ADC药物研发的关键四要素及发展趋势

ADCs（antibody-drugconjugates）技术是通过linker将单抗和药物分子偶联在一起，利用抗体的特异性靶向运输药物分子到靶组织发挥作用，降低药物的系统性毒副作用，提高药物治疗窗和拓展抗体治疗潜能[1]。血液中循环的ADC与靶抗原结合后，通过网格蛋白介导的内吞作用被内化。内化的复合物随后进入内体-溶酶体途径，大多数情况下，先被转运至早期的内体，然后转运至溶酶体。酸性环境和蛋白水解酶会导致包含ADC的溶酶体降解，从而使细胞毒性药物释放到细胞质中。释放的细胞毒性药物随后流出到细胞质中，通过DNA插入或抑制微管合成等方式诱导。因此正确的靶标、抗体、linker以及cytotoxic payloads成为影响ADCs药物的四个关键因素。1、ADC药物的核心四要素1.1 正确靶标(Target) 的选择ADC的成功开发依赖于抗体对靶抗原的特异性结合，理想的ADC靶标是在细胞表面高表达，在正常组织低表达或不表达，或至少限定在特定的组织中，例如CD138，5T4，mesothelin，leukemia和 CD37。在正常组织表达的靶标会摄入ADC药物，不仅导致“脱靶”毒性效应，而且降低癌组织内富集的ADC剂量，降低ADC药物治疗窗。有效的ADC活性与细胞表面的抗原数量相关，研究证明，实现有效的ADC活性，细胞表面至少需要104的抗原才能确保致死剂量的细胞毒性药物被递送到细胞内部。由于肿瘤细胞表面上抗原的数量有限（平均每个细胞表面约5，000至106数量的抗原），而且大多数临床阶段的ADC药物平均DAR为3.5至4，所以ADC药物传递到细胞内的很少。这也被认为ADC合并常规细胞毒性药物如甲氨蝶呤，紫杉醇和蒽环类的临床失败的主要原因之一。除了特异性和足够的表达，最佳的靶抗原还应引起有效的ADC内在化。抗体与靶细胞表面抗原的结合可以触发抗体-抗原复合物进入细胞的内化路径，从而实现药物的细胞内递送。目前，白细胞表面分化抗原是最先广泛采用的ADC靶标，目前处于临床开发阶段的20种ADC药物的靶标有10种（CD33，CD30，CD79b，CD22，CD19，CD56，CD138，CD74）是白细胞表面抗原。许多ADC药物靶向白细胞表面抗原在很大程度上是由于这些抗原在组织中高表达，在正常的造血组织中不表达，或表达水平极低。除此之外，一些实体瘤表面受体分子逐渐被发现是合适的临床ADC靶标，如针对前列腺癌上的PSMA，表皮生长因子受体EGFR和卵巢癌癌组织nectin 4等等ADC药物都进入临床II期。2013年FDA批准上市的Kadcyla，靶标为HER2。2019年批准上市的Padcev，靶标为NECTIN4，是第二个获批上市治疗实体瘤的ADC药物靶点。1.2 抗体的选择抗体分子的高度特异性是实现ADC药物疗效的基本要求，从而将细胞毒剂集中在肿瘤部位。依赖高亲和力的特异性抗体，除了避免对健康细胞的毒性外，缺乏肿瘤特异性的抗体可能会被循环系统消除，导致ADC药物还未到达组织就已“消耗殆尽”。为此，通常将细胞毒性药物附着于mAb的Fc部分或恒定区，以防对抗原的检测和结合产生影响。由于这些？150kDa的抗体分子不仅包含多个天然位点进行缀合，而且还可以被修饰用于其他反应位点，目前所有的ADC抗体都是IgG分子。IgG分子的优势在于其对靶抗原的高亲和力和在血液中较长的半衰期，这导致其在部位的积累增加。与其它IgG分子相比，IgG1和IgG3的抗体依赖性细胞毒性（ADCC）和补体依赖性细胞毒性（CDC）要强的多，但由于IgG3具有较短的半衰期，所以不是ADC药物的理想选择。另外与IgG2和IgG4相比，IgG1在胞内形成的铰链容易还原，因此基于半胱氨酸生产的ADC药物难以生产。因此，由于IgG1具有相对强的ADCC和CDC，半衰期长，易于生产等特点，目前大多数ADC药物是采用IgG1支架构建[3]。ADC的免疫原性是循环半衰期的主要决定因素之一。早期的ADC使用鼠单克隆抗体引起人体强烈的，急性的免疫反应（HAMA），目前大多数ADC均采用人源化抗体或完全人源化抗体。总体而言，用于ADC体系结构的理想mAb应该是能够选择性结合细胞而不与健康细胞发生交叉反应的人源化或完全人源化IgG1分子。此外，ADC内在化可能是成功治疗的重要而非绝对因素。1.3 毒素分子（Payload）的选择毒素分子是ADC药物研发成功的关键因素，注射入体内的抗体仅仅只有很小的一部分聚集在实体瘤组织中，因此首先具备亚纳摩尔级别的毒性分子（IC50值在0.01-0.1nM）才是合适的payloads。另外，毒性分子必须具有可偶联的合适的功能基团，强大的细胞毒性，具有疏水性，且在生理条件下非常稳定。目前用来进行ADC药物研发的毒性分子可分为两大类：微管抑制剂和DNA损伤剂，其它小分子，如α-amanitin（选择性RNA聚合酶II抑制剂）也在研究中[12]。前者以Seattle’s Genetics的MMAE，MMAF（free drug IC50： 10-11-10-9M）和ImmunoGen’s 公司开发的DM1，DM4（free drug IC50： 10-11-10-9M）为代表。后者以Calichemicin，duocarmycins，Spirogen’s公司的PBD（free drug IC50 10-9M）为代表，这些毒素都有相应的ADC药物在临床阶段进行探索开发。很多公司也在纷纷开发自己的payloads，例如Nerviano Medical sciences、MersanaTherapeutics等公司。