安渡视点 | 抗体偶联药物（ADC）

抗体偶联药物( antibody-drug conjugate，ADC) 是将单克隆抗体药物的高特异性和小分子药物的高活性相结合，利用抗体与靶抗原特异性结合的特点，将小分子药物靶向递送至肿瘤细胞进而发挥杀伤肿瘤的作用, 从而提高肿瘤药物的靶向性、减少毒副作用。

抗体偶联药物( antibody-drug conjugate，ADC) 是将单克隆抗体药物的高特异性和小分子药物的高活性相结合，利用抗体与靶抗原特异性结合的特点，将小分子药物靶向递送至肿瘤细胞进而发挥杀伤肿瘤的作用, 从而提高肿瘤药物的靶向性、减少毒副作用。与传统的完全或部分人源化抗体或抗体片段相比，ADC因能在肿瘤组织内释放高活性的细胞毒素从而理论上疗效更高。近年来，ADC药物已经成为国内外抗体药物研发的新热门方向，备受医药研发领域人员的关注。

目前，全球已有15款ADC药物获批上市（如下表所示），分别是辉瑞的Mylotarg、Besponsa，罗氏的Kadcyla、Polivy、阿斯利康的Lumoxiti、Enhertu，Seagen/武田制药的Adcetris、Padcev，Seagen/Genmab的Tivdak，葛兰素史克的Blenrep、吉利德的Trodelvy、Rakuten Medical的Akalux，ADCTherapeutics的Zynlonta、荣昌生物的维迪西妥单抗，以及此次ImmunoGen/华东医药的Elahere，治疗疾病涉及淋巴瘤、白血病、乳腺癌、多发性骨髓瘤、乳腺癌、头颈癌、尿路上皮癌等。

其中，中国市场获批的ADC药物有5个，分别是罗氏的恩美曲妥珠单抗、Seagen/武田的维布妥昔单抗、辉瑞的奥加伊妥珠单抗、荣昌生物的维迪西妥单抗和Immunomedics的戈沙妥珠单抗。此外，目前有超过100种ADC候选药物处于不同的临床试验阶段。

获批的15个ADC药物汇总（数据来源：药融云全球药物研发、全球上市批文）

2020年8月28日，中国国家药品监督管理局（NMPA）发布公告，荣昌生物制药自主研发的注射用纬迪西妥单抗（商品名：爱地希®，研究代号：RC48）用于治疗局部晚期或转移性胃癌（包括胃食管结合部腺癌）患者的新药上市申请被正式受理，并被纳入优先审评审批程序，成为中国第一个提交新药上市申请的自主开发的ADC药物。

ADC结构

ADC药物是采用特定的连接子将抗体和小分子药物连接起来，其主要组成成分包括抗体、连接子和小分子细胞毒药物。由于ADC药物结构较为复杂，且不同ADC药物设计之间存在较大的差异。即使同一靶点的不同药物，由于识别位点、连接位点、连接子及所连接小分子的不同，其毒性的差异显而易见。

来源：Trail, P.A. Antibody Drug Conjugates as Cancer Therapeutics. Antibodies 2013, 2, 113-129.

理想的ADC药物应具备：

抗体部分：靶点清晰（肿瘤细胞高表达，正常组织低表达）；支持药物加载、稳定、能向细胞内化；良好的PK特性；非特异性结合少；低免疫原性
连接位点：一般通过赖氨酸或半胱氨酸残基偶联，也可以改构进行定向偶联。
连接子：在循环中稳定，能在细胞内或在肿瘤组织中被释放。
细胞毒药物：高度的药效学作用，通过修饰能与连接子结合，作用机制清晰。

ADC的作用肌理

来源: AbbVie R&D oncology website

ADC药物采用系统暴露的方式给药，首先进入血液系统，ADC药物循环中的性质基本与裸抗一致。ADC药物的靶向性来自其中抗体部分，抗体识别特异性的抗原位点，该过程将决定靶向投递的特异性。抗体部分与肿瘤细胞表面的靶向抗原结合后，肿瘤细胞会将ADC内吞。内吞之后，ADC药物会在溶酶体中分解，释放出活性的小分子细胞毒药物，破坏DNA或阻止肿瘤细胞分裂，起到杀伤肿瘤细胞的作用。抗体部分与毒素部分通过连接物互相连接。通常连接物应该保持稳定以降低或消除细胞毒素分子对非靶组织及非靶细胞的毒性，并且在靶细胞内高效释放毒物。除此之外，有些ADC 药物设计不进行内化，而在胞外释放，在局部肿瘤微环境发挥作用（旁观者效应）。

来源：Antibody–drug conjugates (ADCs) forcancer therapy: Strategies, challenges, and successes. J Cell Physiol.2019;234:5628–5642

一般来说，可裂解的连接子具有旁观者效应，旁观者效应（Bystander Effect）指的是ADC释放可渗透的药物（或连接子药物组合物）并根据药物类型及其物理化学特性进入并杀死相邻细胞。由于实体瘤的靶抗原表达通常是异质性的，因此，ADC可能无法直接有效地杀伤邻近的抗原阴性的肿瘤细胞。但 ADC 不仅可以杀死抗原阳性的肿瘤细胞，还可以通过旁观者效应杀死临近的肿瘤细胞。当 ADC 药物在细胞外空间或靶细胞内释放细胞毒素后，会发生基于旁观者的杀伤。在这两种情况下，不管他们是否表达 ADC 靶抗原，药物可通过被动扩散、死亡细胞泄漏或主动转运从靶细胞扩散并杀死周围的细胞。但同时，可裂解连接子存在潜在安全隐患。旁观者效应使游离毒素从靶标肿瘤细胞中扩散或进入血液循环，因而对非肿瘤组织构成潜在毒性。

ADC的发展史

来源：Cytotoxic Payloads for Antibody–DrugConjugates, 2019, pp. 1-30

ADC概念最早源于诺奖得主Paul Ehrlich于1913年代提出的“魔法子弹”。1950年代初获得重大进展：鼠抗白细胞免疫球蛋白与甲氨蝶呤偶联用于白血病治疗；之后随着人源化抗体技术不断成熟，ADC药物发展不断进展，但同时仍面临靶点鉴定能力不足、毒性过高或过低、免疫原反应强等众多挑战。

2000年，首款ADC药物Mylotarg（辉瑞/惠氏）获FDA批准上市用于治疗白血病，但因严重肝毒性反应和无明显生存获益而于2010年被撤市，2017年Mylotarg通过优化给药方案改善了疗效和安全性，重新获批上市。2011年第二款ADC Adcetris获批，2013年第三款ADC Kadcyla获批，2017年第三款ADC Besponsa，2018年第四款ADC Lumoxiti相继获批。

上图描绘了过去百年ADC药物从婴儿阶段到成熟发展阶段的标志性事件。随着靶点和适应症的不断扩大，ADC正在引领癌症靶向治疗的新时代，未来有望替代传统化疗药物。

而从ADC药物发展来讲，也可以细分为三代。

第一代ADC：第一代ADC药物主要通过不可降解的连接子与小鼠单克隆抗体结合，但药效和活性均较低。由于药物效力不足，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，而且使用的连接子也不稳定，以致于药物非靶毒性[DC1] 较大。最后，由于早期ADC中使用的是鼠源单克隆抗体，导致免疫反应和人抗鼠抗体的产生。以上都是第一代药物失败的因素，但是很快第二代ADC药物进入人们的视野。

第二代ADC：第二代ADC药物的研发中，单克隆技术得到改进，提高了肿瘤细胞靶向性。更重要的是，更有效的小分子药物的使用，大大提高了治疗指数。与第一代ADC相比，第二代ADC也具有更好的CMC特性。然而，由于脱靶毒性、存在未结合抗体以及高药物抗体比（DAR）所引起的ADC聚集或快速清除等原因，大多数第二代 ADC仍显示出较窄的治疗窗口。

第三代ADC：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，从而获得稳定的 DAR 值，提高了ADC的稳定性和 PK 特性。第三代ADC药物毒性降低，无未结合的单克隆抗体，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，攻克了导致一代二代ADC药物失败的因素。

ADC的核心技术

1. 靶抗原的选择

ADC药物在肿瘤治疗学上的发展主要依赖于确定高特异性的靶抗原作为单克隆抗体部分的靶标。所选抗原需要满足几个要求。首先，为了降低脱靶毒性，靶向抗原应仅表达或主要表达在肿瘤细胞中，而在正常组织中不表达或很少。第二，靶抗原应在肿瘤细胞表面表达，可被单克隆抗体部分识别。抗原不易从靶组织脱落而进入循环系统，以避免抗原在体内循环系统中与ADC药物结合，从而减少聚集至靶部位的量，影响药物的疗效和安全性。第三，靶抗原应具有内化特性，能将ADC转运到细胞内，这样 ADC-抗原复合物就可以进入癌细胞，然后通过适当的细胞内运输途径和释放细胞毒性有效载荷。尽管一些研究表明非内化的ADC产品，可在肿瘤细胞外释放毒性小分子药物作用于肿瘤微环境，并且产生强烈的“旁观者效应”。

2. 抗体部分的选择

抗体是ADC的主要组成部分。它应该具有以下特点：第一是对靶标的特异性，即抗体应将细胞毒性药物传递给肿瘤细胞。第二是靶标结合亲和力，即抗体应具有对肿瘤细胞表面抗原的高亲和力。另外，抗体也应具有较长的体内停留时间，低免疫原性，低交叉反应性和和合适的可连接的位点。

目前，ADC 越来越多地采用免疫原性显著降低的完全人源化抗体。除了辉瑞公司的两款ADC（Mylotarg，Besponsa）选择IgG4外，IgG1已成为为上市ADC的主流抗体骨架选择。与 IgG1 相比，IgG4 分子会进行动态 Fab 臂交换，导致不希望的脱靶效应从而降低其体内功效。而IgG1 抗体具有较长的血液半衰期，更高的FcγR 结合效率，更强的激活抗体依赖的细胞介导的毒性（ADCC）及补体依赖的细胞毒性（CDC）效应，不易形成多聚体，因此成为目前ADC的主流选择。

3. 连接子

连接子在ADC设计中起关键作用，将细胞毒性药物与单克隆抗体连接在一起。当ADC在血液中循环时，稳定的连接子可避免细胞毒性药物在非靶组织中的释放，并且保证ADC在与抗体结合时维持在无活性，无毒性的状态。同时，连接子还应具有在内化后可释放细胞毒性药物的特性。满足上述条件的连接子有有两种类型：不可裂解的和可裂解的连接子。

不可裂解的连接子由稳定的键组成（例如，硫醚或马来酰亚胺基己酰基），这些键可抵抗蛋白水解降解并提供比可裂解的连接子更高的稳定性。不可裂解的连接子的作用机理基于ADC的内化以及随后在溶酶体中的降解，导致细胞毒性药物释放并杀伤肿瘤细胞。它们不会在非靶细胞内释放细胞毒性剂药物，因此不会杀伤正常细胞。由于血浆稳定性的提高不可裂解连接子的最大优势在于其较低的脱靶毒性，但有效载荷的旁观者效应受到影响。
大多数的ADC的连接子为可裂解的连接子，其主要特征是利用了血液循环和肿瘤细胞内之间的条件差异，如低 pH（酸性环境），蛋白酶水解（溶酶体中存在某些特定蛋白酶）和还原环境（细胞质的高谷胱甘肽浓度）等。基于肽的连接子对溶酶体蛋白酶敏感，并已用于许多 ADC。溶酶体蛋白酶，如组织蛋白酶 B，通常在癌细胞中过度表达，从而能够在肿瘤附近准确释放药物。

4. 小分子

640 (2)-Sep-28-2023-01-59-56-7807-PM 来源：Clin Cancer Res September 15 2019(25) (18) 5441-5448

具有细胞毒性的小分子是ADC的另一个重要组成部分。它在肿瘤细胞内被释放并激活，并且可在低剂量下，杀伤肿瘤细胞。ADC所使用的细胞毒性小分子必须在全身循环和溶酶体内具有较高的稳定性。一个的理想的细胞毒性小分子应具有显著的毒性效力（IC50 值在 0.01-0.1nM 范围内），免疫原性低，分子量小，半衰期长。而且，存在适合与抗体连接的官能团，同时保持单克隆抗体的内化特性。

目前用于ADC 研究和开发的有效荷载通常可分为微管蛋白抑制剂、DNA损伤剂、DNA 拓扑异构酶抑制剂等，其中微管蛋白抑制剂（MMAE为代表的）应用最成熟，DNA拓扑异构酶Ӏ抑制剂（DXd为代表）最具前景。历史销量最大的两款ADC, Kadcyla和Adcetris均以微管蛋白抑制剂为毒素；其中MMAE是应用最成熟的微管蛋白抑制剂，以MMAE为毒素的ADC占比达到上市总数的36%，首款国产ADC爱地希也以MMAE为毒素。DNA拓扑异构酶Ӏ抑制剂是新一代毒素分子的代表，对非分裂期的癌细胞具有杀伤效果，并可杀伤对经典微管蛋白抑制剂（紫杉醇等）耐药的癌细胞，已有两款采用该毒素的ADC上市，其中第一三共采用独家开发的DXd毒素，打造出DXd ADC技术平台，开发出“最强ADC”Enhertu和多条ADC临床管线。

5. 偶联方式

抗体与细胞毒性剂的偶联通常包括三种：利用单抗表面的赖氨酸残基（一个Ig中超过80个）的烷基化（Gemtuzumab Ozogamicin）或酰化（T-DM1）作用（图1A），通过还原二硫键（一个Ig中有16个）释放半胱氨酸残基（BrentuximabVedotin）后与连接子相连（图1B）或工程化定点偶联技术（图1C）。

目前开发的ADC药物大多数使用传统的非定点偶联技术，由于这些偶联过程是随机进行的，偶联的payload个数和偶联位置都不能确定，最终产生的是不同DAR的ADC混合物，即单个单抗分子携带的载药数量不均一（T-DM1的平均DAR为3.5，DAR范围为0-7），这些混合的异质性ADC动力学性质不一，稳定性差，易发生聚集，且细胞毒素易脱落而产生非治疗性毒副作用，治疗窗较窄。

针对这些缺点，定向偶联技术成为各大公司追逐的热点。目前常用的定点偶联技术有5种：半胱氨酸偶联技术、工程化突变非天然氨基酸偶联技术、糖基偶联技术、特定赖氨酸的氨基定点偶联技术、多肽酶促偶联技术。使用定向偶联技术可以使每个抗体上携带相同数目的药物分子数，得到均一性的ADC药物。利于药效学的研究和评估。并且在临床中能够得到更加稳定有效的效果。

来源：https://www.americanpharmaceuticalreview.com/Featured-Articles/175076-The-Hydrazino-iso-Pictet-Spengler-Ligation-a-Versatile-Mild-and-Efficient-Aldehyde-Conjugation-Strategy-to-Generate-Site-specific-Positionally-Programable-Antibody-Drug-Conjugates/

ADC药物的未来发展

1. 双表位或双靶点ADC 双特异性抗体技术的进步为ADC创新带来了更多可能。

这些 ADC 设计可以改善抗体内化并提高肿瘤特异性。目前正在开发的疗法一直在探索这些可能性。针对同一抗原上不同位点的双特异性 ADC 可以改善受体聚集并导致靶点快速内化。此外，双特异性 ADC 双靶向 HER2 和 LAMP-3 在临床前实验中显示出更好的溶酶体聚集和负载传递

2. 多价偶联ADC药物

一个趋势是抗体药物发展是从单价药物向多价药物开发，期望能在一个抗体上偶联几种相互协同的小分子来提高药物的药效。这需要更加完善的抗体偶联技术，需要至少对两种甚至更多的技术进行调整，设计多种不同的偶联基团，最终通过Linker多样化改造药物的链接，实现多价偶联ADC药物。

3. 新载体形式

目前几乎所有的ADC都基于完整的免疫球蛋白G（IgG）的载体形式。因此，它们的有效性受到其大小（150 kDa）的限制，庞大的药物分子难于透过毛细管内皮层和穿过肿瘤细胞外间隙到达实体瘤的深部。除了IgG的大小，现在认为IgG的Fc部分对于ADC的功效可能是不必要的，甚至是不希望的，尽管某些ADC（例如Kadcyla®）保留了其抗体依赖性细胞介导的细胞毒性（ADCC）和抗体依赖性细胞吞噬作用（ADCP）。实际上，由FcRn诱导的ADC的半衰期长，增加了对正常组织的暴露，而FcγR与内皮细胞和免疫系统发生交叉反应，这两种现象都与脱靶毒性相关。而使用抗体片段，如Fab、Fab′制备分子量较小的偶联物，可能提高对细胞外间隙的穿透性，增加到达深部肿瘤细胞的药物量。“小型化或适度的小型化是研制ADC药物的重要途径。”

还有一种ADC发展策略是摒弃mAb的传统结构，选择将payload与分子量较小的多肽片段偶联。这些策略的主要目的是降低 ADC 的分子量，从而提高穿透效率和有效载荷向肿瘤组织的传递。

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IgG抗体作用机制来源：Cytotoxic Payloads for Antibody–DrugConjugates, 2019, pp. 1-30https://pubs.rsc.org/en/content/chapterhtml/2019/bk9781788010771-00001?isbn=978-1-78801-077-1#cit13

4. 开发非内化ADC

传统上，为了将有效载荷输送到癌细胞中，ADC 需要高内化能力的 mAb。然而，由于抗原屏障，mAb 通常难以扩散到实体瘤块中。因此，可以为 ADC 开发非内化抗体。它是基于有效载荷在肿瘤微环境中在还原条件下直接释放到细胞外，然后扩散到癌细胞内部导致细胞死亡的原理。最后，在有效载荷选择方面仍有很多创新机会。

5. 新的毒性药物

已经开发出新的细胞毒性药物来靶向靶抗原低表达或对auristatin或maytansinoids有抗性的肿瘤细胞，其中最具代表性的是PBD二聚体。这些二聚体的分子结构包含两个烷基化的亚胺官能团，能够与DNA形成链间和链内交联，不仅对固定DNA序列具有更高的选择性，而且引起的DNA损伤更难修复，表现更好的细胞毒性。它们的有效性是ADC中使用的常规细胞毒素（MMAE或DM1）的50-100倍，并对许多人类肿瘤细胞系表现出皮摩尔级的活性（IC50 = 2-7 pM）。目前使用PBD二聚体（例如Tesirine）的ADC已经进入关键的后期临床试验。此外，其他一些的毒性药物也在积极的开发中。

6. 新型ADC——光免疫疗法

来源：Aspyrian’s Photoimmunotherapy based on the IRDye® 700DX Platform Shows Efficacy in aNumber ofStudies. Retrieved April，9, 2019，fromhttps://adcreview.com/news/aspyrians-photoimmunotherapy-based-on-the-irdye-700-dx-platform-shows-efficacy-in-a-number-of-studies/

作为一款光免疫疗法，Rakuten的Akalux® (ASP-1929) 是由西妥昔单抗（cetuximab) 与IRDye ® 700 DX构成的ADC。它的抗体部分靶向表皮生长因子（EGFR）。EGFR表达于多种类型的实体瘤细胞表面，包括头颈部鳞状细胞癌、食道癌、肺癌、结肠直肠癌、胰腺癌和其它癌症。

光免疫疗法由药物（靶向癌症的可光活化的ADC）和在向肿瘤部位进行光照的装置组成。光照射系统能够使用低于热阈值的正常红光来照射肿瘤。红光激活并触发药物的药理活性，导致急性肿瘤坏死，但不影响周围的正常组织和结构。光免疫疗法是一种新型的靶向抗癌平台，它的独特之处在于：利用抗体介导的靶向递送实现高度肿瘤特异性，同时利用激光激活生物物理机制精确地诱导癌细胞的快速死亡。ASP-1929曾获得FDA颁发的快速通道资格，用于治疗头颈部鳞状细胞癌。2020年9月25日，Akalux ® (ASP-1929) 与BioBlade激光系统医疗器械联合使用，在日本获批上市，用于治疗不可切除的局部晚期或复发性头颈癌，成为全球首次获批的头颈部肿瘤光免疫治疗药物。

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