01

       起源：兩類療法，優(yōu)點整合

       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藥物的化學療法，在多年研究后，兩種療法都已經具有成熟的治療體系。

       化療有阿霉素等通過直接破壞DNA或嵌入DNA而干擾轉錄的抗腫瘤抗生素、氮芥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、過繼細胞療法、溶瘤病毒、癌癥**以及免疫調節(jié)劑五大類療法，其中還出現(xiàn)了CAR-T等充滿潛力的療法。

       但兩類主流療法都有其特性決定的缺陷……

       圖1. 癌癥的免疫療法

       在化學療法治療體系中，小分子化學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差別攻擊，負面作用嚴重，對肝 臟、腎 臟、神經、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踐中時，治療性抗體雖然靶向性強，但是由于其分子量較大，對于實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，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，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）是通過一個化學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?shù)侥繕思毎小?/p>

       02

       發(fā)展歷史：三個階段，三代藥物

       圖3. ADC的三個發(fā)展階段，來源：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“魔術子 彈”的概念?；诖?，1958年首 款抗體-細胞毒偶聯(lián)藥物問世，將抗體與甲氨蝶呤偶聯(lián)用于治療白血病，但并未成功。1970年代雜交瘤技術的出現(xiàn)使ADC研發(fā)步入正軌，ADC藥物首次進入動物實驗。

       2 摸索階段（1980-2000）

       在第一代ADC藥物中，絲裂霉素C、長春花生物堿等抗腫瘤藥物主要通過不可裂解的連接物（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題。繼80年代末Greg Winter開創(chuàng)人源化單克隆抗體技術，2000年Mylotarg成為首 款獲批的ADC藥物，但Ⅲ期研究發(fā)現(xiàn)其無更顯著的臨床優(yōu)勢，且具有嚴重的肝**，2010年主動撤出市場；在輝瑞調整過給藥方案后，2017年被FDA重新批準上市。

       圖4. 第一代ADC藥物的特點，來源：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ADC技術的升級迭代。

       但偶聯(lián)方式仍與第一代類似，linker的穩(wěn)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(shù)第二代 ADC顯示出較窄的治療窗口，難以滿足患者的需求。

       圖5. 第二代ADC藥物的特點，來源：財通證券研究所

       研究永無止境，很快第三代ADC藥物進入人們的視野。其利用小分子藥物與單克隆抗體的位點特異性結合，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(wěn)定性和藥代動力學大大提高，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，來源：Nature，平安證券研究所

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

       03

       技術原理：五大核心，精準作用

       簡單來說，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先通過靜脈注射進入血液循環(huán)，抗體識別并結合細胞表面的特異性抗原。接著，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，并且進入溶酶體進行降解，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，來源：Antibody–drug conjugates as novel anti-cancerchemotherapeutics

       2 五大核心技術

       因此，從作用機制來看，靶點的選擇、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藥物設計的五個核心因素。

       1）靶點的選擇

       靶點是決定ADC適應癥重要因素之一，是ADC設計的基礎。成為靶點需要滿足以下條件，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，進入細胞內部充分發(fā)揮功能的保障。

       圖8. ADC靶點，來源：湘財證券

       2）抗體改造

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

       圖9. IgG1抗體，來源：Seattle Genetics

       IgG1支架為何能夠脫穎而出？

       通過表格數(shù)據(jù)對比，可以看出，IgG1具有相對強的抗體依賴性細胞**（ADCC）和補體依賴性細胞**（CDC）和易于生產等特點。且半衰期較長，是ADC藥物的理想選擇。

       圖10. IgG四個亞型比較，來源：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(wěn)定性，且能在到達適當位置時，釋放出效應因子。linker分為可切割的和不可切割的類型：

       可切割的linker：

       該linker主要利用了血液系統(tǒng)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主要的亞類：酸依賴性斷鍵、氧化還原依賴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(wěn)定，且有證據(jù)表明，該linker有效載荷的釋放主要發(fā)生在ADC內化后的溶酶體中，具有較低的系統(tǒng)**。

       4）**小分子的選擇

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

       圖11. **小分子，來源：湘財證券

       5）偶聯(lián)方式

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

       a. 引入反應性半胱氨酸

       通過基因工程在抗體的特定點插入半胱氨酸殘基，然后將半胱氨酸上的羥基和毒素偶聯(lián)，形成位點專一的抗體偶聯(lián)藥物。

       圖12. 引入反應性半胱氨酸，來源：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，形成位點專一的ADC。

       圖13. 引入非天然氨基酸，來源：生物制品圈ADC藥物研究報告

       c. 酶催化法

       通過在抗體序列中插入可以被一些專門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行連接。

       圖14. 酶催化法，來源：生物制品圈ADC藥物研究報告

       d. 二硫鍵還原法

       通過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，來源：生物制品圈ADC藥物研究報告

       04

       研究現(xiàn)狀：五大優(yōu)勢，多面挑戰(zhàn)

       1 技術優(yōu)勢

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

       1）強勁治療效力：

       旁觀者效應發(fā)揮良好殺傷力，多個靶點展現(xiàn)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，不易產生抗藥性。

       4）作用循環(huán)時間長：

       在血清中效用時間延長。

       5）毒副作用低：

       對非靶點細胞**小，安全治療窗高。

       2 面臨挑戰(zhàn)

       ADC藥物整體還處于一個蓬勃發(fā)展的階段，無論是在研發(fā)過程還是臨床應用中都面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

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

       圖16. 部分靶點的脫靶**

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

       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。

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

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

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

       05

       ADC技術的市場和前景

       1 市場

       1、如今ADC藥物的研發(fā)處于一個井噴式的狀態(tài)，相關專利數(shù)、研發(fā)項目數(shù)和臨床藥物實驗數(shù)等都呈現(xiàn)上升趨勢。

       圖19. 1987-2018年全球ADC藥物專利申請情況，來源：中信建投證券

       2、其未來市場預期也呈現(xiàn)一個高發(fā)展勢態(tài)。根據(jù)數(shù)據(jù)模型估算，全球ADC藥物市場規(guī)模巨大，總銷售額到2026年將超164億美元。

       圖20. 2019-2026年全球ADC藥物銷售市場預期，來源：Nature Reviews Drug Discovery

       2 研發(fā)前景

       1、靶點多樣化

       目前ADC研發(fā)出現(xiàn)了靶點選擇的高重復現(xiàn)象，多數(shù)藥物都集中在幾個熱門靶點上，尤其是HER2靶點在研藥物遠超其它。但實際上全球處于研發(fā)狀態(tài)的有二百多個靶點，選擇十分多樣化，靶點潛力有待進一步挖掘。

       圖21. 全球在研及上市ADC藥物重點布局靶點，來源：中信建投證券

       2、適應癥再選擇

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

       關于筆者

       尋藥真理團

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

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

       他們是新一代醫(yī)藥行業(yè)接班人，他們是新藥研發(fā)領域的未來之光！

       參考文獻：

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       [10]財通證券.醫(yī)藥生物之抗體偶聯(lián)藥物ADC專題報告

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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