今日播报!“合金弹头”ADC药物；有效载荷几何？

近年来，ADC药物无疑是最火的研究领域之一。众所周知，抗体偶联药物(ADC)是由靶向特异性抗原的单克隆抗体与小分子细胞毒 性药物通过连接子链接而成，兼具传统小分子化疗的强大杀伤效应及抗体药物的肿瘤靶向性。

ADC由三个主要部分组成：负责选择性识别癌细胞表面抗原的抗体，负责杀死癌细胞的药物有效载荷，以及连接抗体和有效载荷的连接子。ADC药物在保留小分子细胞毒 性药物肿瘤杀伤特性的同时，选择性降低小分子细胞毒 性药物的脱靶毒副作用，有效提高了抗肿瘤治疗的获益风险比。

图1.ADC药物结构示意图

(资料图)

图片来源：参考资料1

ADC药物国内外研究现状

截至目前，全球获批上市ADC药物有15个，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，适应症覆盖淋巴瘤、白血病、乳腺癌、多发性骨髓瘤、乳腺癌、头颈癌、尿路上皮癌等多个领域。

其中在国内获批上市的ADC药物共有7个，分别是罗氏的恩美曲妥珠单抗（Kadcyla）、Seagen/武田制药的维布妥昔单抗（Adcetris）、辉瑞的奥加伊妥珠单抗（Besponsa）、荣昌生物的维迪西妥单抗（爱地希）、Immunomedics/吉利德的戈沙妥珠单抗（Trodelvy）、罗氏的维泊妥珠单抗（Polivy）以及阿斯利康/第一三共联合开发的注射用德曲妥珠单抗（Enhertu）。

图2.全球获批上市ADC药物最新汇总

图片来源：参考资料2

ADC药物的“合金弹头”有效载荷

ADC中使用的大多数有效载荷是具有高度细胞毒 性的药物，主要包括两种靶点：一个是非细胞周期依赖靶点（靶点DNA），另一个是细胞周期依赖的靶点（微管抑制和G2/M阻滞）。有效载荷的选择标准包括稳定性、溶解性和结合性。接合后，有效载荷在到达目标位置之前在系统循环中保持稳定至关重要。

通常，含烯、环氧化物和二硫化物的药物可能被细胞酶转化或还原，而酸不稳定药物可能在到达胞质靶标之前在溶酶体中降解。因此，有效的有效载荷必须具备较好的水溶性，以允许抗体在水性介质中有效结合。这主要是因为高浓度的有机溶剂可能导致抗体骨架变性，甚至失效。

第一类有效载荷是微管聚合抑制剂，包括依托泊苷、长春碱、长春新碱、紫杉醇、澳瑞他汀类似物、美登素等。这些药物通过抑制微管蛋白的形成，阻滞细胞周期，最终引起肿瘤细胞凋亡。另一类与靶向癌症细胞DNA的有效载荷包括喜树碱、多卡霉素、吡咯苯并二氮杂卓（PBD）和卡奇霉素。

卡奇霉素

卡奇霉素（calicheamicins，CLM）是从稀有放线茵小单孢菌发酵液中分离得到的烯二炔类抗肿瘤抗生素。卡奇霉素生物活性的发挥主要通过与细胞DNA特异序列的小沟结合，直接断裂细胞DNA，进一步诱导肿瘤细胞凋亡，同时，卡奇霉素对细胞RNA也有非特异性的损伤作用。

卡奇霉素与抗CD33单抗偶联物Mylotarg是第一个被FDA（2009年）批准用于肿瘤治疗的单抗导向的ADC药物，已在临床应用。另一个以卡奇霉素为有效载荷的ADC药物是奥英妥珠单抗，被FDA（2017年）批准用于治疗成人复发或难治性前体B细胞急性淋巴细胞白血病。

阿霉素

阿霉素是一种由蒽醌结构与糖环结构结合而成的抗肿瘤药物，主要通过影响拓扑异构酶Ⅱ的活性而发挥抗肿瘤作用。其发现可以追溯到20世纪50年代，当时蒽环类药物家族中的另一个成员柔红霉素，首次从一种链霉Streptomyces Peucetius中分离提取出来。

柔红霉素对于急性白血病和淋巴肿瘤的治疗非常有效，然而它对身体，尤其是对心脏具有严重的副作用。因此，在对链霉菌进行基因修饰后，生成了改良的蒽环类药物，即阿霉素。

尽管阿霉素的治疗窗口比柔红霉素更宽，但其心脏毒 性仍然是制约其临床应用的重要问题之一。为了降低阿霉素毒 性，特别是心脏毒 性，人们也将其作为有效载荷引入到ADC中。

一个最著名的例子是基于嵌合抗体BR96的抗体偶联药物BR96-DOX（临床试验已叫停）。该抗体能够识别并结合在大多数乳腺癌、结肠癌和肺癌肿瘤细胞表面大量表达的Lewis-Y（Ley）相关表位。

另一个基于阿霉素的ADC的例子是Milatuzumab-doxorubicin（也称为IMMU-110或hLL1-DOX），该药物由Immunomedics开发，主要针对慢性淋巴细胞白血病（CLL）和非霍奇金淋巴瘤（NHL），目前已进入I/II期试验。

美登素

美登素是一种天然的苯并大环内酯（Benzoansamacrolide）生物碱，于1972年首次由Kupcan等人从埃塞俄比亚灌木Maytenus ovatusd 的树皮中分离获得。其主要作用机制是抑制微管聚合并使细胞周期停滞在G2和M期之间。由于治疗窗较窄，且缺乏选择性而产生的副作用，如神经毒 性、胃肠道反应等，美地辛单独使用时不能成为真正的肿瘤化疗药物，临床上已禁止直接用于人体治疗。而美登木醇的高细胞毒 性恰好满足了ADC对毒素的要求，使得美登木醇及其衍生物在ADC的研发中得到广泛应用和成功。

Kadcyla(曲妥珠单抗Emtansine，T-DM1)，即曲妥珠单抗-SMCC-DM1，由罗氏旗下的基因泰克研发。2013年，FDA通过优先审查程序批准Kadcyla用于治疗HER-2阳性的晚期(转移性)乳腺癌患者，这是首 个获准上市的基于美登素衍生物的ADC药物。从全球销量来看，这款产品2013年上市，2018年突破10亿美元，2020年突破18亿美元，预计未来五年的销售额将在22亿至30亿美元之间。

基于曲妥珠单抗恩坦辛出色的临床和市场表现，目前已有多个美登木碱ADC药物相继进入临床II/III期，弹头主要集中在DM1/DM4。并且靶标进一步扩展至FOLR1、CD37、CD56、CD19、CD138、间皮素、CA6等。同时，适应症也进一步扩展到卵巢癌、子宫内膜癌、肺癌、弥漫性B细胞淋巴瘤、滤泡性淋巴瘤、非霍奇金淋巴瘤、多发性骨髓瘤、白血病、胰 腺癌等。

海兔毒素 10

海兔毒素10，有丝分裂纺锤体抑制剂，是从海兔、蓝藻、耳轮藻的肠道中获得的一种极具细胞毒 性的天然五肽。从结构上讲，它是一种线性五聚体，在N末端包含4个氨基酸，在C末端包含1个氨基酸。该药物与抗癌生物碱、长春新碱和秋水仙 碱结合微管蛋白的β亚单位紧密结合，并且比其他微管蛋白结合药物更有效。目前，海兔毒素10类似物单甲基奥瑞他汀E（MMAE）和单甲基奥瑞他汀F（MMAF）被广泛用于ADC的载荷成分。

奥瑞他汀

奥瑞他汀是海兔毒素 10的合成衍生物。它们通过破坏微管的形成诱导肿瘤细胞凋亡。研究表明，奥瑞他汀的衍生物单甲基奥瑞他汀 E（MMAE）和单甲基奥瑞他汀 F（MMAF）比长春碱更有效。然而，它们也容易受到耐药性的影响，因为它们对药物外排泵和p-糖蛋白敏感。

MMAF的主要功能与MMAE相同，然而，与MMAE相比，由于存在带电的C端苯丙氨酸，其活性降低。目前有五款上市药物（Adcetris、Polivy、Padcev、Blenrep、维迪西妥单抗）以MMAE/MMAF为有效载荷，临床中有超过20种以奥瑞他汀为有效载荷的ADC药物，占到在研ADC药物总量的50%以上。

假单胞菌外毒素-A/PE38

假单胞菌外毒素A（PE），由638个氨基酸组成，是革兰氏阴性细菌铜绿假单胞菌中毒 性和免疫原性最强的毒力因子。在加工后转化为613个氨基酸长度单链多肽的成熟毒素。这种PE的活性形式具有核糖基化活性，可以使延伸因子-2（EF2）失活，从而抑制导致细胞死亡的宿主细胞的蛋白质合成。

PE38是具有较小免疫原性的PE的截短形式。完整或截短的PE可用于构建免疫毒素（IT），并用于靶向癌症治疗。许多含有PE38的scFv ITs正在进行临床试验，其靶向抗原如CD22、间皮素、CD25等。经FDA批准的阿斯利康研制的ADC药物 Lumoxit以PE38作为有效载荷，是二十多年来首 个用于治疗毛细胞白血病的药物。遗憾的是，Lumoxiti因疗效和副作用问题，商业化无解而黯然退出市场。

喜树碱衍生物，SN38

喜树碱是一种具有高度脂溶性五环结构的天然生物碱，通过抑制I型核酶拓扑异构酶发挥作用。目前，其亲水性前药伊立替康被批准用于治疗转移性结直肠癌。此外，它还显示出对抗宫颈癌、卵巢癌、胃癌、肺癌和恶性淋巴瘤显著的治疗效果。

SN-38（7-乙基-10-羟基喜树碱）是伊立替康的活性代谢产物。目前，SN-38也被广泛用于ADC药物设计。包括FDA批准的首 个用于治疗复发或难治性转移性三阴性乳腺癌Mtnbc的ADC药物Trodelvy。

吡咯并苯并二氮卓二聚体细胞毒素

吡咯并[2,1-c][1,4]苯二氮卓类（PBDs）是一类抗肿瘤抗生素，PBD二聚体为ADC领域引入了一种新的药物作用机制，PBD二聚体通过与DNA小沟相结合，形成有效的细胞毒 性DNA链间交联，从而诱导肿瘤细胞凋亡。

Tesirine（SG3249）是由Seattle Genetics从SGD1910或Taliline开发的PBD家族的代表之一，其代表ADC药物ADCT-602。有研究表明，PBD二聚体是迄今为止市售ADC中使用的具有最强肿瘤杀伤效果的有效载荷。

Lonca是首 个且唯一获批的PBD二聚体作为载荷的ADC药物，同时也是全球首 个获批且唯一一个靶向CD19 的ADC药物，在复发或难治性弥漫性大B细胞淋巴瘤R/R DLBCL领域具有广大的应用前景。Lonca是一种人源化抗CD19单克隆抗体通过蛋白酶可裂解的连接子与吡咯并苯并二氮杂卓(PBD)二聚体细胞毒素偶联而成。

小 结

在过去数十年间，ADC药物已经取得了长足的发展，已有多达15款药物获批上市。然而，目前临床使用的ADC依然存在诸多缺点：

（1）ADC分子量大，渗透率低，需要较长的半衰期；

（2）连接子与有效载荷组合不够稳定，有效载荷存在血液中脱落的风险，易引起血液毒 性与肝毒 性；

（3）需要依赖肿瘤细胞的内吞，限制了可选择的靶点；

（4）抗原改变、内吞途径改变以及细胞外排等多机制导致了ADC耐药性的产生；

（5）有效载荷的选择相对较少，且易引起耐药。

针对当前ADC的困境，笔者认为开发新型的具有较低副作用的有效载荷可能是突围方向之一。

目前，ADC有效载荷仍然由具有微管蛋白靶向作用机制的奥瑞他汀（Auristatin）和美登素（Maytansine）类化合物为主，而后续开发新型的payload，可以从新作用机制角度进行探索，以临床需求为导向，由细胞毒 药物转向其他抗癌靶点药物。如：肿瘤免疫激动剂、蛋白降解剂（PROTAC和分子胶）等。多样的新型有效载荷将进一步丰富ADC的设计策略，以进一步提高ADC药物的临床价值。

参考资料

1. Antibody drug conjugates as targeted cancer therapy:

past development, present challenges and future opportunities. https://doi.org/10.1007/s12272-023-01447-0.

2. 《ADC“引爆”2023，下一个重磅炸 弹诞生地，谁在抢跑？》.博药

3. Antibody-drug conjugates (ADCs) for cancer therapy: strategies, challenges, and successes. J Cell Physiol 234:5628–5642.https://doi.org/10.1002/jcp.27419

4. Antibody–drug conjugates—a perfect synergy. Expert Opin Biol Ther 12:1191–1206. https://doi.org/10.1517/14712598.2012.693473

5. 《新一代ADC药物的优选细胞毒素载荷，“魔法子 弹”的“合金弹头”》. 血液肿瘤资讯