抗体偶联药物的创新与未来

冯振卿

0 引 言

抗体偶联药物(antibody-drug conjugates, ADCs)是将细胞毒性化疗药物与抗体通过偶联制备的靶向生物药，兼具抗体药物的精准靶向优势和小分子细胞毒药物的高效杀伤优势，相对于化疗药物的治疗安全窗口更大，更加安全。因此，ADCs成为生物医药领域炙手可热的研发品种，近10年来取得了长足发展。

2000年，美国食品和药物管理局(FDA)批准了第一个ADCs吉妥单抗(gemtuzumab ozogamicin), 商品名麦罗塔(mylotarg)，截止目前，FDA已经批准上市了11个ADCs，用于乳腺癌、尿道癌、骨髓瘤、急性白血病和淋巴瘤的单药或联合治疗，另外还有上百个ADCs正处于临床研究阶段，针对40个不同的靶点，有超过80%的临床试验研究ADCs在各种实体瘤中的安全性和有效性[1-3]。据Evaluate Pharma和BCG的预测，全球2018-2024年ADCs市场的年复合增长率约为35%，预计2024年将达到129亿美元。所以，ADCs进入了快速发展期，未来10年ADCs的研发仍将保持火热态势。本文对近年来国内外ADCs的研发进展进行评述，并展望未来ADCs的发展趋势。

1 ADCs的研发历程

ADCs的研发经历了3个发展阶段。ADCs经3代技术升级，其稳定性、药物抗体偶联比(drug antibody ratio，DAR)值均一性、CMC特性、抗肿瘤活性不断改善，扩大了治疗窗。

第一代ADCs：所用毒性载荷毒性不够强，且接头稳定性不佳，易在血液中裂解造成严重不良反应，治疗窗十分狭窄。代表性药物为Mylotarg，它是由卡奇霉素通过一个包含腙键的可裂解连接子与gemtuzumab(一种突变的抗CD33 IgG4亚型单抗)偶联而成。然而，Mylotarg的连接子表现出一定的不稳定性，导致卡奇霉素在血浆循环中过早释放，严重的毒性导致Mylotarg退市。

第二代ADCs：采用强效载荷，并随单抗技术的发展提高了肿瘤靶向特异性，但仍采用传统非定点偶联方式，DAR在0～8之间，分布均一性差。代表性药物为T-DM1(Kadcyla)，是由抗微管药物美登素的衍生物DM1通过含有N-琥珀酰亚胺基-4-(N-马来酰亚胺甲基)环己烷-1-羧酸盐(SMCC)的不可裂解连接子与曲妥珠单抗的赖氨酸残基偶联而成，用于HER2阳性乳腺癌患者。

第三代ADCs：单抗的内化、转运或再循环有关的干扰，抗原的脱落以及ADCs溶酶体降解缺陷都会导致第一、二代ADCs释放减少，从而影响ADCs的疗效。因此，亟需开发新的技术，以拓宽 ADCs的应用领域，第三代ADCs应运而生。

第三代ADCs主要得益于定点偶联技术的发展，如Thiomab、ThioBridge、非天然氨基酸技术等，解决了DAR值均一性差的问题，药代动力学性质改善，同时也扩展了可用细胞毒药物的类型，如PBD、SN-38、Duocamycin等[4]。此外，更多肿瘤特异性抗原靶点和肿瘤内细胞毒性药物释放机制的研究使ADCs获得了爆炸式的发展，ADCs药物进入了黄金发展时代。

2 ADCs的研发要素

ADCs研发的核心因素主要包括：三要素和偶联技术。ADCs研发的三要素包括抗体、连接子和细胞毒素，每个要素都可能影响ADCs最后的疗效和安全性。

2.1抗体肿瘤靶点是ADCs识别肿瘤细胞和被内吞的主要媒介，靶点的选择也决定了ADCs的适应证，并且潜在影响所偶联细胞毒素的选择。肿瘤靶点应具有肿瘤特异性，在肿瘤细胞膜表面大量表达，抗原应是不分泌型，可以被有效内化。除了在肿瘤细胞膜上特异性表达的靶点之外，近年来肿瘤微环境相关靶点也成为研发热点，包括新血管系统、内皮下细胞外基质和肿瘤基质中的抗原等。目前，ADCs的靶点主要集中在成熟的已验证的靶点，如实体瘤中的HER2、EGFR、TROP2、Nectin4，以及血液肿瘤中的CD22、BCMA、CD19等[5]。另外，尚未有产品上市的靶点，例如c-Met、ROR1、MUC1等，也广受关注[6-7]。

用于ADCs的理想抗体应该具有很强的亲和力，此外，还应具有高稳定性、低免疫原性、高效内化和长血浆半衰期等特性。从抗体的亚型来看，目前正在研发和批准的ADCs都属于IgG1、IgG2或IgG4。其中IgG1使用最多，因为它具有更强的递送能力和更多的效应器功能。

靶点和抗体亚型选择后就需要考量抗体的大小，以往多选择全长IgG抗体，但是这类抗体在细胞内吞和肿瘤渗透方面有一定的局限性。为了解决这一问题，目前已经出现一些新型的抗体形式，如Fab-ADCs、scFv-ADCs等，这类小分子抗体的渗透性好，可以增加ADCs在肿瘤中的扩散。但是这类小分子抗体因为不含有Fc，因此半衰期比较短。

ADCs抗体的优化方向主要是提高内吞和渗透效率。见图1。当前，缺乏疗效和脱靶毒性是ADCs面临的主要挑战，其中一个重要原因是到达肿瘤的ADCs较少和内化速率有限。目前正在研发解决提高递送效率和内化速度的方法，如使用小分子抗体或双特异性抗体的ADCs。

图 1 ADCs药物抗体的内吞和渗透作用Figure 1 The endocytosis and osmosis of ADCs antibody

2.2连接子连接子(linker)应可在肿瘤细胞内高效释放细胞毒药物，在血液循环和靶外组织细胞中保持稳定。连接子的性质直接影响细胞毒药物的药代动力学性质，决定药物递送效率和递送到肿瘤细胞处的特异性，并最终对疗效和安全性产生影响。

目前连接子主要分为两大类：可裂解连接子和不可裂解连接子。可裂解连接子利用肿瘤微环境特异性释放小分子毒素，从而将游离的药物释放到细胞内；不可裂解连接子通过细胞内溶酶体断开抗体和连接子的连接，依靠抗体的完全降解来释放连接子-负载复合物。连接子的优化可考虑采用连接子集成设计的方法，采用的重要参数包括偶联位点、偶联化学、连接子长度、可切割/不可切割连接以及局部连接空间位阻等，需要解决的关键点是在ADCs稳定性和有效载荷释放之间实现平衡，以获得最佳的肿瘤内有效载荷PK曲线和疗效。

2.3细胞毒素(小分子药物)细胞毒素是发挥肿瘤杀伤作用的组成部分，在ADCs进入细胞后，细胞毒素是最终造成靶细胞死亡的主要因素。因此，毒素的毒性和理化特性会直接影响ADCs对于肿瘤的杀伤能力，从而影响疗效。用于偶联的细胞毒素必须具有较为清晰的作用机制、较小的分子量、较高的细胞毒性，并且采用化学方法偶联到抗体后仍能保留较强的抗肿瘤活性。

目前使用最广的细胞毒素为靶向微管蛋白和靶向DNA的分子，其中最为常见的是微管蛋白抑制剂，当然也有新型的小分子药物用于ADCs的研发，如TRL7/8(Toll样受体激动剂)、RNAⅡ型聚合酶抑制剂、促进凋亡的BCL-xL抑制剂等。

2.4偶联技术偶联方式直接影响ADCs的DAR值及ADCs的均一性，从而影响ADCs的生物学活性、耐受性及药物稳定性。目前主要有2种偶联技术：非定点偶联技术和定点偶联技术。

非定点偶联是通过抗体分子上的天然赖氨酸残基(Lys-NH2)及半胱氨酸残基(Cys-SH)提供偶联反应位点，将细胞毒性分子连接到抗体。通过赖氨酸偶联的ADCs，其异质性不可避免，因为抗体中可用于偶联的赖氨酸数量很多。目前，多数正在临床使用或研发中的ADCs依靠链间二硫半胱氨酸进行偶联，其中4个(IgG1和IgG4)或6个(IgG2)链间二硫键被过量的还原剂如磷化氢或二硫苏糖醇等还原，这种方式避免了对链内二硫键的破坏，同时将巯基从参与链间二硫键的半胱氨酸残基中释放出来。由于在还原后可用于偶联的半胱氨酸大大减少，与赖氨酸偶联的方法相比，ADCs的均一性得到了改善。然而，即使有了更加均一性偶联的方法，对DAR值和药物负荷分布(drug load distribution, DLD)的控制仍然需要加强。

定点偶联技术是通过特殊处理或抗体工程化改造在抗体表面添加特殊的活性基团用于偶联，如-C=O、-N3等，包括：①利用对天然氨基酸进行修饰的ThiomabTM技术，将半胱氨酸插入到特定位置并通过硫醇进行偶联[8]；②引入非天然氨基酸进行定点偶联，如引入对乙酰苯丙氨酸和对叠氮甲基-L-苯丙氨酸；③利用抗体中的糖基进行偶联；④SMARTagTM技术通过化合酶反应来安装一个醛标签，以实现特定位置的偶联[9]；⑤二硫桥，该技术利用传统的半胱氨酸偶联方法偶联具有双功能的药物分子，在不需要重新设计的情况下可实现对DAR和DLD的控制。定点偶联技术结合的ADCs产品的同质性大大增加，使得临床治疗更加安全、有效。

3 ADCs研发现状

从全球地域分布来看，美国、中国、韩国、英国、意大利在ADCs研发数量上位居前五，其中美国以153个药物的绝对优势位居全球首位，中国以88 个药物位居第二。

截至目前，全球共有13个ADCs陆续上市。美国ADCs上市时间较早，上市药物数量高达11款，欧洲有7款ADCs上市，日本有4款ADCs上市。这些ADCs涉及的靶点主要包括HER2、TROP2、CD19等。除了已上市的ADCs，据ClinicalTrials.gov的数据显示，截止到2021年3月19日，全球共有155项ADCs正在进行临床试验，其中有11款处于临床III期阶段，多数处于临床I期阶段。

我国ADCs的研发起步相对较晚，与国外相比还有一定差距。目前，中国在全球ADCs管线数量上位居第二，有45个ADCs临床试验正在进行中，其中32个处于I/II期阶段，进入III期或NDA阶段的有13个。中国ADCs有望在未来3～5年迎来新药上市的收获期[10]。

4 ADCs研发未来

ADCs的分子设计及作用机制上的整合式创新，将会驱动未来下一代ADCs的研发。ADCs的未来发展密切依赖于特异性靶点的发现、抗体修饰技术的提升、强效细胞毒药物的开发、连接子和定点偶联技术的优化、作用机制上的创新等方面的进步。

靶点的选择决定ADCs的研发前景。目前HER2、EGFR和TROP2是ADCs领域竞争最为激烈的靶点，另外如5T4、EphrinA4、mesothelin、CD138、CD37、CD47、GPNMB等多个新靶点也正备受关注。未来如何选择差异化的靶点、探索新的肿瘤靶点，是ADCs未来发展的关键[11]。

抗体修饰技术的提升。在新抗体结构中，scFv具有更好的实体肿瘤渗透性和摄取；双特异性和双表位ADCs可以克服肿瘤异质性的障碍；Probody和其他条件激活性技术(CABs)也许可以减少脱靶效应的影响[12]。

强效细胞毒药物的开发。除微管蛋白抑制剂外的多种有效载荷，包括PBD二聚体、拓扑异构酶抑制剂、蒽环类药物和蛋白质特异性调节剂等，正在被引入新一代ADCs的研发[4,13]。

ADCs作为一种平台型产品，不仅仅是抗体加payload的模式，未来发展还可以是抗体加TLR激动剂、STING激动剂、抗生素等模式，希望能构建出更为前沿和完善的技术平台。

连接子和定点偶联技术的优化。美国Mersana公司基于PHF高分子Linker，开发了多种多弹头ADCs技术，DAR值最大可达24。国内方面，诺灵生物同样研发了PHF高分子Linker的多弹头ADCs技术，DAR值可达12～24。基于定点偶联技术的第三代ADCs是抗体药物的未来发展趋势。免疫刺激型ADCs，可能是未来ADCs研发的方向之一。

免疫刺激型ADCs在药物形式上与传统ADCs相同，都是抗体与小分子偶联。但在作用机制上，免疫刺激型ADCs更像双抗，即抗体偶联具有免疫刺激作用的小分子，起到增强免疫效应的作用，抗体的肿瘤靶向则减少了小分子免疫刺激剂的毒性；在靶点选择方面，免疫刺激型ADCs可扩展到更多的肿瘤相关抗原；在内吞方面，免疫刺激型ADCs可通过免疫细胞表面的FcγR介导内吞，起到激活免疫细胞的作用；在Payload方面，可应用TLR7激动剂、TLR8激动剂、STING激动剂等。

未来还需要积极拓展ADCs的适应证范围。ADCs在自身免疫性疾病、感染性疾病、HSCT预处理、肝纤维化、代谢性疾病等非癌适应证方面仍处于早期探索阶段，有望成为ADCs未来发展的方向。针对非癌适应证的ADCs递送的一般为非强效细胞毒药物，确保递送的药物达到最低有效浓度成为研发方面的挑战。

5 结 语

生物医药领域的ADCs近10年来取得了长足发展，目前ADCs技术迭代已进入3.0时代，整合式创新将持续驱动ADCs的升级。未来ADCs的研发可从研究非内化抗原靶点、新的抗体形式、新的传递系统、新的细胞毒性药物、位点特异性生物偶联方法、免疫刺激型ADCs、拓展ADCs非癌适应证等方面来促进ADCs的创新发展，相信ADCs的未来10年将会迎来更加辉煌的发展前景。