01

       起源：兩類(lèi)療法，優(yōu)點(diǎn)整合

       臨床上癌癥治療的兩大治療策略是基于抗體的免疫療法與基于化學(xué)藥物的化學(xué)療法，在多年研究后，兩種療法都已經(jīng)具有成熟的治療體系。

       化療有阿霉素等通過(guò)直接破壞DNA或嵌入DNA而干擾轉錄的抗腫瘤抗生素、**等遏制腫瘤增生的烷化劑和甲氨蝶呤等抗體代謝劑；

       免疫療法有靶向抗體、過(guò)繼細胞療法、溶瘤病毒、癌癥**以及免疫調節劑五大類(lèi)療法，其中還出現了CAR-T等充滿(mǎn)潛力的療法。

       但兩類(lèi)主流療法都有其特性決定的缺陷……

       圖1. 癌癥的免疫療法

       在化學(xué)療法治療體系中，小分子化學(xué)藥物雖然具備對癌細胞的高度殺傷效力，但選擇性差，對正常細胞和腫瘤細胞幾乎無(wú)差別攻擊，負面作用嚴重，對肝 臟、腎 臟、神經(jīng)、心臟等重要組織器官都有損害。而當免疫療法應用在臨床實(shí)踐中時(shí)，治療性抗體雖然靶向性強，但是由于其分子量較大，對于實(shí)體瘤的治療效果有限。

       因此，為了解決兩種癌癥主流療法的缺點(diǎn)，研究者設想，能否將化療的高效殺傷與免疫療法的精準定位相結合。ADC抗體偶聯(lián)藥物的最初靈感來(lái)自諾貝爾獎得主Paul Ehrlich提出的magic bullet設想：可以針對病原體特殊的結構特點(diǎn)，尋找和研制只殺傷病原體，不影響正常組織和細胞的藥物，而如果把化療藥物連接到抗體上，就能提高治療的選擇性和效果。

       圖2. 癌癥的兩類(lèi)療法

       在這一設想指導下，抗體藥物偶聯(lián)物（antibody-drug conjugate，ADC）是通過(guò)一個(gè)化學(xué)鏈接將具有生物活性的小分子藥物連接到單抗上，單抗作為載體將小分子藥物靶向運輸到目標細胞中。

       02

       發(fā)展歷史：三個(gè)階段，三代藥物

       圖3. ADC的三個(gè)發(fā)展階段，來(lái)源：The Royal Society of Chemistry，平安證券研究所

       1 萌芽階段（1910-1980）

       Paul Ehrlich始于對梅毒治療方法的設想，于1913年首次提出“魔術(shù)子 彈”的概念?；诖?，1958年首 款抗體-細胞毒偶聯(lián)藥物問(wèn)世，將抗體與甲氨蝶呤偶聯(lián)用于治療白血病，但并未成功。1970年代雜交瘤技術(shù)的出現使ADC研發(fā)步入正軌，ADC藥物首次進(jìn)入動(dòng)物實(shí)驗。

       2 摸索階段（1980-2000）

       在第一代ADC藥物中，絲裂霉素C、長(cháng)春花生物堿等抗腫瘤藥物主要通過(guò)不可裂解的連接物（酰胺或琥珀酰亞胺）與鼠單抗偶聯(lián)，存在較嚴重的免疫原性問(wèn)題。繼80年代末Greg Winter開(kāi)創(chuàng )人源化單克隆抗體技術(shù)，2000年Mylotarg成為首 款獲批的ADC藥物，但Ⅲ期研究發(fā)現其無(wú)更顯著(zhù)的臨床優(yōu)勢，且具有嚴重的肝**，2010年主動(dòng)撤出市場(chǎng)；在輝瑞調整過(guò)給藥方案后，2017年被FDA重新批準上市。

       圖4. 第一代ADC藥物的特點(diǎn)，來(lái)源：財通證券研究所

       3 成熟階段（2000-至今）

       第二代ADC代表藥物為2011年上市的Adcetris（Seattle Genetics）和2013年上市的Kadcyla（羅氏），使用了以曲妥珠單抗為代表的人源化單抗以及更高效的小分子藥物，共同驅動(dòng)ADC技術(shù)的升級迭代。

       但偶聯(lián)方式仍與第一代類(lèi)似，linker的穩定性仍待提高。此外由于脫靶**、存在未結合抗體以及藥物抗體比（DAR）較大引起ADC聚集或快速清除，目前大多數第二代 ADC顯示出較窄的治療窗口，難以滿(mǎn)足患者的需求。

       圖5. 第二代ADC藥物的特點(diǎn)，來(lái)源：財通證券研究所

       研究永無(wú)止境，很快第三代ADC藥物進(jìn)入人們的視野。其利用小分子藥物與單克隆抗體的位點(diǎn)特異性結合，可確保具有明確DAR的抗體偶聯(lián)藥物；另外抗體、連接物、結合小分子藥物的優(yōu)化，使藥物活性、穩定性和藥代動(dòng)力學(xué)大大提高，藥物**和偶聯(lián)脫落速度更低，低抗原水平下的細胞活性高。僅2019年以來(lái)就上市了8款藥物，將治療適應癥擴增到膀胱癌和胃癌。

       圖6. 三代ADC藥物的特點(diǎn)，來(lái)源：Nature，平安證券研究所

       全球目前已有13款上市的ADC藥物，治療領(lǐng)域主要集中在血液瘤和實(shí)體瘤方面，并且主要用于患者的后線(xiàn)治療，包括晚期、復發(fā)/難治性以及轉移性的腫瘤適應癥，在未來(lái)幾年里預計繼續成為抗癌領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

       03

       技術(shù)原理：五大核心，精準作用

       簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，ADC就是“單克隆抗體＋化療”的組合療法，ADC藥物就是“抗體＋連接子＋效應分子”三種元件的組合，因而兼顧了單克隆抗體的選擇特性和化療的殺傷能力。

       1 ADC藥物作用機制

       ADC先通過(guò)靜脈注射進(jìn)入血液循環(huán)，抗體識別并結合細胞表面的特異性抗原。接著(zhù)，在與細胞表面抗體特異性結合的細胞表面受體介導下，ADC藥物被內吞，并且進(jìn)入溶酶體進(jìn)行降解，效應因子在細胞內以高效活性形式被足量釋放，發(fā)揮作用，直接殺死或誘導細胞凋亡。

       圖7. ADC藥物作用機制，來(lái)源：Antibody–drug conjugates as novel anti-cancerchemotherapeutics

       2 五大核心技術(shù)

       因此，從作用機制來(lái)看，靶點(diǎn)的選擇、抗體改造、Linker的設計、**小分子的選擇以及偶聯(lián)方式成為了影響ADC藥物設計的五個(gè)核心因素。

       1）靶點(diǎn)的選擇

       靶點(diǎn)是決定ADC適應癥重要因素之一，是ADC設計的基礎。成為靶點(diǎn)需要滿(mǎn)足以下條件，即在腫瘤細胞中高表達而在普通細胞中低表達、位于細胞表面、具備內化功能。三者缺一不可，是ADC精準作用，充分接觸，進(jìn)入細胞內部充分發(fā)揮功能的保障。

       圖8. ADC靶點(diǎn)，來(lái)源：湘財證券

       2）抗體改造

       抗體主要有以下5類(lèi)：IgM、IgD、IgG、IgE和IgA。其中，IgG的一個(gè)亞型IgG1是癌癥免疫治療的最常用的抗體。一個(gè)典型的IgG1抗體由兩個(gè)重鏈和兩個(gè)輕鏈組成，且分為兩個(gè)區域。Fc區域負責抗體被免疫效應因子識別；Fab區域負責提供抗原特異性。

       圖9. IgG1抗體，來(lái)源：Seattle Genetics

       IgG1支架為何能夠脫穎而出？

       通過(guò)表格數據對比，可以看出，IgG1具有相對強的抗體依賴(lài)性細胞**（ADCC）和補體依賴(lài)性細胞**（CDC）和易于生產(chǎn)等特點(diǎn)。且半衰期較長(cháng)，是ADC藥物的理想選擇。

       圖10. IgG四個(gè)亞型比較，來(lái)源：湘財證券

       3）Linker的設計

       通常情況下，linker設計的要求需要既具有穩定性，且能在到達適當位置時(shí)，釋放出效應因子。linker分為可切割的和不可切割的類(lèi)型：

       可切割的linker：

       該linker主要利用了血液系統和腫瘤細胞的環(huán)境差異，當環(huán)境發(fā)生變化，linker斷裂釋放藥物；

       可分裂的連接體可分為三個(gè)主要的亞類(lèi)：酸依賴(lài)性斷鍵、氧化還原依賴(lài)的斷鍵和可酶切割的斷鍵。

       不可切割的linker:

       該linker在血漿中更加穩定，且有證據表明，該linker有效載荷的釋放主要發(fā)生在A(yíng)DC內化后的溶酶體中，具有較低的系統**。

       4）**小分子的選擇

       作為ADC殺傷力的關(guān)鍵，主要有以下兩種作用機制：一個(gè)是造成DNA損傷；另一個(gè)是抑制微管蛋白多聚。具有**強，且水溶性及穩定性好、有能夠和linker偶聯(lián)的基團等特點(diǎn)。

       圖11. **小分子，來(lái)源：湘財證券

       5）偶聯(lián)方式

       早期A(yíng)DC隨機偶聯(lián)方法存在諸多弊端，定點(diǎn)偶聯(lián)逐漸發(fā)展成為了主流技術(shù)，主要有以下四類(lèi)：

       a. 引入反應性半胱氨酸

       通過(guò)基因工程在抗體的特定點(diǎn)插入半胱氨酸殘基，然后將半胱氨酸上的羥基和毒素偶聯(lián)，形成位點(diǎn)專(zhuān)一的抗體偶聯(lián)藥物。

       圖12. 引入反應性半胱氨酸，來(lái)源：生物制品圈ADC藥物研究報告

       b. 引入非天然氨基酸

       在生物體內任意目標蛋白的特定位點(diǎn)引入非天然氨基酸，這些非天然氨基酸上的殘基可以與連接子結合，形成位點(diǎn)專(zhuān)一的ADC。

       圖13. 引入非天然氨基酸，來(lái)源：生物制品圈ADC藥物研究報告

       c. 酶催化法

       通過(guò)在抗體序列中插入可以被一些專(zhuān)門(mén)酶識別的特定氨基酸標志物，使得毒素可以與抗體有選擇性的進(jìn)行連接。

       圖14. 酶催化法，來(lái)源：生物制品圈ADC藥物研究報告

       d. 二硫鍵還原法

       通過(guò)將單抗本身的二硫鍵還原，利用二溴試劑與還原的鏈間二硫化物反應，以提供重新橋接的mAb。

       圖15. 二硫鍵還原法，來(lái)源：生物制品圈ADC藥物研究報告

       04

       研究現狀：五大優(yōu)勢，多面挑戰

       1 技術(shù)優(yōu)勢

       作為目前抗癌療法中較為先進(jìn)成熟的靶向藥物技術(shù)，ADC藥物在多方面展現優(yōu)勢：

       1）強勁治療效力：

       旁觀(guān)者效應發(fā)揮良好殺傷力，多個(gè)靶點(diǎn)展現泛癌種治療潛力。

       2）特異識別誤殺率低：

       藥物直接遞送靶部位，具有高靶向性。

       3）弱免疫原性：

       多采用人源化載體，不易產(chǎn)生抗藥性。

       4）作用循環(huán)時(shí)間長(cháng)：

       在血清中效用時(shí)間延長(cháng)。

       5）毒副作用低：

       對非靶點(diǎn)細胞**小，安全治療窗高。

       2 面臨挑戰

       ADC藥物整體還處于一個(gè)蓬勃發(fā)展的階段，無(wú)論是在研發(fā)過(guò)程還是臨床應用中都面臨著(zhù)巨大的挑戰。

       脫靶**：由于難以避免遞送過(guò)程中的脫靶，**小分子會(huì )被提前釋放到血液循環(huán)中，造成中毒風(fēng)險。

       圖16. 部分靶點(diǎn)的脫靶**

       蛋白質(zhì)聚集：ADC研發(fā)過(guò)程中的主要障礙。反復凍融、溫度濃度pH值變化都可能會(huì )造成ADC結構改變引發(fā)蛋白質(zhì)聚集，從而影響免疫原性和產(chǎn)物損失。

       耐藥性：ADC藥物的耐藥性與靶抗原下調、細胞周期、信號通路、基因突變等有關(guān)。

       圖17. ADC藥物的耐藥性機制，來(lái)源：Biomedicines. 2021 Aug; 9(8): 872.

       臨床不良反應：在A(yíng)DC藥物的臨床試驗中，出現了各種不良反應，與其靶標性質(zhì)、連接頭選擇、**載體數量等多種因素相關(guān)

       圖18. ADC藥物的臨床不良反應，來(lái)源：《抗體藥物偶聯(lián)物治療惡性腫瘤臨床應用專(zhuān)家共識（2020 版）》

       05

       ADC技術(shù)的市場(chǎng)和前景

       1 市場(chǎng)

       1、如今ADC藥物的研發(fā)處于一個(gè)井噴式的狀態(tài)，相關(guān)專(zhuān)利數、研發(fā)項目數和臨床藥物實(shí)驗數等都呈現上升趨勢。

       圖19. 1987-2018年全球ADC藥物專(zhuān)利申請情況，來(lái)源：中信建投證券

       2、其未來(lái)市場(chǎng)預期也呈現一個(gè)高發(fā)展勢態(tài)。根據數據模型估算，全球ADC藥物市場(chǎng)規模巨大，總銷(xiāo)售額到2026年將超164億美元。

       圖20. 2019-2026年全球ADC藥物銷(xiāo)售市場(chǎng)預期，來(lái)源：Nature Reviews Drug Discovery

       2 研發(fā)前景

       1、靶點(diǎn)多樣化

       目前ADC研發(fā)出現了靶點(diǎn)選擇的高重復現象，多數藥物都集中在幾個(gè)熱門(mén)靶點(diǎn)上，尤其是HER2靶點(diǎn)在研藥物遠超其它。但實(shí)際上全球處于研發(fā)狀態(tài)的有二百多個(gè)靶點(diǎn)，選擇十分多樣化，靶點(diǎn)潛力有待進(jìn)一步挖掘。

       圖21. 全球在研及上市ADC藥物重點(diǎn)布局靶點(diǎn)，來(lái)源：中信建投證券

       2、適應癥再選擇

       就適應癥而言，ADC藥物在疾病研究領(lǐng)域高度集中，基本面向實(shí)體腫瘤。但是，相關(guān)研究顯示ADC藥物非癌適應癥潛力不小，在自身免疫疾病、細菌感染類(lèi)疾病、肝纖維化、病毒感染等方面都有所藥力發(fā)現，這為其研發(fā)開(kāi)拓了新的方向。

       關(guān)于筆者

       尋藥真理團

       他們是南京大學(xué)新藥研發(fā)策略課程的學(xué)生，本文為該課程中11組的呂靜雯、馬杉池、談曦、王彥4位同學(xué)共同完成。

       他們朝氣蓬勃、他們斗志昂揚，他們腳踏實(shí)地學(xué)習新藥研發(fā)知識，他們堅信吾愛(ài)吾師吾更愛(ài)真理。

       他們是新一代醫藥行業(yè)接班人，他們是新藥研發(fā)領(lǐng)域的未來(lái)之光！

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       [12]https://zhuanlan.zhihu.com/p/69903303

       [13]https://zhuanlan.zhihu.com/p/266669469

       [14]https://zhuanlan.zhihu.com/p/371400304

       [15]https://broadpharm.com/web/products.php?category1=adc-linkers