抗体药物的发展历程（7）-抗体偶联药物（ADC）

一百年多前，德国免疫学家保罗·欧立希(PaulEhrlich)最早提出单克隆抗体的“黄金子弹”学说，即：利用单克隆抗体对抗原的特异性结合实现对癌变细胞的靶向治疗。随着基因工程抗体制备技术的成熟，以及新型化学连接技术的出现，抗体偶联药物的概念逐渐变为现实。抗体偶联药物是指将具有高度靶向性的单克隆抗体，通过特定的一段连接片段，实现同具有细胞毒性抗肿瘤药物的偶联，从而将抗体的高度选择性与药物的抗肿瘤活性合二为一。

在美国艺术与科学院、美国国家科学院两院院士Raymond J. Deshaies教授近期在Nature杂志发表的题为《Multispecific drugs herald a new era of biopharmaceutical innovation》的综述中，他将多特异性药物分为两大类：一类是在特定作用位点上提高治疗效果的药物，即Tetherbodies（包括SOMs 和COMLs）；另一类是将治疗靶点与生物效应器联系起来的药物，即Matchmakers（COMMS）。而抗体偶联药物就是典型的第一种多特异性药物SOM（sequentially binding obligate multi-specificdrugs）。2000年，第一个ADCs药物Mylotarg经FDA批准上市用于治疗急性髓系白血病，标志着ADC技术逐步进入大发展阶段。

ADC药物的基本原理

ADCs药物的靶向性来自其中抗体部分（antibody），毒性大部分来自小分子化药毒物部分（payload），抗体部分也可以自带毒性（ADCC与CDC）。抗体部分与毒素部分通过连接物（linker）互相连接。抗体部分与肿瘤细胞表面的靶向抗原结合（binding）后，肿瘤细胞会将ADC内吞（endocytosis）。之后ADC药物会在溶酶体中分解（lysosomal degradation），释放出活性的化药毒物，破坏DNA或阻止肿瘤细胞分裂，起到杀死细胞的作用。理想化的连接物应该保持稳定所以不会导致靶外毒性（off-target toxicity），并且在细胞内高效释放毒物。

一个理想的ADC药物需要四个部分的完美结合：

抗体（靶点）的选择：选择中需要考虑几个因素。首先，理想的目标抗原在肿瘤中具有高表达水平，在正常组织中很少或没有表达，或至少表达限于给定组织类型，以减少ADC靶内毒性及导致可接受的治疗指数。第二，目标抗原应存在于细胞表面，以便循环的mAb可进入。第三，目标抗原应该是内在抗原，使其在结合后，ADC被转运到细胞中，细胞毒性剂可以发挥其作用。

连接臂的选择：循环中药物过早释放可导致全身毒性和较低的治疗指标。有效的连接臂设计必须平衡在循环中的几天内的良好稳定性以及在递送到靶细胞时的高效裂解。对应的几种策略：目标细胞的细胞质中药物的有条件释放（可拆卸和不可切割的接头）；旁路效应的增强和限制，是通过是否能够跨越生物膜的接头-药物代谢产物实现的；极性接头提高溶解度和降低MDR。

连接方式：第二代ADC均为不同药物负载物质的受控混合物，典型平均DAR为3.5或4。DAR大于4的物种显示较低的耐受性，更高的血浆清除率和降低的体内功效。目前大多数ADC具有共同的结构特征，如通过硫醇和烷基的马来酰亚胺反应形成的硫代琥珀酰亚胺连接。但大多数ADC长时间流通期间会导致可测量的马来酰亚胺消除，这些可通过位点特异性偶联和替代共轭化学来解决：如工程半胱氨酸、非天然氨基酸工程、酶辅助连接、糖重组和糖结合、氨基末端工程丝氨酸、与Fab核苷酸结合位点连接、天然半胱氨酸再桥接、避免retro-Michael 解体以及高负载ADC。

毒素分子：通过抑制微管蛋白装配而起作用的auristatin和美登木素生成素是目前ADC最常用的弹头。其他使用的弹头基于吡咯并苯并二氮杂（PBD）、二氢吲哚并噻二氮杂、Tubulysins、卡奇霉素、伊立替康衍生物、多卡莫霉素、喜树碱类类似物、肾上腺素和多柔比星等等。事实上，由于竞争激烈，在早期临床试验研究中越来越多的ADC，没有披露抗原靶和/或弹头和接头的化学结构。

ADC的发展史

抗体药物的研发技术一直在不断更新换代，ADC的研究可以追溯到1980年，但是直到2000年，首个抗体偶联药物才被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抗体偶联药物，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年抗体偶联药物再次取得突破，Genentech/ImmunoGen联合开发的Ado-trastuzumab emtansine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。

第一代抗体偶联药物—Mylotarg

像所有新技术发展的路径一样，大多数的第一代的产品因为有很多缺陷成了炮灰。在批准后一项研究中，Mylotarg与化疗相结合并未表现出比单独化疗更高的生存率和更高的致死毒性率，这导致辉瑞公司2010年自愿将此该药物从市场上撤出。第一代ADC药物失败的原因有很多因素，首先就是药物效力不足，血液中药物浓度低于治疗有效浓度，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，定位率低，而当时使用的连接子也不稳定，以致于药物毒性较大。最后，由于早期ADC中单克隆抗体是鼠源而不是人源化抗体，导致免疫反应和人抗鼠抗体（HAMAs）的产生。以上都是第一代药物失败的因素，但是研究永无止境，很快第二代ADC药物进入人们的视野。

Mylotarg(Gemtuzumab ozogamicin)结构式

第二代抗体偶联药物—Kadcyla

罗氏的Trastuzumab emtansine（Kadcyla）于2013年2月获得FDA批准，用于治疗之前接受过曲妥珠单抗和紫杉类化疗失败的HER2阳性乳腺癌患者。Kadcyla，是一个靶向HER2 抗体药物偶联物 (ADC)，含人源化抗HER2 IgG1曲妥珠单抗(Trastuzumab)和微管抑制剂DM1(美登素maytansine衍生物)，两者通过稳定硫醚连接物(MCC)共价连接。第二代ADC药物的研发中，mAb技术得到改进，单克隆抗体被仔细选择，提高了肿瘤细胞靶向性，并减少与健康细胞交叉反应。更重要的是，早期使用当时治疗癌症的小分子药物作为毒性荷载缺乏临床研究，后来发现了更有效的小分子物质。与第一代ADC相比，第二代ADC具有更好的CMC特性。从当时FDA批准的三种二代ADC药物来看（vedotin、emtansine、ozogamicin），第二代ADC药物显示出良好的临床疗效和安全性。

rastuzumab emtansine（Kadcyla）结构式

然而，由于脱靶毒性、存在未结合抗体以及药物抗体比（DAR）为8引起的ADC聚集或快速清除等原因，目前大多数第二代 ADC显示出较窄的治疗窗口。此外，DAR>4的ADC被证明耐受性低、体内疗效低但是血浆清除率高。至此，二代ADC药物也难以满足患者的需求。优化单克隆抗体(mAbs)、连接物和结合化学物质可以提高第三代ADC的疗效，位点特异性偶联现在被认为是ADC成功开发的关键。

第三代抗体偶联药物

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，产生DARs为2或4的ADC，这种ADC药物毒性降低，无未结合的单克隆抗体，稳定性和药代动力学大大提高，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。综上所述，第三代ADC药物攻克了导致一代二代药物失败的因素，让患者得到更好的治疗。

国内外ADC药物研发进展

截至2018年，FDA已经批准了四个ADC药物上市，有一款药物处于新药申请阶段，近10款药物处于临床III期，有超过60个药物针对多种靶点处于临床的不同阶段。和国外相同的是，国内众多药企纷纷布局ADC药物领域，如：浙江医药（新码生物）、恒瑞、丽珠单抗、美雅珂（乐普）、复星医药、上海医药、科伦药业、华海药业、石药集团、嘉和生物、东曜药业、启德生物、同宜医药、天士力、特瑞思、百奥泰生物、齐鲁制药、荣昌生物等。但和国外不同的是，国内药企大多扎堆开发HER2这个靶点，主要是仿制已上市的Kadcyla，竞争十分激烈。国内药企ADC在研药物统计如下：

尽管ADC类药物已有4个品种获得FDA批准，且更多的候选药物已处于各期临床及临床前研究阶段，但进展依旧困难重重，从2000年第一个品类Mylotarg获批到2011年Adcetris获批，中间空白期长达11年之久。该领域仍面临诸多挑战和待优化之处。首先，肿瘤生物标志物的基础研究有待加强，对特定患者而言，标志物的确认将决定我们能否采取最为合适的治疗方案和治疗药物。其次，更高亲和力的分子有待开发应用于ADCs中，如采用叶酸或生长激素作为细胞毒性药物的有效载体，或更小的抗体片段，如diabodies或minibodies。另外，在未来的临床研究中，将更多的采用多策略联合用药的方式开展研究。概括来讲，目前ADC药物仍有几项限制性因素有待攻克：药物输送效率低、靶点抗原在正常组织中同样表达以及肿瘤细胞中靶点抗原表达的异质性等。伴随着新型抗体-药物偶联技术的出现，以及更多药效更佳药物分子的应用，抗体偶联药物将会变得更加稳定有效。可以期待，新型高效的抗体偶联药物将会不断涌现，并在人类与肿瘤等疾病的斗争中扮演更重要角色。