Biologiske lægemidler til behandling af ikkecancerrelaterede sygdomme

Biologiske lægemidler er modificerede (poly)peptider fra levende organismer designet til at modulere en specifik biologisk proces. Inden for bioteknologien har der været en rivende udvikling af genteknologisk fremstillede lægemidler til behandling af mange immuninflammatoriske sygdomme. Vi beskriver her kort hovedtyperne af biologiske lægemidler, som anvendes ved disse sygdomme, og deres virkningsmekanismer og bivirkninger.

De senere år er vores viden om patogenesen ved mange sygdomme øget, og sammen med udviklingen inden for bioteknologien har dette ført til en rivende udvikling af nye genteknologisk fremstillede (rekombinante) lægemidler, de såkaldte biologiske lægemidler. Biologiske lægemidler er modificerede molekyler fra levende organismer designet til målrettet at modulere en biologisk proces. I denne oversigt vil vi kort beskrive de vigtigste ikkecancerrelaterede biologiske lægemidler, som især finder anvendelse til behandling af immuninflammatoriske sygdomme, herunder autoimmunsygdomme.

Metode

Litteratursøgning er fortaget i PubMed ud fra nyere artikler og forfatternes egne erfaringer med vægt på for Ugeskriftets læsere lettilgængelige artikler.

Hovedtyper

Viden om biologiske processer kan anvendes til fremstilling af biologiske lægemidler, som modulerer en specifik biologisk proces. De kan inddeles i følgende hovedgrupper: rekombinante cytokiner, cytokinreceptorer og vækstfaktorer, fusionsproteiner bl.a. receptorantistofkonstruktioner og monoklonale antistof (mAb)-konstruktioner [1].

Rekombinante cytokiner, cytokinreceptorer og vækstfaktorer

Prototyperne er de tre typer interferoner (IFN), IFN-α, IFN-β og IFN-γ. De produceres typisk ved rekombinant DNA-teknik i colibakterier eller i hamsterovarieceller. Ikke alle typer rekombinante cytokiner indeholder den fulde humane aminosyresekvens eller samme glykosylering. Til gruppen findes også enkelte andre rekombinante proteiner som cytokinreceptorantagonister, der binder til receptoren uden at medføre aktivering, og rekombinante vækstfaktorer.

Fusionsproteiner

Disse lægemidler er typisk sammensat af ligandbindende del(e) koblet til en del af et immunglobulin G (IgG)-molekyle, som indgår i effekten af proteinet og/eller stabiliserer fusionsproteinet in vivo. Typisk anvendes den konstante region (Fc) af immunglobuliner i kombination med cytokiner, vækstfaktorer, enzymer eller den ligandbindende region af en receptor eller et adhæsionsmolekyle (Figur 1).

Monoklonale antistoffer

mAb er den største gruppe af biologiske lægemidler. Efter at det i 1975 blev muligt at fremstille mAb, gik der ti år, før det første murine mAb til behandling af patienter blev beskrevet [2]. I dag er det muligt at fremstille mAb med en større andel af humane peptidsekvenser, og i løbet af de seneste ti år er det blevet muligt, at fremstille såkaldt fuldt humane mAb [3].

Alle mAb, der i dag anvendes som lægemidler, er af typen IgG, oftest IgG1 [3]. Delvist humane mAb kaldes kimære eller humaniserede mAb. Kimære mAb indeholder typisk 20-30% murine peptidsekvenser, idet antistoffets to variable regioner (VH og VL) består af murine peptidsekvenser (Figur 1). Humaniserede mAb indeholder ca. 10% murine peptidsekvenser, da de hypervariable regioner (CDR) forsat er murine, mens resten af IgG-molekylet er af human oprindelse. Fuldt humane mAb indeholder derimod ingen murine sekvenser.

For at nedsætte clearance og i forsøget på at mindske im-munogeniciteten er polyethylenglycol koblet til visse rekombinante cytokiner og antistoffer [4]. Tabel 1 viser biologiske lægemidler registreret pr. november 2007 til behandling af ikkecancerrelaterede sygdomme.

Virkningsmekanismer

De her omtalte biologiske lægemidler har flere forskellige virkningsmekanismer. De vigtigste er depletering af patogenetisk betydningsfulde celler, hæmning af leukocytrekruttering, hæmning af cellekontakt og ændring af cytokinbalancen.

Depletering af patogenetisk betydende celler anvendes primært ved cancersygdomme, men virkningen kan også benyttes ved behandling af patienter med en række immuninflammatoriske sygdomme. CD20 er et transmembrant protein, som primært findes udtrykt på modne B-lymfocytter og mange maligne B-celler; den findes ikke på stamceller eller på plasmaceller. Der er høj ekspression af CD20 på modne B-celler, og CD20-molekylet internaliseres ikke ved binding af antistoffer mod CD20, hvilket menes at facilitere depletering af B-celler med anti-CD20-lægemidler både ved antistofmedieret cellulær cytotoksisitet, komplementafhængig cytotoksisitet og direkte induktion af programmeret celledød, apo-ptose [5, 6]. Et anti-CD20-mAb, rituximab, er i Danmark registeret til behandling af patienter med B-cellelymfomer, men det har også fundet anvendelse hos patienter med reumatoid artritis (RA), og stoffet er under afprøvning ved en række andre autoimmunsygdomme [7]. Det gælder især sygdomme, hvor det er ønskeligt at hæmme (auto)antistofproduktion og B-cellernes funktion som antigenpræsenterende celler (APC).

Hæmning af leukocytrekruttering kan opnås med antistoffer, som hæmmer bindingen af leukocytter til blodkarrenes endotelceller, hvorved betændelsescellernes migration til vævet modvirkes. Et eksempel på et biologisk lægemidler, som hæmmer leukocytrekuttering, er natalizumab, som først har fundet anvendelse ved multipel sklerose [8, 9]. Natalizumab er et humaniseret mAb af IgG4-subklasse rettet mod α4-integrin, som sammen med β1-integrin udgør det såkaldte very late appearing antigen (VLA)-4/CD49d-adhæsionsmolekyle (Figur 2). VLA-4 findes især på overfladen af aktiverede T- og B-celler, og binding til dets ligand, vascu lar cell adhesion molecule (VCAM)-1/CD106, som findes på aktiverede endotelceller, udgør et vigtigt tidligt stadie i T- og B-cellers migration fra blodbanen ved mange immuninflammatoriske processer. Som vist i Figur 2 blokerer natalizumab interaktionen mellem α4-integrin og VCAM-1, hvorved den perivaskulære inflammatoriske proces hæmmes [10, 11].

Hæmning af cellekontakt foregår typisk ved, at kontakten mellem T-celler og APC hæmmes. Derved modvirkes aktiveringen af T-cellerne. Hæmningen kan både være på grund af direkte interaktion mellem major histocompatibility complex (MHC)-molekylet og T-celle-receptoren (TCR), men også via en binding til kostimulerende molekyler eller adhæsionsmolekyler på cellerne. Et eksempel på et biologisk lægemiddel, som blokkerer kostimulering, er fusionsproteinet abatacept (Figur 3). Abatacept består af et immunglobulin fusioneret til den ekstracellulære del af cytotoksisk T-lymfocyt-antigen (CTLA)-4/CD152-molekylet. CTLA-4 binder med stor affinitet til CD80/CD86 på APC, og abatacept hæmmer derved kostimulering af CD28-bærende T-celler og dermed aktivering og cytokinproduktion af T-cellerne [12]. Abatacept er registeret til behandling af anti-tumornekrosefaktor (TNF)-refraktær RA i kombination med methotrexat (MTX) [13].

Ændring af cytokinbalancen er p.t. det mest anvendte princip ved biologiske lægemidler, der er registeret til brug ved immuninflammatoriske sygdomme. TNF-α er et proinflammatorisk cytokin, som er opreguleret ved flere inflammatoriske lidelser herunder RA [14, 15]. Der findes TNF-receptorer på en lang række celler, og binding af TNF-α aktiverer og rekrutterer inflammatoriske celler til det sted, hvor TNF-α produceres. Ud over en kraftigt øget produktion af inflammatoriske cytokiner herunder interleukin-1 (IL-1), inducerer TNF-α produktion af en række andre mediatorer, bl.a. prostaglandiner og matrixmetalloproteinaser, som indgår i lokal inflammation og vævsdestruktion [16].

Tre produkter, som hæmmer TNF-α, er på markedet i Danmark, og flere er på vej (Figur 1). Etanercept er et fusionsprotein, hvori den ekstracellulære del af den ene af de to TNF-receptorer (TNF-R2) indgår. Fusionsproteinet binder til frit TNF-α og TNF-β og hæmmer deres binding til TNF-receptoren. Infliximab og adalimumab er henholdsvis et kimært og et humant mAb, der begge specifikt hæmmer binding af TNF-α til TNF-receptorerne. Begge stoffer binder desuden membranbundet TNF-α og medfører komplementaktiveret lyse af de TNF-bærende celler in vitro og muligvis in vivo. Binding til membranbundet TNF-α og dermed lyse af cellerne kan forklare, at infliximab og adalimumab begge har effekt ved Crohns sygdom, men at etanercept ikke har [17].

Behandling med type 1- og type 2-IFN ændrer også cytokinbalancen. Type 2-IFN, IFN-γ, er specielt effektiv som cytokinmodulator, idet det er en kraftig aktivator af monocytter/makrofager, og stoffet stimulerer direkte og indirekte Th-celler [18]. Dette princip har være forsøgt ved atopisk dermatitis, desværre kun med delvis effekt [19].

Type 1-IFN, IFN-α og IFN-β, hæmmer vækst og differentiering af en række celletyper, en effekt der formentlig er central for stoffernes virkning ved multipel sklerose [20], og som udnyttes ved behandling af visse, hovedsageligt endokrine tumorer.

Interferonerne, specielt type 1-IFN, har også antiviral effekt, idet de inducerer proteiner, som hæmmer virusreplikation i en række celletyper [21, 22].

Nogle biologiske lægemidler har flere virkningsmekanismer. Et eksempel er efalizumab, som er et humaniseret mAb mod CD11a; det er registeret til brug ved psoriasis [23]. CD11a udgør sammen med CD18 det såkaldte leukocyte function-associated antigen 1 (LFA-1), som indgår både i binding af leukocytter til endotelceller, migration gennem endotel og stabilisering af kontakten mellem lymfocytter og APC (Figur 3). Binding af efalizumab til CD11a forhindrer binding af LFA-1 til dets ligand, intercellular adhesion molecule-1 /CD54, hvorved både leukocytrekruttering og leukocytaktivering hæmmes [24].

Generelle bivirkninger ved biologiske lægemidler

Biologiske lægemidler har som alle andre lægemidler bivirkninger, der er relateret til deres funktion. Men da de er biologiske produkter (polypeptider/proteiner) har de tillige bivirkninger, som ikke direkte kan forudsiges ud fra deres opbygning og funktion. Selv om de biologiske lægemidler har vist sig at være relativt sikre på kort sigt, er der fortsat behov for på længere sigt at følge eventuelle bivirkninger nøje.

Generelle bivirkninger ved behandling med biologiske lægemidler kan være reaktion ved injektionsstedet, influenzalignende symptomer og følgevirkninger forårsaget af den ønskede immuninflammatoriske modulation, f.eks. øget risiko for visse infektioner og for udvikling af visse tumorer. Der er indtil videre holdepunkter for, at de biologiske lægemidler på grund af deres meget målrettede effekter ikke medfører så udtalt immunsuppression som mange andre antiinflammatoriske lægemidler, f.eks. glukokortikoider (middel- og højdosis), azathioprin, MTX, ciclosporin m.fl. Kombinationsbehandling med biologiske lægemidler skal dog gives med forsigtighed, idet flere rapporter tyder på, at der er en betydelig øget risiko for immunsuppression [25].

Det er i det hele taget et problem ved udviklingen af nye biologiske lægemidler til mennesker, at der ikke altid findes tilstrækkeligt anvendelige in vitro-metoder eller dyremodeller til præklinisk testning. Et kendt eksempel på dette var fase I-afprøvningen af et mAb rettet mod CD28 (CD28 SuperMAB, TeGenero Immuno). Indgift af præparatet førte til multiorgansvigt hos de ellers raske forsøgspersoner på grund af massiv cytokinfrigivelse [26], en reaktion som ikke kunne forudses fra prækliniske studier [27].

Alle biologiske lægemidler er immunogene, hvilket kan føre til såvel T- som B-celle-reaktivitet (antistofdannelse) mod lægemidlerne med risiko for bivirkninger og reduceret eller ophævet virkning af lægemidlerne [28-30]. Der er således set bivirkninger, herunder Arthus' reaktion, anafylaktiske reaktioner og systemiske reaktioner ved fortsat immunisering. Flere faktorer bidrager til immunogeniciteten. Nogle er produktafhængige (ikkehumane sekvenser og manglende glykosylering samt aggregering øger risikoen), patientafhængige (autoimmunsygdom, særlige MHC-haplotyper er risikofaktorer), anden immunsuppressiv behandling (samtidig behandling med azathioprin eller MTX kan måske forsinke antistofudvikling) og administrationsvej og -metode (høj dosis givet intravenøst og med faste intervaller mindsker risikoen for antistofudvikling) [17, 28].

Produktion og administration af biologiske produkter ændres løbende, i håb om at man kan minimere antistofdannelsen. Dette har blandt andet ført til, at flere humaniserede og rent humane antistoffer er kommet til klinisk afprøvning. Behandling med biologiske lægemidler er særdeles kostbar, og resursespild pga. manglende effekt som følge af antistofdannelse erkendes nu af internationale lægemiddelorganisationer, f.eks. Det Europæiske Agentur for Lægemiddelvurdering, som et centralt problem [31].

Konklusion/perspektiv

Biologiske lægemidler har i løbet af de seneste ti år medført store fremskridt i behandlingen af mange immuninflammatoriske lidelser. Denne udvikling er kun lige begyndt, og talrige nye produkter og indikationer er på vej. Udvikling og brug af biologiske lægemidler har ikke kun ført til nye behandlinger, men også øget vores viden om specifikke sygdomsmekanismer. Lægemidlerne er dog ikke uden bivirkninger, og disse er ikke altid forudsigelige. Det er derfor vigtigt at monitorere patienterne omhyggeligt og centralisere oplysninger om diagnose, behandling, virkning og bivirkninger. Indikationerne for anvendelse af biologiske lægemidler øges løbende, og da behandlingerne er særdeles kostbare, udgør de allerede et betydeligt resursemæssigt problem i sundhedsvæsenet.

Lone Skov, Dermatologisk Afdeling, Gentofte Hospital, DK-2900 Hellerup.

E-mail: lskov@dadlnet.dk

Antaget: 11. april 2008

Interessekonflikter: Klaus Bendtzen har modtaget honorarer fra Wyeth og Sche-ring-Plough.
Lone Skov har modtaget honorarer fra Serono og Abbott.

Taksigelse: Arbejdet er støttet af det Danske Bioteknologiske Program.