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1、2013年单克隆抗体行业分析报告2013年10月目 录一、概况41、相关免疫学基础知识42、杂交瘤技术53、单抗人源化历程64、噬菌体展示技术全人单抗筛选的主流技术85、表达培养技术详解9二、技术为王：单克隆抗体技术面面观111、单克隆抗体的概念和特点112、单抗药物的原理及发展14（1）单抗药物的基础：杂交瘤技术14（2）单抗人源化历程143、单抗领域的关键技术16（1）抗体筛选：噬菌体展示技术已成全人源单抗筛选主流16（2）表达培养技术：方法、规模、体系和表达量是四要素17（3）分离纯化技术174、单抗技术未来发展趋势18三、走向成熟：国外单克隆抗体发展情况201、国际单抗市场的早期发展历
2、程202、国际市场单抗产品现状21（1）肿瘤和自体免疫疾病单抗齐头并进21（2）明星药物占据市场主流23（3）Big pharma 全面控盘243、单克隆抗体进入产业成熟期26（1）研发：后续产品仍不少，投资重点在转移26（2）行业增速：绝对增长仍在，增速回归正常284、单抗成熟之后的走向第一代生物药的经验30四、Me too憧憬：国内单抗市场的发展331、中国是单抗市场的新大陆33（1）静态市场规模有限332、我国单抗市场未来增长潜力巨大35（1）爆发式增长初见端倪36（2）高速增长具可持续性37（3）国内单抗市场规模预测383、Me-too策略是国内单抗企业的首选40（1）我国单抗原创研发
3、实力有限40（2）Me-too策略更可行41（3）风险因素45五、重点产品及相关企业简析461、中信国健：Me-too单抗药中的先行者462、赛金生物：国内单抗行业的后起之秀503、其他单抗企业53（1）百泰生物53（2）华神集团54（3其他涉及单抗业务的企业55一、概况1、相关免疫学基础知识抗体（antibody）指的是由抗原（一般为外来蛋白）刺激后由免疫细胞产生的能与抗原发生特异性反应的免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig），分为IgG、IgA、IgM、IgD 和IgE 五类。IgG 是免疫球蛋白中含量最多、研究最深入的一种，Porter 早在上世纪60 年代就提出IgG 的基本
4、结构由4 条多肽组成，两条相同的长链称为重链（H 链），通过二硫键相互连接构成Y 字型骨架；两条相同的短链称为轻链（L 链），对称分布在重链两侧。无论是轻链还是重链都分为稳定区（C 区，包括CH 和HL，见图）和可变区（V区，包括VH 和VL），稳定区的氨基酸数量、种类、排序和蛋白修饰均较为恒定，而可变区则因抗体种类的不同而有所变化，可变区的多样性决定了抗体的多样性与特异性，使得抗体具有结合特定抗原的能力。随着研究的深入，人们对抗体的了解也越发丰富，相关的研究成果则为后来单克隆抗体的研发奠定了基础。在抗体应用方面，除了依靠疫苗使人体产生抗体进行治疗的主动免疫以外，人们还通过提取血清中的抗体注射
5、给患者来达到被动免疫的效果。这种通过接种抗原所获得的免疫血清是多种抗体的混合物, 它是由多种抗原决定簇刺激多株B 细胞增殖分化所产生的, 故称为多克隆抗体（多抗）。目前，多克隆抗体主要应用于免疫学检测、被动免疫治疗和紧急预防，但由于多克隆抗体由多种针对不同抗原的抗体组成，因而多抗的特异性差,使用时容易出现交叉免疫反应，故治疗疾病范围有限，也为单抗留下了巨大的发展空间。2、杂交瘤技术长期以来，制备单抗一直是免疫学家追求的梦想，但其中却有一个难以克服的障碍：能够大量产生抗体的浆细胞（plasma cell）作为正常体细胞的一种，具有生长缓慢、无法无限繁殖的缺点，因而无法应用于大规模生产。直到197
6、5 年Kohler和Milstein 发明了杂交瘤技术才解决了这一难题。杂交瘤技术的技术流程是这样的：先从被抗原免疫过的小鼠脾脏中提取浆细胞，同时从小鼠骨髓瘤细胞中筛选HGPRT（次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核苷转移酶）缺陷型细胞，将两者在体外进行细胞融合。之后将细胞放入特殊的HAT（次黄嘌呤-氨基蝶呤-胸苷）培养基中进行筛选，未发生融合的浆细胞和骨髓瘤细胞均不能在HAT培养基中生存，从而筛选出了发生融合杂交瘤细胞，该细胞既具有浆细胞的抗体表达能力，又能像肿瘤细胞一样快速生长并无限分裂繁殖，因而可以用于大规模的抗体生产，两位科学家也因此分享了1984 年诺贝尔生理学及医学奖。3、单抗人源化历程由于早期单
7、抗生产使用小鼠细胞，产生的鼠源单抗与人源抗体在氨基酸序列、糖基化修饰以及空间结构上有所不同，在进入人体后会被免疫系统认定为外源性蛋白。免疫系统因此产生的鼠源单抗为免疫目标的抗体（即人抗鼠抗体，human anti-mouse antibody，HAMA）不仅会中和鼠源单抗，缩短药物半衰期，影响药效，更会引发免疫反应，轻则出现红疹、风团；重则导致休克甚至威胁生命。因此如何对鼠源单抗进行改造，提高人源化比例，减少HAMA 反应便成为了各家单抗生产商的重中之重。鼠源抗体人源化就是通过基因改造，使单抗和人体内的抗体分子具有尽可能相似的特性，从而逃避人免疫系统的识别，避免HAMA 反应。对鼠源抗体进行人
8、源化改造时要遵守两个原则：首先要保持抗体的亲和力和特异性，其次要降低或消除抗体的免疫原性。嵌合单抗：前文中我们提到抗体识别抗原的能力主要由可变区（V 区)决定，因此80 年代开始，科学家就希望在保留鼠源V 区的同时用人源恒定区代替鼠源的恒定区。这样构建的嵌合抗体既保留了抗体的特异性，又降低了免疫原性。后来成为单抗类第一个明星药物的Rituxan 使用的就是这种技术。人源化单抗：为了进一步减少鼠源成分，90 年代后期上市的人源化抗体在保留V区中决定抗体亲和力和特异性的最重要部分互补决定区（CDR）的前提下用人源的V 区替换掉鼠源的V 区，就可以使单抗的人源化比例提高到90%-95%，从而使人源化
9、单抗副作用进一步减少。全人源化单抗：随着单抗市场的不断拓展和成熟，产业界对于全人源化单抗的需求也越来越迫切。1993 年剑桥抗体技术（CAT）和巴斯夫生物研究公司（后为Abbott 收购）开始了第一个全人单抗Humira（抗体名Adalimumab）的研发，有赖于CAT 的噬菌体展示技术（Phage display technology），Humira 于2002 年作为治疗类风湿的特效药上市，年销售额短短4 年内超过20 亿美元，成为单抗领域新的重磅炸弹，也拉开了单抗全人源化的浪潮。4、噬菌体展示技术全人单抗筛选的主流技术噬菌体是专门感染细菌的病毒，噬菌体展示技术即用多聚酶链式反应（PCR）
10、 从生物体内扩增出整套编码人抗体的基因序列，克隆到噬菌体载体上，并通过细菌进行复制，构建噬菌体文库（Phage Library）。这些抗体基因会以融合蛋白的形式表达到噬菌体表面，如果将这些带有抗体的噬菌体和含有抗原靶位的细胞混合，就可以方便地利用抗原-抗体特异性结合反应筛选出与抗原结合最为紧密的抗体。通过对此类抗体的进行优化改造即可得到期望中的单抗药物。此项技术不仅可以获得全人单抗，而且不需要细胞融合，不经过免疫动物，实验周期短，过程简单，这是人源抗体制备技术的重大突破，目前国际上主流单抗生产企业均使用该技术筛选单抗药物。5、表达培养技术详解单抗在筛选完成后下一步便是抗体生产，即单抗的表达。因
11、为单抗分子量较大，每次治疗用药量一般均达到几百mg（小分子化学药用药量一般为几到几十mg），这就对单抗生产商的表达培养能力提出了较高的要求。而判断一家企业生产水平高低的指标主要有表达方法、反应器规模、表达体系和表达量这四要素。表达方法：早期的单抗生产是将筛选出的杂交瘤细胞植入免疫缺陷型小鼠体内任其生长，抽取小鼠的腹水提取单抗，这种方法称为体内培养法。由于该方法操作复杂，耗时长，后来逐渐为杂交瘤细胞体外培养法取代，而近年来随着基因工程技术的发展，可以直接将编码单抗的基因转入工程菌株/细胞株中，通过工程菌株/细胞株大量表达单抗，降低生产成本。反应器规模：任何依赖发酵表达的生物药都有着明显的规模效应
12、，即在同等表达量水平下反应器（发酵罐）的容量越大，其单位时间内的药物产出量也就越大，目前国际上的单抗细胞反应器也有持续大型化的趋势，从早期的500L 拓展到千L级，大的单体发酵罐甚至达到10000L-25000L，而最大单抗生产企业Genentech的发酵罐总规模已经达到330,000L，占到全球工业用细胞培养能力的24%。表达体系：表达体系指的是使用怎样类型的工程菌株/细胞株来生产单抗，目前常用的人源化抗体表达系统主要有大肠杆菌（原核）体系、酵母（真核）体系、和哺乳动物（真核）细胞表达系统，不同的表达体系具有不同的特点和适用范围，国际一线单抗企业一般同时拥有成熟的原核和真核表达体系。总的来说
13、，如果单抗药物包含Fc 片段或需要翻译后修饰则必须使用哺乳动物细胞（如Herceptin、Rituxin、Erbitiux 的生产），如果不需要Fc 段，可使用细菌和酵母体系以降低成本。目前全球哺乳动物细胞、大肠杆菌和酵母的发酵量分别占到总量的50%、33%和17%。表达量：能够从每升培养液中表达出多少单抗是衡量一家生产企业技术水平的重要标准，实验室科研用单抗的表达量一般为0.5-100mg/L，而工业化生产的单抗表达量则至少在100mg/L 以上，目前国际上一线单抗生产商的表达量已经达到了5-10g/L 级水平（1g=1000mg），文献报道尚在试验阶段的新工艺甚至创造了27g/L的惊人产率
14、。发酵罐的增大和表达量的提升有效的降低了制造成本，为单抗药物飞入寻常百姓家创造了条件（目前国际上使用单抗药物治疗疾病的年均费用为1-5万美元）。二、技术为王：单克隆抗体技术面面观1、单克隆抗体的概念和特点抗体（antibody）指的是由抗原刺激后由免疫细胞产生的能与抗原发生特异性反应的免疫球蛋白，典型的抗体结构由两条重链（H 链）和两条轻链（L 链）构成，每条链又分为稳定区（C 区）和可变区（V 区），其中可变区的多样性决定了抗体的多样性与特异性，使得抗体具有结合特定抗原的能力。随着抗体研究的深入，人们开始通过提取血清中的抗体注射给患者来达到被动免疫的效果。但这种由接种抗原所获得的免疫血清是多
15、种抗体的混合物,它是由多种抗原决定簇刺激多株B 细胞增殖分化所产生的, 故称为多克隆抗体（多抗）。但由于多克隆抗体由多种针对不同抗原的抗体组成，因而特异性差,使用时容易出现交叉免疫反应，故治疗范围较小，仅限于免疫学检测、被动免疫治疗和紧急预防。鉴于多抗的种种不足，医疗工作者便开始试想能够筛选制备出由单细胞增殖产生的，针对某一特定抗原决定簇的抗体，这样可以大幅提高抗体的特异性，减少交叉免疫副作用，拓展治疗范围，这类具有高度均一性抗体就被称为单克隆抗体（monoclonal antibody，简称单抗或mab）。单克隆抗体具有以下三个特点：特异性：单抗只针对含有特定抗原的病灶细胞（如肿瘤细胞），因而专一性强、副作用较小；特效性：单抗主要被用于肿瘤和自体免疫疾病（如类风湿）等发病率较高、对人类健康影响较大的复杂疾病，现存疗法（如放化疗、激素疗法）副作用强，效果有限。单抗的问世使其自然而然的成为了此类疾病的特效药；改造潜力大：单抗药物具有很强的改造潜力，在单抗或单抗片段上加挂放化疗药物可以使药物精确制导到达病灶，大幅减少了用药量和副作用。目前，单克隆抗体在医学上的应用主要有以下三类：诊断试剂：主要用于检测淋巴细胞表面分子，鉴别淋巴细胞；鉴定病
