陳瑞真,王天歌,劉恕,李靖
(藥渡(北京)醫(yī)藥信息咨詢有限公司,北京 100085)
抗體藥物偶聯(lián)物(antibody drug conjugate,ADC)是一類通過特定的連接頭將靶標(biāo)特異性的單克隆抗體與高殺傷性的細(xì)胞毒性藥物偶聯(lián)起來的靶向生物藥劑,以單克隆抗體為載體將小分子細(xì)胞毒性藥物以靶向方式高效地運(yùn)輸至目標(biāo)腫瘤細(xì)胞中[1-2]。ADC 能夠利用單抗的靶向性,特異性識別腫瘤細(xì)胞表面的抗原,然后經(jīng)過細(xì)胞內(nèi)吞進(jìn)入到細(xì)胞內(nèi)部,利用細(xì)胞內(nèi)的蛋白酶釋放細(xì)胞毒素,殺死腫瘤細(xì)胞,以達(dá)到提高藥效、增大“治療窗”的目的。ADC 藥物通常應(yīng)包含以下3 個組分:高特異性和親和力的抗體、高穩(wěn)定性的連接子和高效的小分子細(xì)胞毒藥物[3-4]。因此,對于可成藥的ADC,應(yīng)該具備3個特點(diǎn):單抗具有高度的靶標(biāo)特異性、小分子藥物具有高效的細(xì)胞毒效力,以及連接子在體循環(huán)中能夠保持較好的穩(wěn)定性[5]。
1913年,Paul Ehrlich提出了“magic bullet”理論,認(rèn)為人血液中存在一些神奇的“子彈”,借助這些“子彈”可以將藥物輸送到特定部位,該理論被認(rèn)為是ADC 的最初設(shè)想[6]。1975 年,Georges J.F.Kohler和Cesar Milstein 公布了一種能夠大量生產(chǎn)單抗的雜交瘤技術(shù),由此開創(chuàng)了治療性抗體技術(shù)的新時(shí)代。1986 年,首個單抗藥物muromonab-CD3(OKT3)經(jīng)美國FDA 批準(zhǔn)上市。2000 年,伴隨著抗體藥物的發(fā)展,ADC 也由最初的設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí),Weyth 研發(fā)的全球首個ADC——gemtuzumab ozogamicin(商品名:Mylotarg)通過FDA 快速批準(zhǔn)程序獲批上市,但該藥物由于安全性等問題于2010 年撤市,改變劑量后于2017 年重新上市。2010 年后,伴隨著生物技術(shù)的不斷突破,ADC 的偶聯(lián)技術(shù)也逐步成熟,多個ADC 經(jīng)FDA 批準(zhǔn)上市。此外,還有百余種ADC藥物的臨床研究正在開展中[7],ADC 研發(fā)也逐步成為抗腫瘤藥物研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。專利作為承載和保護(hù)技術(shù)的一種形式,其能夠呈現(xiàn)出技術(shù)發(fā)展的整體過程,因此,針對ADC 的專利布局情況進(jìn)行分析,能夠幫助了解ADC 的技術(shù)發(fā)展概況,分析ADC 藥物的未來發(fā)展走向,同時(shí),有助于生物醫(yī)藥企業(yè)在從事ADC 相關(guān)技術(shù)開發(fā)時(shí)進(jìn)行合理的專利保護(hù)及專利布局。
本文以incoPat 數(shù)據(jù)庫作為專利檢索的數(shù)據(jù)源,通過“關(guān)鍵詞+IPC 分類號”檢索的方式,收集截至檢索日期之前的ADC 藥物相關(guān)專利,具體檢索式為“((TIABC=((抗體 and 藥物 and (偶聯(lián)物 or 綴合物 or 結(jié)合物)) or ADC or ADCs or (Antibody and drug and (conjugate or conjugates)))) AND (IPC=(A or C))) AND (AD=[19600101 to 20200730])”,檢索時(shí)間為2020 年7 月30 日。通過上述檢索式,共檢索到26 498 件專利/專利申請(以下統(tǒng)稱為專利申請),共11 276 個INPADOC 專利族(擴(kuò)展專利族)。由于部分專利與ADC 的相關(guān)性很小,因此對檢索結(jié)果去噪音,經(jīng)過人工篩選最終獲得26 234 件專利申請,共11 159 個INPADOC 專利族,分布于全球多個國家和地區(qū)。因?yàn)槭讉€ADC 藥物Mylotarg 的核心專利申請年份為1987 年,且考慮到2019 年至今的部分專利申請尚未公開,本研究截取1987—2018年ADC相關(guān)專利進(jìn)行分析,涉及24 638件專利申請,共10 127 個INPADOC 專利族。
采用合并INPADOC同族前的申請量進(jìn)行分析,ADC 相關(guān)專利主要在美國、中國、日本、韓國、歐洲等國家和地區(qū)進(jìn)行布局。專利申請量排名前十的國家和地區(qū)如圖1 所示,其中美國以5 660 件ADC專利申請占全球?qū)@暾埧偭康?2.13%,中國以3 390 件專利申請位居全球第2 名。
圖1 抗體藥物偶聯(lián)物的專利申請地域分布情況Figure 1 Geographical distribution of patent applications related to ADCs
采用合并INPADOC 同族后的申請量進(jìn)行分析,由圖2 可見,在1987—2000 年間,ADC 相關(guān)的研發(fā)處于起步階段,因此,ADC 相關(guān)專利族的年申請數(shù)量低于200 件,申請趨勢穩(wěn)步、小幅遞增;2000—2010 年,伴隨著首個ADC 獲得美國FDA 批準(zhǔn)上市以及抗體等相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,專利族的年申請量呈現(xiàn)進(jìn)一步遞增的趨勢;2011 年之后,伴隨著多個ADC 的成功上市,ADC 相關(guān)專利族的年申請數(shù)量進(jìn)入快速遞增階段。
目前中國已成為新興技術(shù)的重要聚集地,中國國家知識產(chǎn)權(quán)局受理的ADC 相關(guān)專利族申請量與全球發(fā)展趨勢基本一致(見圖3),在2000 年以前,專利族申請量有小幅度的波動,申請量相對較少;在2000—2010 年間,呈現(xiàn)進(jìn)一步遞增的趨勢;2011 年之后,伴隨著第2 代ADC 維布妥昔單抗成功上市,ADC 藥物相關(guān)技術(shù)在全球范圍內(nèi)快速發(fā)展,中國專利族申請量也呈現(xiàn)快速遞增的趨勢。其中,中國本土企業(yè)的ADC 藥物相關(guān)專利申請數(shù)量約占30%。
圖2 1987—2018 年抗體藥物偶聯(lián)物相關(guān)專利族申請情況Figure 2 Patent family applications related to ADCs (1987—2018)
圖3 1987—2018 年抗體藥物偶聯(lián)物相關(guān)的中國專利族申請情況Figure 3 China’s patent family applications related to ADCs (1987—2018)
采用合并INPADOC 同族前的申請量進(jìn)行分析,如圖4 所示,ADC 相關(guān)專利全球申請量排名位居前列的主要申請人均為企業(yè),包括羅氏及其子公司基因泰克(Genentech)、艾伯維及其子公司Stemcentrx、Seattle Genetics、Immunomedics、ImmunoGen,以及百時(shí)美施貴寶的子公司Medarex等,上述公司基本控制了ADC 研發(fā)領(lǐng)域常用的技術(shù)專利,屬于起步較早并處于領(lǐng)先地位的公司。
中國ADC 相關(guān)專利申請量排名靠前的主要申請人,其排名與全球排名基本一致,包括羅氏及其子公司基因泰克、Seattle Genetics 等。目前,國內(nèi)ADC 相關(guān)專利申請量排名靠前的主要申請人包括江蘇恒瑞醫(yī)藥與復(fù)旦大學(xué)等(見圖5)。
ADC 由抗體、連接子和小分子毒素藥物組成,ADC 技術(shù)的不斷發(fā)展本質(zhì)上是抗體、連接子和小分子毒素藥物不斷發(fā)展的過程。由于連接子的種類較多,涉及不同氨基酸和抗體位點(diǎn)特異性結(jié)合等技術(shù),通過專利角度難以對其進(jìn)行總結(jié)。因此,本節(jié)從ADC 主要靶標(biāo)和小分子毒素藥物的選擇這2 個方面研究ADC 相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢。
圖4 抗體藥物偶聯(lián)物全球?qū)@饕暾埲薋igure 4 Major applicants for ADCs-related patents around the globe
圖5 抗體藥物偶聯(lián)物中國專利主要申請人Figure 5 Major applicants of ADCs-related China’s patents
具有高度的特異性是影響ADC 成藥性的關(guān)鍵因素之一,一個理想的靶標(biāo)抗原需要同時(shí)具備2 個特性:1)在靶細(xì)胞表面表達(dá),但在健康組織中低表達(dá);2)在血液系統(tǒng)中脫落應(yīng)該盡可能的少,以防止游離的抗原在循環(huán)中與抗體結(jié)合。目前,國內(nèi)外已上市或處于臨床研究階段的ADC 的靶標(biāo)很多,主要可以分為針對血液腫瘤的靶標(biāo)和針對實(shí)體瘤的靶標(biāo)。其中,血液腫瘤靶標(biāo)主要有CD33(已上市藥物:gemtuzumab ozogamicin)、CD30(已上市藥物:brentuximab vedotin)、CD79b(已上市藥物:polatuzumab vedotin)、CD22(已上市藥物:moxetumomab pasudotox 與inotuzumab ozogamicin)、B 細(xì)胞成熟抗原(BCMA,已上市藥物:belantamab mafodotin)、CD19、CD37、CD74 與CD138 等,實(shí)體瘤靶標(biāo)主要有人表皮生長因子受體-2(HER2,已上市藥物:Ado-trastuzumab emtansine 與trastuzumab deruxtecan)、Ⅰ型膜蛋白Nectin4(已上市藥物:enfortumab vedotin)、滋養(yǎng)層細(xì)胞表面抗原-2(Trop-2,已上市藥物:sacituzumab govitecan)、葉酸受體α(FOLR1)、Delta 樣蛋白3(DLL3)、跨膜糖蛋白NMB(gpNMB)、前列腺特異性膜抗原(PSMA)、表皮生長因子受體(EGFR)、間皮素(MSLN)、人膜外核苷酸焦磷酸酶/磷酸二酯酶家族成員3(ENPP3)、黏蛋白-16(Mucin16)、碳酸酐酶6(CA6)、癌胚抗原相關(guān)細(xì)胞黏附分子5(CEACAM5)、前列腺跨膜上皮抗原1(STEAP1)與CD56 等。
為了更加充分地了解近年來針對特定靶標(biāo)的ADC 的發(fā)展情況,筆者以incoPat 檢索到的2009—2018 年申請的與ADC 相關(guān)的專利(合并INPADOC同族)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫,將已經(jīng)上市或處于臨床研究階段的ADC 所涉及到的靶標(biāo)作為檢索的關(guān)鍵詞,檢索得到2009—2018 年間上述靶標(biāo)的INPADOC 專利族數(shù)量,對其中專利族數(shù)量最多的15 個靶標(biāo)進(jìn)行分析(見表1)。
表1 已上市和在研抗體藥物偶聯(lián)物主要靶標(biāo)的相關(guān)專利申請量(2009—2018 年)Table 1 Number of patent applications for the main targets of the marketed and in-development ADCs (2009—2018)
2009—2018 年間ADC 的主要靶標(biāo)下的專利申請量整體上呈現(xiàn)遞增趨勢,說明近10 年ADC 相關(guān)技術(shù)研究處于活躍狀態(tài),但由于ADC 的不同靶標(biāo)的開發(fā)時(shí)間及研發(fā)投入不盡相同,不同靶標(biāo)的專利申請量的年增長率(本年度的申請量相比上一年度的絕對增長量/上一年度申請量)也各不相同。靶標(biāo)為HER2(HER2是迄今為止研究較為透徹的乳腺癌相關(guān)基因之一,臨床針對HER2 所開發(fā)的藥物其主要適應(yīng)證為乳腺癌)的ADC 近10 年專利申請量最多,針對靶標(biāo)HER2 的專利申請量年均增長率低于BCMA、AXL、CD276 等靶標(biāo)。針對HER2 的ADC的開發(fā)時(shí)間較早,因此,相比于其他后續(xù)開發(fā)的靶標(biāo)而言,以HER2 為靶點(diǎn)的ADC 的開發(fā)已逐步進(jìn)入成熟期,增長率將逐步放緩。從表1 數(shù)據(jù)也可見,針對BCMA、AXL、CD276 等靶標(biāo)的ADC 的開發(fā)已進(jìn)入快速發(fā)展階段。
由表2 可見,不同時(shí)間段針對不同靶標(biāo)的ADC的開發(fā)程度不同,2014 年,針對HER2 的ADC 的專利申請量年增長率的增幅較大,提示在該時(shí)間段,此類ADC 處于快速發(fā)展階段,有相對較多的創(chuàng)新成果,這可能與2013 年首個以HER2 為靶點(diǎn)的ADC藥物Ado-trastuzumab emtansine 獲得FDA 批準(zhǔn)上市相關(guān)。以BCMA 為靶點(diǎn)的ADC 在2013 年的專利申請量年增長率達(dá)550.0%,雖然2014 年相對2013 年有所降低,但是在2015 年之后保持增長趨勢,2016年的年增長率達(dá)275%,提示BCMA 屬于當(dāng)前ADC領(lǐng)域較為熱門的研究靶標(biāo)。從專利申請數(shù)量變化來看,以AXL 和CD276 為靶點(diǎn)的ADC 是相對新穎的靶標(biāo),且綜合每年的變化情況看,總體保持增長的趨勢,說明這2 個靶點(diǎn)也具有一定的研發(fā)熱度。各研發(fā)機(jī)構(gòu)可根據(jù)上述ADC 藥物相關(guān)靶標(biāo)的開發(fā)程度,對自身的開發(fā)戰(zhàn)略進(jìn)行布局。
表2 抗體藥物偶聯(lián)物靶標(biāo)相關(guān)專利申請量年增長率Table 2 Annual growth rate of patent applications for ADCs targets
影響ADC 構(gòu)建的另一個關(guān)鍵因素是小分子毒素的選擇,用于偶聯(lián)的小分子毒素必須作用機(jī)制清楚、相對分子質(zhì)量小、活性高且無免疫原性,采用化學(xué)方法偶聯(lián)到抗體上后仍能保留抗腫瘤活性。目前,用于構(gòu)建ADC 的小分子細(xì)胞毒素根據(jù)不同的作用機(jī)制可以分為DNA 損傷劑和微管蛋白抑制劑。DNA 損傷劑主要包括卡奇霉素、阿霉素(doxorubicin)、duocarmycin、二聚吡咯開苯并吖庚三烯(PBD)等,微管蛋白抑制劑主要包括美登素和澳瑞他汀。表3 列出了已上市ADC 所采用的小分子毒素。
表3 已上市抗體藥物偶聯(lián)物中的小分子毒素Table 3 Small molecule toxins in marketed ADCs
為了進(jìn)一步了解近年來ADC 中特定小分子毒素的發(fā)展情況,以incoPat 檢索到的2009—2018 年申請的與ADC 藥物相關(guān)的專利(合并INPADOC 同族)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫,將已經(jīng)上市或處于臨床研究階段的ADC 藥物所涉及到的小分子毒素作為檢索的關(guān)鍵詞,檢索得到已經(jīng)應(yīng)用于上市或在研ADC 的主要小分子毒素相關(guān)的專利申請情況并進(jìn)行后續(xù)分析(見表4)。
表4 已上市和在研抗體藥物偶聯(lián)物中使用的小分子毒素專利申請情況(2009—2018 年)Table 4 Patent applications for small molecule toxins used in marketed and in-development ADCs (2009—2018)
由表4 數(shù)據(jù)可見,小分子毒素藥物為阿霉素的ADC 近10 年專利申請量最多,但阿霉素類ADC 的專利申請量年均增長率為9.60%,低于其他小分子毒素藥物,且阿霉素類ADC 的研究開始時(shí)間較早。因此,相比于其他后續(xù)開發(fā)的靶標(biāo)而言,阿霉素類ADC 的開發(fā)已逐步進(jìn)入成熟期,年專利申請量的增長率將逐步放緩。另外,PBD 類ADC 的專利申請量年均增長率達(dá)到54.49%,提示該類藥物近10 年的開發(fā)處于快速發(fā)展階段。
從整體來看,各研究機(jī)構(gòu)已逐步放緩ADC 技術(shù)中的小分子毒素藥物的相關(guān)研究,可能是由于ADC 開發(fā)過程中所采用的小分子毒素有限所致。另外,不同時(shí)間段不同小分子毒素的ADC 藥物的開發(fā)程度不同,例如PBD 類藥物專利的年申請量在2012 與2013 年間呈現(xiàn)快速增長的趨勢,而后增速逐步放緩(見表5)。
表5 抗體藥物偶聯(lián)物主要小分子毒素專利申請量年增長率Table 5 Annual growth rate of patent applications for small molecule toxins used in ADCs
1987—2018 年ADC 藥物相關(guān)的全部專利申請中,羅氏及其子公司Genentech 以1 469 件的專利申請總量位居榜首;在ADC 的小分子毒素相關(guān)的技術(shù)開發(fā)中,ImmunoGen 公司關(guān)于美登素類ADC 的專利申請量為234 件,僅次于羅氏及其子公司Genentech 關(guān)于該類ADC 的專利申請量,ImmunoGen 公司通過對美登素類ADC 相關(guān)專利的布局,在整個ADC 研究領(lǐng)域中占據(jù)了重要地位。
Genentech 是重組DNA 研究領(lǐng)域的先驅(qū)者,該公司于2009 年被羅氏收購,目前,羅氏已有2 款A(yù)DC——polatuzumab vedotin(2019 年6 月獲FDA批準(zhǔn))、ado-trastuzumab emtansine(2013 年2 月獲FDA 批準(zhǔn))獲批上市,針對的適應(yīng)證分別為彌漫性大B 細(xì)胞淋巴瘤和乳腺癌。截至檢索日期,羅氏及Genentech 共申請了ADC 相關(guān)專利1 469 件,492個INPADOC 專利族。2012 年以前,羅氏每年關(guān)于ADC 布局的相關(guān)專利申請量不足100 件,2012—2014 年,羅氏每年針對ADC 申請了大量專利,至2014 年達(dá)到峰值(216 件專利申請),2014 年之后,羅氏開始減少對于ADC 相關(guān)專利的布局,分析可能與羅氏調(diào)整藥物研發(fā)方向有關(guān)。如圖6 所示,羅氏主要在美國、中國、韓國等國家進(jìn)行了ADC 藥物相關(guān)的專利布局,其中36.99%的專利申請通過專利合作條約(Patent Cooperation Therapy,PCT)途徑進(jìn)入不同的國家。羅氏與Genentech 關(guān)于ADC 的專利申請量占全球首位的主要原因是其擁有大量的ADC 關(guān)鍵組成部分——抗體藥物的相關(guān)專利申請,為羅氏的ADC 研發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
圖6 羅氏關(guān)于抗體藥物偶聯(lián)物的專利布局情況Figure 6 Roche's patent applications layout for ADCs
ImmunoGen 公司成立于1981 年,是一家抗腫瘤藥研發(fā)公司,致力于開發(fā)ADC。ImmunoGen 所研發(fā)的美登素類化合物DM1 和DM4 是ADC 藥物制備中首選的小分子毒素藥物,目前已上市的adotrastuzumab emtansine 即是將羅氏研發(fā)的曲妥珠單抗和ImmunoGen 研發(fā)的DM1 通過硫醚連接子銜接形成,ImmunoGen 憑借美登素類ADC 相關(guān)技術(shù)的開發(fā)及專利布局,與多家跨國藥企達(dá)成合作,在ADC研發(fā)領(lǐng)域占據(jù)重要地位。
截至檢索日期,ImmunoGen 共有506 件ADC相關(guān)的專利申請,153 個INPADOC 專利族,其中美登素類ADC 相關(guān)專利申請共234 件,86 個INPADOC 專利族,主要涉及美登素類ADC 連接子改造、制備方法、劑型改造及聯(lián)合用藥。如圖7 所示,ImmunoGen 主要在美國、中國、韓國進(jìn)行ADC 相關(guān)的專利布局,其中45.75%的專利申請通過PCT途徑進(jìn)入不同的國家。ImmunoGen 關(guān)于ADC 的專利申請主要分為3 個階段:第一階段(2006 年以前),公司主要布局不同靶點(diǎn)和以美登素為小分子毒素的保護(hù)范圍較廣的基礎(chǔ)專利及其制劑和制備方法相關(guān)的外圍專利;第二階段(2007—2012 年),公司在布局新的靶點(diǎn)相關(guān)的基礎(chǔ)ADC 藥物專利及其制劑、制備方法等外圍專利的基礎(chǔ)之上,開始進(jìn)行連接子的改造研究,并申請相應(yīng)的專利;第三階段(2013—2018 年),在上述研究的基礎(chǔ)之上,ImmunoGen 開始進(jìn)行新的小分子毒素——PBD 類的ADC 的開發(fā)并申請專利。
通過上述統(tǒng)計(jì)分析可知,2011 年之后,伴隨多個ADC 獲批上市,ADC 相關(guān)技術(shù)快速發(fā)展,專利申請量也呈現(xiàn)增長趨勢。我國ADC 相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢與全球趨勢基本一致,專利申請總量僅次于美國,位居全球第二名。從靶標(biāo)和小分子毒素藥物的選擇來看ADC 的研發(fā)趨勢:第一,BCMA、AXL、CD276 等靶標(biāo)為當(dāng)前ADC 研發(fā)領(lǐng)域的熱點(diǎn)靶標(biāo);第二,SN-38 與PBD 屬于當(dāng)前ADC 開發(fā)領(lǐng)域內(nèi)研究較多的小分子毒素。目前全球ADC 相關(guān)專利的主要申請人均為企業(yè),國內(nèi)主要專利申請人與全球的主要專利申請人基本一致,申請主體均為跨國制藥公司,中國本土企業(yè)中ADC 相關(guān)技術(shù)的專利申請量排名第一的是江蘇恒瑞醫(yī)藥。我國ADC相關(guān)技術(shù)的開發(fā)與全球發(fā)展趨勢一致,但其中一個重要原因是跨國制藥公司注重在中國的專利布局,本土企業(yè)針對ADC 相關(guān)技術(shù)的開發(fā)仍然有很大的發(fā)展空間。
圖7 ImmunoGen 關(guān)于抗體藥物偶聯(lián)物的專利布局情況Figure 7 ImmunoGen's patent applications layout for ADCs
靶點(diǎn)與抗體的選擇是ADC 設(shè)計(jì)的起點(diǎn),連接子與連接技術(shù)是決定ADC 成藥性的關(guān)鍵因素,通過連接子與抗體連接的小分子毒素是殺傷腫瘤細(xì)胞的子彈。正確的靶標(biāo)、抗體、連接子以及小分子毒素成為影響ADC 的4 個關(guān)鍵因素,抗體、連接子、小分子毒素這3 個組成成分及它們之間的合理組合是ADC 設(shè)計(jì)的主要工作,直接影響ADC 藥物的安全性、有效性、質(zhì)量可控性,對于ADC 研發(fā)成功與否至關(guān)重要。建議國內(nèi)企業(yè)對ADC 技術(shù)進(jìn)行深入研究,在抗體選擇、小分子毒素藥物選擇、連接子連接技術(shù)和ADC 組合方式等方面培育差異化核心技術(shù),掌握區(qū)別于國外企業(yè)相關(guān)技術(shù)的ADC 核心專利,增強(qiáng)企業(yè)核心競爭力,進(jìn)而在ADC 產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)主導(dǎo)地位。
為了提高我國本土企業(yè)在ADC 領(lǐng)域的綜合競爭力,基于ADC 的結(jié)構(gòu)特殊性,企業(yè)在進(jìn)行ADC開發(fā)時(shí),應(yīng)注重把握全球關(guān)于ADC 相關(guān)技術(shù)的研發(fā)趨勢,及時(shí)調(diào)整公司內(nèi)部研發(fā)計(jì)劃,并積極進(jìn)行全球?qū)@季?;另一方面,在保證自身技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)之上,應(yīng)積極尋找外部合作機(jī)會,通過專利交叉許可的方式獲得更多技術(shù)機(jī)會。