抗體藥物偶聯物

抗體藥物偶聯物(antibody-drug conjugate，ADC)是通過一個化學連結將具有生物活性的小分子藥物連線到單抗上，單抗作為載體將小分子藥物靶向運輸到目標細胞中。

一、簡介

抗體偶聯藥物（antibody-drugconjugate,ADC）的研究可以追溯到1980s，但是直到2000年，首個抗體偶聯藥物（商品名Mylotarg，Pfizer研發）才被FDA批准用於治療急性粒細胞白血病，但由於偶聯技術、靶向性、有效性等受限，完整的抗體偶聯藥物在血液不穩定，導致致死性毒性的產生，於2010年撤市。這使得本就不明朗的ADC藥物研究，更蒙上了一層陰影。

但是隨著Takeda/SeattleGenetics通過對原有技術的改進，利用自己的新型抗體偶聯技術開發了brentuximabvedotin（SGN-35，商品名Adcetris，）新型抗體偶聯藥物，並與2011年被FDA批准用於治療霍奇金淋巴瘤和系統性間變性大細胞淋巴瘤。2013年抗體偶聯藥物再次取得突破，Genentech/ImmunoGen聯合開發的Ado-trastuzumabemtansine（T-DM1，商品名Kadcyla）被FDA批准用於HER2陽性乳腺癌，這是首個針對實體瘤的抗體偶聯藥物。隨著這兩個藥物的研發成功，ADC藥物再次以火熱的狀態進入人們的研究視野。

二、結構

ADC藥物是採用特定的連線子將抗體和小分子細胞毒藥物連線起來，其主要組成成分包括 抗體、連線子和小分子細胞毒藥物（smallmolecular cytotoxic drug，SM）。抗體分子主要發揮靶向投遞 作用，小分子藥物發揮效應。但有些抗體同時存在 抗腫瘤的藥效學作用，如Kadcyla中阿多曲妥珠單抗（ado-trastuzumab）和美坦新（maitansine）（美登素）存在協同作用。

由於ADC藥物結構較為複雜，且不同ADC藥物 設計之間存在較大的差異。即使同一靶點的不同藥 物，由於識別位點、連線位點、連線子及所連線小分 子的不同，其毒性的差異顯而易見。因此，評價ADC 藥物毒性之前，先要了解該ADC藥物的設計。理想 的ADC藥物設計需要考慮① 抗體的選擇：靶點清 晰、腫瘤細胞高表達，正常組織低表達；支持藥物加 載、穩定、能向細胞內化；良好的PK特性；非特異性 結合少；② 連線位點：一般有賴氨酸或半胱氨酸殘 基，可改構進行定向偶聯； ③ 連線子：在循環中穩定， 在細胞內能被釋放（如在溶酶體內酶切釋放，或抗體 降解後釋放）； ④ 細胞毒藥物：高度的藥效學作用， 無 免疫原性，通過修飾能與連線子結合，機制清晰。

三、作用方式

1.循環，ADC藥物 採用系統暴露的方式給藥，首先進入血液系統，由 於抗體相對分子質量約為150 ku，而細胞毒藥物相 對分子質量約為1 ku，ADC藥物循環中的性質 基本與“裸”抗體一致。

2.結合抗原，抗體識別特異 性的抗原位點，該過程將決定靶向投遞的特異性。

3.內化，抗體與細胞膜上受體結合後，發生內吞。

4.藥物釋放，連線子在細胞內溶酶體中裂解，釋放 出小分子細胞毒藥物。

5.發揮藥物作用，小分子細胞 毒藥物發揮作用，殺傷腫瘤細胞。

除上述常見的ADC藥物設計以外，有些ADC 藥物設計不進行內化，而在胞外釋放，在局部微環 境發揮作用。

四、毒性風險

1.抗體分子

目前，ADC藥物的抗體分子常採用人源化單抗，對可結晶片段（Fc）段進 行修飾，以降低抗體依賴性細胞介導細胞毒性（anti⁃ body-dependentcell-mediatedcytotoxicity，ADCC） 和補體依賴性細胞毒性（complement dependent cytotoxicity，CDC）等。首先抗體分子作為生物大 分子，存在一般生物大分子的毒性風險，如免疫原 性和免疫毒性，以及單抗可能的ADCC作用、CDC 作用、腎基底膜免疫複合物沉積等。其次，在ADC藥物中，抗體分子最重要的作用是靶向作用，即將 小分子化合物定向投遞到抗原抗體結合位點。如果抗體選擇性較差或正常組織存在該抗原，則會造成細胞毒藥物投遞到正常細胞中，造成靶向毒性。

由於ADC藥物靶向性較強，會造成嚴重的毒性後果。第三，除靶向毒性外，循環過程中 的小分子脫落可導致一定程度的脫靶毒性。抗體 分子的Fc如存在與免疫細胞Fc受體如FcγRs/ FcRN結合的活性，易與免疫細胞結合，造成免疫細 胞的殺傷。最後，ADC藥物做為外源性生物大分子，還可能在循環中吞噬細胞，通過胞飲作用進入胞內造成細胞死亡。

2.連線子

ADC藥物常用的連線子主要包括腙鍵、二硫鍵 和肽鍵。腙鍵在酸性條件下即可發生水解，是相對 不穩定的連線子。Mylotarg即採用腙鍵作為連線 子，研究人員認為這是導致Mylotarg失敗的一個重 要原因[2]。二硫鍵在細胞內高濃度的谷胱甘肽中可 發生水解，因此不易在胞外脫落。肽鍵的結合最為 緊密，僅在溶酶體蛋白水解酶的作用才發生斷 裂。連線子的穩定性直接影響細胞毒藥物的非預 期解離情況，這種斷裂造成小分子細胞毒藥物在體 內的暴露，即脫靶毒性。

3.細胞毒藥物

細胞毒藥物為臨床上常規使用的化療藥物，決 定ADC藥物主要的毒效應譜。由於已在臨床上廣 泛使用，其毒性特徵一般都比較清楚。根據藥物類 型如微管蛋白聚合抑制劑或DNA損傷劑即能較好 地把握其毒性風險。

4. ADC分子

在抗體和小分子細胞毒藥物通過連線子整合成一個整體後， ① 藥物抗體比（drug∶antibodyratio， DAR）能明顯影響ADC藥物的毒性。一般認為每 個抗體上結合2~4個毒性化合物的治療窗最大。如DAR過低，則抗體攜帶的效率較低；反之，如DAR 過高，機體易將其識別為異物從而快速清除。②當前的ADC藥物一般為不同DAR的混合物，由於不 同DAR所致的毒性不一致，DAR的異質性將導致 毒性的不確定。這種DAR混合物中還可能有未結 合至抗體的細胞毒藥物，造成脫靶毒性。③由於在 抗體上增加連線子和小分子細胞毒藥物，可能造成 抗體聚合、裂解、空間結構等變化，從而使抗體表現出與裸抗體不一致的特性，導致非預期的毒性。

5.ADC藥物常見毒性

FDA對收到的20個ADC研究中新藥（invesli⁃ gational new drugs，IND）進行匯總分析，發現ADC 藥物在動物中表現出來的毒性主要為造血系統毒 性、肝毒性和生殖毒性，部分還存在皮膚毒性和腎 毒性。其中造血系統、肝和生殖系統的毒性與小分 子細胞毒藥物直接相關，而腎毒性可能是抗體所致 的免疫反應的繼發性損傷[6]。 已批准上市的藥物如Adcetris和Kadcyla臨床 上的不良反應主要為小分子細胞毒藥物引起的骨 髓抑制相關作用（中性粒細胞減少、敗血症和出 血）、肝毒性和腎毒性。此外，還有部分患者出現注 射相關的毒性，可能與給予大分子蛋白成分有關。

五、發展趨勢

1.定向偶聯技術

目前走在開發最前列的ADC藥物均使用傳統的偶鏈技術（no-specificconjugation），最大的缺點就是得到的產品是一種每個抗體載有不同藥物分子數的混合物）；無法實現特定位置偶聯藥物，更重要的是臨床評價難得到均一數據（eg，PK）。針對這些缺點，定向偶聯技術成為各大公司追逐的熱點。使用定向偶聯技術可以使每個抗體上攜帶相同數目的藥物分子數，得到均一性的ADC藥物。利於藥效學的研究和評估。並且在臨床中能夠得到更加穩定有效的效果。其中Ambrx的UnaturalAminoacid（pAcPhe）技術更有套用及推廣前途。

2.多價偶聯ADC藥物

抗體藥物以及疫苗的發展過程都是從單價藥物向多價藥物進行發展。ADC也應該會走這個發展歷程，即在同一個抗體連結幾種相互協同的小分子來提高藥物的藥效。這就需要更完善的偶鏈技術，至需要對兩種甚至更多種技術進行整合使用。但是現在，在Site-specific技術中，過度追求了在特定位點偶聯特定分子數，忽略了偶聯的多樣性。

實用傳統技術進行多價偶聯藥物，需要在一個抗體上同時偶聯多種藥物，這時抗體自身修飾連結基團的單一性，會造成混合型產品，無法保證每個抗體上同時攜帶不同的藥物。

這個難題可以通過Site-specific技術來解決，在進行Site-specific修飾時，可以設計多種不同的偶聯基團，這就可以使用一種基團來針對帶有對應基團的linker進行藥物偶聯。最終通過linker多樣化改造進行多種藥物的連結，實現多價偶聯ADC藥物。

單抗及其偶聯物均為大分子物質。龐大的藥物分子難於透過毛細管內皮層和穿過腫瘤細胞外間隙到達實體瘤的深部。而使用抗體片段，如Fab、Fab′製備分子量較小的偶聯物，可能提高對細胞外間隙的穿透性，增加到達深部腫瘤細胞的藥物量。“小型化或適度的小型化是研製ADC藥物的重要途徑。”

六、展望

因為靶點清楚、技術成熟、選擇性好等優點, 抗 體藥物偶聯物研究在未來幾年裡預計繼續成為抗癌 領域的研究熱點[68, 69]。要跟上世界新藥研發的步伐, 國內尤其是那些有實力的製藥公司必然要加入 ADC 的研發潮流。當然, 這個領域技術要求高、智慧財產權 的空間比較窄, 而且象西雅圖遺傳等公司已經在這 個領域經營幾十年, 沒有一定技術支持是很難占一 席之地的, 這也是輝瑞、羅氏、禮來等國際製藥巨頭 選擇購買西雅圖遺傳、ImmunoGen 等成熟技術或專 利的根本原因。ADC 研發的原理很明確, 但技術和 經驗很重要, 尤其接頭的設計幾乎是一門藝術。進入 這個宏大市場的契機就必須有一技之長。

儘管已經有幾十年的研發歷史, ADC 依然有巨 大的改良空間。實際上, 多個研究結果說明 ADC 化 合物輸送效應分子到目標細胞的比例遠小於 1%, 樂觀的估計也只有 1.5%。很多人對這個數字比較 失望, 即使如此, 給藥的靶向性仍然遠遠高於傳統的 系統給藥模式, 不良反應的發生率也明顯低於傳統 藥物。反過來說, 也給我們設計新一代抗體藥物偶聯 物留下了更多空間。因為臨床已經證明, 目前的 ADC 藥物已經為患者帶來史無前例的療效, 那么新一代 的 ADC 藥物將可能會更好。

如何進入 ADC 這個將來巨大的市場要綜合考慮 每個公司包括資金實力、技術經驗和研究團隊等多 方面因素。對於那些在單克隆抗體領域擁有自主知 識產權的企業, 收購成熟效應分子和接頭可以一躍進入 ADC 研究的前列。擁有獨特的效應分子也是進 入 ADC 研究領域的另一個理想切入點。當然, 別具一格的新型接頭將獲得更大的空間。比如 Mersana Therapeutics 設計一種稱之為 Fleximer 的新型接頭概 念。該水溶性接頭採用生物可降解的多價多糖衍生物, 致使每個抗體的接點可以連線數十個藥物分子。而且 因為多糖水溶性好, 避免了抗體的自身沉聚和其他 因連線太多藥物而引起的藥物動力學缺陷。從而解決 因效應分子的數目或活性不夠造成的困惑。當然, 該 Fleximer 接頭的臨床表現還有待進一步考證。

和新型接頭的開發一樣, 其他任何一項能有效 改良 ADC 特徵的技術都是進入這個領域的切入點。 比如效應分子和抗體的連線位置和偶聯方式對 ADC 的穩定性也非常關鍵。在特定位置引入特定胺基酸 殘基用於偶聯也是另一個切入點。Ambrx 製藥公司 就在這個領域占有一席之地。除了提高抗體的穩定 性以外, 對 ADC 的均一性和批量生產也有關鍵作 用。Ambrx、Sutro Biopharma、基因泰克和輝瑞都走 在這個領域的前面。

最後，成功的 ADC 藥物設計不僅要最佳化每個 ADC 組件, 把每個部分連線起來的方式和細節也同 等重要, 其中包括銜接接頭和抗體或者與效應分子 之間的隔離區域。