[科普中国]-抗体药物偶联物

抗体药物偶联物(antibody-drug conjugate，ADC)是通过一个化学链接将具有生物活性的小分子药物连接到单抗上，单抗作为载体将小分子药物靶向运输到目标细胞中1。

一、简介抗体偶联药物（antibody-drugconjugate,ADC）的研究可以追溯到1980s，但是直到2000年，首个抗体偶联药物（商品名Mylotarg，Pfizer研发）才被FDA批准用于治疗急性粒细胞白血病，但由于偶联技术、靶向性、有效性等受限，完整的抗体偶联药物在血液不稳定，导致致死性毒性的产生，于2010年撤市。这使得本就不明朗的ADC药物研究，更蒙上了一层阴影。

但是随着Takeda/SeattleGenetics通过对原有技术的改进，利用自己的新型抗体偶联技术开发了brentuximabvedotin（SGN-35，商品名Adcetris，）新型抗体偶联药物，并与2011年被FDA批准用于治疗霍奇金淋巴瘤和系统性间变性大细胞淋巴瘤。2013年抗体偶联药物再次取得突破，Genentech/ImmunoGen联合开发的Ado-trastuzumabemtansine（T-DM1，商品名Kadcyla）被FDA批准用于HER2阳性乳腺癌，这是首个针对实体瘤的抗体偶联药物。随着这两个药物的研发成功，ADC药物再次以火热的状态进入人们的研究视野。

二、结构ADC药物是采用特定的连接子将抗体和小分子细胞毒药物连接起来，其主要组成成分包括 抗体、连接子和小分子细胞毒药物（smallmolecular cytotoxic drug，SM）。抗体分子主要发挥靶向投递 作用，小分子药物发挥效应。但有些抗体同时存在 抗肿瘤的药效学作用，如Kadcyla中阿多曲妥珠单抗（ado-trastuzumab）和美坦新（maitansine）（美登素）存在协同作用。

由于ADC药物结构较为复杂，且不同ADC药物 设计之间存在较大的差异。即使同一靶点的不同药 物，由于识别位点、连接位点、连接子及所连接小分 子的不同，其毒性的差异显而易见。因此，评价ADC 药物毒性之前，先要了解该ADC药物的设计。理想 的ADC药物设计需要考虑① 抗体的选择：靶点清 晰、肿瘤细胞高表达，正常组织低表达；支持药物加 载、稳定、能向细胞内化；良好的PK特性；非特异性 结合少；② 连接位点：一般有赖氨酸或半胱氨酸残 基，可改构进行定向偶联； ③ 连接子：在循环中稳定， 在细胞内能被释放（如在溶酶体内酶切释放，或抗体 降解后释放）； ④ 细胞毒药物：高度的药效学作用， 无 免疫原性，通过修饰能与连接子结合，机制清晰2。

三、作用方式1.循环，ADC药物 采用系统暴露的方式给药，首先进入血液系统，由 于抗体相对分子质量约为150 ku，而细胞毒药物相 对分子质量约为1 ku，ADC药物循环中的性质 基本与“裸”抗体一致。

2.结合抗原，抗体识别特异 性的抗原位点，该过程将决定靶向投递的特异性。

3.内化，抗体与细胞膜上受体结合后，发生内吞。

4.药物释放，连接子在细胞内溶酶体中裂解，释放 出小分子细胞毒药物。

5.发挥药物作用，小分子细胞 毒药物发挥作用，杀伤肿瘤细胞。

除上述常见的ADC药物设计以外，有些ADC 药物设计不进行内化，而在胞外释放，在局部微环 境发挥作用。

四、毒性风险1.抗体分子目前，ADC药物的抗体分子常采用人源化单抗，对可结晶片段（Fc）段进 行修饰，以降低抗体依赖性细胞介导细胞毒性（anti⁃ body-dependentcell-mediatedcytotoxicity，ADCC） 和补体依赖性细胞毒性（complement dependent cytotoxicity，CDC）等。首先抗体分子作为生物大 分子，存在一般生物大分子的毒性风险，如免疫原 性和免疫毒性，以及单抗可能的ADCC作用、CDC 作用、肾基底膜免疫复合物沉积等。其次，在ADC药物中，抗体分子最重要的作用是靶向作用，即将 小分子化合物定向投递到抗原抗体结合位点。如果抗体选择性较差或正常组织存在该抗原，则会造成细胞毒药物投递到正常细胞中，造成靶向毒性。

由于ADC药物靶向性较强，会造成严重的毒性后果。第三，除靶向毒性外，循环过程中 的小分子脱落可导致一定程度的脱靶毒性。抗体 分子的Fc如存在与免疫细胞Fc受体如FcγRs/ FcRN结合的活性，易与免疫细胞结合，造成免疫细 胞的杀伤。最后，ADC药物做为外源性生物大分子，还可能在循环中吞噬细胞，通过胞饮作用进入胞内造成细胞死亡。

2.连接子ADC药物常用的连接子主要包括腙键、二硫键 和肽键。腙键在酸性条件下即可发生水解，是相对 不稳定的连接子。Mylotarg即采用腙键作为连接 子，研究人员认为这是导致Mylotarg失败的一个重 要原因[2]。二硫键在细胞内高浓度的谷胱甘肽中可 发生水解，因此不易在胞外脱落。肽键的结合最为 紧密，仅在溶酶体蛋白水解酶的作用才发生断 裂。连接子的稳定性直接影响细胞毒药物的非预 期解离情况，这种断裂造成小分子细胞毒药物在体 内的暴露，即脱靶毒性。

3.细胞毒药物细胞毒药物为临床上常规使用的化疗药物，决 定ADC药物主要的毒效应谱。由于已在临床上广 泛使用，其毒性特征一般都比较清楚。根据药物类 型如微管蛋白聚合抑制剂或DNA损伤剂即能较好 地把握其毒性风险。

4. ADC分子在抗体和小分子细胞毒药物通过连接子整合成一个整体后， ① 药物抗体比（drug∶antibodyratio， DAR）能明显影响ADC药物的毒性。一般认为每 个抗体上结合2~4个毒性化合物的治疗窗最大。如DAR过低，则抗体携带的效率较低；反之，如DAR 过高，机体易将其识别为异物从而快速清除。②当前的ADC药物一般为不同DAR的混合物，由于不 同DAR所致的毒性不一致，DAR的异质性将导致 毒性的不确定。这种DAR混合物中还可能有未结 合至抗体的细胞毒药物，造成脱靶毒性。③由于在 抗体上增加连接子和小分子细胞毒药物，可能造成 抗体聚合、裂解、空间结构等变化，从而使抗体表现出与裸抗体不一致的特性，导致非预期的毒性。

5.ADC药物常见毒性FDA对收到的20个ADC研究中新药（invesli⁃ gational new drugs，IND）进行汇总分析，发现ADC 药物在动物中表现出来的毒性主要为造血系统毒 性、肝毒性和生殖毒性，部分还存在皮肤毒性和肾 毒性。其中造血系统、肝和生殖系统的毒性与小分 子细胞毒药物直接相关，而肾毒性可能是抗体所致 的免疫反应的继发性损伤[6]。 已批准上市的药物如Adcetris和Kadcyla临床 上的不良反应主要为小分子细胞毒药物引起的骨 髓抑制相关作用（中性粒细胞减少、败血症和出 血）、肝毒性和肾毒性。此外，还有部分患者出现注 射相关的毒性，可能与给予大分子蛋白成分有关。

五、发展趋势1.定向偶联技术目前走在开发最前列的ADC药物均使用传统的偶链技术（no-specificconjugation），最大的缺点就是得到的产品是一种每个抗体载有不同药物分子数的混合物）；无法实现特定位置偶联药物，更重要的是临床评价难得到均一数据（eg，PK）。针对这些缺点，定向偶联技术成为各大公司追逐的热点。使用定向偶联技术可以使每个抗体上携带相同数目的药物分子数，得到均一性的ADC药物。利于药效学的研究和评估。并且在临床中能够得到更加稳定有效的效果。其中Ambrx的UnaturalAminoacid（pAcPhe）技术更有应用及推广前途。

2.多价偶联ADC药物抗体药物以及疫苗的发展过程都是从单价药物向多价药物进行发展。ADC也应该会走这个发展历程，即在同一个抗体链接几种相互协同的小分子来提高药物的药效。这就需要更完善的偶链技术，至需要对两种甚至更多种技术进行整合使用。但是现在，在Site-specific技术中，过度追求了在特定位点偶联特定分子数，忽略了偶联的多样性。

实用传统技术进行多价偶联药物，需要在一个抗体上同时偶联多种药物，这时抗体自身修饰链接基团的单一性，会造成混合型产品，无法保证每个抗体上同时携带不同的药物。

这个难题可以通过Site-specific技术来解决，在进行Site-specific修饰时，可以设计多种不同的偶联基团，这就可以使用一种基团来针对带有对应基团的linker进行药物偶联。最终通过linker多样化改造进行多种药物的链接，实现多价偶联ADC药物。

单抗及其偶联物均为大分子物质。庞大的药物分子难于透过毛细管内皮层和穿过肿瘤细胞外间隙到达实体瘤的深部。而使用抗体片段，如Fab、Fab′制备分子量较小的偶联物，可能提高对细胞外间隙的穿透性，增加到达深部肿瘤细胞的药物量。“小型化或适度的小型化是研制ADC药物的重要途径。”

六、展望因为靶点清楚、技术成熟、选择性好等优点, 抗 体药物偶联物研究在未来几年里预计继续成为抗癌 领域的研究热点[68, 69]。要跟上世界新药研发的步伐, 国内尤其是那些有实力的制药公司必然要加入 ADC 的研发潮流。当然, 这个领域技术要求高、知识产权 的空间比较窄, 而且象西雅图遗传等公司已经在这 个领域经营几十年, 没有一定技术支持是很难占一 席之地的, 这也是辉瑞、罗氏、礼来等国际制药巨头 选择购买西雅图遗传、ImmunoGen 等成熟技术或专 利的根本原因。ADC 研发的原理很明确, 但技术和 经验很重要, 尤其接头的设计几乎是一门艺术。进入 这个宏大市场的契机就必须有一技之长。

尽管已经有几十年的研发历史, ADC 依然有巨 大的改良空间。实际上, 多个研究结果说明 ADC 化 合物输送效应分子到目标细胞的比例远小于 1%, 乐观的估计也只有 1.5%。很多人对这个数字比较 失望, 即使如此, 给药的靶向性仍然远远高于传统的 系统给药模式, 不良反应的发生率也明显低于传统 药物。反过来说, 也给我们设计新一代抗体药物偶联 物留下了更多空间。因为临床已经证明, 目前的 ADC 药物已经为患者带来史无前例的疗效, 那么新一代 的 ADC 药物将可能会更好。

如何进入 ADC 这个将来巨大的市场要综合考虑 每个公司包括资金实力、技术经验和研究团队等多 方面因素。对于那些在单克隆抗体领域拥有自主知 识产权的企业, 收购成熟效应分子和接头可以一跃进入 ADC 研究的前列。拥有独特的效应分子也是进 入 ADC 研究领域的另一个理想切入点。当然, 别具一格的新型接头将获得更大的空间。比如 Mersana Therapeutics 设计一种称之为 Fleximer 的新型接头概 念。该水溶性接头采用生物可降解的多价多糖衍生物, 致使每个抗体的接点可以连接数十个药物分子。而且 因为多糖水溶性好, 避免了抗体的自身沉聚和其他 因连接太多药物而引起的药物动力学缺陷。从而解决 因效应分子的数目或活性不够造成的困惑。当然, 该 Fleximer 接头的临床表现还有待进一步考证。

和新型接头的开发一样, 其他任何一项能有效 改良 ADC 特征的技术都是进入这个领域的切入点。 比如效应分子和抗体的连接位置和偶联方式对 ADC 的稳定性也非常关键。在特定位置引入特定氨基酸 残基用于偶联也是另一个切入点。Ambrx 制药公司 就在这个领域占有一席之地。除了提高抗体的稳定 性以外, 对 ADC 的均一性和批量生产也有关键作 用。Ambrx、Sutro Biopharma、基因泰克和辉瑞都走 在这个领域的前面。

最后，成功的 ADC 药物设计不仅要优化每个 ADC 组件, 把每个部分连接起来的方式和细节也同 等重要, 其中包括衔接接头和抗体或者与效应分子 之间的隔离区域3。