治疗重症哮喘常用的生物制剂,具体使用需根据患者的表型决定。血嗜酸性粒细胞是指导临床医生开具抗 IL - 5 药物的重要生物标志物之一。鉴于 COPD 与哮喘存在一些共同的病理生理特征,人们不禁会思考这类生物制剂是否适用于特定的 COPD 表型。多项随机对照试验(Randomized controlled trials,RCTs)对此进行了评估。
美泊利单抗(Mepolizumab)
两项 3 期平行双盲随机对照试验 METREX 和 METREO 开展了研究。METREX 使用 100mg 美泊利单抗,而 METREO 则使用 100mg 或 300mg 美泊利单抗。这两项试验共招募了 2000 多名接受三联疗法且有中重度急性加重病史的 COPD 患者,评估每月一次美泊利单抗附加治疗 52 周的疗效,主要终点为年急性加重率(Annual exacerbation rate,AER)。
在 METREX 研究中,对于具有嗜酸性粒细胞性 COPD 表型的修正意向性治疗人群,每月使用 100mg 美泊利单抗与安慰剂相比,AER 有统计学意义的降低(p 值 = 0.04,1.40 对 1.71)。相反,METREO 研究的主要终点结果未达到统计学意义,但每月 100mg 美泊利单抗的治疗方案仍呈现出一定优势趋势。美泊利单抗对血嗜酸性粒细胞计数(Blood eosinophil count,BEC)较高的患者疗效更显著。对两项试验的意向性治疗人群进行荟萃分析发现,随着血嗜酸性粒细胞数量增加,接受 100mg 美泊利单抗治疗的患者 AER 相较于安慰剂更低,且这种效果的差异几乎与患者的 BEC 呈线性比例关系。与美泊利单抗在哮喘患者中良好的安全性一致,在 COPD 患者中使用也未出现安全问题。这两项试验首次表明,嗜酸性粒细胞炎症是特定 COPD 表型的重要特征,靶向治疗有助于患者控制病情、减少急性加重。然而,通过圣乔治呼吸问卷(St George’s Respiratory Questionnaire,SGRQ)评分和 COPD 评估测试(COPD Assessment Test,CAT)评估发现,美泊利单抗治疗组与安慰剂组在健康相关 QoL 方面并无差异。
在一项荟萃分析中,对于血嗜酸性粒细胞计数超过 300/μL 的患者,100mg 美泊利单抗相较于安慰剂可使 AER 降低 23%。但对于血嗜酸性粒细胞计数低于 150/μL 的患者,美泊利单抗附加治疗的 AER 相较于安慰剂有升高趋势。目前,抗 IL - 5 治疗在 COPD 中的作用仍不明确,未来研究可能需要招募血嗜酸性粒细胞数量更多的患者,尽管这会增加招募难度。
贝那利珠单抗(Benralizumab)
2014 年,Brightling 等人开展了第一项研究抗 IL - 5R 对 COPD 影响的随机试验。该试验招募了 101 名患者,以 1:1 的比例随机分配至安慰剂组或贝那利珠单抗治疗组。纳入标准要求患者在过去一年中痰标本嗜酸性粒细胞至少为 3%,且至少有一次急性加重发作。结果显示,在总招募人群中,AER、肺功能和 QoL 等终点指标均未达到预期。不过,对 BEC 较高(至少 200/μL)的患者进行亚组分析时发现,贝那利珠单抗治疗呈现出一定优势趋势,但结果未达到统计学意义。
两项 3 期平行双盲随机对照试验 GALATHEA 和 TERRANOVA 进一步评估贝那利珠单抗在频繁急性加重的 COPD 患者中的疗效。患者根据 BEC 以 2:1 的比例入组,每组阈值为 220 嗜酸性粒细胞 /μL。GALATHEA 研究使用 30mg 或 100mg 贝那利珠单抗,TERRANOVA 研究除这两个剂量外还使用了 10mg 剂量。两项试验中患者在前三个月每月接受一次给药,之后每 8 周给药一次,随访期为 56 周,主要终点是血嗜酸性粒细胞计数 > 220 / 立方毫米患者的 AER 降低情况。
在 GALATHEA 研究中,仅 100mg 贝那利珠单抗剂量在降低 AER 方面相较于安慰剂显示出非统计学意义的优势,30mg 贝那利珠单抗组的 AER 与安慰剂组几乎相同。在 TERRANOVA 研究中,10mg 贝那利珠单抗组的 AER 在三个治疗组和安慰剂组中最低,但所有治疗组均未取得统计学显著结果。
这些试验结果为阴性的原因可能是,与美泊利单抗的相关研究不同,本试验中的患者即使接受双重吸入治疗也可入组,因此研究中高达 9% 的患者未使用吸入性糖皮质激素。此外,贝那利珠单抗研究中哮喘的合并率低于 10%,而美泊利单抗的两项研究中哮喘患病率的特征不太明确,可能更高。尽管 COPD 患者具有嗜酸性粒细胞表型,但贝那利珠单抗并未使 AER 出现统计学意义的降低。
贝那利珠单抗还在哮喘或 COPD 嗜酸性粒细胞急性加重(血嗜酸性粒细胞计数 > 300/μL)的治疗中进行了测试。有趣的是,接受贝那利珠单抗治疗的患者在 90 天的治疗失败率低于单独接受泼尼松治疗的患者,且未出现安全问题。然而,该研究主要纳入的是哮喘患者(56%),32% 的患者被诊断为 COPD,12% 的患者同时患有两种疾病。
美泊利单抗和贝那利珠单抗治疗 COPD 效果的荟萃分析
两项荟萃分析对比了美泊利单抗和贝那利珠单抗在 COPD 患者中的疗效,数据来源于此前报道的所有随机对照试验。在 Cochrane 系统荟萃分析中,对于血嗜酸性粒细胞计数超过 150/μL 的患者,100mg 美泊利单抗可使急性加重次数减少 19%。但纳入血嗜酸性粒细胞计数低于 150/μL 的 COPD 患者后,这一比例降至 8%。高嗜酸性粒细胞计数组与安慰剂组相比,首次急性加重的时间更长,证据确定性较高。不过,肺功能和 QoL 并未得到改善。对于贝那利珠单抗,100mg 剂量可显著降低血嗜酸性粒细胞计数超过 220/μL 患者的严重急性加重住院次数,证据确定性较高。该组患者在接受贝那利珠单抗附加治疗后,SGRQ 总分也有统计学意义的改善,但未达到临床意义。另一项近期的荟萃分析也得出了类似结果,该分析纳入了上述五项随机对照试验,再次表明从抗 IL - 5 治疗中获益最大的是重度嗜酸性粒细胞炎症患者(本荟萃分析中临界值设定为 300 嗜酸性粒细胞 /μL)。
靶向 IL - 4/IL - 13R 的抗体(度普利尤单抗,Dupilumab)
Th2 细胞因子 IL - 4 和 IL - 13 是哮喘及其他 Th2 气道炎症性疾病(如慢性鼻 - 鼻窦炎伴鼻息肉、过敏性鼻炎)中 Th2 炎症的关键驱动因素,它们在病理生理和临床表现方面既有重叠又有区别。IL - 4 和 IL - 13 紧密相关,都能激活气道上皮细胞、平滑肌细胞、嗜酸性粒细胞和肥大细胞表面的 Th2 受体复合物 IL - 4Rα/IL - 13Rα1,进而激活多种不同但又有重叠的信号通路。IL - 4 还能与由 IL - 4Rα 和 γ 链组成的 1 型受体复合物结合,导致 Th2 反应上调、嗜酸性粒细胞积累,同时下调 1 型反应。
IL - 4 和 IL - 13 均为多效性细胞因子,由多种效应细胞产生,包括 Th2 细胞、活化的 2 型固有淋巴细胞(ILC2)、肥大细胞、嗜碱性粒细胞、CD8?细胞和 B 细胞等。IL - 4 主要促进 B 细胞类别转换,增加浆细胞 IgE 合成;同时,它还能促使初始辅助性 T 细胞(Th0)向 Th2 细胞分化,驱动其他促过敏性细胞因子和趋化因子(如 IL - 5、IL - 9、IL - 13 和嗜酸性粒细胞趋化因子)的生成。此外,IL - 4 可通过增加嗜酸性粒细胞趋化因子和血管细胞黏附分子 1 的表达,引导嗜酸性粒细胞向炎症部位趋化,同时抑制嗜酸性粒细胞凋亡,延长其在组织中的存活时间。同样,IL - 13 被认为是 IgE 合成的关键调节因子,可引发气道高反应性。此外,IL - 13 还能诱导杯状细胞增生、黏液分泌,促进气道平滑肌细胞增生、增殖和收缩,激活成纤维细胞并促进胶原蛋白沉积。同时,IL - 13 还参与了上皮屏障损伤、气道阻塞(与黏液栓形成有关)以及气道上皮细胞一氧化氮生成的上调过程。
度普利尤单抗是一种完全人源化的重组 IgG4 抗体,靶向 IL - 4 受体的 α 亚基,能够抑制 IL - 4 和 IL - 13 的信号传导,是针对 IL - 4/IL - 13 轴最为成功的治疗药物之一。度普利尤单抗可降低 Th2 生物标志物(如呼出气一氧化氮(Fractional exhaled nitric oxide,FeNO)和血清 IgE)的水平,不过血嗜酸性粒细胞水平可能保持不变甚至升高。目前,度普利尤单抗的适应证不断扩大,涵盖多种疾病,如皮肤疾病(过敏性接触性皮炎、自发性慢性荨麻疹)、嗜酸性粒细胞胃肠道疾病(尤其是嗜酸性粒细胞食管炎)、食物过敏,以及呼吸疾病(伴或不伴鼻息肉的过敏性鼻炎、过敏性支气管肺曲霉病、慢性嗜酸性粒细胞性肺炎)。2018 年,度普利尤单抗被批准作为附加维持治疗药物,用于治疗基线血嗜酸性粒细胞 > 150 个 /mm3 且 FeNO 水平高于 25ppb 的重度未控制哮喘患者。
由于嗜酸性粒细胞是 IL - 4 和 IL - 13 的重要来源,对于已确认存在 Th2 高炎症的 COPD 患者,中和 IL - 4/IL - 13 轴似乎是一个明确的治疗靶点,有望在改善气道阻塞、减少黏液分泌和减轻嗜酸性粒细胞介导的炎症方面发挥作用。然而,IL - 4/IL - 13 轴在 COPD 中的作用仍有待进一步明确。在体外模型中,Doyle 等人通过转基因小鼠模型发现,嗜酸性粒细胞来源的 IL - 13 可促进肺泡巨噬细胞产生基质金属蛋白酶 - 12(Matrix metalloprotease - 12,MMP - 12),进而在肺泡破坏和肺气肿发展中发挥作用。同时,在嗜酸性粒细胞性 COPD 患者的痰标本中,MMP - 12 水平升高可预测肺气肿的发生,且与肺部嗜酸性粒细胞增多呈正相关,与第 1 秒用力呼气容积(Forced expiratory volume in one second,FEV?)呈负相关。类似地,在一种病理表现类似哮喘和 COPD 的小鼠动物模型中,病毒感染激活 CD4?自然杀伤 T 细胞,持续招募并激活巨噬细胞产生 IL - 13,即使在病毒完全清除后,仍会导致炎症、黏液分泌和气道高反应性,从而促使疾病慢性化。此外,与非 COPD 吸烟者或健康对照相比,COPD 患者的支气管肺泡灌洗液淋巴细胞中 IL - 4?CD4?、IL - 4?CD8?和 IL - 13?CD8?T 细胞的比例更高,呈现出 Th2 细胞内细胞因子表达模式,且这种模式与气流阻塞程度呈负相关。
近期发表的 3 期双盲随机 BOREAS 研究,评估了度普利尤单抗作为附加治疗药物,用于治疗中重度 COPD 且存在 Th2 炎症(筛查时绝对 BEC 至少为 300 个 /μL)、尽管接受三联疗法但急性加重风险仍较高的患者的疗效、安全性和耐受性。研究结果显示,与接受安慰剂的患者相比,接受度普利尤单抗治疗的患者急性加重率降低,且未出现严重安全问题。有趣的是,与安慰剂相比,度普利尤单抗显著降低了 FeNO 水平,表明其具有良好的生物学效应。NOTUS 研究也得出了类似结果,这是一项 3 期双盲随机试验,935 名 BEC≥300 个 /mL 的 COPD 患者被随机分为两组,分别接受皮下注射度普利尤单抗(300mg)或安慰剂,每 2 周一次,持续 1 年。结果显示,度普利尤单抗治疗组的急性加重次数少于安慰剂组。然而,在其他终点指标(包括肺功能和患者报告的结局,如通过 SGRQ 评分评估的 QoL)方面,度普利尤单抗的效果并不明确。在 BOREAS 和 NOTUS 试验中<