抗體偶聯(lián)藥物（ADC）是近年來腫瘤治療的熱門賽道，通常由單克隆抗體（mAb）通過化學(xué)合成的連接子（linker）與細(xì)胞毒性藥物（payload）共價連接。ADC結(jié)合了高度特異性靶向能力和高效殺傷作用的優(yōu)點，實現(xiàn)了對癌細(xì)胞的精確高效清除。

圖1. ADC藥物的結(jié)構(gòu)和特性

自2000年FDA批準(zhǔn)第一款A(yù)DC產(chǎn)品Mylotarg?（gemtuzumab ozogamicin）以來，截至2021年12月，全球共有14種ADC獲得市場批準(zhǔn)用于血液系統(tǒng)惡性腫瘤和實體瘤，此外，目前還有100多個ADC候選產(chǎn)品處于臨床試驗的不同階段。

圖2.?ADC藥物開發(fā)和批準(zhǔn)過程中的重要事件

但創(chuàng)新腫瘤產(chǎn)品的研發(fā)之路并非是一路坦途，ADC賽道亦如此。以第一款全球上市的ADC產(chǎn)品Mylotarg??和近日III期臨床試驗失利的Blenrep??為例。

Blenrep? III期研究失利

• 2022年11月7日，葛蘭素史克公司的靶向BCMA的ADC產(chǎn)品Blenrep?（belantamab mafodotin）在一項針對一種血癌患者的三期臨床試驗（DREAMM-3）中，由于單藥治療與泊馬度胺聯(lián)合低劑量地塞米松對照組相比，沒有達(dá)到無進(jìn)展生存期(PFS)的主要研究終點，宣告失敗。此前，Blenrep(belantamab mafodotin)已獲得美國FDA的加速批準(zhǔn)，作為一種單一療法，用于治療已經(jīng)接受過至少四種治療方法的復(fù)發(fā)或難治性多發(fā)性骨髓瘤(RRMM)成人患者。

Mylotarg? 的兩度上市

• 2000年，F(xiàn)DA加速批準(zhǔn)了輝瑞的靶向CD33的ADC產(chǎn)品Mylotarg?，作為一種單藥療法（高劑量）用于經(jīng)歷了首次復(fù)發(fā)、年齡≥60歲、不適合其他細(xì)胞毒性化療的CD33陽性AML成人患者。這是Mylotarg?的首次上市，這也讓它成為了全球第一個商業(yè)化的ADC產(chǎn)品。但上市后不久，因安全性問題，2010年輝瑞宣布：Mylotarg?撤出美國市場。

  
  

• 2017年9月1日，輝瑞通過更新臨床證據(jù)，調(diào)整藥品規(guī)格和給藥方案，再次獲得FDA批準(zhǔn)：（1）用于新診斷的CD33陽性AML成人患者；（2）用于年齡≥2歲、CD33陽性、復(fù)發(fā)或難治性AML兒童和成人患者。

ADC的療效和安全性，治療窗口，靶點限制，實體瘤和血液腫瘤的異質(zhì)性等，都成為ADC研發(fā)的掣肘因素。

本文期望通過回顧ADC的發(fā)展歷程和作用機(jī)制，探討ADC關(guān)鍵成分以及這些關(guān)鍵因素影響ADC活性的作用機(jī)制，并對下一代ADC產(chǎn)品發(fā)展前景進(jìn)行預(yù)測。

ADC的抗原選擇

在腫瘤細(xì)胞上表達(dá)的靶抗原是ADC藥物識別腫瘤細(xì)胞的導(dǎo)航方向，它還確定了將細(xì)胞毒性有效載荷遞送到腫瘤細(xì)胞中的作用機(jī)制（例如內(nèi)吞作用）。因此，適當(dāng)選擇靶抗原是ADC研發(fā)的首要考慮因素。

• 首先，為了減少脫靶毒性（off-target toxicity），靶向抗原應(yīng)在腫瘤細(xì)胞中表達(dá)或主要表達(dá)，但在正常組織中表達(dá)或很少。理想情況下，抗原是表面（或細(xì)胞外）抗原而不是細(xì)胞內(nèi)抗原，以便被循環(huán)的ADC識別。例如，與正常細(xì)胞相比，某些類型的腫瘤中HER2受體的表達(dá)大約高100倍，這為ado-曲妥珠單抗emtansine（TDM-1，KADCYLA?）、fam-曲妥珠單抗deruxtecan（DS-8201a，Enhertu?）和disitamab vedotin（RC48，Aidixi ?）的開發(fā)奠定了堅實的基礎(chǔ)；

  
  

• 其次，靶抗原應(yīng)該是非分泌的，因為循環(huán)中分泌的抗原會導(dǎo)致不希望的ADC在腫瘤部位外結(jié)合，導(dǎo)致腫瘤靶向性降低和毒副反應(yīng)增加；

  
  

• 第三，靶抗原能夠理想地在與相應(yīng)抗體結(jié)合時被內(nèi)化，從而ADC抗原復(fù)合物有效進(jìn)入癌細(xì)胞，隨后是適當(dāng)?shù)募?xì)胞內(nèi)運輸途徑和細(xì)胞毒性有效載荷的快速釋放。

圖3. ADC可用的來自腫瘤細(xì)胞和腫瘤微環(huán)境的靶點

目前，如上圖所示，經(jīng)批準(zhǔn)的ADC藥物的靶抗原通常是在癌細(xì)胞中過表達(dá)的特異性蛋白，包括實體瘤中的HER2、trop2、nectin4和EGFR，以及血液惡性腫瘤中的CD19、CD22、CD33、CD30、BCMA和CD79b。在腫瘤學(xué)和免疫學(xué)基礎(chǔ)研究的推動下，ADC靶抗原的選擇逐漸從傳統(tǒng)的腫瘤細(xì)胞抗原擴(kuò)展到腫瘤微環(huán)境中的靶點，例如基質(zhì)和脈管系統(tǒng)。臨床前和臨床研究不斷涌現(xiàn)出的新證據(jù)表明，新生血管系統(tǒng)、內(nèi)皮下細(xì)胞外基質(zhì)和腫瘤基質(zhì)的成分可能是ADC藥物開發(fā)的有價值的靶抗原。

ADC的抗體選擇

腫瘤靶向抗體對于靶抗原和ADC之間的特異性結(jié)合至關(guān)重要。除了與靶抗原的高結(jié)合親和力外，理想的抗體部分還應(yīng)促進(jìn)有效的內(nèi)化，表現(xiàn)出低免疫原性和長血漿半衰期的優(yōu)勢。

在ADC藥物開發(fā)的早期階段，主要使用的是鼠源抗體，但由于嚴(yán)重的免疫原性相關(guān)副作用，失敗率較高。隨著基因重組技術(shù)的出現(xiàn)，鼠源抗體大多被嵌合抗體和人源化抗體取代。目前，ADC越來越多地使用免疫原性顯著降低的全人源化抗體。目前用于ADC藥物的抗體大多是免疫球蛋白G（IgG）抗體，包括四種亞型，即IgG1、IgG2、IgG3和IgG4。

• IgG1是ADC的常用抗體亞型，因為IgG1是血清中含量最豐富的，并且可以通過與Fc受體的高結(jié)合親和力誘導(dǎo)強(qiáng)效應(yīng)功能，如抗體依賴性細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性（ADCC）、抗體依賴性吞噬作用（ADCP）和補(bǔ)體依賴性細(xì)胞毒性（CDC）。這些Fc介導(dǎo)的效應(yīng)子功能在抗體藥物的抗癌活性中起著至關(guān)重要的作用。

  
  

• 由于清除率快，IgG3很少用于ADC。與半衰期約為21天的其他三種亞型不同，IgG3在血清中的半衰期僅約為7天。

  
  

• IgG2在體內(nèi)經(jīng)常表現(xiàn)出形成二聚體和聚集的趨勢，這導(dǎo)致ADC藥物的濃度降低。

  
  

• IgG4可以誘導(dǎo)ADCP，然而，IgG4是一種具有Fab臂交換的異常動態(tài)抗體，導(dǎo)致效力降低和靶向效果無效。

關(guān)于抗體-抗原復(fù)合物的內(nèi)化，效率主要取決于抗體與腫瘤細(xì)胞表面抗原之間的結(jié)合親和力，其中較高的親和力通常導(dǎo)致更快的內(nèi)化。然而，具有高抗原親和力的抗體可能反過來減少對實體瘤的滲透。實體瘤的治療比血液腫瘤更復(fù)雜，因為實體瘤中存在“結(jié)合位點屏障（BSB）”，其中，抗體和抗原之間的極強(qiáng)結(jié)合導(dǎo)致ADC在血管外滲后被捕獲在血管附近，但較少滲透到遠(yuǎn)離血管的腫瘤細(xì)胞。因此，應(yīng)優(yōu)化抗原和抗體之間的合理親和力，以平衡靶細(xì)胞中的快速吸收和抗癌效力。

除了結(jié)合親和力，影響腫瘤滲透的另一個因素是抗體的大小。IgG抗體的大分子量（約150kDa）往往限制其在腫瘤組織中的毛細(xì)血管和基質(zhì)的滲透能力。因此，早期ADC主要針對血液惡性疾病。為了使ADC更好地應(yīng)用于實體瘤治療，研究人員試圖通過去除FC片段來將抗體小型化。小型化抗體不僅保持了高親和力和特異性，而且更容易通過血管滲透到實體瘤中，從而大大提高了對實體瘤的殺傷效果。然而，這種變化會導(dǎo)致體內(nèi)半衰期的縮短。因此，在設(shè)計具有小型化抗體的ADC時，應(yīng)綜合考慮各種因素做出合理優(yōu)化。

ADC的Linker選擇

ADC中的連接子將抗體與細(xì)胞毒性藥物連接起來。它是與ADC穩(wěn)定性和有效載荷釋放曲線相關(guān)的關(guān)鍵因素之一，因此對ADC的最終治療指標(biāo)很重要。

理想的連接子不應(yīng)誘導(dǎo)ADC聚集，它有望限制血漿中有效載荷的過早釋放，并促進(jìn)活性藥物在所需靶向位點的釋放。根據(jù)細(xì)胞中的代謝方式，大多數(shù)ADC藥物中使用了兩種類型的接頭，包括可裂解接頭和不可裂解接頭。可裂解接頭利用全身循環(huán)和腫瘤細(xì)胞之間的環(huán)境差異來準(zhǔn)確釋放游離細(xì)胞毒性藥物，可進(jìn)一步分為化學(xué)裂解接頭（腙鍵和二硫鍵）和酶裂解接頭（葡萄糖醛酸鍵和肽鍵）。腙是一種典型的酸敏感（pH敏感）接頭。

可裂解接頭利用體循環(huán)和腫瘤細(xì)胞之間的環(huán)境差異，準(zhǔn)確釋放游離的細(xì)胞毒藥物，可進(jìn)一步分為化學(xué)裂解接頭（腙鍵和二硫鍵）和酶裂解接頭（葡糖苷酸鍵和肽鍵）。另一種對還原性谷胱甘肽?(GSH) 敏感的化學(xué)敏感的可切割接頭。GSH 在細(xì)胞存活、細(xì)胞增殖和分化過程中對維持細(xì)胞內(nèi)氧化還原平衡起著至關(guān)重要的作用。血液中 GSH 的濃度遠(yuǎn)低于癌細(xì)胞中的細(xì)胞內(nèi)濃度。因此，這種類型的接頭可以在血液系統(tǒng)中保持穩(wěn)定，同時特異性地釋放癌細(xì)胞中的活性有效載荷。

基于肽的接頭對溶酶體蛋白酶敏感，并已用于許多 ADC。溶酶體蛋白酶，如組織蛋白酶 B，通常在癌細(xì)胞中過度表達(dá)，從而能夠在腫瘤附近準(zhǔn)確釋放藥物。另外由于血液中存在蛋白酶抑制劑，酶裂解的Linker在體循環(huán)中通常是穩(wěn)定的，因此酶可裂解的linker降低了過早斷裂帶來的各種風(fēng)險。在批準(zhǔn)的 ADC 藥物中，14 種藥物中有 9 種使用基于肽的接頭。

不可切割的接頭（例如硫醚或馬來酰亞胺基己?；w內(nèi)常見的化學(xué)和酶環(huán)境是惰性的,由于血漿穩(wěn)定性的提高不可切割接頭的最大優(yōu)勢在于其較低的脫靶毒性，但有效載荷的旁觀者效應(yīng)受到影響。

ADC的payload選擇

細(xì)胞毒性有效載荷（payload）是在ADC內(nèi)化為癌細(xì)胞后發(fā)揮細(xì)胞毒性的彈頭。由于靜脈給藥后，只有約2%的ADC能夠到達(dá)靶向腫瘤部位，因此高效價的有效載荷（IC 50在nM和pM范圍內(nèi)）是ADC研發(fā)的關(guān)鍵。此外，這些化合物應(yīng)在生理條件下保持穩(wěn)定，并具有與抗體結(jié)合的可用官能團(tuán)。

目前，用于ADC的細(xì)胞毒性有效載荷主要包括強(qiáng)效微管蛋白抑制劑、DNA損傷劑和免疫調(diào)節(jié)劑（表1）。

表1. ADC藥物中使用的代表性小分子有效載荷

微管破壞藥物

微管是細(xì)胞骨架的主要組成部分，在細(xì)胞分裂中起著重要作用，特別是在腫瘤細(xì)胞的快速增殖過程中。微管蛋白抑制劑，已成為抗癌藥物。Auristatins是ADC中使用的重要有效載荷，金盞花素（如MMAE）或一甲基金盞花素F（MMAF）為有效載荷的ADC成為研發(fā)的主流。在14種批準(zhǔn)的ADC藥物中，其中5種使用MMAE/MMAF作為有效載荷。

美登素衍生物（DM1和DM4）

美坦辛是一種非常有效的微管組裝抑制劑，可誘導(dǎo)細(xì)胞的有絲分裂停止。但是這種結(jié)構(gòu)很難共軛，因為它沒有反應(yīng)性官能團(tuán)，為了克服這個問題，一系列含有SMe基團(tuán)的非常有效的衍生物被創(chuàng)造出來。這一類分子的第一個例子是DM1和DM4，它們帶有甲硫丙?；皇翘烊籒-乙?；?。

2013年FDA批準(zhǔn)的ado-曲妥珠單抗emtansine（TDM-1，KADCYLA?）是第一種使用maytansinoid衍生物綴合的ADC藥物。此外，微管蛋白酶（微管蛋白酶A-D，從黏菌中分離的四肽）是另一類微管蛋白聚合抑制劑，顯示出良好的抗癌活性。例如，EC1169，一種前列腺特異性膜抗原（PSMA）靶向的微管溶素B酰肼綴合物，目前正在臨床上進(jìn)行試驗（NCT02202447）。

DNA損傷劑

與微管抑制劑中IC50的nmol范圍（最大抑制濃度的一半）相比，DNA損傷劑的IC50值能夠達(dá)到pmol水平，因此與DNA損傷劑劑綴合的ADC有時更有效，并且可能獨立于細(xì)胞周期工作（與主要在有絲分裂期工作的微管蛋白抑制劑相比），并且它們甚至可以用于那些抗原表達(dá)低的細(xì)胞。

DNA損傷劑涉及的詳細(xì)機(jī)制主要包括：（i）DNA雙鏈斷裂，如卡利霉素；（ii）DNA烷基化，如雙卡霉素；（iii）DNA嵌入，如拓?fù)洚悩?gòu)酶I抑制劑；（iv）DNA交聯(lián)，吡咯并[2,1-c][1,4]苯二氮雜卓（PBD）。

正是payload本身存在的各種抑制腫瘤細(xì)胞生長或直接殺死腫瘤細(xì)胞的功能，豐富了ADC藥物的作用機(jī)制。

圖4. ADC通過不同方法殺死癌細(xì)胞的機(jī)制概述

右上：ADC的主要核心作用機(jī)制；左下：ADC的抗體成分與免疫效應(yīng)細(xì)胞結(jié)合，引發(fā)抗腫瘤免疫，包括CDC、ADCC和ADCP效應(yīng)；右下：ADC的抗體組分保留其活性特征，因此可以干擾靶功能，抑制抑制腫瘤生長的下游信號傳導(dǎo)。

即使有諸多的抗腫瘤作用機(jī)制，源自于本身ADC的腫瘤靶向清除作用，抗體接到的細(xì)胞毒效應(yīng)，payload的多種抗腫瘤機(jī)制。但ADC成功的關(guān)鍵是抗體和payload及l(fā)inker的共軛方法。

共軛方法

接頭偶聯(lián)的位點和共軛方法決定了藥物的DAR（藥物與抗體比），并且偶聯(lián)位點對ADC穩(wěn)定性及其藥代動力學(xué) - 藥效學(xué)特征有顯著影響，高藥物負(fù)荷通常導(dǎo)致血漿清除率快，而DAR（藥物抗體比）低ADC表現(xiàn)出活性較弱。

表2. 應(yīng)用于ADC的各種共軛方法的特征

表2詳細(xì)匯總了目前常用的ADC的各種共軛方法的特征。其中，化學(xué)偶聯(lián)和酶偶聯(lián)是目前使用最多的抗體和有效載荷組分的兩種連接方法。

化學(xué)偶聯(lián)

抗體表面有可訪問的氨基酸殘基，化學(xué)偶聯(lián)就是將接頭上的手柄部分和抗體的氨基酸殘基部分偶聯(lián)，免了確定合適突變位點的復(fù)雜性以及擴(kuò)大和優(yōu)化細(xì)胞培養(yǎng)的潛在挑戰(zhàn)。早期化學(xué)偶聯(lián)法的DAR和偶聯(lián)位點均具有極大的隨機(jī)性，產(chǎn)生的ADC差異極大，品質(zhì)不夠均勻。

酶偶聯(lián)

通過使用插入抗體序列中的遺傳編碼氨基酸標(biāo)簽，可以以非常有選擇性的方式實現(xiàn)有效載荷的附著。這些標(biāo)簽被專門選擇為由能夠執(zhí)行位點特異性偶聯(lián)的酶識別，例如甲酰甘氨酸生成酶（FGE），微生物轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶（MTG），排序酶或酪氨酸酶。

ADC的潛在發(fā)展方向

隨著共軛技術(shù)的不斷優(yōu)化，抗體工程技術(shù)的進(jìn)步，更多的靶向于其他靶點的ADC產(chǎn)品正在臨床探索中。如Trop2 ADC、Claudin18.2 ADC；其中，PD-L1 ADC也有不少企業(yè)在探索中。

圖5. SGN-PDL1V 作用機(jī)制（來源：2021SITC）

例如，Seagen管線中處于研發(fā)早期階段的SGN-PDL1V，靶向PD-L1的新型ADC產(chǎn)品， Payload采用的是MMAE， MMAE（一甲基澳瑞他汀E）是ADC使用最廣泛的有效載荷，約占總數(shù)的30%，主要通過抑制微管蛋白聚合而起到有效的有絲分裂抑制作用。

ADC在腫瘤組織中顯示>100倍的藥物濃度，大大擴(kuò)大了細(xì)胞毒素的治療窗口，能夠有效減少全身化療導(dǎo)致的毒副反應(yīng)，從而有效實現(xiàn)ADC與其他腫瘤治療手段的連用探索。

其次，SGN-PDL1V的連接子為蛋白酶可切割型?？贵w為全人源的抗PD-L1單克隆抗體（Seagen PD-L1單抗）。Seagen PD-L1單克隆抗體利用人類IgG1-Fc骨架，經(jīng)過工程化改造，消除了Fc段的效應(yīng)器功能，包括補(bǔ)體依賴性細(xì)胞毒性（CDC）、抗體依賴性細(xì)胞毒性（ADCC）和抗體依賴性細(xì)胞吞噬作用（ADCP）。

另外，鑒于單靶點抗體往往具有高耐藥率，雙靶點雙抗作為ADC的抗體也有企業(yè)在探索中。

圖6. ?靶向HER2的藥物的作用機(jī)制

該領(lǐng)域目前研究尚處于早期探索階段，進(jìn)展最快的是ZW-49，是Zymeworks利用其專有的Azymetric? Bispecifics和ZymeLink? ADCs平臺共同開發(fā)得到的雙特異性抗體ADC藥物。能夠同時特異性結(jié)合HER2受體的兩個非重疊表位，即帕妥珠單抗結(jié)合位點和曲妥珠單抗結(jié)合位點。以期在臨床應(yīng)用中，對于曲妥珠單抗、帕妥珠單抗，甚至TDM-1等新型ADC藥物耐藥的患者，起到良好治療效果。

期待未來有更多新型ADC不斷商業(yè)化上市，惠及更廣泛的實體瘤和血液腫瘤領(lǐng)域的患者。

參考資料：

1.?Signal Transduction and Targeted Therapy (2022) 7:93

2.?Bioorg Chem. 2021 Nov;116:105366.

3.?Oh DY, et al. Nat Rev Clin Oncol. 2019;10.1038/s41571-019-0268-3.

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