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Antibody-drug Conjugate (ADC)是一類結(jié)合了化學(xué)療法和免疫療法的高效藥物,。這個(gè)概念最早于 100 多年前由德國(guó)科學(xué)家/醫(yī)生 Paul Ehrlich 提出,。ADC 由抗體 (Antibody)、細(xì)胞毒素分子 (ADC Cytotoxin, payload) 以及連接兩者的連接子 (Linker) 組成。Paul Ehrlich 將 ADC 比喻成“魔法子彈”,，因?yàn)樗茉诓粋τ袡C(jī)體 (毒副作用小) 的情況下特異性識(shí)別目標(biāo) (癌細(xì)胞),。ADC 毒素分子通過破壞 DNA,、微管蛋白等從而阻止腫瘤細(xì)胞分裂，起到殺死細(xì)胞的作用,。ADC 的精準(zhǔn)靶向,，徹底消除，簡(jiǎn)直媲美“狙擊手”,。
一個(gè)成功的 ADC 分子,，首先要保留單克隆抗體的選擇性，同時(shí)能夠釋放足夠高濃度的 payload,，從而達(dá)到殺死腫瘤細(xì)胞的目的,。我們先看下 ADC 發(fā)揮作用的步驟和機(jī)制,。
 圖 1. ADC 發(fā)揮作用的機(jī)制
綜上，在一個(gè)成功的 ADC 分子中,，抗體的特異性,、linker 的穩(wěn)定性以及 payload 的高活性缺一不可。
■ ADC 的各組分是如何組裝成完整“魔法子彈”的呢,？
抗體的連接位置集中在 IgG1 和 IgG4 家族,。最早發(fā)展起來的方法之一是位于 linker-payload 末端的親電子基團(tuán) (比如馬來酰亞胺或 N-hydroxysuccinimide (NHS) 片段)，與抗體暴露的賴氨酸殘基組裝在一起,。這種“隨機(jī)”偶聯(lián)方法會(huì)得到 ADC 的異質(zhì)混合物,。這樣的混合物會(huì)對(duì)藥代動(dòng)力學(xué)、耐受性和療效等產(chǎn)生負(fù)面影響,。直到后來開發(fā)出的位點(diǎn)特異性偶聯(lián)方法,，大大減少了異質(zhì)性。
藥物抗體比 (Drug-to-antibody ratio, DAR) 是抗體偶聯(lián)藥物的平均數(shù)量,，是 ADC 的一個(gè)重要屬性,。目前的偶聯(lián)化學(xué)方法是賴氨酸側(cè)鏈酰胺化或半胱氨酸鏈間二硫鍵還原，通常每個(gè)抗體的藥物負(fù)載為 0~8 個(gè)藥物 (D0~D8),。
通過賴氨酸殘基結(jié)合：雖然賴氨酸殘基是有效的親核基團(tuán),，但是因?yàn)樵谡麄€(gè)抗體結(jié)構(gòu)中分布著 80~100 個(gè)賴氨酸殘基。所以作為最早開發(fā)的偶聯(lián)方法,，其選擇性低,。
圖 2. 賴氨酸殘基結(jié)合的偶聯(lián)過程
通過硫醇基團(tuán)偶聯(lián)：一般來說，抗體不含游離硫醇,，目前最常用的是人類 IgG1 抗體,，有 4 個(gè)鏈間二硫鍵和 12 個(gè)鏈內(nèi)二硫鍵，傳統(tǒng)方法需要用 TCEP,、DTT 或者 2-MEA 還原劑將 4 個(gè)鏈間二硫鍵氧還原打開,，產(chǎn)生游離的硫醇，與 linker-payload 復(fù)合體中的親電基團(tuán)發(fā)生反應(yīng) (馬來酰亞胺,、NHS),，產(chǎn)生不同 DAR 數(shù)和不同連接位點(diǎn)的 ADC 偶聯(lián)異質(zhì)混合物,。
圖 3. 硫醇基團(tuán)偶聯(lián)過程
位點(diǎn)特異性偶聯(lián) (硫醇基團(tuán)的特異性偶聯(lián))：最著名的技術(shù)要數(shù) Genentech 的 THIOMABTM 技術(shù)了,。THIOMABs 利用基因工程技術(shù)在抗體特定位置插入帶有半胱氨酸殘基 (游離硫醇)。半胱氨酸殘基與 payload 偶聯(lián),，這種定點(diǎn)偶聯(lián)方式,，得到的 ADC 的 DAR 為 2。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)顯示出優(yōu)越的安全性,。
圖 4. 位點(diǎn)特異性偶聯(lián)過程
點(diǎn)擊化學(xué)偶聯(lián)：這種方法常常使用含疊氮化物的 linker,，將疊氮化物基團(tuán)連接到 payload 結(jié)構(gòu)的末端,。疊氮化物可以與加入抗體的 DBCO 基團(tuán)反應(yīng)。其優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)非常高效和高產(chǎn),，條件溫和,。
圖 5. 點(diǎn)擊化學(xué)偶聯(lián)過程
其它偶聯(lián)形式：除了上述以外，還有其它基于醇 (例如可以形成碳酸鹽,、醚和酯化合物) 和醛的偶聯(lián)技術(shù) (通過甲酰甘氨酸生成酶 (FGE) 偶聯(lián)),，通過工程氨基酰基——tRNA (aaRS),、氧化唾液酶和轉(zhuǎn)氨試劑的偶聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn),。
■ 那么如何檢測(cè) ADC 的“好與壞”呢？
藥物抗體比 (DAR)：目前已經(jīng)發(fā)展了很多測(cè)定 DAR 的方案,，包括全抗體質(zhì)譜法,、分光光度計(jì)測(cè)試法和各種色譜方法 (包括但不限于 HPLC、UV/VIS 紫外/可見光光譜分析),。
ADC 中未結(jié)合毒素的測(cè)定：反相 (RP)-HPLC 可用于根據(jù)外部標(biāo)準(zhǔn)曲線定量未綴合的有效載荷連接器的含量,。
疏水性預(yù)測(cè)：在新 ADC 的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)階段，為了降低 ADC 的疏水性,，盡可能降低有效毒素分子和連接子的分子量是至關(guān)重要的,。在環(huán)結(jié)構(gòu)和鏈中盡可能多的雜原子，以及盡可能多的親水官能團(tuán)作為取代基 (如-NH2,、-OH/-COOH) 有助于優(yōu)化親水性,。
ADC 的體外效價(jià)隨著 DAR 的增加而增加，但是 ADC 的血漿清除率也隨著 DAR 的增加而增加,，從而減少了藥物暴露和體內(nèi)生物效果,。親水性改善后的 ADC 明顯具有優(yōu)越的體內(nèi)活性。親水性改善后的ADC,，血漿清除率降低,，體內(nèi)活性明顯改善。
■ ADC 發(fā)展中的挑戰(zhàn)和機(jī)遇
連接的不穩(wěn)定性：這種不穩(wěn)定性可導(dǎo)致 payload 過早釋放到血液中,，并導(dǎo)致 ADC 的非特異性攝取和脫靶毒性,。第一代的 ADC 具有酸可降解鍵 (如腙)，其在偏中性 pH 的血漿中保持穩(wěn)定,，內(nèi)化后在較低 pH 值的溶酶體中釋放,。但這種 linker (尤其是基于多肽的 linker) 會(huì)對(duì)血清蛋白酶敏感以及自發(fā)解偶聯(lián)現(xiàn)象導(dǎo)致其在血漿中不穩(wěn)定。和可降解 linker (SPP-DM1 和 VcMMAE) 相比,，不可降解的 linker (mcc-DM1 和 mcMMAF) 具有更低的肝臟和血液毒性,。因?yàn)槠?payload 釋放少，細(xì)胞毒性減小,。但是不可降解 linker 不適用于所有靶點(diǎn),，畢竟需要單抗完全分解代謝才能釋放 payload,，另一方面，可降解 linker 導(dǎo)致 payload 的過早釋放也可能通過“旁觀者效應(yīng)”發(fā)揮更好的療效 (旁觀者效應(yīng)：活躍的 payload 也可能殺死周圍的腫瘤細(xì)胞),。
非特異性內(nèi)吞作用：一般來說,，IgG 抗體的凈正電荷增加導(dǎo)致血漿清除率增加，組織分布增加,。因此,，優(yōu)化 ADC 表面電荷，減少正常細(xì)胞中非靶向攝取,，同時(shí)保留靶點(diǎn)腫瘤細(xì)胞攝取,，有利于改善治療指標(biāo) (TI)。疏水性會(huì)促進(jìn) ADC,、尤其是高 DAR 的 ADC 的聚集和非特異性內(nèi)吞,，從而產(chǎn)生脫靶效應(yīng)。高 DAR 的 ADC 本身也會(huì)被其它具有非特異性,、內(nèi)吞能力強(qiáng)的細(xì)胞清除,，因此優(yōu)化 DAR 也是改善 TI 的重要策略。
受體介導(dǎo)的攝取機(jī)制：FcγRs 介導(dǎo)的 ADC 脫靶毒性主要體現(xiàn)在血液毒性,。血液毒性是含有 Auristatin (MAME, MMAF),、Calicheamicin 和 Maytansinoid (DM-1) 的 ADC 最常見的脫靶劑量限制毒性 dose-limiting toxicities (DLTs)。
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