不容忽视的“连接技术”：ADC竞争的最后一公里

从2001年第一款ADC药物问世至今，ADC药物经过二十余年的技术升级，终于完成了抗体、连接子、毒素三大部件的升级换代。可以说，万事俱备，只差东风。

这东风，就是最后的偶联方式。
三大部件的重要性不再赘述，当部件都凑齐后，如何组合在一起，也大有讲究。
在第一、二代ADC中，多采用随机偶联的方法将各部件拼装起来，这样的缺点很明显，会导致“生物导弹”ADC所连接的毒素“弹头”数量不均，也就是药物抗体比(DAR)不稳定。
有的导弹携带8个弹头，有的子弹不带弹头，最终会导致导弹整体的杀伤能力极不稳定，也将ADC的治疗窗限制在很窄的范围内。
这也是初代ADC的通病。
为了解决这一问题，在过去十年中，人们开发了多个新的偶联方式，目的都是控制“弹头”的位置、数量，同时保持ADC结构完整性和同质性。到了第三代ADC这里，终于解锁新技术定点偶联。
所谓定点偶联，顾名思义，就是让毒素“弹头”连接到指定位置，这样就解决了之前“弹头”随机、DAR不稳定的问题，最终产生性质均一的ADC。
东风起，ADC未来已来。第三代ADC正越来越多地进入临床前和临床研究，谁将脱颖而出？让我们看下去。

01

不太“靠谱”的随机偶联

ADC，英文全称为antibody drug conjugates（抗体药物偶联物），从名称也可见偶联方式的重要性。
凑齐毒素、连接子、抗体三大件装备后，ADC药物制备就到了最后环节，偶联组装。
三大件难找不假，最后的组装环节也同样不简单。整个过程的难点在于，如何保证组装后的ADC能有一个稳定的DAR。
所谓DAR，即一个抗体所携带药物的数量。我们可以将其理解为导弹所携带的弹药数量。
对ADC来说，如果安装在导弹上面的子弹太少，武器不够，很难有效杀伤敌人；但如果携带子弹过多，又会很容易被人体的免疫系统发现，还没达到战场，先被自己人当作异物清理掉。研究普遍认为，DAR在2-4之间是ADC药物的最优选。
而影响DAR的因素，除了氨基君此前文章中提到的连接子外，另一关键因素，就是偶联方式。只有选择合适的偶联技术，才能让ADC的毒素均一、稳定地连接在抗体上。
在最初使用的随机偶联方式中，想要达到这一目标并不容易。
最初，随机偶联方式主要是赖氨酸残基偶联和半胱氨酸残基偶联两种。其中赖氨酸残基偶联是最早的ADC偶联方式，其弊端就是产生的ADC均一性较差，DAR值不稳定。
这也不难理解。一个抗体上包含着约80~90个赖氨酸，其中可供毒素连接的赖氨酸残基有40个，分布于抗体轻链和重链的不同位置。通过赖氨酸残基偶联，每个抗体上又可以挂0~8个小分子毒素。
这就会带来一个很大的问题，每一批次的ADC产品异质性较大，药物抗体比分布不均，进而使ADC的药物动力、药物代谢受到影响。
就好比一批生物导弹，有的不放子弹，有的放两个子弹，那么杀敌的能力自然不稳定。在已上市的产品中T-DM1、Mylotrg、Besponsa使用的都是这种偶联方式。
到了第二代ADC，偶联方式改进为半胱氨酸残基偶联。
抗体表面不存在可以用于偶联反应的半胱氨酸残基，其均以二硫键的形式存在。以常用的抗体IgG1为例，它有链间二硫键和链内二硫键两种，其中负责连接轻链和重链的链间二硫键有4条，负责连接两条重链的铰链区的链内二硫键有12条。
而在半胱氨酸残基偶联中发挥作用的便是链间二硫键。链间二硫键处在抗体外侧高度暴露，很容易被还原露出半胱氨酸残基，毒素借此与之相连。由于二硫键的位置是固定的，因此偶联位置也相对可控。
这种方式得到的ADC载药量取决于二硫键的还原程度。当4条链间二硫键均被完全还原时，会有8个半胱氨酸残基，也就能携带8个毒素；当它被部分还原时，则可能生成DAR为2、4、6、8的产物。

尽管半胱氨酸残基偶联会产生不同的ADC，但相对于赖氨酸残基偶联来说，其产物的均一性已经高了不少。这也是目前使用最多的偶联方式，Enhurt、Trodelvy、Adecetris等产品均使用该方法。
不过，研究人员对更强的ADC追求无止境，自然要继续想办法改进偶联方式。谁让随机偶联还是不够靠谱，难以得到更为均一的ADC呢？

02

从随机到定点偶联

要说随机偶联的缺点，主要有两点。其一，随机偶联主要依赖天然氨基酸，而这类氨基酸与毒素的偶联并不牢固，容易发生断裂导致脱靶效应。这使得第二代ADC均有着令人诟病的不良反应。
其二，由于无法将毒素连接在固定位置，很难实现稳定的DAR。为解决这些问题，研究人员开发出了定点偶联技术。
目前，主要的定点偶联技术有三种：
第一种，反应性半胱氨酸，也叫做Thiomab技术。
这一技术最早由基因泰克开发的。简单来说，就是通过基因工程在抗体的特定点插入半胱氨酸残基，然后将半胱氨酸上的羟基和毒素偶联，形成位点专一的抗体偶联药物。

经过这一方法偶联而成的ADC药物抗体比均一，有92.1%的产物DAR均为2。
第二种，非天然氨基酸技术。
这一技术，就是在生物体内任意目标蛋白的特定位点引入非天然氨基酸。而这些非天然氨基酸上的残基可以与连接子结合，形成位点专一的ADC。
要做到这一点，大致需要三步。
首先，通过药物化学方法在体外合成符合成药需求的非天然氨基酸；
其次，非天然氨基酸在tRNA（转运RNA）合成酶的作用下，与特殊的tRNA紧密连接，运送到合成蛋白质的核糖体；
最后，在核糖体中，tRNA会识别指定位置的特殊密码子，精准地将非天然氨基酸插入到多肽链的特殊部位上。
Ambrx公司的ARX788就是利用非天然氨基酸开发的抗体偶联药物。
第三种，酶催化技术。
没错，酶催化的反应，也可以用在蛋白质的修饰中。
通过在抗体序列中插入可以被一些专门酶识别的特定氨基酸标志物，使得毒素可以与抗体有选择性的进行连接。
例如，利用分选酶进行定点偶联。分选酶可以特异性识别出LPXTG序列，并打开苏氨酸和甘氨酸之间的肽键，插入重复的甘氨酸序列。
这样一来，就可以在抗体的重链和轻链的末端插入LPETG序列，与带有甘氨酸链的MMAE毒素偶联，从而实现抗体药物定点偶联。

除了分选酶外，可用于定点偶联技术的酶还有很多，如甲酰甘氨酸生成酶 (FGE)、微生物转谷氨酰胺酶 (MTG)、酪氨酸酶等，都能与毒素进行位点特异性结合。
当然，除了上述三种偶联技术外，还有不少的定点偶联方式处于研发路上，如硒代半胱氨酸、丝氨酸代半胱氨酸等。
随着ADC偶联方式的进步，ADC药物抗体比不均的问题也被逐步改善。

03

国内玩家迎来越迁新机会

从最初的Mylotarg，到进阶后的T-DM1，再到最后的大杀器DS-8201。十年磨一剑，ADC经过两个十年的打磨，终于步入黄金时代。
2019年至2020年，两年时间，共有6款ADC药物获FDA批准上市。较早上市的Adcetris和Kadcyla，2019年的销售额分别达10.81亿美元和15.72亿美元，妥妥的“重磅炸弹”产品。
国内走的则是fast follow路线，也已经涌现出了一大批ADC玩家。
例如，浙江医药、安博生物共同研发的ARX788通过引入非天然氨基酸，定点偶联将DAR保持在2，临床Ⅰ期疗效超过T-DM1的40%。
乐普生物的MRG002，使用从Synaffix引进的酶重塑定点偶联技术，研发新一代ADC药物。
科伦药业的A166，采用赖氨酸定点定量偶联技术，稳定性安全性良好，临床剂量已爬坡至6mg/kg。
进度最快的荣昌生物，已有一款ADC获批，并以26亿美元的价格将RC48授权给西雅图基因。
显然，面对一个充满巨大前景的药物，没有哪家药企愿意错过。而对国内玩家来说，ADC绝对要算一个跃迁为Big-Pharma的新机会。
因为ADC的潜力不限于某一靶点。这一点可以参考第一三共。
第一三共管线目前共包括7款ADC，涉及到HER2、Trop2、HER3、B7-H3、GPR20、CDH6、MUC17等7个靶点，适应症则布局于非小细胞肺癌、实体瘤、结直肠癌、肾细胞癌、卵巢癌等多个癌种。
实际上，掌握ADC技术平台的想象力，不止于此。
掌握ADC技术平台后，可以通过对ADC关键部件中的任一部分进行更换，未来其适应症将不限于癌症，还可以拓展到抗体+抗生素、抗体+TLR激动剂等模式。这也是ADC平台最具魅力的地方。
不过，我们也注意到，靶点扎堆的问题在ADC这里仍然突出，目前大家扎堆在HER2。据平安证券数据，截至7月，共有26款在研及上市的HER2靶点ADC。
而在这一个靶点上，前有T-DM1，后有大杀器DS-8201。对于后来者，如果做不到me better，其最终的商业价值也不大。
如今的ADC市场和曾经的PD-1，何其相似？这也时刻提醒我们，想要从一众ADC中脱颖而出，跟风跑不现实。通过在靶点、抗体、毒素、偶联方式等多方面差异化布局，才有可能真正抓住跃迁的机会。
文／方涛之

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