一文读懂 | 抗体、载荷、连接子：9款已上市ADC的“结构艺术”

• 2022-03-21 13:37:58 来源：新浪医药新闻

文章来源：医药魔方Med

作者：阿拉蕾

抗体偶联药物（antibody-drug conjugate，ADC）是肿瘤领域药物研发的热点。所有ADC都包含3个核心成分：能与肿瘤相关抗原结合的抗体（antibody），细胞毒性载荷（payload），连接子（linker）。每1个核心成分都能与肿瘤以及肿瘤微环境（TME）发生复杂的相互作用。

图片来自：genetech oncology官网

不同的ADC，这3个核心成分可能存在较大的差异，从而影响它们的药理学特性、有效性和安全性。要想深入了解ADC，就从了解它们的结构开始。本文基于Nat Rev Clin Oncol于2021年6月发表的一篇文献^[1]，从已上市的9款ADC切入，带大家一探究竟。

ADC发展的简史

ADC概念的提出，可以追溯到20世纪初，科学家Paul Ehrlich构想出一种可以释放细胞毒性药物的“魔法子弹”。但是，ADC进入肿瘤临床试验始于20世纪80年代，未显示出生存获益的同时，却观察到了明显的毒性，这种情况持续了~20年，直至CD33靶向药物gemtuzumab ozogamicin的获批（2000年，首个适应症为复发或难治性急性髓细胞白血病），它也是美国FDA批准的第1个ADC。然而，其因不良反应于2010年退市。

2011年，CD30靶向药物维布妥昔单抗（brentuximab vedotin）获批用于经典霍奇金淋巴瘤和系统性间变性大细胞淋巴瘤（ALCL）的治疗。不久之后在2013年，HER2靶向药物恩美曲妥珠单抗（adotrastuzumab emtansine，T-DM1)上市。自此，ADC研发的脚步逐渐加快。下表对已上市9款ADC做了个总结。

这9款ADC分别是：gemtuzumab ozogamicin，维布妥昔单抗，T-DM1，inotuzumab ozogamicin，T-DXd（DS-8201），polatuzumab vedotin，戈沙妥珠单抗，enfortumab vedotin，belantamab mmafodotin。

图片来自：Nat Rev Clin Oncol. 2021; 18(6): 327-344.

抗体（antibody）和靶点选择

免疫球蛋白G（IgG）是ADC中主要的抗体骨架。人IgG包含四个亚类：IgG1、IgG2、IgG3 和IgG4，它们的恒定结构域和铰链区有所不同。这些差异会影响单克隆抗体（mAb）的溶解度和半衰期，以及其对免疫效应细胞上表达的不同Fcγ受体（FcγR）的亲和力。

目前，大部分ADC使用IgG1为抗体骨架，少数使用IgG2或IgG4（例如：gemtuzumab ozogamicin和inotuzumab ozogamicin，两者都使用了IgG4）。与IgG2和IgG4相比，IgG1具有相似的血浆半衰期，但有更高的补体结合及FcγR结合率。IgG3可能是最具免疫原性的亚类，但因其循环半衰期较短，故在ADC设计中，通常避免使用这类抗体。

图片来自：Nat Rev Clin Oncol. 2021; 18(6): 327-344.

一个理想的mAb靶点，应在肿瘤细胞上高表达，而在正常细胞上不表达。ADC能将细胞毒性物质的载荷递送到任何表达靶抗原的细胞。因此，与正常细胞相比，在肿瘤细胞中优势表达的靶点，可以提供较宽的治疗窗，同时降低全身毒性的机会。

目前，获批用于实体瘤治疗的ADC靶点包括：HER2，TROP2，nectin-4。在血液系统肿瘤中，CD30是维布妥昔单抗的靶点，其在霍奇金淋巴瘤和ALCL的恶性淋巴细胞上表达，并且是其特征。同样，CD22、CD79b、B细胞成熟抗原（BCMA）均具有B细胞谱系高度特异性。

除了肿瘤特异性以外，还有其他因素可以影响ADC的疗效。例如，与HER2同质性表达的患者相比，肿瘤内或肿瘤间HER2异质性表达患者的T-DM1应答水平较差。此外，靶点周转率、内化率、溶酶体降解率等均会影响ADC的抗肿瘤活性。

连接子（linker）类型和工艺

随着时间的推移，连接子技术已经取得了长足的进步。连接子主要有两个功能：第一，是确保药物在血浆中循环时，细胞毒性的载荷（payload）仍牢固地附着在抗体部分上。连接子不稳定，可能会过早地在血浆中释放载荷，不仅会增加全身不良反应的严重程度，也会降低载荷在肿瘤部位的有效传递。第二，常通过竞争性作用，使载荷能够在肿瘤内（尤其是肿瘤细胞内）有效释放。

图片来自：Nat Rev Clin Oncol. 2021; 18(6): 327-344.

连接子大致分为两类：可切割型，不可切割型。当存在肿瘤相关性因素（例如：酸性环境，丰富的蛋白水解酶等）时，可切割型连接子能分解并释放ADC细胞毒性载荷。可切割型连接子有：PH敏感性腙连接子（例如：gemtuzumab ozogamicin），可还原性二硫键连接子，各种基于肽的连接子, 酶可切割型连接子（例如：维布妥昔单抗，polatuzumab vedotin，戈沙妥珠单抗，T-DXd等）。

但是，在实际应用中，可切割型连接子在血浆循环中的稳定型有所差异。例如，gemtuzumab ozogamicin使用的腙连接子，与其他可切割连接子相比，稳定型较差，生理PH下会发生一定程度的水解，这也可能部分解释了其脱靶毒性。

相比之下，不可切割连接子在血浆中更稳定，但是其抗体-连接子结构依赖溶酶体降解以释放载荷，常导致载荷上的带电氨基酸保留，这可能会影响药物疗效或细胞通透性。使用不可切割连接子的有：T-DM1，belantamab mafodotin。

值得注意的是，有临床前研究数据显示，细胞毒性载荷的细胞外释放可能是ADC活性的重要组成部分，因此接头稳定性的优化是一个复杂的问题，和靶点、载荷的选择、还有TME的特点均有关。

载荷（payload）

早期的ADC研究，使用的是传统化疗药物，例如：甲氨蝶呤、多柔比星、长春新碱等。但是，研究显示这些ADC并不比它们的传统模式更有效。此外，数据还显示，抗体靶向给药剂量中只有很小一部分能够到达肿瘤组织（~0.1%），提示需要具有更强细胞毒性的载荷才能达到治疗效果。

因此，后续的ADC研究针对更高效化疗药物来进行，例如：auristatins、calicheamicins、美登素（maytansinoids）、喜树碱衍生物（camptothecin analogues）等，这些药物在亚纳摩尔级浓度下就可显示出细胞毒性。

图片来自：Nat Rev Clin Oncol. 2021; 18(6): 327-344.

上面提到的获FDA批准的9个ADC中，单甲基auristatin E（MMAE）和单甲基auristatin F（MMAF）属于auristatins，是微管蛋白失稳剂。Ozogamicin属于calicheamicins，能导致双链DNA断裂。DM1属于美登素类化合物，能破坏微管蛋白的稳定性。最后，DXd和SN-38属于喜树碱衍生物，通过抑制拓扑异构酶I而导致DNA断裂。需要说明的是，这些载荷均不适合作为游离药物全身递送。

药物-抗体比例（drug-to-antibody ratio，DAR），是指每个mAb搭载的载荷的平均数量，这与ADC的药理学活性有关。目前获批ADC的DAR范围为2~8。一般来说，体外试验中，高DAR ADC的活性更高，但可能会更快地通过肝脏从血浆中清除。以维布妥昔单抗为例，其体外活性与DAR有关。在小鼠模型中，DAR为8的ADC版本，血浆清除速度比DAR为2的版本快5倍，但是其毒性增加的同时并没有显示出抗肿瘤活性的优势。

图片来自：Pharm Res. 2015; 32(6): 1907-19.

临床前研究显示，较高DAR和较快肝脏清除率之间的这种关系，与抗体-连接子复合物的疏水性增加有关，这可以通过使用亲水性结构来避免。对于药物结构和DAR不影响血浆清除率（例如：戈沙妥珠单抗）的ADC来说，更高的DAR与更高的体内抗肿瘤活性直接相关。

参考文献

1、Nat Rev Clin Oncol. 2021; 18(6): 327-344.

标签： 细胞毒性 靶向药物 微管蛋白

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