抗体药物偶联（ADC）安渡小讲堂

抗体偶联药物( antibody-drug conjugate，ADC) 是将单克隆抗体药物的高特异性和小分子药物的高活性相结合，利用抗体与靶抗原特异性结合的特点，将小分子药物靶向递送至肿瘤细胞进而发挥杀伤肿瘤的作用, 从而提高肿瘤药物的靶向性、减少毒副作用。与传统的完全或部分人源化抗体或抗体片段相比，ADC因能在肿瘤组织内释放高活性的细胞毒素从而理论上疗效更高。近年来，ADC药物已经成为国内外抗体药物研发的新热门方向，备受医药研发领域人员的关注。

ADC的研究可以追溯到1980年，但是直到2000年，首个ADC药物才被FDA批准用于治疗急性粒细胞白血病，但由于致死性的毒性的产生，于2010年撤市。随着原有技术的改进，研究人员开发了新型ADC药物，并于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ADC药物再次取得突破，Genentech/ImmunoGen联合开发的Ado-trastuzumabemtansine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。截至2020年9月共有10款ADC药物获批上市，并且有80多个ADC药物处于积极的临床研究中。

2020年8月28日，中国国家药品监督管理局（NMPA）发布公告，荣昌生物制药自主研发的注射用纬迪西妥单抗（商品名：爱地希®，研究代号：RC48）用于治疗局部晚期或转移性胃癌（包括胃食管结合部腺癌）患者的新药上市申请被正式受理，并被纳入优先审评审批程序，成为中国第一个提交新药上市申请的自主开发的ADC药物。

ADC药物是采用特定的连接子将抗体和小分子药物连接起来，其主要组成成分包括抗体、连接子和小分子细胞毒药物。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。

理想的ADC药物应具备：

• 抗体部分：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；低免疫原性

• 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。  

• 连接子：在循环中稳定， 能在细胞内或在肿瘤组织中被释放。 

• 细胞毒药物：高度的药效学作用，通过修饰能与连接子结合，作用机制清晰。

ADC药物采用系统暴露的方式给药，首先进入血液系统，ADC药物循环中的性质基本与裸抗一致。ADC药物的靶向性来自其中抗体部分，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。抗体部分与肿瘤细胞表面的靶向抗原结合后，肿瘤细胞会将ADC内吞。之后ADC药物会在溶酶体中分解，释放出活性的小分子细胞毒药物，破坏DNA或阻止肿瘤细胞分裂，起到杀伤肿瘤细胞的作用。抗体部分与毒素部分通过连接物互相连接。通常连接物应该保持稳定以降低或消除细胞毒素分子对非靶组织及非靶细胞的毒性，并且在靶细胞内高效释放毒物。除此之外，有些ADC 药物设计不进行内化，而在胞外释放，在局部肿瘤微环境发挥作用（旁观者效应）。

旁观者效应（Bystander Effect）指的是ADC释放可渗透的药物（或连接子药物组合物）并根据药物类型及其物理化学特性进入并杀死相邻细胞。由于实体瘤的靶抗原表达通常是异质性的，因此，ADC 可能无法直接有效地杀伤邻近的抗原阴性的肿瘤细胞。但 ADC 不仅可以杀死抗原阳性的肿瘤细胞，还可以通过旁观者效应杀死临近的肿瘤细胞。当 ADC 药物在细胞外空间或靶细胞内释放细胞毒素后，会发生基于旁观者的杀伤。在这两种情况下，不管他们是否表达 ADC 靶抗原，药物可通过被动扩散、死亡细胞泄漏或主动转运从靶细胞扩散并杀死周围的细胞。

第一代ADC：第一代ADC药物主要通过不可降解的连接子与小鼠单克隆抗体结合，但药效和活性均较低。由于药物效力不足，而靶点抗原低表达又导致药物递送量少，细胞内药物不足以杀死细胞。其次，初代ADC药物对肿瘤的靶向性不强，而且使用的连接子也不稳定，以致于药物非靶毒性较大。最后，由于早期ADC中使用的是鼠源单克隆抗体，导致免疫反应和人抗鼠抗体的产生。以上都是第一代药物失败的因素，但是很快第二代ADC药物进入人们的视野。

第二代ADC：第二代ADC药物的研发中，单克隆技术得到改进，提高了肿瘤细胞靶向性。更重要的是，更有效的小分子药物的使用，大大提高了治疗指数。与第一代ADC相比，第二代ADC也具有更好的CMC特性。然而，由于脱靶毒性、存在未结合抗体以及高药物抗体比（DAR）所引起的ADC聚集或快速清除等原因，大多数第二代 ADC仍显示出较窄的治疗窗口。

第三代ADC：第三代ADC药物综合了一代二代失败的因素，利用小分子药物与单克隆抗体的位点特异性结合，从而获得稳定的 DAR 值，提高了ADC的稳定性和 PK 特性。第三代ADC药物毒性降低，无未结合的单克隆抗体，偶联脱落速度更低，药物活性高，低抗原水平下的细胞活性高，攻克了导致一代二代ADC药物失败的因素。

1. 靶抗原的选择：

ADC药物在肿瘤治疗学上的发展主要依赖于确定高特异性的靶抗原作为单克隆抗体部分的靶标。所选抗原需要满足几个要求。首先，靶抗原需要在肿瘤中高表达，并且没有在健康细胞中表达或低表达。第二，靶抗原应在肿瘤细胞表面表达，可被单克隆抗体部分识别。第三，靶抗原应具有内化特性，能将ADC转运到细胞内，发挥毒性作用。尽管一些研究表明非内化的ADC产品，可在肿瘤细胞外释放毒性小分子药物作用于肿瘤微环境，并且ADC产生强烈的“旁观者效应”。

2. 抗体部分的选择

抗体是ADC的主要组成部分。它应该具有以下特点：第一是对靶标的特异性，即抗体应将细胞毒性药物传递给肿瘤细胞。第二是靶标结合亲和力，即抗体应具有对肿瘤细胞表面抗原的高亲和力。另外，抗体也应具有较长的体内停留时间，低免疫原性，低交叉反应性和和合适的可连接的位点。

3. 连接子

连接子在ADC设计中起关键作用，将细胞毒性药物与单克隆抗体连接在一起。当ADC在血液中循环时，稳定的连接子可避免细胞毒性药物在非靶组织中的释放，并且保证ADC在与抗体结合时维持在无活性，无毒性的状态。同时，连接子还应具有在内化作用后可释放细胞毒性药物的特性。满足上述条件的连接子有有两种类型：不可裂解的和可裂解的连接子。

• 不可裂解的连接子由稳定的键组成，这些键可抵抗蛋白水解降解并提供比可裂解的连接子更高的稳定性。不可裂解的连接子的作用机理基于ADC的内化以及随后在溶酶体中的降解，导致细胞毒性药物释放并杀伤肿瘤细胞。它们不会在非靶细胞内释放细胞毒性剂药物，因此不会杀伤正常细胞。 

• 大多数的ADC的连接子为可裂解的连接子，其主要特征是利用了血液循环和肿瘤细胞内之间的条件差异，如低 pH（酸性环境），蛋白酶水解（溶酶体中存在某些特定蛋白酶）和还原环境（细胞质的高谷胱甘肽浓度）等。

4. 小分子

具有细胞毒性的小分子是ADC的另一个重要组成部分。它在肿瘤细胞内被释放并激活，并且可在低剂量下，杀伤肿瘤细胞。ADC所使用的细胞毒性小分子必须在全身循环和溶酶体内具有较高的稳定性。一个的理想的细胞毒性小分子应具有显著的毒性效力（IC50 值在 0.01-0.1nM 范围内），免疫原性低，分子量小，半衰期长。而且，存在适合与抗体连接的官能团，同时保持单克隆抗体的内化特性。目前用于 ADC 研究和开发的有效荷载通常可分为两大类：微管抑制剂和 DNA 损伤剂。目前用于 ADC有效荷载最广泛使用的两种有丝分裂抑制剂是基于 auristatin 或 maytansinoids开发的。两者均为微管组装的有效抑制剂， 在长春碱结合位点附近与微管蛋白结合，引起 G2/M 细胞周期阻滞和随后的细胞凋亡。DNA 损伤剂通过与双螺旋小沟中的 DNA 结合并促进 DNA 链烷基化，断裂或交联，从而发挥其细胞毒性作用。

在临床开发中，目前许多处于临床开发阶段的ADC基于完全内化的IgG形式，靶向明显过表达靶抗原，并使用非定向的生物偶联技术与微管抑制剂偶联。此外，可裂解的连接子在血循环中不稳定，疏水性的连接子也具有较高的聚集倾向。ADC在内化后的有效性依赖于有效的细胞内运输到达溶酶体，并在溶酶体中被降解，促使药物的有控性释放。但是，此策略有几个限制因素。首先，ADC的内在化能力与表面靶抗原的表达密切相关，这解释了为什么使用常规微管蛋白聚合抑制剂（例如auristatins和maytansinoids）的ADC在靶抗原表达低的细胞上不显示细胞毒性。为了克服这些局限性，已经开发了功能非常强大的药物（例如吡咯并苯并二氮杂卓（PBD）二聚体），但是相应的ADC具有有限的治疗指数，尤其是在实体瘤中。其次，内化ADC（包括Kadcyla®）还可通过多种机制诱导肿瘤抵抗。此外，单克隆抗体的内化，运输或回收，抗原脱落以及ADC在溶酶体中降解不良等都会减少药物释放到胞质中，从而削弱ADC的功效。因此，当今迫切需要开发可提高ADC均一性的新的生物偶联技术，载体形式（抗体或片段），连接子（释放机制）或小分子药物（新作用机制）的新技术。

1.定向偶联技术

目前开发的ADC药物大多数使用传统的非定向偶链技术，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。裸抗体也可能是竞争性抑制剂，具有低DAR的ADC疗效较差，具有高DAR的ADC可在体内快速消除，导致ADC较小的治疗窗口。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。

2. 多价偶联ADC药物

一个趋势是抗体药物发展是从单价药物向多价药物开发，期望能在一个抗体上偶联几种相互协同的小分子来提高药物的药效。这需要更加完善的抗体偶联技术，需要至少对两种甚至更多的技术进行调整，设计多种不同的偶联基团，最终通过Linker多样化改造药物的链接，实现多价偶联ADC药物。

3. 新载体形式

目前几乎所有的ADC都基于完整的免疫球蛋白G（IgG）的载体形式。因此，它们的有效性受到其大小（150 kDa）的限制，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。除了IgG的大小，现在认为IgG的Fc部分对于ADC的功效可能是不必要的，甚至是不希望的，尽管某些ADC（例如Kadcyla®）保留了其抗体依赖性细胞介导的细胞毒性（ADCC）和抗体依赖性细胞吞噬作用（ADCP）。实际上，由FcRn诱导的ADC的半衰期长，增加了对正常组织的暴露，而FcγR与内皮细胞和免疫系统发生交叉反应，这两种现象都与脱靶毒性相关。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。”

4. 新的毒性药物

已经开发出新的细胞毒性药物来靶向靶抗原低表达或对auristatin或maytansinoids有抗性的肿瘤细胞，其中最具代表性的是PBD二聚体。这些二聚体的分子结构包含两个烷基化的亚胺官能团，能够与DNA形成链间和链内交联，不仅对固定DNA序列具有更高的选择性，而且引起的DNA损伤更难修复，表现更好的细胞毒性。它们的有效性是ADC中使用的常规细胞毒素（MMAE或DM1）的50-100倍，并对许多人类肿瘤细胞系表现出皮摩尔级的活性（IC50 = 2-7 pM）。目前使用PBD二聚体（例如Tesirine）的ADC已经进入关键的后期临床试验。此外，其他一些的毒性药物也在积极的开发中。

作为一款光免疫疗法，Rakuten的Akalux® (ASP-1929) 是由西妥昔单抗（cetuximab) 与IRDye ® 700 DX构成的ADC。它的抗体部分靶向表皮生长因子（EGFR）。EGFR表达于多种类型的实体瘤细胞表面，包括头颈部鳞状细胞癌、食道癌、肺癌、结肠直肠癌、胰腺癌和其它癌症。

光免疫疗法由药物（靶向癌症的可光活化的ADC）和在向肿瘤部位进行光照的装置组成。光照射系统能够使用低于热阈值的正常红光来照射肿瘤。红光激活并触发药物的药理活性，导致急性肿瘤坏死，但不影响周围的正常组织和结构。光免疫疗法是一种新型的靶向抗癌平台，它的独特之处在于：利用抗体介导的靶向递送实现高度肿瘤特异性，同时利用激光激活生物物理机制精确地诱导癌细胞的快速死亡。ASP-1929曾获得FDA颁发的快速通道资格，用于治疗头颈部鳞状细胞癌。2020年9月25日，Akalux ® (ASP-1929) 与BioBlade激光系统医疗器械联合使用，在日本获批上市，用于治疗不可切除的局部晚期或复发性头颈癌，成为全球首次获批的头颈部肿瘤光免疫治疗药物。