下一代抗体偶联药物(ADCs)的策略与挑战
抗体偶联药物(ADCs)是在肿瘤治疗中增长最快的领域之一，抗体偶联药物包括三部分：重组单克隆抗体(mAbs)、共价连接的细胞毒素(作为弹头/Warhead)，二者通常被连接体(linker)连接起来。单克隆抗体对肿瘤细胞有很好的靶向性，但对消灭肿瘤细胞作用有限；反过来，细胞毒素对消灭肿瘤细胞有很强的威力，但是靶向性不高，同样对正常细胞也会杀灭(属于杀敌一千自损八百类型)。于是科学家利用二者的优点，将它们组合到一起，就得到靶向性好，且又威力巨大的抗体偶联药物。
抗体偶联药物的设计
一个成功的ADCs要有理想的靶点、特异性抗体、理想的连接体以及威力强大的“弹头”这4个条件。
理想的的靶点
靶点的选择至关重要，理想的靶点至少要具备以下条件：(1)限制性的在肿瘤细胞中高表达，在正常细胞中低表达，如SGN-35针对的CD30在霍奇金淋巴瘤以及渐变性大细胞淋巴瘤中高表达，而在正常细胞中表达量有限；(2)靶点应该呈现在细胞表面容易被抗体识别；(3)它必须是内化抗原(internalizing antigen)，与ADC结合后，能够使细胞毒素进入细胞发挥作用。
特异性抗体
最初应用的抗体是鼠源性抗体，但是在治疗过程中，人体对该类抗体产生免疫反应，而逐渐弃用，发展人源抗体。目前最常用的抗体为IgG类抗体，尤其是IgG1最为常用。抗体和靶抗原的高亲和力是ADC有效起到靶向杀伤的核心所在， 一般认为亲和力指数Kd = 10 nmol·L-1是对抗体的基本要求。
理想的连接体(linker)
理想的linker对药物的成败起着关键性作用，linker的性质决定着药物的药物动力学性质和治疗效果。理想的linker是在ADC到达靶点前是不释放细胞毒素的，到达细胞后才能将其释放。Linker的释药方式分为断裂(cleavable)和非断裂(non-cleavable)模式，非断裂模式是ADC经过溶酶体的消化后，linker仍与细胞毒素连接的一种形式。断裂模式有三种类型：首先是酸敏感型(acid-sensitive linkers)，在低pH时触发linker中酸依赖性基团的水解，如腙类基团；第二种是谷胱甘肽敏感型(glutathione-sensitive linkers)，细胞内的谷胱甘肽浓度比血浆中的高，含有二硫键的linker在到达细胞内后被谷胱甘肽还原断裂；最后一种是溶酶体蛋白酶敏感型(lysosomal protease-sensitive linkers)，溶酶体中的一些蛋白酶可以识别并断裂linker中特定的肽进而释放药物。
威力强大的“弹头”
作为“弹头”的细胞毒素大多为天然产物，主要有以下几类，Auristatins是ADCs中应用最广的一类毒素，最常用的是monomethyl auristatin E (MMAE)和MMAF，该类毒素受重视，是因为它们具有良好的稳定性与水溶性，与linker偶联后有良好的适应性，同时在体内能发挥出强大威力，它们的作用于细胞周期的G2/M期；第二大类是美登素类(Maytansinoids)，最常用的是DM1和DM4，它们的作用位点为细胞微管蛋白，作用方式与长春碱类似，但更为高效；此外，还有阿霉素、喜树碱类似物、tubulysins、calicheamicins等。
抗体偶联药物历史
抗体偶联药物思想来源于Paul Ehrlich在1908年提出的“魔弹”理论，但最初的探索在1960年代才被报道，在1980年代出现了鼠源性ADCs的临床试验，真正意义上的ADC直到2000年才获美国FDA批准上市，这是惠氏公司的吉妥单抗(gemtuzumab ozogamicin / Mylotarg)，其中抗体为重组人源化抗CD33单抗，与细胞毒素卡奇霉素偶联而成。用于治疗急性髓性白血病(AML)，但不幸的是，通过大量的临床研究，该药与化学药相比，并不能提高患者的生存率，并且有极其严重副作用，于2010年撤市。之后被辉瑞收购，于2017年9月重返市场。吉妥单抗的失败之处在于linker的化学性质不稳定，在未达到靶点时就易被水解；linker的不稳定的部分原因在于其与赖氨酸的偶联位置不确定，不能实现定点偶联，导致药效有限；CD33有将ADC内吞至胞内的能力，但是CD33在低浓度的吉妥单抗才起作用；细胞毒素没有相应的靶点并且威力不够；作为第一代ADCs，也是ADCs的重大突破，它的成功与失败的教训，也影响着后来ADCs的发展。
gemtuzumab ozogamicin结构
之后，第二代ADCs登场，Brentuximab vedotin由Seattle Genetics公司研发，于2011年8月被美国FDA比准上市，用于治疗复发和难治性霍奇金淋巴瘤和系统型间变性大细胞淋巴瘤，单抗选择性靶向CD30，细胞毒素MMAE作用于微管蛋白；trastuzumab emtansine由Roche公司研发，于2013年被FDA批准上市，trastuzumab能够靶向HER2受体，emtansine能够结合微管蛋白。作为第二代ADCs，无疑它们是比较成功的，但是它们并不是没有缺点。它们的问题主要存在于抗体的载药率(Drug-to-Antibody Ratio / DAR)，一般DAR为3-4比较合适，DAR > 4会出现较低的耐受性、较高的血浆清除率；未能完全解决定点偶联；由于细胞毒素并没有非常特异的靶点，所以存在严重的肝毒性等不良反应，导致治疗窗口很窄；同时，ADCs药物的细胞穿透能力有限，这也影响了它们的治疗效果与毒副作用。
Brentuximab vedotin结构
Trastuzumab emtansine结构
所以，解决上述问题就是下一代ADCs发展的目标，首先解决的问题是定点偶联，通过定点偶联会得到均一性高质量的新一代ADCs，常用的方法有在抗体中引入新的半胱氨酸用于偶联、引入非天然氨基酸后通过生物正交反应偶联和酶催化偶联等。通过定点偶联，也解决了高DAR的负面问题，目前已有负载量为15的IgG分子，正在进行I期临床试验。其次是优化linker连接，减少旁观者效应(bystander effect)——是指作为“弹头”的细胞毒素不仅杀死了肿瘤细胞，也杀死了旁边正常细胞，有研究称可还原的二硫键有旁观者效应，非还原性二硫键则没有；还有研究表明，极性的linker可以提高ADC的稳定性，减少MDR的表达(有研究称肿瘤细胞的抗药性是由于MDR1的过量表达导致的)。提高ADCs对肿瘤的渗透性也是影响药效的重要方面，没有IgG支架设计的ADCs已经有报道出来。
总结
ADCs的发展得益于单克隆抗体的出现，随着技术的发展与工艺的完善，ADCs的发展将会越来越好，会有更多效果良好的药物出现。同时ADCs的出现也给毒性天然产物的研究带来转机，人们希望发现越来越多的细胞毒素用于ADCs。将来，会出现更多形式的单克隆抗体，如纳米抗体、DARPins、单链可变肽段等。ADCs的发展将会对难治愈、易复发疾病带来治愈的可能，成为治疗这些疾病的一线用药。
参考文献：
1.Antibody Drug Conjugates for Cancer Therapy
2.Strategies and challenges for the next generation of antibody–drug conjugates
3.Antibody-drug conjugates—an emerging class of cancer treatment
4.Third-generation antibody drug conjugates for cancer therapy – a balancing act
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