突破血脑屏障：脑穿梭生物药物的发展与临床应用

-01-

-03- 

二、脑穿梭技术的平台化发展

尽管亨特综合征全球只有约2000名患者，这些药物的商业潜力有限，但业内人士表示，真正的回报在于现已得到验证的穿梭技术本身——以Denali的下一代平台为代表，该平台将脑穿透性Fc工程化支架与各种治疗性载荷配对。这项技术现在正被应用于解决各种脑部疾病，包括更常见的神经退行性疾病如阿尔茨海默病。

BBB转运曾经是一个小众的递送概念，如今已成为生物技术行业最快的平台竞赛之一。在构建这个工具箱方面，全行业范围的推动正在进行中。过去一年见证了大量的BBB转运交易，涉及Roche、GSK、Novartis、Bristol Myers Squibb（BMS）等公司。初创公司如Aerska和Korsana Biosciences凭借自己的BBB穿梭方法闯入该领域。越来越多的穿梭疗法正在进入或准备进入临床试验。

所有药物均通过靶向TfR（转铁蛋白受体）或IR（胰岛素受体）来实现血脑屏障穿透。包括DNL593、DNL952、DNL628、Trontinemab、RO7121932、ABBV-1758、ABL301等，适应症涵盖FTD（额颞叶痴呆）、庞贝病、阿尔茨海默病、多发性硬化症、帕金森病等。

在临床候选药物中，Roche的trontinemab最受关注。这种阿尔茨海默病疗法由一种双特异性融合蛋白骨架组成，该骨架将抗淀粉样蛋白抗体与靶向TfR的抗原结合片段（Fab）配对。

设计原理与疗效

抗淀粉样蛋白成分源自gantenerumab，这是一种曾经很有前途的抗体，但在III期试验中未能减缓认知衰退。通过加装一个TfR结合模块——Roche将其品牌化为“Brainshuttle”——研究人员赋予了这种构建体新的生命。在猴子中，与亲本未结合抗体相比，trontinemab“将脑暴露量提高了高达18倍”。在早期临床试验中，这种工程化生物制剂产生了“剂量依赖性的”淀粉样蛋白和其他疾病相关生物标志物水平的显著降低。

值得注意的是，每四周给药3.6 mg/kg的trontinemab，持续六个月，使超过90%的试验参与者通过PET成像定义为淀粉样蛋白阴性。由此，它提供了比FDA批准的抗淀粉样蛋白抗体（剂量高出5-6倍）更快、更完全的淀粉样蛋白降低。

安全性优势

更重要的是trontinemab的安全性特征：ARIA（淀粉样蛋白相关影像异常）发生率要低得多。这种更低的脑肿胀和微出血发生率背后的原因尚在研究中，推测这是由于troninemab能够通过TfR表达最高的脑毛细血管进入大脑。相比之下，非穿梭抗体的抗体被认为更多地沿着靠近脑表面的大型淀粉样蛋白沉积血管穿越，从而引发与ARIA相关的血管炎症。基于这些早期发现，预计trontinemab在减缓认知衰退方面将至少与已获批的抗淀粉样蛋白药物一样好，甚至更好。如果该药物也被证明耐受性更好，它可能成为“游戏规则的改变者”。

安全性设计优化

Roche通过其Brainshuttle抗体的“倒置”结合方向设计来解决外周安全问题，该方向利用空间位阻在穿梭体与TfR结合时部分遮蔽Fc受体结合，但在与大脑中的淀粉样蛋白结合时保持完整的免疫效应活性。这部分非常重要，在外周，它屏蔽了与免疫细胞结合并可能导致副作用的分子部分，同时一旦释放到大脑中仍允许产生治疗效果。

尽管有这些设计改进，TfR相关的毒性依然存在。在trontinemab的早期研究中，高达18%的参与者出现了短暂性贫血，可能反映了对表达TfR的网织红细胞的残留活性。

第一代策略：分子特洛伊木马

目前尚无单一的脑穿梭体格式占据主导地位。相反，该领域正在汇聚于几种不同的工程策略，这些策略基于不同的假设，关于如何最好地平衡脑摄取、受体参与、可制造性、组织分布和安全性。

最早期的策略，由已故的UCLA内分泌学家、ArmaGen联合创始人William Pardridge开创，直接将治疗性载荷与结合转运受体的抗体融合。Pardridge将这种方法称为“分子特洛伊木马”。一个主要例子是JCR的pabinafusp alfa，它由艾度糖醛酸-2-硫酸酯酶与靶向TfR的抗体连接而成。JCR于2020年收购了ArmaGen，正在推进针对其他溶酶体贮积症的TfR靶向抗体酶融合疗法管线。

但这种紧密偶联带来了挑战。由于治疗性载荷与转运抗体融合，每种药物通常需要定制的分子重新设计——使制造复杂化并限制了方法的可扩展性。

第二代策略：可重复使用的递送平台

Denali的平台代表了解决该问题的第二代尝试。该公司没有为每次应用构建全新的融合蛋白，而是设计了紧凑的穿梭模块，将受体结合元件整合到抗体支架的Fc尾部。然后可以将各种治疗性货物添加到这个共同的转运结构上。这种方式的目标是创建一个可重复使用的递送底盘。

第三代策略：双特异性抗体格式

第三种策略——由Freskgård及其时任Roche同事于2014年首次描述——正在成为该领域新进入者BBB穿梭开发的主要格式。这种方法依赖于双特异性抗体设计——通常是“2+1”格式，提供两个针对治疗靶点如淀粉样蛋白-β的结合臂，和一个结合触发转运进入大脑的受体的第三臂。

穿梭结构域可以构建为Fab、更小的单链可变片段（scFv）或纳米抗体衍生的可变重链结构域，取决于所需的结合强度、大小和药代动力学。但它几乎总是单价的，以尽量减少受体交联并维持有效的转胞吞作用。

亲和力也很重要。工程化后与进入端口受体结合过紧的穿梭模块可能会“被困在脑内皮细胞内”，或者在释放货物之前被“分流到溶酶体降解途径”。因此，许多开发者现在有意向下调整受体亲和力，以利于瞬时结合和持续的BBB转运 。

这种双特异性格式提供了更多的灵活性和可制造性，以及更自由的知识产权领域。由于抗体专利涵盖单一序列，新进入者可以工程化新型TfR结合剂，而不会相互侵权。

即使开发人员继续改进基于TfR的穿梭体，该领域的许多人也在思考其他受体是否更适合这项任务。对更好穿梭体设计的探索因此也扩展到了寻找全新的转运途径，这些途径可能提供不同的药代动力学、生物分布和细胞内运输特征。

CD98hc

最受关注的替代受体之一是CD98hc，这是一种帮助将氨基酸转运到大脑的跨膜蛋白。Denali和密歇根大学的两支团队在2023年表明，CD98hc似乎通过一条比TfR更慢、更少降解的运输途径将抗体引导通过BBB。

这种差异甚至激发了对双靶向递送载体的开发。Denali Therapeutics的科学家去年报告称，工程化的同时结合TfR和CD98hc的双特异性转运构建体可以实现“比单独靶向任一受体的穿梭体更高且更持久的脑暴露”。

其他受体平台

除了这两种受体，Voyager Therapeutics将其“NeuroShuttle”平台锚定在碱性磷酸酶上，这是一种“介导工程化病毒衣壳BBB转运”的受体。Voyager正在利用这些发现来递送基于AAV的基因疗法和非病毒治疗性载荷。与此同时，ABL Bio正在推进一个利用已确定的IGF-1R进入大脑门户的平台。

其他人则将网撒得更广，寻找先前未被识别的BBB转运途径，这些途径可能提供更干净的生物分布特征或根本不同的细胞内分选行为。在Manifold Bio，这种搜索已提升到工业规模。该公司使用大规模并行体内筛选，在小鼠和猴子中评估数十万个工程化抗体片段，跨越数百个候选BBB受体，寻找产生独特特性的运输途径和结合特征。去年年底，Roche“投入了这种搜索策略”，反映出越来越多的人认识到BBB转运的未来可能不那么依赖于不断完善TfR，而更多地依赖于系统地探索进入大脑的全新生物入口途径。

-07-