ADCs药物释放技术最新进展

抗体偶联药物(Antibody-drug Conjugate，ADC)是将药物小分子与抗体共价连接，利用抗体实现对靶标细胞的特异性识别。同时，利用一个特异性断裂的连接链，在进入或接近靶标细胞的时候释放小分子药物，实现对靶向治疗的一种方法。2017年2月中旬，药渡刚刚推送过一篇文章《抗体偶联药物(ADCs)的原理、影响因素及应用现状》。那么我们想从最新的文献中来给大家讲讲ADC药物的最新进展，以及释放药物的新方法。

磷酸酯键/磷酸酰胺切割

这篇JACS上的文章，是Merck公司发表的关于抗体-药物结合体(antibody-drug conjugates)的设计。研究者们开发出了一种新颖的焦磷酸酯连接链(pyrophosphate ester linker)，可以将糖皮质激素(glucocorticoid)靶向的运载到特定细胞中，并释放出原本的结构形式发挥药效。截止到目前，大概有30个ADCs已经在临床应用，是非常有效的靶向治疗药物。而糖皮质激素尽管具有很好的抗炎症的作用，但副效应很多，尤其是选择性很差，因此Merck决定将这两者结合起来，但之前报道的hydrazones (acid)，disulfides (reducing thiols)，cathesin B-cleavable dipeptides (enzymes)和noncleavable (mAb catabolism)都不能很好的满足糖皮质激素的运载，同时他们发现糖皮质激素上有可供修饰的羟基，考虑到溶酶体中有很大量的磷酸二酯酶，将二者结合起来，就做成了一个焦磷酸酯连接链，当抗体带着药物进入细胞中，会富集在溶酶体中，linker被切断后，剩余的磷酸基团被磷酸水解酶去除，最终释放出药物的原始结构，从而稳定的发挥效果。这项研究为可切割的连接链家族又增添了一员。

与此同时,在2016年的Bioconjugate Chemistry中，作者基于之前的关于磷酸酰胺可以选择性释放胺的工作设计了第二代可以进行酸切割的连接链。通过NMR的磷谱来监测不同磷酸酰胺衍生物的水解速率，他们发现磷酸基团一侧如果有靠近的羧基的话，水解速率会显著提高，而酰胺的类型也会影响水解速率，在结合作者之前设计的含有吡啶的第一代探针的基础上，作者在磷酸基团侧加入了供电子基团的羧基，从而提出了适用性较广的可以用于ADC的磷酸酰胺连接链。

π-Clamp介导的半胱氨酸交联

这是MIT的 Bradley L. Pentelute组的工作，第一作者是北大化院2012届本科生，毕业于李笑宇老师实验室的。

该工作是基于之前的一个有意思的发现，全氟取代的苯基团在有机相中可以和半胱氨酸很快的反应，但在水中很难进行，只有在酶的上面才能发生。作者想能否用多肽来完成这个功能，如果多肽可以提供这个活性的半胱氨酸功全氟取代的苯基团反应，将是一个很有意思的工作，也将是对非天然氨基酸基于的蛋白质的定点标记进行的补充。

通过筛选，Phe-Cys-Pro-Phe序列可以很完美的实现这个功能，只有在其他三个氨基酸都存在的情况下，半胱氨酸才能被全氟取代的苯基团标记，作者最后用MD和DFT进行了理论解释。

同时作者做了一个很有意思的应用，将这种标记反应应用在了antibody–drug conjugates (ADCs)中，可以做到很高产率的标记，具有很大的应用价值。

利用硒代半胱氨酸释放药物

对传统的antibody–drug conjugates (ADCs)来说，药物通常通过与抗体上的半胱氨酸反应而连接到抗体上。但是由于抗体上存在很多半胱氨酸，这就会导致最终产物是一个杂交混合体，从而导致非常差的药效。因此该组希望能够通过给抗体上引入一个硒代半胱氨酸来解决这一问题。因为硒代半胱氨酸相比于半胱氨酸有更低的pka。在低pH的条件下，他们的反应活性有非常大的区别。首先作者尝试了多种底物来与硒代半胱氨酸反应，对反应的效率以及产物的稳定性进行的评测。最终发现联烯酰胺在这两项评测上表现都非常好。因此该组又合成了一个基于联烯酰胺的荧光探针，来分别与引入和未引入硒代半胱氨酸的抗体在pH等于5.2 的条件下进行反应。作者发现只有引入硒代半胱氨酸的抗体可以与其进行反应。同时此方法也可以用来作为一个思路来优化ADCs的设计。 

近红外光可控释放药物

在这篇ACS Central Science中，作者基于他们此前发展的近红外光解离的Cyanine Photouncaging的反应，通过近红外光实现对肿瘤附近小分子药物的定向释放。这个反应是基于花青染料荧光染料的光解，作者利用一个4‘位乙二胺取代的花青染料荧光染料，在690nm的近红外光照射下，染料分子四个双键中的一个会随机与单线态氧反应，并最终断裂，形成一个醛基，活化整个结构。此后，在近红外光带来的热量下，染料的4’位发生水解，释放活性的氨基，被释放的氨基进而进攻上方的酰胺键，完成对小分子的释放。本文中，作者成功的讲这个反应应用到了ADC中，通过对荧光染料结构的一系列筛选，作者找到了适合做ADC linker的荧光染料分子。并在细胞和小鼠的肿瘤模型中对他们进行了测试。同时，这种方法可以同时完成对肿瘤细胞的标记和治疗。

参考文献：

1. Kern, Jeffrey C., et al. "Discovery of Pyrophosphate Diesters as Tunable, Soluble, and Bioorthogonal Linkers for Site-Specific Antibody–Drug Conjugates." Journal of the American Chemical Society 138.4(2016): 1430-1445. 

2. Choy, Cindy J., et al. "Second-Generation Tunable pH-Sensitive Phosphoramidate-Based Linkers for Controlled Release." Bioconjugate Chemistry 27.9 (2016): 2206-2213. 

3. Zhang, Chi, et al. "π-Clamp-mediated cysteine conjugation." Nature chemistry 8.2 (2016):120-128. 

4. Pedzisa, Lee, et al. "Assessment of reagents for selenocysteine conjugation and the stability of selenocysteine adducts." Organic &biomolecular chemistry 14.22(2016): 5141-5147. 

5. Nani RR, Schnermann MJ, In Vivo Activation of Duocarmycin–Antibody Conjugates by Near-Infrared Light, ACS Cent. Sci. (2017) ASAP

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