手機(jī)版|
二維碼|
抗體偶聯(lián)藥物( antibody-drug conjugate，ADC) 是將單克隆抗體藥物的高特異性和小分子細(xì)胞毒藥物的高活性相結(jié)合，用以提高腫瘤藥物的靶向性、減少毒副作用。和傳統(tǒng)的完全或部分人源化抗體或抗體片段相比，ADC因?yàn)槟茉谀[瘤組織內(nèi)釋放高活性的細(xì)胞毒素從而理論上療效更高。和融合蛋白相比，它具有更高的耐受性或較低的副作用。ADC藥物對靶點(diǎn)的準(zhǔn)確識別性及非癌細(xì)胞不受影響性，極大地提高了藥效并減少了毒副作用，備受醫(yī)藥研發(fā)領(lǐng)域人員的關(guān)注。
ADC結(jié)構(gòu)
由于ADC藥物結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且不同ADC藥物設(shè)計(jì)之間存在較大的差異。即使同一靶點(diǎn)的不同藥物，由于識別位點(diǎn)、連接位點(diǎn)、連接子及所連接小分子的不同，其毒性的差異顯而易見。因此，評價(jià)ADC 藥物毒性之前，先要了解該ADC藥物的設(shè)計(jì)。
現(xiàn)在的ADC通常由一個(gè)完全人源化的單克隆抗體(mAb)、一個(gè)細(xì)胞毒藥物、一個(gè)合適的連接體和腫瘤細(xì)胞上特異性表達(dá)的抗原組成。該結(jié)構(gòu)主要保持藥物的細(xì)胞毒性、靶向性和ADC在體循環(huán)中的穩(wěn)定性。正確的選擇組合是成功研制ADC的關(guān)鍵[1]。
圖1、ADC藥物結(jié)構(gòu)示意圖[2] 基本原理
ADCs藥物的靶向性來自其中抗體部分（antibody），毒性大部分來自小分子化藥毒物部分（payload），抗體部分也可以自帶毒性（ADCC與CDC）?？贵w部分與毒素部分通過連接物（linker）互相連接?？贵w部分與腫瘤細(xì)胞表面的靶向抗原結(jié)合（binding）后，腫瘤細(xì)胞會將ADC內(nèi)吞（endocytosis）。之后ADC藥物會在溶酶體中分解（lysosomal degradation），釋放出活性的化藥毒物，破壞DNA或阻止腫瘤細(xì)胞分裂，起到殺死細(xì)胞的作用。理想化的連接物應(yīng)該保持穩(wěn)定所以不會導(dǎo)致靶外毒性（off-target toxicity），并且在細(xì)胞內(nèi)高效釋放毒物。
圖2. Mechanism of antibody drug conjugate (ADC) action. (A) An ideal antigen target for ADC therapy is accessible via the circulation. (B) Following antigen binding, (C) the antigen-ADC complex is rapidly internalised into (D) endosomal vesicles and is processed along the (E) endosomallysosomal pathway. (F) In this acidic and proteolytic rich environment, degradation occurs, (G)resulting in the intracellular release of cytotoxic compound.[3]
靶細(xì)胞表面抗原通常會涉及到細(xì)胞的正常生長或增殖過程，一般是細(xì)胞表面蛋白、糖蛋白或多肽等。理想的抗原靶標(biāo)應(yīng)在靶細(xì)胞表面大量特異性的表達(dá)，而在正常組織或細(xì)胞表面表達(dá)有限或不表達(dá)，同時(shí)應(yīng)具有一定的內(nèi)吞速率以及有合適的內(nèi)吞轉(zhuǎn)運(yùn)途徑。目前在開發(fā)的ADCs幾乎全部覆蓋已確證的靶點(diǎn)，靶點(diǎn)的確定也基本決定了ADCs藥物的適應(yīng)指征。 表1、 目前主要在研靶點(diǎn)及針對癌癥種類[4] ADC藥物的抗體選擇 單克隆抗體(mAb)治療可以說是血液病以及實(shí)體惡性腫瘤患者最成功的治療策略之一[5]。ADC以抗體為基礎(chǔ)的治療方法通過改變抗原或受體功能、信號傳導(dǎo)、誘導(dǎo)補(bǔ)體依賴細(xì)胞毒性(CDC)或抗體依賴細(xì)胞毒性(ADCC)等多種機(jī)制發(fā)揮治療作用[6]。雖然有超過20種單克隆抗體被批準(zhǔn)用于癌癥患者的治療，但是在ADC藥物的研發(fā)中仍需要進(jìn)一步的提高其有效性并降低其毒性[7]。 目前，ADC藥物采用人源化單抗，對可結(jié)晶片段（Fc）進(jìn)行修飾，以降低ADCC和CDC等。首先抗體分子作為生物大分子，存在一般生物大分子的毒性風(fēng)險(xiǎn)，如免疫原性和免疫毒性，以及單抗可能的ADCC作用、CDC作用、腎基底膜免疫復(fù)合物沉積等。其次，在ADC藥物中，抗體分子最重要的作用是靶向作用，即將小分子化合物定向投遞到抗原抗體結(jié)合位點(diǎn)。如果抗體選擇性較差或正常組織存在該抗原，則會造成細(xì)胞毒藥物投遞到正常細(xì)胞中，造成靶向毒性。因此在ADC的研發(fā)中正確的選擇抗體尤為重要。
圖3、ADC抗體[8]
ADC的發(fā)展史 抗體藥物的研發(fā)技術(shù)一直在不斷更新?lián)Q代，ADC的研究可以追溯到1980年，但是直到2000年，首個(gè)抗體偶聯(lián)藥物才被FDA批準(zhǔn)用于治療急性粒細(xì)胞白血病，但由于致死性的毒性的產(chǎn)生，于2010年撤市。隨著原有技術(shù)的改進(jìn)，研究人員開發(fā)了新型抗體偶聯(lián)藥物，并于2011年被FDA批準(zhǔn)用于治療霍奇金淋巴瘤和系統(tǒng)性間變性大細(xì)胞淋巴瘤。2013年抗體偶聯(lián)藥物再次取得突破，Genentech/ImmunoGen聯(lián)合開發(fā)的Ado-trastuzumabemtansine被FDA批準(zhǔn)用于HER2陽性乳腺癌，這是首個(gè)針對實(shí)體瘤的抗體偶聯(lián)藥物。隨著這兩個(gè)藥物的研發(fā)成功，ADC藥物再次以火熱的狀態(tài)進(jìn)入人們的研究視野。 第一代ADC
在第一代ADC藥物中，主要通過不可降解的連接子與小鼠單克隆抗體結(jié)合，藥效和活性均較低。
第一代ADC藥物失敗的原因有很多因素，首先就是藥物效力不足，血液中藥物濃度低于治療有效濃度，而靶點(diǎn)抗原低表達(dá)又導(dǎo)致藥物遞送量少，細(xì)胞內(nèi)藥物不足以殺死細(xì)胞。其次，初代ADC藥物對腫瘤的靶向性不強(qiáng)，定位率低，而當(dāng)時(shí)使用的連接子也不穩(wěn)定，以致于藥物毒性較大。最后，由于早期ADC中單克隆抗體是鼠源而不是人源化抗體，導(dǎo)致免疫反應(yīng)和人抗鼠抗體（HAMAs）的產(chǎn)生。以上都是第一代藥物失敗的因素，但是研究永無止境，很快第二代ADC藥物進(jìn)入人們的視野。
第二代ADC 第二代ADC藥物的研發(fā)中，mAb技術(shù)得到改進(jìn)，單克隆抗體被仔細(xì)選擇，提高了腫瘤細(xì)胞靶向性，并減少與健康細(xì)胞交叉反應(yīng)。更重要的是，早期使用當(dāng)時(shí)治療癌癥的小分子藥物作為毒性荷載缺乏臨床研究，后來發(fā)現(xiàn)了更有效的小分子物質(zhì)。與第一代ADC相比，第二代ADC具有更好的CMC特性。從當(dāng)時(shí)FDA批準(zhǔn)的三種二代ADC藥物來看（vedotin、emtansine、ozogamicin），
第二代ADC藥物顯示出良好的臨床療效和安全性。
然而，由于脫靶毒性、存在未結(jié)合抗體以及藥物抗體比（DAR）為8引起的ADC聚集或快速清除等原因，目前大多數(shù)第二代 ADC顯示出較窄的治療窗口。此外，DAR 4的ADC被證明耐受性低、體內(nèi)療效低但是血漿清除率高。至此，二代ADC藥物也難以滿足患者的需求。優(yōu)化單克隆抗體(mAbs)、連接物和結(jié)合化學(xué)物質(zhì)可以提高第三代ADC的療效，位點(diǎn)特異性偶聯(lián)現(xiàn)在被認(rèn)為是ADC成功開發(fā)的關(guān)鍵。 第三代ADC 第三代ADC藥物綜合了一代二代失敗的因素，利用小分子藥物與單克隆抗體的位點(diǎn)特異性結(jié)合，產(chǎn)生DARs為2或4的ADC，這種ADC藥物毒性降低，無未結(jié)合的單克隆抗體，穩(wěn)定性和藥代動力學(xué)大大提高，偶聯(lián)脫落速度更低，藥物活性高，低抗原水平下的細(xì)胞活性高。綜上所述，第三代ADC藥物攻克了導(dǎo)致一代二代藥物失敗的因素，讓患者得到更好的治療[9]。
圖3、抗體研發(fā)及制備技術(shù)史[10] ADC現(xiàn)狀 盡管已經(jīng)有幾十年的研發(fā)歷史, ADC依然有巨大的改良空間。因?yàn)榘悬c(diǎn)清楚、技術(shù)成熟、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，抗體藥物偶聯(lián)物研究在未來幾年里預(yù)計(jì)繼續(xù)成為抗癌領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。據(jù)悉本月11日，美國FDA宣布加速批準(zhǔn)基因泰克的抗體偶聯(lián)藥物Polivy（polatuzumab vedotin-piiq）上市，與苯達(dá)莫司汀與rituximab聯(lián)合使用，治療難治的彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤成人患者。FDA指出，針對這一疾病，這也是首款免疫化療（chemoimmunotherapy）。希望這款創(chuàng)新藥能夠盡快研制成功，也期待各大藥企在未來研發(fā)更多更優(yōu)質(zhì)的ADC藥物，能夠?yàn)楦嗷颊邘硇碌闹委煼桨浮?
參考資料
[1].Nirnoy Dan, Saini Setua, Vivek K. Kashyap.Antibody-Drug Conjugates for Cancer Therapy:Chemistry to Clinical Implications.Pharmaceuticals. 2018, 11, 32,1-22.
[2].Siler Panowksi,Sunil Bhakta,Helga Raab.Site-specific antibody drug conjugates for cancer therapy.Landes Bioscience.2014,6:1, 34 45.
[3].Adam C. Parslow, Sagun Parakh, Fook-Thean Lee.Antibody Drug Conjugates for Cancer Therapy.Biomedicines.2016, 4, 14,2-17.
[4].Nikolaos Diamantis，Udai Banerji.Antibody-drug conjugates an emerging
class of cancer treatment.British Journal of Cancer.2016,7,362 367.
[5].Scott, A.M.;Wolchok, J.D.; Old, L.J. Antibody therapy of cancer. Nat. Rev. Cancer 2012, 12, 278 287.
[6].Shuptrine, C.W.; Surana, R.; Weiner, L.M. Monoclonal antibodies for the treatment of cancer. Semin. Cancer Biol. 2012, 22, 3 13.
[7].Kubota, T.; Niwa, R.; Satoh, M.; Akinaga, S.; Shitara, K.; Hanai, N. Engineered therapeutic antibodies with improved effector functions. Cancer Sci. 2009, 100, 1566 1572.
[8].Antibody-Drug Conjugates: Possibilities and Challenges.PubMed.2019,1-3,11(1), 3-23.
[9].Meghdad Abdollahpour‐Alitappeh1.; Majid Lotfinia.; Tohid Gharibi. Antibody drug conjugates (ADCs) for cancer therapy:Strategies, challenges, and successes.J Cell Physiol.2018,6,1-15.
[10].Eunhee G. Kim1 and Kristine M. Kim.Strategies and Advancement in Antibody-Drug ConjugateOptimization for Targeted Cancer Therapeutics. Biomol Ther.2015, 23(6), 493-509.
掃碼關(guān)注百奧賽圖了解更多咨詢哦
ADC結(jié)構(gòu)
由于ADC藥物結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且不同ADC藥物設(shè)計(jì)之間存在較大的差異。即使同一靶點(diǎn)的不同藥物，由于識別位點(diǎn)、連接位點(diǎn)、連接子及所連接小分子的不同，其毒性的差異顯而易見。因此，評價(jià)ADC 藥物毒性之前，先要了解該ADC藥物的設(shè)計(jì)。
現(xiàn)在的ADC通常由一個(gè)完全人源化的單克隆抗體(mAb)、一個(gè)細(xì)胞毒藥物、一個(gè)合適的連接體和腫瘤細(xì)胞上特異性表達(dá)的抗原組成。該結(jié)構(gòu)主要保持藥物的細(xì)胞毒性、靶向性和ADC在體循環(huán)中的穩(wěn)定性。正確的選擇組合是成功研制ADC的關(guān)鍵[1]。
圖1、ADC藥物結(jié)構(gòu)示意圖[2] 基本原理
ADCs藥物的靶向性來自其中抗體部分（antibody），毒性大部分來自小分子化藥毒物部分（payload），抗體部分也可以自帶毒性（ADCC與CDC）?？贵w部分與毒素部分通過連接物（linker）互相連接?？贵w部分與腫瘤細(xì)胞表面的靶向抗原結(jié)合（binding）后，腫瘤細(xì)胞會將ADC內(nèi)吞（endocytosis）。之后ADC藥物會在溶酶體中分解（lysosomal degradation），釋放出活性的化藥毒物，破壞DNA或阻止腫瘤細(xì)胞分裂，起到殺死細(xì)胞的作用。理想化的連接物應(yīng)該保持穩(wěn)定所以不會導(dǎo)致靶外毒性（off-target toxicity），并且在細(xì)胞內(nèi)高效釋放毒物。
圖2. Mechanism of antibody drug conjugate (ADC) action. (A) An ideal antigen target for ADC therapy is accessible via the circulation. (B) Following antigen binding, (C) the antigen-ADC complex is rapidly internalised into (D) endosomal vesicles and is processed along the (E) endosomallysosomal pathway. (F) In this acidic and proteolytic rich environment, degradation occurs, (G)resulting in the intracellular release of cytotoxic compound.[3]
靶細(xì)胞表面抗原通常會涉及到細(xì)胞的正常生長或增殖過程，一般是細(xì)胞表面蛋白、糖蛋白或多肽等。理想的抗原靶標(biāo)應(yīng)在靶細(xì)胞表面大量特異性的表達(dá)，而在正常組織或細(xì)胞表面表達(dá)有限或不表達(dá)，同時(shí)應(yīng)具有一定的內(nèi)吞速率以及有合適的內(nèi)吞轉(zhuǎn)運(yùn)途徑。目前在開發(fā)的ADCs幾乎全部覆蓋已確證的靶點(diǎn)，靶點(diǎn)的確定也基本決定了ADCs藥物的適應(yīng)指征。 表1、 目前主要在研靶點(diǎn)及針對癌癥種類[4] ADC藥物的抗體選擇 單克隆抗體(mAb)治療可以說是血液病以及實(shí)體惡性腫瘤患者最成功的治療策略之一[5]。ADC以抗體為基礎(chǔ)的治療方法通過改變抗原或受體功能、信號傳導(dǎo)、誘導(dǎo)補(bǔ)體依賴細(xì)胞毒性(CDC)或抗體依賴細(xì)胞毒性(ADCC)等多種機(jī)制發(fā)揮治療作用[6]。雖然有超過20種單克隆抗體被批準(zhǔn)用于癌癥患者的治療，但是在ADC藥物的研發(fā)中仍需要進(jìn)一步的提高其有效性并降低其毒性[7]。 目前，ADC藥物采用人源化單抗，對可結(jié)晶片段（Fc）進(jìn)行修飾，以降低ADCC和CDC等。首先抗體分子作為生物大分子，存在一般生物大分子的毒性風(fēng)險(xiǎn)，如免疫原性和免疫毒性，以及單抗可能的ADCC作用、CDC作用、腎基底膜免疫復(fù)合物沉積等。其次，在ADC藥物中，抗體分子最重要的作用是靶向作用，即將小分子化合物定向投遞到抗原抗體結(jié)合位點(diǎn)。如果抗體選擇性較差或正常組織存在該抗原，則會造成細(xì)胞毒藥物投遞到正常細(xì)胞中，造成靶向毒性。因此在ADC的研發(fā)中正確的選擇抗體尤為重要。
圖3、ADC抗體[8]
ADC的發(fā)展史 抗體藥物的研發(fā)技術(shù)一直在不斷更新?lián)Q代，ADC的研究可以追溯到1980年，但是直到2000年，首個(gè)抗體偶聯(lián)藥物才被FDA批準(zhǔn)用于治療急性粒細(xì)胞白血病，但由于致死性的毒性的產(chǎn)生，于2010年撤市。隨著原有技術(shù)的改進(jìn)，研究人員開發(fā)了新型抗體偶聯(lián)藥物，并于2011年被FDA批準(zhǔn)用于治療霍奇金淋巴瘤和系統(tǒng)性間變性大細(xì)胞淋巴瘤。2013年抗體偶聯(lián)藥物再次取得突破，Genentech/ImmunoGen聯(lián)合開發(fā)的Ado-trastuzumabemtansine被FDA批準(zhǔn)用于HER2陽性乳腺癌，這是首個(gè)針對實(shí)體瘤的抗體偶聯(lián)藥物。隨著這兩個(gè)藥物的研發(fā)成功，ADC藥物再次以火熱的狀態(tài)進(jìn)入人們的研究視野。 第一代ADC
在第一代ADC藥物中，主要通過不可降解的連接子與小鼠單克隆抗體結(jié)合，藥效和活性均較低。
第一代ADC藥物失敗的原因有很多因素，首先就是藥物效力不足，血液中藥物濃度低于治療有效濃度，而靶點(diǎn)抗原低表達(dá)又導(dǎo)致藥物遞送量少，細(xì)胞內(nèi)藥物不足以殺死細(xì)胞。其次，初代ADC藥物對腫瘤的靶向性不強(qiáng)，定位率低，而當(dāng)時(shí)使用的連接子也不穩(wěn)定，以致于藥物毒性較大。最后，由于早期ADC中單克隆抗體是鼠源而不是人源化抗體，導(dǎo)致免疫反應(yīng)和人抗鼠抗體（HAMAs）的產(chǎn)生。以上都是第一代藥物失敗的因素，但是研究永無止境，很快第二代ADC藥物進(jìn)入人們的視野。
第二代ADC 第二代ADC藥物的研發(fā)中，mAb技術(shù)得到改進(jìn)，單克隆抗體被仔細(xì)選擇，提高了腫瘤細(xì)胞靶向性，并減少與健康細(xì)胞交叉反應(yīng)。更重要的是，早期使用當(dāng)時(shí)治療癌癥的小分子藥物作為毒性荷載缺乏臨床研究，后來發(fā)現(xiàn)了更有效的小分子物質(zhì)。與第一代ADC相比，第二代ADC具有更好的CMC特性。從當(dāng)時(shí)FDA批準(zhǔn)的三種二代ADC藥物來看（vedotin、emtansine、ozogamicin），
第二代ADC藥物顯示出良好的臨床療效和安全性。
然而，由于脫靶毒性、存在未結(jié)合抗體以及藥物抗體比（DAR）為8引起的ADC聚集或快速清除等原因，目前大多數(shù)第二代 ADC顯示出較窄的治療窗口。此外，DAR 4的ADC被證明耐受性低、體內(nèi)療效低但是血漿清除率高。至此，二代ADC藥物也難以滿足患者的需求。優(yōu)化單克隆抗體(mAbs)、連接物和結(jié)合化學(xué)物質(zhì)可以提高第三代ADC的療效，位點(diǎn)特異性偶聯(lián)現(xiàn)在被認(rèn)為是ADC成功開發(fā)的關(guān)鍵。 第三代ADC 第三代ADC藥物綜合了一代二代失敗的因素，利用小分子藥物與單克隆抗體的位點(diǎn)特異性結(jié)合，產(chǎn)生DARs為2或4的ADC，這種ADC藥物毒性降低，無未結(jié)合的單克隆抗體，穩(wěn)定性和藥代動力學(xué)大大提高，偶聯(lián)脫落速度更低，藥物活性高，低抗原水平下的細(xì)胞活性高。綜上所述，第三代ADC藥物攻克了導(dǎo)致一代二代藥物失敗的因素，讓患者得到更好的治療[9]。
圖3、抗體研發(fā)及制備技術(shù)史[10] ADC現(xiàn)狀 盡管已經(jīng)有幾十年的研發(fā)歷史, ADC依然有巨大的改良空間。因?yàn)榘悬c(diǎn)清楚、技術(shù)成熟、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，抗體藥物偶聯(lián)物研究在未來幾年里預(yù)計(jì)繼續(xù)成為抗癌領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。據(jù)悉本月11日，美國FDA宣布加速批準(zhǔn)基因泰克的抗體偶聯(lián)藥物Polivy（polatuzumab vedotin-piiq）上市，與苯達(dá)莫司汀與rituximab聯(lián)合使用，治療難治的彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤成人患者。FDA指出，針對這一疾病，這也是首款免疫化療（chemoimmunotherapy）。希望這款創(chuàng)新藥能夠盡快研制成功，也期待各大藥企在未來研發(fā)更多更優(yōu)質(zhì)的ADC藥物，能夠?yàn)楦嗷颊邘硇碌闹委煼桨浮?
參考資料
[1].Nirnoy Dan, Saini Setua, Vivek K. Kashyap.Antibody-Drug Conjugates for Cancer Therapy:Chemistry to Clinical Implications.Pharmaceuticals. 2018, 11, 32,1-22.
[2].Siler Panowksi,Sunil Bhakta,Helga Raab.Site-specific antibody drug conjugates for cancer therapy.Landes Bioscience.2014,6:1, 34 45.
[3].Adam C. Parslow, Sagun Parakh, Fook-Thean Lee.Antibody Drug Conjugates for Cancer Therapy.Biomedicines.2016, 4, 14,2-17.
[4].Nikolaos Diamantis，Udai Banerji.Antibody-drug conjugates an emerging
class of cancer treatment.British Journal of Cancer.2016,7,362 367.
[5].Scott, A.M.;Wolchok, J.D.; Old, L.J. Antibody therapy of cancer. Nat. Rev. Cancer 2012, 12, 278 287.
[6].Shuptrine, C.W.; Surana, R.; Weiner, L.M. Monoclonal antibodies for the treatment of cancer. Semin. Cancer Biol. 2012, 22, 3 13.
[7].Kubota, T.; Niwa, R.; Satoh, M.; Akinaga, S.; Shitara, K.; Hanai, N. Engineered therapeutic antibodies with improved effector functions. Cancer Sci. 2009, 100, 1566 1572.
[8].Antibody-Drug Conjugates: Possibilities and Challenges.PubMed.2019,1-3,11(1), 3-23.
[9].Meghdad Abdollahpour‐Alitappeh1.; Majid Lotfinia.; Tohid Gharibi. Antibody drug conjugates (ADCs) for cancer therapy:Strategies, challenges, and successes.J Cell Physiol.2018,6,1-15.
[10].Eunhee G. Kim1 and Kristine M. Kim.Strategies and Advancement in Antibody-Drug ConjugateOptimization for Targeted Cancer Therapeutics. Biomol Ther.2015, 23(6), 493-509.
掃碼關(guān)注百奧賽圖了解更多咨詢哦
