从头学习抗体药物偶联（ADC）（第三期：ADC药物关键要素梳理-1）

▉  导读

抗体药物偶联-视频来源：YouTube

前面两期对抗体药物偶联的基本原理以及19年上半年以前的上市药物进行了简单的梳理。2019年下半年至今，又有3个ADC药物获批。果真到了ADC收获的季节。对于ADC的研发，了解ADC药物作用机理以及组成的每一个因素至关重要，下面小编就带大家详细梳理一下ADC药物的每个核心关键的要素。分别在抗体的选择，靶标的选择，linker的选择，payload的选择，载药量，连接位点进行梳理。大家拿起小板凳，赶紧来学习。

▉ 抗体的选择

图片来源：Seattle Genetics

a.设计ADC时最关键的因素之一是抗体的选择。选择的抗体应具有若干靶向抗原的属性，其中最基本的是对抗原的高特异性，否则即使在癌细胞上具有高拷贝数而在正常细胞上具有低拷贝数的抗原也不能加以利用。缺乏高度特异性或与其他抗原发生交叉反应，都会发生不可预测的副作用。例如与健康组织相互作用导致靶外毒性，或在到达肿瘤部位前过早的从体内清除。同样重要的是，抗体与目标抗原结合具有高亲和力，同时具有最低的免疫原性。最后如果抗体通过直接调节抗原的生物活性而引发固有的抗肿瘤活性（如抗HER2单抗曲妥珠单抗是ADC药物Kadcyla的抗体成分），那么该抗体药物会达到1+1远大于2的效果。

b.抗体根据其重链恒定区序列分为5类:免疫球蛋白M (IgM)、IgD、IgG、IgE 和IgA。在五个类中，IgG 的一个亚型IgG1最常用于癌症免疫治疗。一个典型的IgG1抗体由两个重链和两个轻链组成。其中重链和轻链的constant (C) regions组成Fc区域；variable (V) regions组成Fab区域，提供抗原特异性。Fc区域负责抗体被免疫效应因子识别的能力。Fc片段不识别相应的抗原，而是与各种细胞受体（如t细胞）和补体蛋白结合。所有抗体均在其恒定区域的保守位置糖基化。例如，它们在Fc区保守的N297残基上存在一个糖基化位点。

c.那么为什么目前大多数ADC药物大多是采用IgG1支架？因为IgG1分子对靶抗原有较高的亲和力，而且在血液中半衰期较长，这都会使得抗体在肿瘤部位的聚集。而且IgG1具有相对强的抗体依赖性细胞毒性（ADCC）和补体依赖性细胞毒性（CDC）和易于生产等特点。尽管IgG3 的ADCC和CDC也较强，但由于IgG3半衰期较短，所以不是ADC药物的理想选择。IgG2和IgG4在胞内形成的铰链不容易被还原，因此难以生产基于半胱氨酸的ADC药物。

d.IgG抗体作用机制是怎么样的呢？(a)IgG抗体中的Fc可以与Fc受体结合，并通过基于酪氨酸的免疫受体激活(ITAM)或抑制基序(ITIM)，进而启动下游免疫激活或者抑制的信号。(b)IgG还可以与新生血管内皮细胞上的Fc受体(FcRn)结合，以维持血清IgG水平；(c)还可以与肿瘤细胞结合，在肿瘤细胞中募集补体元件1q (C1q)，启动补体级联反应，使肿瘤细胞被膜攻击复合物（MAC）裂解。（颜色对应上图方框）

ADC的免疫原性是决定循环半衰期的重要因素，在ADC发展的最初几年都是基于小鼠单克隆抗体，会引起人体强烈的免疫反应（HAMA）。因此，小鼠的抗体很快被嵌合的IgG抗体所取代，随后又被人源化的IgG所取代。

▉ 靶标的选择

选择合适的靶标对ADCs的安全性和疗效至关重要。较为理想的靶标是在肿瘤细胞上大量表达，但在正常组织细胞表达有限或者仅在特定的组织中表达。其次ADCs药物在识别靶点抗原后，可有效内化进入细胞，并且可循环回到质膜，很多肿瘤细胞的受体是不会内化的。

一些肿瘤相关抗原靶标具有极高的特异性,  如CD138高表达于多发性骨髓瘤和多种实体瘤，表达于卵巢癌上的MUC16 ，霍奇金淋巴瘤上的CD30，间皮素多在胰腺癌和卵巢癌中表达等，而其他一些抗原如CD74表达于多种肿瘤细胞表面。目前临床研究的众多ADCs药物中首选的治疗领域仍然集中于白血病、淋巴瘤等非实体瘤,  同时也有向乳腺癌、卵巢癌等实体瘤过度的趋势。如针对表皮生长因子受体EGFR，卵巢癌癌组织nectin-4和前列腺癌上的PSMA等等ADC药物都进入临床II期。2013年FDA批准上市的靶标为HER2的Kadcyla。2019年FDA批准上市的靶标为NECTIN4的Padcev，该药是第二个获批上市治疗实体瘤的ADC药物。

当正常组织也会表达目标靶标时，正常细胞便会摄入ADC药物，不仅导致“脱靶”毒性效应，而且降低癌组织内富集的ADC剂量，降低ADC治疗窗。

▉ Linker的选择

图片来源：Seattle Genetics

连接细胞毒素分子和抗体的linker的结构以及化学性质对ADC药效有重要影响，对特异性和安全性也很重要。通常情况下，linker被设计的前提是在血流中稳定，但是呢也不能太稳定，以便能顺利的在肿瘤部位释放有毒物质。linker在缓冲溶液中保持稳定也是至关重要的，这样才能开发出静脉给药的配方。根据payload释放的机制，linker分为可切割的和不可切割的类型。

可切割的linker:

主要利用了血液系统和肿瘤细胞的环境差异，当环境发生变化，linker断裂释放药物。可分裂的连接体可分为三个主要的亚类：(1)酸依赖性断键（如腙键）(2)氧化还原依赖的断键（如二硫键）和(3)可酶切割的断键(如多肽和葡萄糖醛酸苷)。

图a所示为含腙键的linker，该linker应用于吉妥单抗Mylotarg。然而，现在有大量临床研究表明，酸性条件断键的linker与非特异性释放有效载荷有关，这可能导致系统性毒性。这也是2010年Mylotarg撤出市场的原因之一。

图b设计的二硫键交联的linker利用胞内还原谷胱甘肽的高水平表达，还原二硫键在胞内释放出毒性分子。图c显示了一个酶可切割的linker。这种类型的连接子通过水解酶识别和切割特定肽序列，从而确保ADC只在溶酶体环境中进行切割，而不是在血浆中。

图d显示了另外一种葡萄糖醛酸苷酶可切割的linker，该酶存在于溶酶体或者一些特定的肿瘤细胞内。该linker具有亲水特征，与含有二肽或其他类型的linker结构相比，可能会减少偶联过程中的聚合。

不可切割的linker:

该linker在血浆中更加稳定，这也是相比可裂解linker的优势所在。此外，有证据表明，在体内研究中，不可裂解的linker的表现明显更好，有效载荷的释放主要发生在ADC内化后的溶酶体中，具有较低的系统毒性。因此，不可裂解的linker药物能提供一个更好的治疗窗口，改善ADC的稳定性和耐受性。比如上图huC242–SMCC–DM1通过不可裂解的硫醚键linker连接抗体和Payload。

总之，选择最合适的linker对于ADC的研发过程是至关重要的，因为它不仅负责有效载荷高效特异的运送到肿瘤细胞内释放，而且也会影响药物在偶联过程中的聚合程度，药代动力学及其制备和贮存过程中的稳定性。

▉ 总结

今天这一期讲的是抗体药物ADC前三个核心关键要素。抗体、靶标以及linker的选择。因为想尽量详细的介绍，这一期只能介绍三个，后面三个核心要素下一期在梳理。下期见。

参考资料：

1.https://www.burnet.edu.au/

2.Pharm Res (2015) 32:3494–3507

3.https://doi.org/10.3389/fphar.2019.00373

4.Cytotoxic Payloads for Antibody–Drug Conjugates

作者/编辑：Forever.

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