抗體藥物偶聯(lián)(Antibody Drug Conjugate, ADC)是一種克服化療局限性、選擇性靶向腫瘤細(xì)胞的新興技術(shù)。ADC的有效性取決于幾個(gè)物理化學(xué)因素，如偶聯(lián)位點(diǎn)、分子量、連接體長(zhǎng)度、位阻、半衰期、偶聯(lián)方式、結(jié)合能等。盡管有超過(guò)100種ADC處于臨床試驗(yàn)階段，但FDA批準(zhǔn)臨床使用的ADC只有14種。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)理想的ADC仍然具有挑戰(zhàn)性。在本文中，我們討論了影響ADC有效性的關(guān)緊因素。此外，我們還介紹了偶聯(lián)方法的最新進(jìn)展。此外，我們還重點(diǎn)介紹了ADC的作用模式、最近的挑戰(zhàn)以及ADC的未來(lái)前景。
前言
抗體藥物偶聯(lián)物(Antibody Drug Conjugate, ADC)是一類新興的強(qiáng)效生物藥物，它通過(guò)合適的連接物（Linker）將強(qiáng)效細(xì)胞毒性有效載荷(Payload)與工程化單克隆抗體結(jié)合起來(lái)，單克隆抗體通過(guò)靶向癌細(xì)胞表面表達(dá)的特定抗原，幫助將結(jié)合的有效載荷傳遞到特定的疾病部位，因此減少旁路效應(yīng)引起的副作用，提高了治療效率。盡管有100多種ADC處于臨床試驗(yàn)階段，但FDA批準(zhǔn)臨床使用的ADC只有14種。14種獲批藥物中，有7種用于臨床治療血液系統(tǒng)惡性腫瘤，7種用于治療實(shí)體腫瘤(表1)。
一般來(lái)說(shuō)ADC的偶聯(lián)方式、分子量、連接體長(zhǎng)度、位阻、半衰期、異質(zhì)性以及一些物理化學(xué)因素是決定ADC藥物有效性的關(guān)鍵，在本文中，我們將重點(diǎn)討論影響ADC有效性的不同因素。
表1 FDA批準(zhǔn)的ADC藥物
ADC的組成構(gòu)建
如圖1所示，ADC由抗體、連接體和細(xì)胞毒性有效載荷組成(圖1)。ADC的每一個(gè)組成部分都起著至關(guān)重要的作用，使ADC穩(wěn)定和潛在，副作用最小。理想的ADC應(yīng)能有效地到達(dá)靶點(diǎn)而不釋放任何脫靶載荷。為了開發(fā)一種有效的ADC，必須考慮抗原、抗體、高毒載荷和連接子的選擇等因素。
圖1 ADC結(jié)構(gòu)示意圖
A、抗原（靶點(diǎn)的選擇）
靶抗原有助于區(qū)分癌細(xì)胞和正常細(xì)胞，從而降低脫靶毒性。因此，選擇合適的靶抗原是開發(fā)理想ADC的第一步。理想的抗原必須具有某些特征，首先與健康細(xì)胞相比，它應(yīng)該在癌細(xì)胞表面過(guò)度表達(dá)。例如，HER2 (三陽(yáng)性乳腺癌的靶抗原)在癌細(xì)胞中的拷貝數(shù)是正常細(xì)胞的100倍，其次，靶抗原的結(jié)合位點(diǎn)應(yīng)面向癌細(xì)胞的外表面，而不是面向癌細(xì)胞的內(nèi)部。使從血管擴(kuò)散的ADC能夠在內(nèi)吞之前與靶抗原結(jié)合，此外，靶抗原不應(yīng)進(jìn)入體循環(huán)以避免ADC在腫瘤外的不必要結(jié)合并且靶抗原應(yīng)具有內(nèi)化結(jié)合ADC的效力。在已批準(zhǔn)和臨床期ADC中，最常用的血液學(xué)和實(shí)體腫瘤靶點(diǎn)分別是CD33、CD30、CD22、BCMA、CD19、CD79B和HER2、Nectin-4、Trop-2、EGFR、TF（圖2）。此外，細(xì)胞外基質(zhì)成分、促進(jìn)血管生成的因子和腫瘤微環(huán)境成分已被報(bào)道為可能靶點(diǎn)，并在臨床前和臨床階段顯示出其效力。
B、抗體的選擇
縱觀ADC藥物組成，其中單抗體是與靶抗原特異性結(jié)合的重要載體?？贵w必須對(duì)靶抗原具有高結(jié)合力和較低的免疫原性。此外，抗體應(yīng)具有維持較長(zhǎng)的血漿半衰期和快速內(nèi)吞的能力。此外，在治療過(guò)程中抗體除了可以將有效載荷運(yùn)送到目標(biāo)位置外，如圖3所示，抗體Fc端還可以引發(fā)多種生物學(xué)活性，如抗體依賴性細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性(ADCC)、補(bǔ)體依賴性細(xì)胞毒性(CDC)和抗體依賴性細(xì)胞吞噬(ADP)。在過(guò)去的幾十年里，在ADC藥物發(fā)展之初鼠源抗體被用于開發(fā)，但鼠源抗體具有高免疫原性使得其應(yīng)用有一定局限性。經(jīng)過(guò)重組技術(shù)的發(fā)展，目前較多用于ADC的抗體為人源化抗體甚至全人源抗體，大大降低了抗體的免疫原性。人血清中共存在5種抗體。其中免疫球蛋白G (IgG)類是最豐富的血清抗體，約占總抗體的70-85%，半衰期約為21天。因此IgG是ADC發(fā)展中最常用的抗體。此外，IgG類抗體有IgG1、 IgG2、IgG3和IgG4 4類亞類。在這四個(gè)亞類中，IgG1對(duì)FcYRs具有很高的結(jié)合親和力，因此與其他亞類相比，IgG1誘導(dǎo)ADCC和CDC更有效。IgG2在體內(nèi)通過(guò)非共價(jià)結(jié)合和高溫形成二聚體。此外，由于位阻作用，ADC的效價(jià)降低，從而降低ADC的血藥濃度。IgG3的半衰期很短，約為7天，因此降低了ADC的治療效果，并且在半衰期增加的同時(shí)不能改善Fc介導(dǎo)的效應(yīng)物功能。IgG4具有誘導(dǎo)ADCC的能力，但它含有Fab臂交換，導(dǎo)致有效性降低。因此，IgG1是ADC開發(fā)過(guò)程中最常用的抗體亞型。
圖2 腫瘤細(xì)胞最常用的靶抗原和腫瘤微環(huán)境示意
圖3 抗體Fc端生物學(xué)活性示意
C、連接子（Linker）
連接子是抗體和有效載荷之間的橋梁，對(duì)ADC的穩(wěn)定性和有效性起著重要作用。此外，有效載荷的釋放也主要取決于連接子的類型和性質(zhì)。較好的連接子應(yīng)具有高度的水溶性，從從而防止ADC聚集的形成以及有效載荷在體循環(huán)中的過(guò)早釋放。影響連接體穩(wěn)定性和載荷釋放的三個(gè)主要因素是共軛位點(diǎn)、位阻和連接子長(zhǎng)度。通過(guò)選擇特定的偶聯(lián)位點(diǎn)和修飾的連接體，可以得到穩(wěn)定的ADC。
D、有效載荷（Payload）
有效載荷是ADC的彈頭，通常是一種高細(xì)胞毒性藥物。理想的ADC應(yīng)具有強(qiáng)效性，對(duì)全身循環(huán)中多種代謝或分解代謝過(guò)程中的任何化學(xué)反應(yīng)都具有穩(wěn)定性，溶解度高。此外，它還應(yīng)具有共軛和膜透性的官能團(tuán)。由于溶酶體屏障和腫瘤微環(huán)境的復(fù)雜性，很少有細(xì)胞毒性藥物能到達(dá)靶點(diǎn)，因此通過(guò)抗體靶向性遞送可以有效到達(dá)相應(yīng)靶點(diǎn)。在穩(wěn)定性方面，有效載荷應(yīng)該在系統(tǒng)循環(huán)和制造過(guò)程中對(duì)任何化學(xué)反應(yīng)都是穩(wěn)定的。不穩(wěn)定的有效載荷可能會(huì)在血液循環(huán)中轉(zhuǎn)化為活性構(gòu)型，導(dǎo)致不良副作用。如果有效載荷在溶酶體狀態(tài)下不穩(wěn)定，則應(yīng)在細(xì)胞表面或進(jìn)入細(xì)胞之前將有效載荷分離。在溶解度和膜滲透性方面，一般來(lái)說(shuō)，由于抗體的蛋白質(zhì)性質(zhì)，偶聯(lián)過(guò)程通常是在水環(huán)境中進(jìn)行的，然而，具有疏水性的有效載荷需要大量的有機(jī)溶劑進(jìn)行共軛。過(guò)度使用有機(jī)溶劑會(huì)使抗體變性。此外，疏水載荷可以改變藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)并形成聚集。因此，推薦選擇水溶性有效載荷來(lái)避免上述問(wèn)題。此外根據(jù)目的不同，如果ADC本質(zhì)上是可切割的，那么它應(yīng)該是親水的，以支持ADC獲得水溶性。如果為了通過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入，所選擇的有效載荷本質(zhì)上應(yīng)該是親脂性的，并且可以通過(guò)溶酶體膜到達(dá)目標(biāo)。
ADC的偶聯(lián)方式
工程化半胱氨酸偶聯(lián)：工程化半胱氨偶聯(lián)可以使得細(xì)胞毒性載荷均勻分布在整個(gè)ADC。IgG類抗體含有8個(gè)半胱氨酸鍵，可以通過(guò)特異性工程獲得DAR值為2-4的ADC類藥物。輝瑞等多家公司都使用該技術(shù)作為ADC藥物偶聯(lián)方式。與傳統(tǒng)ADC相比，這些ADC在臨床前階段顯示出巨大的潛力和耐受性。
糖基化位點(diǎn)修飾偶聯(lián)：一般來(lái)說(shuō)，抗體在Fc區(qū)有一個(gè)糖基化鏈。N297殘基具有N-糖基化位點(diǎn)，也是進(jìn)行修飾所關(guān)注的位點(diǎn)?；瘜W(xué)氧化、化學(xué)酶或酶修飾等幾種方法已經(jīng)被用于糖基化位點(diǎn)修飾，從而使得有效載荷高效偶聯(lián)到抗體上。
酶定向修飾偶聯(lián)：酶定向修飾，酶分子通過(guò)作用到特定氨基酸殘疾上，選擇性地將有效載荷附加到特定位點(diǎn)。例如Redwood開發(fā)了一種SMARTag，利用甲?；拾彼嵘擅?formyl glycine- generated enzyme, FGE)將Cys-X-Pro-X-Arg序列插入到抗體中，導(dǎo)致半胱氨酸被甲酰基甘氨酸取代。然后，修飾后的單克隆抗體通過(guò)連接特異性結(jié)合到含醛的負(fù)載物上。
半胱氨酸橋接：半胱氨酸再橋接是一種很有前途的技術(shù)，可以在不需要對(duì)抗體進(jìn)行任何特異性工程的情況下開發(fā)出均勻穩(wěn)定的ADC。這些ADC在體外和體內(nèi)模型中均表現(xiàn)出較高的療效，具有較高的結(jié)合能力和血漿穩(wěn)定性。
ADC當(dāng)前所面臨的挑戰(zhàn)
藥物代謝動(dòng)力學(xué)：ADC的藥代動(dòng)力學(xué)特征取決于抗體類型、抗體性質(zhì)(鼠源性、嵌合性和人源性)和結(jié)合位點(diǎn)。此外，藥代動(dòng)力學(xué)(PK)特性取決于結(jié)合能、單克隆抗體和細(xì)胞毒載荷，但主要受單克隆抗體的影響。將ADC應(yīng)用于體循環(huán)之前，血清中可能存在完整的ADC、裸抗體、游離形式的細(xì)胞毒載荷。影響ADC清除率的兩個(gè)主要因素是抗體中細(xì)胞毒性載荷的解偶聯(lián)和通過(guò)FcRn介導(dǎo)的內(nèi)吞清除ADC以進(jìn)行循環(huán)過(guò)程。此外，由于再循環(huán)過(guò)程，裸ADC和完整ADC的半衰期都比游離細(xì)胞毒性載荷長(zhǎng)。因此，制作一個(gè)臨床使用的藥代動(dòng)力學(xué)-藥效學(xué)模型(PK/PD)模型仍然具有挑戰(zhàn)性。
有效載荷的定向釋放：實(shí)體瘤的治療ADC也存在十分高的挑戰(zhàn)。由于ADC的高分子量，ADC很難滲透到腫瘤部位。并且高效的細(xì)胞毒性載荷可引起旁觀者效應(yīng)，并可損害周圍的正常細(xì)胞。
不良反應(yīng)：ADC的抗體可能對(duì)機(jī)體產(chǎn)生免疫原性反應(yīng)。血小板減少、貧血、中性粒細(xì)胞減少、白細(xì)胞減少、肝毒性是臨床觀察中最常見的毒性。此外，對(duì)于靶向HER-2特異性ADC的可能存在肺毒性，如間質(zhì)性肺疾病(ILD)。此外，在含有大量甘露糖的ADC治療期間，發(fā)現(xiàn)了會(huì)導(dǎo)致肝毒性。因此，應(yīng)優(yōu)先選用低甘露糖的ADC，因此，下一代ADC應(yīng)仔細(xì)優(yōu)化，以開發(fā)出副作用最小的ADC。
總結(jié)
ADC是一種新興的癌癥治療技術(shù)，有潛力克服傳統(tǒng)治療的局限性。目前市場(chǎng)上可用的ADC是非常有用的治療方法。然而，ADC的藥理學(xué)非常復(fù)雜，基于抗體的治療也可能有新的毒性。因此，設(shè)計(jì)和合成理想的ADC仍然存在一些挑戰(zhàn)。因此，深入了解影響抗體藥物偶聯(lián)物(ADC)有效性的因素可以極大地造福該領(lǐng)域的科學(xué)家。這些知識(shí)可以指導(dǎo)開發(fā)用于醫(yī)療的更好和更有效的ADC。通過(guò)考慮諸如選擇合適的抗體和藥物成分、偶聯(lián)方式、穩(wěn)定性以及靶表達(dá)和疾病環(huán)境的影響等因素，科學(xué)家可以創(chuàng)建最佳設(shè)計(jì)的ADC，以獲得最大功效，并為患者提供更多的治療選擇。
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