靶向抗腫瘤抗體-藥物偶聯物研發進展

謝 銘

靶向抗腫瘤抗體-藥物偶聯物研發進展

謝 銘

（廣西民族大學預科教育學院，廣西 南寧 530006）

抗體-藥物偶聯物（ADC）是將細胞毒性小分子藥物與單克隆抗體偶聯的靶向抗腫瘤藥物，利用抗體的特異靶向性和細胞毒性小分子的高效抗腫瘤活性，達到高效低毒的目的，是當前腫瘤創新藥研發的熱點。文章主要從單克隆抗體的篩選和人源化改造、靶點抗原的選擇、細胞毒小分子的類型、連接子的偶聯策略等方面進行綜述，對ADC研發趨勢進行總結分析，為教學和科研提供參考。

抗體-藥物偶聯物；單克隆抗體；靶點抗原；細胞毒性小分子；連接子；發展趨勢

引言

抗體-藥物偶聯物（antibody-drug conjugate，ADC）是單克隆抗體（monoclonal antibodies，mAbs）與細胞毒性小分子（cytotoxic small molecule）的偶聯產物。在腫瘤治療上，單克隆抗體雖靶向性良好但大多靶向于細胞外或細胞表面抗原，抗腫瘤活性較弱，對實體瘤的治療效果有限，且較易產生耐藥；常規抗腫瘤化療藥物，雖然具有高效的抗腫瘤細胞活性，但缺乏靶向性，常誤傷軀體正常細胞，毒副作用較嚴重。抗體-藥物偶聯物正好使兩者互補，兼具抗體的高特異性和細胞毒性藥物對腫瘤的高毒性，達到專一殺死腫瘤細胞而不損傷正常組織細胞的作用，臨床上具有高效低毒的抗腫瘤效果[1]。

1 ADC的作用機制

ADC作為以單克隆抗體為載體的新型靶向給藥體系，由單克隆單抗、細胞毒性小分子藥物和抗體-藥物連接子3部分組成（圖1）。單克隆抗體的主要功能是藥物載體，控制ADC藥物靶向性，將“彈頭”——細胞毒小分子藥物靶向輸送、富集至腫瘤部位，其結合的靶點抗原必須是高特異性表達于腫瘤細胞或者腫瘤微環境。細胞毒性小分子藥物是ADC藥物設計中第二個關鍵性因素，ADC藥物抗腫瘤的效應主要取決于所選細胞毒性小分子藥物的殺傷效應。連接子主要起橋梁作用，將單抗與細胞毒性小分子穩定的偶聯，它承載ADC的穩定、水溶性和腫瘤細胞內釋放等功能。ADC以靜脈注射的方式進入血液循環，進入腫瘤組織后與腫瘤細胞表面的抗原結合，隨后在受體介導下，大多通過網格蛋白（clathrin）的牽引發生細胞內吞而進入腫瘤細胞溶酶體，釋放的細胞毒性小分子與腫瘤細胞的DNA、RNA、微管蛋白等結合，影響其復制或有絲分裂，產生抗腫瘤作用。除細胞毒性小分子（有效載荷）的細胞毒作用外，單抗介導的腫瘤細胞受體信號通路抑制，以及抗體Fc域和有效載荷介導的免疫反應均可輔助ADC的療效。抗體、靶抗原、細胞毒素、連接子及偶聯方式的選擇均是影響ADC藥物開發成功的關鍵[2]。

圖1 ADC結構模型

2 單克隆抗體

2.1 單克隆抗體選擇

ADC抗體部分既作為細胞毒素載體，又承擔靶向作用，并可誘導腫瘤細胞表面靶抗原介導的內吞作用。單克隆抗體一般為針對腫瘤細胞表面靶點抗原設計的特異性單克隆抗體，由單一B細胞克隆產生，具有純度高、靈敏度高、特異性強、交叉反應少、制備成本較低等特點，通常采用雜交瘤技術制備。理想的單克隆抗體除了應具有較低的免疫原性外，還應具有以下特點：高特異性即良好的靶向性，能與靶細胞特異性結合并且親和力高，經靶細胞內吞作用，導致攜帶的小細胞毒分子有效釋放；結合抗原后不會產生負反饋；與毒性藥物偶聯后自身特性不改變。目前單克隆抗體一般都選擇具有較長半衰期的IgG，多為IgG1、IgG2及IgG4。

2.2 單克隆抗體人源化改造

早期生產的單克隆抗體為鼠源性抗體，ADC使用的也是鼠源性單抗，易導致病患產生嚴重的免疫反應副作用，而且鼠源抗體不能在人體內有效地激活補體系統和Fc受體相關效應，使其臨床應用受到限制。為了解決異源抗體的缺陷，20世紀80年代后，研究人員對單抗進行了人源化改造[3]。抗體人源化的類型包括嵌合抗體、改型抗體以及通過噬菌體展示技術或轉基因鼠產生的全人源化抗體。全人源單抗完全用人類的遺傳信息來編碼抗體，人源化抗體在臨床上的成功運用大大減少了異源抗體對病患造成的免疫副反應。

2.3 靶點抗原選擇

ADC靶點主要針對癌細胞病理生理發生、發展的關鍵靶點。單抗靶點一般選擇腫瘤細胞表面的抗原或者特定受體，這些抗原或受體在正常細胞沒有或很少表達，最好是腫瘤細胞表面特有，這樣才能保證ADC的靶向性。其次ADC與抗原結合后要能夠被內吞進入細胞。研究發現腫瘤細胞表面靶抗原的表達水平只需略高于正常細胞，就可成功誘導ADC藥物活性。已成功用于ADC靶點的腫瘤細胞抗原有細胞分化簇抗原分子（cluster of differentiation，CD）中的CD30、CD33、CD22等，它們是細胞膜上的一類蛋白質或糖蛋白；腫瘤細胞受體有表皮生長因子受體（HER）中的HER1（EGFR）和HER2等。靶點也可以擴展為支持腫瘤生長、擴散相關的組織，例如腫瘤新生血管組織中的血管內皮生長因子（VEGF），或者腫瘤細胞外基質中的抗原等。靶點選擇與腫瘤基因分型密切相關[4]。目前以HER2、GPNMB等為靶點的ADC主要用于治療乳腺癌；目前治療肺癌的ADC多選擇EGFR、NaPi2b等抗原作為靶點；治療膠質瘤的ADC多選擇PSMA、EGFR等抗原作為靶點；治療白血病、淋巴瘤的ADC主要以白細胞分化抗原CD分子作為靶點；此外又發現一些新型靶點可用于ADC藥物的研發，如PSMA、EPCAM、CEA等[5]。目前上市或臨床在研ADC的靶點有40多個。尋找新靶點是ADC研發中很重要的環節，靶點抗原的豐富能擴大ADC的適用癥范圍，使一些原來無合適靶點的腫瘤可以有的放矢。

3 細胞毒性小分子藥物

最早的ADC連接的細胞毒藥物是臨床上傳統常規的大分子化療藥物，諸如甲氨蝶呤、長春堿、絲裂霉素等，分子量過大，臨床抗癌效果較差。多數腫瘤細胞表面抗原的低表達和較弱的內吞活性，易導致輸送至腫瘤細胞內部的ADC少之又少，因此抗體攜帶的毒素分子必須分子量小且具有極高的細胞毒性。毒性強的細胞毒小分子，在低于納摩爾濃度以至皮摩爾濃度就可殺傷癌細胞，毒性強烈但不適合直接給藥，而利用單克隆抗體攜帶進入腫瘤細胞恰能充分發揮其抗腫瘤作用，成為目前ADC藥物的首選。

3.1 細胞毒性小分子類型

靶向遞送的細胞毒性小分子是ADC殺傷癌細胞最重要的武器，可通過抑制DNA、RNA、蛋白合成、細胞分裂等對腫瘤細胞進行殺傷。與單抗連接的細胞毒性小分子作用機制要清楚，分子量要小、活性要高，同時要對多藥耐藥蛋白（MDR1）介導的外排低敏感性，化學修飾后與連接子結合良好，偶聯到單抗后不改其抗腫瘤活性。目前應用于ADC的細胞毒小分子，依據不同的作用機理主要分為微管蛋白抑制劑和DNA 損傷劑。微管蛋白抑制劑主要有美登素（maytansines）和澳瑞他汀（auristatins）等，DNA 損傷劑主要有卡奇霉素（calicheamicins）、倍癌霉素（duocarmycins）、阿霉素（doxorubicin）和吡咯開苯并吖庚三烯（pyrrolobenzodiazepines）等[6]。此外，美登素衍生物、拓撲異構酶抑制劑（如伊立替康等喜樹堿衍生物）和RNA聚合酶Ⅱ抑制劑（α-鵝膏蕈堿）等也被應用于ADC的研發。這些高活性小分子細胞毒藥物其毒性比傳統常規化療藥物高出10倍以上，通常4～6個分子的劑量就能對靶向腫瘤細胞進行殺傷，對腫瘤細胞具有更強的殺傷力。這些細胞毒素需要具有優良的水溶性，才便于毒素分子與抗體在水溶液中進行偶聯反應。如果初選毒素分子的性質并不適于在ADC中使用，可以對其進行化學修飾改造，使之具備合適的物理化學性質并且容易發生偶聯，在生產及儲存過程中保持穩定性。開發新型細胞毒性小分子藥物是ADC研發過程中非常重要的環節。

3.2 細胞毒小分子作用機制

DNA損傷劑卡奇霉素與腫瘤細胞DNA結合后產生自由基，切割DNA骨架導致DNA雙鏈斷裂分離，從而達到殺傷腫瘤細胞的效果。卡奇霉素為天然烯二炔類抗腫瘤抗生素，最早從稀有放線茵小單胞菌中分離獲得。微管蛋白抑制劑美登素為大環內脂類化合物，最早從熱帶非洲的美登木中提取，通過與腫瘤細胞微管蛋白結合，抑制微管蛋白的聚集，引起細胞周期G2/M期的阻滯，從而抑制腫瘤細胞的有絲分裂過程，達到抗腫瘤效果。澳瑞他汀是一種從印度洋截尾海兔（Dolabella auricularia）中分離出來的環肽衍生物，通過抑制分裂細胞的紡錘體形成，使腫瘤細胞有絲分裂停止于分裂中期，并誘導細胞凋亡。美登素的衍生物DM1和DM4為含巰基的有絲分裂抑制劑[7]。拓撲異構酶是調控細胞內DNA復制的一種酶，伊立替康等可使拓撲異構酶受到抑制，造成DNA鏈發生斷裂，從而抑制腫瘤細胞增殖。

4 連接子

連接抗體和毒素的連接子必須在血液循環中保持長時間穩定，以免毒性小分子提前釋放到血液中產生嚴重不良反應及降低療效，而進入癌細胞后又要確保“彈頭”細胞毒素分子的有效釋放。ADC一般使用肽鍵、二硫鍵、硫醚鍵等共價鍵進行單抗和毒性小分子的連接。連接子分為不可裂解和可裂解兩類。不可裂解連接子穩定性好，如硫醚連接子等。治療乳腺癌的Kadcyla用穩定的硫醚連接子把美登素衍生物DM1連接到抗體上。根據裂解機制不同，可裂解連接子分為化學裂解連接子和酶裂解連接子，前者有腙類連接子等，后者有肽連接子等[8]。西雅圖遺傳研發上市治療霍奇金淋巴瘤的Adcetris用纈氨酸-瓜氨酸二肽連接子把微管抑制劑海兔毒素10的合成衍生物MMAE成功偶聯到單克隆抗體cAC10上。

連接子的連接方式分為非定點偶聯法和定點偶聯法。由于抗體分子上存在大量的功能基團，使用非定點偶聯法，偶聯反應可在多個位點進行，偶聯ADC最終產物是混合物，具有不同藥物——抗體比（drug-antibody ratio，DAR），導致產品復雜的藥理學，不易調控的藥物動力學及藥物藥效學，且產品穩定性欠佳，連接的細胞毒分子較易脫落產生毒副作用，對其分析鑒定和產品質量控制都易出現問題。采用定點偶聯技術可以解決這些問題，該技術多通過對抗體進行修飾、改造，把細胞毒分子連接在抗體特定位點上，大幅提高了ADC的均一性和純度，能有效控制藥物-抗體比以及載藥分布等關鍵質量屬性，便于分析鑒定和質量控制，減少了藥物毒副作用，增加了藥物治療窗口。2019年上市的Enhertu和2020年上市的Trodelvy，連接子的連接策略就是定點偶聯，定點偶聯成為新一代ADC研發和創新的趨勢。

5 ADC研發歷程和未來趨勢

ADC藥物是抗腫瘤創新藥，但起源可以追溯到一百多年前，曾獲得諾貝爾醫學獎的德國醫學家保羅·歐立希（Paul Ehrlich）早在1897年就提出“魔術子彈”假說，設想通過腫瘤細胞表面抗原進行細胞毒素的靶向運輸。1958年Mathe首次將抗鼠白細胞免疫球蛋白與甲氨蝶呤偶聯用于白血病的治療，開啟了ADC研發的有益嘗試。但是ADC的發展困難重重，直到20世紀80年代后，隨著單克隆抗體臨床藥用成功，ADC的研發才逐步變為現實，并被寄予厚望。ADC研發應用歷程大致可分為以下幾個發展階段：1975年Kohler和Milstein共同發明單克隆抗體雜交瘤技術；1986年第一個鼠源單克隆抗體藥物莫羅莫那-CD3獲準上市；1994年第一個人-鼠嵌合抗體藥物上市，2002年完全人源單抗獲批上市；全球第一款抗體偶聯藥物Mylotarg于2000年上市，為第一代ADC；2013年第二代ADC—Kadcyla上市；第三代ADC研發取得重要進展[9]。

第一代ADC Mylotarg由于該藥物的linker中含有在酸性環境下不穩定的腙鍵而且靶點的特異性不強，上市后臨床療效有限和毒副作用嚴重，該藥于2010年被輝瑞主動撤市。經過劑量調整/補充臨床數據后該藥物于2017年重新獲得美國美國食品藥品管理局（FDA）批準上市。第二代ADC技術有所改進，有較好的臨床療效和安全性。但上市的Kadcyla和Besponsa均利用非定點偶聯技術，產品結構高達百萬種，均一性不佳影響了藥物的有效性和安全性[10]。第二代ADC所采用的馬來酰亞胺類linker有在血清中早期解離的風險，因而第三代ADC對該風險進行了改良。第三代ADC是國內外研發趨勢熱點，目標是進一步優化篩選單克隆抗體和細胞毒素，創新連接子，重點是使用定點偶聯技術進行定點定量偶聯，降低產品的異質性和毒副作用，提高藥物的穩定性和改善藥代動力學效率，利于增大治療窗口期，也更適于大量生產ADC[11]。隨著強效毒素分子開發、定點偶聯、生物偶聯以及納米抗體、雙特異性抗體等新技術的發展，新型ADC研發勢頭高漲。由于單抗的分子質量較大，有時難以透過毛細血管內皮或由腫瘤細胞間隙到達實質性腫瘤內部，因此采用具有更強穿透能力的抗體片段如Fab、sc Fv 單鏈與小分子細胞毒藥物偶聯構成ADC是目前的研究熱點之一[12]。

鑒于ADC藥物結構和制造工藝的復雜性，各國藥品監管機構對ADC藥物的審批一直持相對謹慎的態度。截至2020年12月底FDA批準上市的ADC藥物共有9個（表1），主要治療惡性腫瘤特別是復發難治性惡性腫瘤，已在世界多國臨床應用，正在進行臨床研發的ADC有80多個[13]。2015年11月，我國首個ADC抗癌藥物RC48進入臨床試驗，填補了我國在該領域的空白。2021年6月，我國自主研發的創新抗體偶聯藥物新藥—維迪西妥單抗（商品名：愛地希，研究代號RC48）獲得中國藥監局（NMPA）上市批準，適用于治療至少接受過2種系統化療的HER2過表達局部晚期或轉移性胃癌患者。該藥采用全新的、親和力更強、內吞效果更好的人源化迪西妥單抗（Disitamab），使用先進的連接子（MC-Val-Cit-PAB）和小分子細胞毒藥物單甲基澳瑞他汀E （Monomethyl Auristatin E，MMAE），該藥獲批上市打破了ADC藥物領域無我國原創新藥的局面，填補了全球HER2過表達晚期胃癌患者后線治療的空白。截至2021年上半年，我國藥企已經累計申報30多款ADC的臨床試驗。

表1 FDA批準上市的ADC藥物

6 結束語

作為靶向抗腫瘤創新藥，ADC藥物在臨床“精準醫療”上獲得了一系列振奮人心的成功，被比作對抗腫瘤的“特洛伊木馬”，展現了廣闊的應用前景，21世紀以來特別是近10年掀起了研發應用熱潮。隨著單克隆抗體技術的不斷發展，以及新型細胞毒素、連接子和腫瘤靶標的開發，ADC研發進展明顯加快。但ADC研發是非常復雜的系統工程，其化學結構、作用機制、生物活性和工藝質量控制都具有特殊性，涉及分子生物學、免疫藥理、基因工程、有機化學、藥代動力學等多種學科，技術門檻高，制備工藝復雜，目前獲批上市的ADC數量較少。減少脫靶毒性，在安全性和有效性之間達到最佳平衡，擴大治療種類，擴大治療窗，ADC研發創新仍面臨諸多挑戰，對ADC產品的臨床應用研究也在不斷深入和完善。可以期待的是ADC在癌癥靶向治療領域將會取得更多的成就，會有更多的優質ADC藥物獲批上市，惠及更多患者。

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Research and Development Progress of Targeted Antitumor Antibody-Drug Conjugate

Antibody-drug conjugate (ADC) is a targeted antitumor drug that couples cytotoxic small molecule drugs with monoclonal antibodies. Using the specific targeting of antibodies and the high antitumor activity of small cytotoxic molecules, achieve the purpose of high efficiency and low toxicity. It is a hot spot in the research and development of innovative cancer drugs. This paper reviews the screening and humanization of monoclonal antibodies, the selection of target antigens, the types of cytotoxic small molecules, and the coupling strategy of linkers, summarizes and analyzes the development trend of ADC, providing reference for teaching and scientific research.

antibody-drug conjugate; monoclonal antibody; target antigen; cytotoxic small molecule; linker; development trend

R73; R979.1

A

1008-1151(2022)10-0113-04

2022-08-15

謝銘（1965－），男，廣西民族大學預科教育學院講師，研究方向為生物學、組織學與胚胎學教學和科研。