抗體藥物偶聯(lián)物的研究進展

姚雪靜

【摘要】 抗體-藥物偶聯(lián)物的分子由單克隆抗體、連接子和小分子毒素三部分組成，這三部分對抗體-藥物偶聯(lián)物的穩(wěn)定性、有效性及安全性均起到非常關(guān)鍵的作用。本文對抗體-藥物偶聯(lián)物的抗體靶標選擇、連接子設計、載帶藥物的選擇及抗體偶聯(lián)位點研究作一綜述，并且對已上市和處于臨床后期階段的抗體-藥物偶聯(lián)物做了總結(jié)分析。

【關(guān)鍵詞】 單克隆抗體 連接子 載帶藥物 抗體-藥物偶聯(lián)物

doi：10.14033/j.cnki.cfmr.2020.12.078 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6805（2020）12-0-04

Research Progress of Antibody Drug Conjugates/YAO Xuejing. //Chinese and Foreign Medical Research， 2020， 18（12）： -188

[Abstract] The molecule of antibody drug conjugates （ADCs） is composed of three parts： monoclonal antibody， linker and small molecule toxin. These three parts play a key role in the stability， efficacy， and safety of antibody drug conjugates. In this paper， the selection of antibody targets， the design of linker， the selection of drug carriers and the study of antibody conjugation sites of antibody drug conjugates were reviewed. In addition， the antibody drug conjugates which had been on the market and in the late clinical stage were summarized and analyzed.

[Key words] Monoclonal antibody Linker Drug carriers Antibody drug conjugates

First-authors address： RemeGen， Ltd. Yantai， Yantai 264006， China

抗體-藥物偶聯(lián)（antibody drug conjugates，ADCs）作為新型生物導彈藥物概念的提出已有30多年，近幾年隨著美國FDA批準了多個ADC藥物上市，ADC藥物的研發(fā)成為空前熱點[1]。ADC是將腫瘤殺傷力強的小分子毒素藥物（payload）與單克隆抗體通過連接子（linker）偶聯(lián)[2]，形成的偶聯(lián)物能利用單克隆抗體的靶向性，特異性地識別腫瘤細胞表面的抗原，然后經(jīng)過細胞的內(nèi)吞進入到細胞內(nèi)部，利用細胞內(nèi)的蛋白酶釋放細胞毒物，殺死腫瘤細胞，以達到提高藥效、增大“治療窗”的目的。因此，對于可成藥的ADC藥物，應該具備三個特點：單克隆抗體具有高度的靶標特異性，小分子藥物具有高效的細胞毒效力，連接子在體循環(huán)中能保持較好的穩(wěn)定性。

1 ADC藥物的靶標選擇

ADC藥物抗體部分的理想特性包括：（1）具有最小化的免疫原性;（2）與靶抗原具有足夠的特異性及結(jié)合親和力，并可實現(xiàn)有效的內(nèi)化;（3）具有較長的循環(huán)半衰期[3]。在特異性方面，一個理想的靶標抗原需要同時具備兩個特性：（1）在靶細胞表面表達，但在健康組織中低表達[4]。（2）在血液循環(huán)系統(tǒng)中脫落應該盡可能地少，以防止游離的抗原在循環(huán)中與抗體結(jié)合[5]。

目前國內(nèi)外處于臨床研究的ADC靶標很多，主要分為針對血液癌的靶標和針對實體瘤的靶標。其中，針對血液癌的靶標主要有CD19、CD22、CD30、CD33、CD37、CD74、CD79b、CD138、BCMA等，針對實體瘤的靶標主要有HER2、Nectin4、Trop-2、FOLR1、DLL3、gpNMB、PSMA、EGFR、Mesothelin、ENPP3、Mucin16、CA6、CEACAM5、STEAP1、CD56等[6]。

2 載帶藥物

對于ADC來說，細胞毒素的選擇是至關(guān)重要的。用于偶聯(lián)的細胞毒素必須作用機制清楚、分子量小、活性高，并且不具有免疫原性，采用化學方法偶聯(lián)到抗體上后仍能保留抗腫瘤活性。某些細胞毒素如長春花堿和甲氨蝶呤偶聯(lián)到抗體上后幾乎失去抗癌能力[7]。目前，用于ADC的細胞毒素，根據(jù)作用機制不同主要分為DNA損傷劑和微管蛋白抑制劑。DNA損傷劑主要包括卡奇霉素（Calicheamicins，CLM）、阿霉素（Doxorubicin）、Duocarmycins、PBDs（Pyrrolobenzodiazepines）等，微管蛋白抑制劑主要包括美登素（Maytansines）和奧利司他?。ˋuristatins）。

卡奇霉素是天然的烯二炔類抗腫抗生素，最早從土壤微生物中分離提取獲得?？ㄆ婷顾睾虳NA結(jié)合后，產(chǎn)生自由基，切割DNA骨架，達到殺傷腫瘤細胞的效果。在卡奇霉素衍生物中，Calicheamicin γ的生物活性最高。第一個上市的ADC藥物Mylotarg，是將Calicheamicin γ連接到抗CD33的單抗上，用于治療急性髓細胞性白血病[8]。

阿霉素是從放線菌的發(fā)酵液中提取的蒽環(huán)類抗腫瘤藥物，可以抑制DNA的復制及RNA的合成，從而抑制腫瘤細胞的正常分裂。Immunomedics公司的臨床藥物Milatuzumab Doxorubicin就是采用阿霉素作為細胞毒素偶聯(lián)到CD74抗體上，用于治療多發(fā)性骨髓瘤等疾病[9]。

Duocarmycins是苯并二吡咯類抗腫瘤抗生素，其衍生物主要有Duocarmycin A、Adozelesin、CC-1065等。Duocarmycins能特異性地識別并烷基化DNA堿基，具有較好的抗腫瘤活性。采用Duocarmycins衍生物CC-1065為細胞毒素偶聯(lián)至抗體的發(fā)明已被報道[10]。

PBD是一類天然的抗腫瘤抗生素，它可以與DNA共價結(jié)合并引起DNA損傷。與抗CD33單抗偶聯(lián)的ADC藥物SGN-CD33A使用了PBD，對白血病具有很好的療效，目前正在臨床研究中[11]。

美登素是從熱帶非洲的美登木中發(fā)現(xiàn)的大環(huán)內(nèi)脂類化合物，可以抑制微管蛋白聚集，進而抑制細胞的有絲分裂，達到抗腫瘤的效果。美登素的衍生物DM1和DM4為含巰基的有絲分裂抑制劑，已用于構(gòu)建ADC藥物。

奧利司他汀是海洋生物環(huán)肽的衍生物，其抗腫瘤的作用機制是通過抑制分裂細胞的紡錘體形成，使分裂停止于有絲分裂中期。用于和抗體偶聯(lián)的auristatins衍生物主要包括MMAE和MMAF。

3 連接子

在ADC的研究中，連接子的構(gòu)建是關(guān)鍵點之一。首先連接子須具備一定的穩(wěn)定性，在未達到腫瘤細胞之前，能確保ADC在血液循環(huán)過程中的完整性;另外，在進入靶細胞后，連接子要確?！皬楊^”細胞毒素的有效釋放。連接子從性能上可分為不可裂解連接子和可裂解連接子。

不可裂解連接子在血液循環(huán)系統(tǒng)和腫瘤細胞內(nèi)均可保持穩(wěn)定，比如硫醚連接子、酰胺類連接子?；蛱┛斯狙邪l(fā)的ADC藥物Kadcyla是通過穩(wěn)定的硫醚連接子將DM1連接到抗體上[12]。

可裂解連接子根據(jù)裂解機理不同分為：化學裂解連接子和酶裂解連接子?；瘜W裂解連接子基于血液和細胞質(zhì)的環(huán)境（pH，氧化還原能力等）不同而發(fā)生裂解，主要包括pH敏感型連接子和二硫鍵連接子。腙類連接子是一種pH敏感的化學裂解連接子，在血液中性環(huán)境（pH 7.3～7.5）下穩(wěn)定，而進入細胞后，由于pH偏酸性會發(fā)生斷裂釋放細胞毒藥物。Trail等[13]通過腙類連接子將阿霉素和單抗BR96偶聯(lián)，當該ADC藥物進入腫瘤細胞后可有效地將細胞毒素釋放。但由于腙類連接子選擇性相對較低，在血液循環(huán)過程中會釋放一定的細胞毒素，從而導致半衰期短、安全性降低，因而臨床實驗未獲預期。二硫鍵連接子是另一種常用的化學裂解連接子，二硫鍵是熱力學穩(wěn)定的，其斷裂取決于細胞內(nèi)谷胱甘肽的濃度。這種還原型谷胱甘肽在血液中的濃度是微摩爾級，但由于腫瘤細胞內(nèi)呈缺氧狀態(tài)，還原性酶活性增強易將二硫鍵打開，釋放出細胞毒素。

肽連接子是目前使用最廣泛的酶裂解連接子，已批準上市的ADC藥物Adcetris通過纈氨酸-瓜氨酸（Valine-Citrulline）二肽連接子把微管抑制劑MMAE偶聯(lián)到單克隆抗體cAC10[14]。這種連接子在血循環(huán)中具有高度穩(wěn)定性，而腫瘤細胞內(nèi)高度表達的溶酶體蛋白酶B，可將連接子的兩個酰胺鍵酶解，細胞毒素就以完整的活性形式釋放出來。這種連接子的優(yōu)勢是既保持了ADC藥物在血循環(huán)中的穩(wěn)定性，又可使細胞毒藥物在腫瘤部位快速釋放，同時藥物以活性結(jié)構(gòu)釋放而不帶有任何的附加修飾，較好的保持了藥物分子的理化特性和活性。

4 ADC藥物的偶聯(lián)策略

抗體和細胞毒素的偶聯(lián)方式對ADC的生物學活性、耐受性及藥物穩(wěn)定性有重要影響[15]。如果偶聯(lián)的細胞毒素過少，則會降低其生物活性;過多則增加ADC在血液中的清除率及安全性風險，同時影響抗原和抗體的有效結(jié)合。通常而言，理想的藥物偶聯(lián)數(shù)目為2～4。目前進入臨床應用的偶聯(lián)方式有兩種，分別是賴氨酸的氨基（-NH2）偶聯(lián)，半胱氨酸的巰基（-SH）偶聯(lián)。隨著基因重組抗體技術(shù)的發(fā)展，定點氨基酸偶聯(lián)也代表了一定的發(fā)展趨勢，通過在抗體蛋白中引入一個含-SH的突變氨基酸或具有活性官能團的非天然氨基酸而實現(xiàn)定點偶聯(lián)[16]。

4.1 賴氨酸的氨基偶聯(lián)

多數(shù)抗體富含活潑的賴氨酸，因此賴氨酸的氨基偶聯(lián)是最常見的偶聯(lián)方式之一，已批準上市的Mylotarg和Kadcyla采用的就是氨基偶聯(lián)方式。但賴氨酸偶聯(lián)有可能改變抗體自身的電荷數(shù)量，影響抗體的穩(wěn)定性，所以該種偶聯(lián)方式，細胞毒素不宜過多。

4.2 半胱氨酸的巰基偶聯(lián)

大部分的單克隆抗體屬于IgG，鏈內(nèi)、鏈間二硫鍵多達16對，但4對鏈間二硫鍵相對較易斷裂。通過選擇性較高的還原劑（如TCEP）及優(yōu)化的還原條件和配比，二硫鍵容易被選擇性還原生成活性較高的自由巰基，且對抗體蛋白的結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生太大的影響。自由巰基可與馬來酰亞胺等物質(zhì)發(fā)生反應，反應條件比較溫和，并且產(chǎn)率高。因為抗體二硫鍵的個數(shù)要遠少于賴氨酸的個數(shù)并且位置相對確定，所以半胱氨酸的巰基偶聯(lián)有較好的均一性。

4.3 定點偶聯(lián)

通過基因工程手段在抗體分子中引入具有活性基團的氨基酸，從而通過氨基或巰基的化學偶聯(lián)載帶上毒素，這樣可以實現(xiàn)對于ADC偶聯(lián)率及產(chǎn)品均一性的有效控制。另外對于定點巰基偶聯(lián)，因不斷裂抗體天然的二硫鍵，從而明顯改善ADC的體內(nèi)半衰期。

巰基抗體偶聯(lián)（THIOMAB drug conjugates，TDC）：該技術(shù)是通過定點突變引入額外的半胱氨酸殘基從而實現(xiàn)通過巰基的定點偶聯(lián)[17]。例如，將MC-VC-PAB-MMAE偶聯(lián)到anti-MUC16抗體（重鏈A114C）中形成TDC。隨著工藝的成熟，偶聯(lián)率DAR能達到接近2.0，平均每個抗體含2個毒物分子。該半胱氨酸定點偶聯(lián)的方法已被西雅圖基因公司用于研發(fā)SGN-CD33A，偶聯(lián)產(chǎn)物中約有95%的抗體連有2個藥物，該藥物已進入臨床研究[1]。

通過谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶進行定點偶聯(lián)：利用谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶將含氨基的藥物偶聯(lián)到經(jīng)改造的谷氨酰胺上[18]。該偶聯(lián)策略為在抗體上進行改造引入谷氨酰胺，然后將PEG官能化的小分子毒物偶聯(lián)到抗體的谷胺酰胺上，形成定點偶聯(lián)。

抗體非天然氨基酸的偶聯(lián)：通過在IgG中引入β-乙酰苯丙氨酸作為非天然氨基酸，含有天然氨基酸中不含有的酮官能團。酮官能團與烷氧基胺間可形成肟鍵，該鍵在生理條件下非常穩(wěn)定。因此，利用短的聚乙二醇連接子將醇胺連到auristatin F的衍生物上，形成連接子-毒素。與T-DM1類似，該藥物含有不可裂解的連接子，藥物的釋放取決于抗體在溶酶體的降解[19]。定點偶聯(lián)的ADCs看似要優(yōu)于非定點偶聯(lián)的ADCs，但是該結(jié)論只是基于有限的臨床前數(shù)據(jù)，還需要大量的臨床數(shù)據(jù)來驗證。此外，定點偶聯(lián)的ADCs仍在研發(fā)的初期階段，仍需進行很多改進，如增加偶聯(lián)物的均一性，提高承載藥物的數(shù)量等。

5 FDA已經(jīng)批準上市或處于臨床后期階段的ADC藥物

目前處于臨床研究的ADC藥物有100多個，F(xiàn)DA已經(jīng)批準上市的ADC藥物有7個，其中Polatuzumab vedotin-piiq、Enfortumab vedotin、Trastuzumab deruxtecan 三個藥物是在2019年批準的，另外有許多ADC藥物處于Ⅲ期臨床研究階段，見表1。

隨著生物技術(shù)的不斷進步，抗體和毒素的偶聯(lián)技術(shù)在更新?lián)Q代，ADC的靶點、連接頭及載帶毒素的選擇也在逐步改善。同時，隨著免疫療法的發(fā)展，開發(fā)ADC聯(lián)合治療的選擇也越來越多。因此，相信在不遠的未來，ADC有望被更多地應用于腫瘤患者的治療。

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（收稿日期：2019-12-30） （本文編輯：桑茹南）