克服抗肿瘤ADC开发中的挑战
抗体-药物偶联物（ADC）能够靶向杀伤肿瘤细胞，但受到有效荷载和偶联稳定性的限制。
在抗肿瘤领域，我们迫切需要创新的治疗方法，且其需与先进的检测和诊断技术协同工作，以提高生存率。尽管在许多适应症上有了显著的进展，但统计数据显示，食道癌和肺癌的10年生存率提高不到10%，而胰腺癌自20世纪70年代以来没有任何改善。此外，即使在黑色素瘤、乳腺癌和子宫癌等癌症中，存活率已经提高，仍然需要更有效、副作用更少的治疗方法。
抗体-药物偶联物(ADC)是一类新兴的靶向治疗药物，有可能改善传统化疗的治疗指标。ADC由三个部分组成：单克隆抗体或抗体片段(以肿瘤相关抗原为靶点)、高细胞毒性的药物、以及连接前两种成分的化学连接体。抗体与细胞表面结合，触发其内化，并在核内体或溶酶体内被处理，释放出强效的细胞杀伤分子。ADC的作用机制结合了抗体的靶向能力和药物的强效细胞毒性，使其能够更有效和选择性地根除肿瘤细胞，同时减少影响患者生活质量的副作用。
要想实现ADC的潜力，必须优化由三部分组成的ADC拼图中的每一部分。有多种因素可能影响ADC的临床成功潜力，包括抗体的选择、异质性和靶向表达的水平、有效荷载和作用机制、偶联策略、选择可分裂和不可分裂的连接体。为确保有足够的治疗窗口，偶联物应在血浆中稳定，以防止毒素在体循环中过早释放，并利用细胞内释放的细胞毒素有效荷载，使其一旦释放，就有足够的效力来根除肿瘤。
临床状态
目前，有7种ADC被批准用于治疗：brentuximab vedotin (Adcetris®)、trastuzumab emtansine (Kadcyla®)、inotuzumab ozogamicin (Besponsa®)、gemtuzumab ozogamicin (Mylotarg®)、polatuzumab vedotin (Polivy™)、enfortumab vedotin (Padcev™)和trastuzumab deruxtecan (Enhertu®)。Adcetris、Polivy和Padcev通过马来酰亚胺连接至微管蛋白抑制剂monomethyl auristatin E (MMAE)，Kadcyla通过马来酰亚胺连接至微管蛋白抑制剂mertansine (DM1)。Besponsa和Mylotarg通过酸可裂解的连接体，连接至DNA损伤剂calicheamicin，Enhertu通过马来酰亚胺连接至拓扑异构酶I抑制剂deruxtecan。不断增加的新兴管线证明了ADC技术的临床和商业化潜力。2019年，有近90个ADC进入临床试验。
荷载开发
第一代ADC，通常会连接已熟知的化疗药物，如甲氨蝶呤、长春碱和阿霉素，但往往缺乏足够的效力，即使它们已通过偶联抗体，增加了其特异性。尽管cBR96-阿霉素偶联物在临床前研究中显示了一定的潜力，并进入了II期试验，但其有效性还是不够。这在很大程度上归因于阿霉素有效载荷的效力不足，因为据估计，需要4百万 - 1千2百万个阿霉素分子才能杀死一个细胞。抗原表达水平一般低于每细胞100万拷贝，很难达到毒素的临界浓度。
直到最近，大多数ADC仍都在使用来自三个产品类别的毒素：calichemaycin（卡利他霉素，惠氏/辉瑞)、maytansines（美坦素，InmunoGen)和auristatins (Seattle Genetics)。这说明在ADC领域找到合适的有效载荷是多么困难。
为了有效性，毒素必须有足够的效价来引起效力。用于ADC设计的细胞毒性分子最好具有亚纳摩尔效价，以达到最佳效果。由于肿瘤定位不佳和内化不足，在靶细胞的有效荷载浓度往往较低。毒素还应具有与连接体结合的官能团，或能够经过化学修饰产生适当的位点，以便在肿瘤细胞中释放。此外，细胞毒素的生产应该具有成本效益。
来源于auristatin和maytansine类的微管蛋白抑制剂被广泛使用。Auristatins阻断微管蛋白组装，导致G2/M期细胞周期阻滞。Maytansine是一种从非洲灌木Maytenus ovatus分离的天然分离物，也是一种有效的微管蛋白组装抑制剂。尽管游离药物对微管蛋白抑制的效力一般在10- 9 - 10-11 M之间，且这些偶联物已经在一些适应症中被批准，但它们在靶抗原表达较低或细胞对微管蛋白抑制较不敏感的适应症中不那么有效。因此，对于有效荷载设计的驱动力在于，解决那些被证明微管蛋白ADC对其活性不足的目标，例如结肠癌。
DNA损伤剂是在ADC开发中使用的另一种主要毒素，它的效力可真正转移到亚纳摩尔范围内，一些类似物在低皮摩尔范围内表现出了活性。这些包括在inotuzumab ozogamicin和gemtuzumab ozogamicin中使用的calicheamicin，以及duocarmycins、拓扑异构酶抑制剂、吡啶苯二氮卓类药物(PBD)和吲哚苯二氮卓类药物(IGN)的使用。增强的效力允许靶向低密度表达的肿瘤特异性抗原。由于DNA相互作用的有效荷载在非增殖细胞中是活跃的，目标可以扩大到将肿瘤起始细胞(TIC)包括在内。
毒性和稳定性
最近，临床试验数据表明，含多溴二苯醚（PBD）的ADC会对患者造成显著的毒性问题。例如，靶向CD33的vadastuximab ralirine的III期试验由于安全性不佳而被停止。PBD是基于自然产生的抗肿瘤抗生素，其以一种序列特异性的方式结合在DNA小沟上。PBD二聚体可以通过与鸟嘌呤碱基的亲核C2-氨基共价结合，形成链间和链内的DNA交联。临床试验的失败导致了从交联剂到DNA单烷基化器的转变，如IGN，其具有与PBD相似功效的DNA单烷基化器。交联IGN也有不利的毒性，但DNA -烷基化IGN没有显示延长或延迟的毒性。
在第一代ADC中，偶联稳定性是影响药效的第二个因素，随着更有效的有效荷载的开发，这个因素变得更加关键。最初的ADC主要通过在抗体结构中天然存在的半胱氨酸和赖氨酸残基与有效荷载偶联。然而，在gemtuzumab ozogamicin中使用的酸可分裂连接体与药物在循环中的非特异性释放有关。第二代ADC通常使用基于马来酰亚胺的偶联化学物质(但这会通过逆-Micheal反应而有去偶联的倾向)和交叉偶联到含硫醇的蛋白质，如白蛋白。
该领域的进展形成了具有更高稳定性的偶联技术，如不会去偶联的稳定的开环马来酰亚胺，以及Iksuda Therapeutics的基于乙烯吡啶的Perma-Link®技术，该技术不发生逆-Michael反应。第3代ADC利用位点特异性偶联策略，如工程半胱氨酸和非天然氨基酸工程。
Iksuda Therapeutics公司开发的抗体-药物偶联物(ADC)，这是对癌症治疗的有力补充。它们使用靶向肿瘤特异性抗原的单克隆抗体，直接将强效的细胞毒性药物送到肿瘤细胞。Iksuda的ADC采用了PermaLink技术，该技术已被用于多种毒素类别的偶联。
新出现的临床前和临床数据将继续指导ADC的发展，因为这一重要的治疗类别在疗效和耐受性方面比目前的标准化疗方法更为有利。这些结果也将有助于有效荷载和偶联策略的持续创新，这有可能提高在实体瘤中的疗效，并扩大可治疗适应症的范围。
原文：J.Thirlway, Overcoming Challenges in the Development of Anticancer ADCs. Genetic Engineering & Biotechnology News. 2020, 40(6).
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