靶向治療：抗癌藥物愿景

       長(zhǎng)期以來(lái)，心血管疾病是全球中年人死亡的主要原因。這種情況最近在高收入國(guó)家發(fā)生了變化，現(xiàn)在癌癥導(dǎo)致的死亡人數(shù)是心血管疾病的兩倍。2018 年，癌癥導(dǎo)致全球 960 萬(wàn)人死亡，1810 萬(wàn)新病例被診斷出來(lái)。女性最常發(fā)生的癌癥是乳腺癌，而男性最常見(jiàn)的是前列腺癌。

       在過(guò)去的 60 年里，化療仍然是癌癥治療的標(biāo)志。在這種方法中，系統(tǒng)性地使用高細(xì)胞毒 性藥物。然而，這些化療藥物也會(huì)影響高增殖率的健康細(xì)胞，如腸上皮細(xì)胞。這種外周毒 性是化療經(jīng)常發(fā)生副作用的原因。不良反應(yīng)的發(fā)生在很大程度上取決于患者和應(yīng)用的化療藥物。這不僅適用于化學(xué)治療劑，而且適用于全身給藥而不具有任何選擇性的任何治療劑分子。

       減少副作用的一種可能性是放棄全身給藥的藥物，只對(duì)受影響的組織局部應(yīng)用傷害腫瘤的治療。這種愿景催化了放療的產(chǎn)生，但即便輻射可以針對(duì)局部的癌細(xì)胞，但使用的劑量可以造成照射區(qū)域內(nèi)的所有細(xì)胞受到影響。盡管如此，放射治療仍然是一種重要的治愈性治療方式，超過(guò) 50% 的患者受益于這種治療。盡管放射療法經(jīng)常與手術(shù)和化學(xué)療法結(jié)合使用以增加抗腫瘤效果，但長(zhǎng)期癌癥幸存者發(fā)生第二次惡性腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)更高，因?yàn)榉派渚€也會(huì)損害健康組織的遺傳物質(zhì)。出于這種考慮，遞送的藥物劑量必須盡可能地低，以防止過(guò)量劑量對(duì)健康組織造成傷害。然而又必須首先滿足有效消除癌細(xì)胞的前提。這看上去有些像一個(gè)投鼠忌器的難解矛盾。

       在過(guò)去的幾十年里，人們一直心心念念著癌癥的靶向治療，并且開(kāi)發(fā)了多種方法來(lái)提高腫瘤細(xì)胞的輻射敏感性。毫無(wú)疑問(wèn)，所有這些方法都需要施用藥物，并且選擇性地尋找癌細(xì)胞。可以通過(guò)瞄準(zhǔn)癌癥的生化特征，促進(jìn)選擇性治療藥物的遞送。例如癌細(xì)胞經(jīng)常過(guò)度表達(dá)細(xì)胞表面蛋白，這些蛋白結(jié)合不同的配體，允許靶向腫瘤細(xì)胞。

       腫瘤細(xì)胞的凋亡誘導(dǎo)劑，一旦與靶向腫瘤細(xì)胞的配體分子通過(guò)合理的手段結(jié)合在一起，理論上就有可能實(shí)現(xiàn)癌癥的靶向治療。盡管這個(gè)概念似乎很簡(jiǎn)單，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)卻相當(dāng)復(fù)雜，如今仍然具有極強(qiáng)的挑戰(zhàn)性。原則上，可以實(shí)現(xiàn)選擇性給藥的所有偶聯(lián)物均由三個(gè)模塊組成（圖 1）。第一個(gè)成分是載體 (carrier)，它負(fù)責(zé)腫瘤靶向。除了適體（aptamer）之外，小分子和生物制劑（例如多肽、蛋白質(zhì)和抗體）也可以充當(dāng)載體角色。第二個(gè)成分是藥物本身 (載荷, payload)，它可以誘導(dǎo)多種生物學(xué)功能，但在癌癥治療的背景下，主要使用細(xì)胞毒 性分子或放 射性核素 (radionuclide)。第三個(gè)模塊 (手臂，linker) 鏈接前兩者。視載荷特性可使用可裂解或不可裂解的手臂，以實(shí)現(xiàn)受控藥物釋放。

       圖1. 受體靶向藥物偶聯(lián)物的結(jié)構(gòu)示意圖。藥物偶聯(lián)物由三個(gè)模塊組成：有效載荷、手臂和載體 （圖片來(lái)源：Frontiers in Chemistry）。

       載體

       載體，也稱(chēng)為腫瘤歸巢劑（tumor-homing agent），這個(gè)名稱(chēng)形象地比喻了將載荷引入腫瘤細(xì)胞的化合物。小分子、適體和多糖都可以充當(dāng)這種引路者的角色。單克隆抗體 (mAb) 已發(fā)展成為增長(zhǎng)最快的藥物類(lèi)別，在過(guò)去幾年中有 30 多種 mAb 獲得批準(zhǔn)，100 多種 mAb 處于臨床開(kāi)發(fā)階段。很多抗體藥物偶聯(lián)物 (ADC) 也已獲得FDA和EMA 的監(jiān)管批準(zhǔn)。它們都與細(xì)胞表面受體如 CD22、CD30、CD33 或人類(lèi)表皮生長(zhǎng)因子受體 2 (HER2) 結(jié)合，這些受體與 ADC 一起內(nèi)化。在溶酶體中ADC 降解后，附著的細(xì)胞毒 性有效載荷被釋放并產(chǎn)生藥效。盡管這些偶聯(lián)物上市并證明了這種方法的可行性，但抗體存在嚴(yán)重的局限性。大多數(shù) mAb它們體量太大而無(wú)法有效擴(kuò)散到腫瘤細(xì)胞之中。除此之外，單克隆抗體可能產(chǎn)生免疫原性。此外，mAb 成本非常高昂。

       大多數(shù)單克隆抗體這些缺點(diǎn)可以通過(guò)使用更小的多肽等生物分子彌補(bǔ)。事實(shí)上，多肽作為多肽-藥物偶聯(lián)物 (PDC) 的載體分子具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。合成方式簡(jiǎn)明直接且有很高的擴(kuò)大能力。多肽的化學(xué)修飾可以提高它的親和力。此外，多肽可被蛋白水解酶快速降解，并通過(guò)肝 臟和腎 臟從血液循環(huán)中快速清除。多肽通常被認(rèn)為是安全的，因?yàn)樗鼈兙哂械兔庖咴圆a(chǎn)生無(wú)毒代謝物。此外，相對(duì)于抗體來(lái)說(shuō)，低分子量的多肽可以實(shí)現(xiàn)對(duì)組織的有效滲透，從而產(chǎn)生更好的抗腫瘤效果。

       PDC 中使用的肽可分為兩類(lèi)：細(xì)胞穿透肽 (cell-penetrating peptides，CPPs) 和細(xì)胞靶向肽 (cell-targeting peptides，CTPs)。CPPs 跨細(xì)胞膜的攝取機(jī)制尚未完全清楚。由于細(xì)胞特異性低，CPPs 的廣泛應(yīng)用受到限制。相比之下，CTP 是更為理想的載體分子，它們具有與 mAb 相同的能力。它們以高親和力結(jié)合腫瘤細(xì)胞表面過(guò)度表達(dá)的受體，但卻不受單克隆抗體缺點(diǎn)的不利影響。

       腫瘤治療中的多肽受體靶標(biāo)

       開(kāi)發(fā)高效抗癌藥物過(guò)程中面臨的重大挑戰(zhàn)之一，在于如何選擇性地將藥物輸送到腫瘤部位，而不影響健康組織。細(xì)胞表面受體在靶向癌癥治療方法中備受關(guān)注，因?yàn)樗鼈兲峁┝嗽试S選擇性腫瘤靶向的所需特性（表 1）。

       表1. 常見(jiàn)腫瘤細(xì)胞靶向受體

       手臂

       很多手臂技術(shù)被嘗試應(yīng)用于PDC，具體選擇取決于PDC的 作用機(jī)制。手臂必須在循環(huán)中表現(xiàn)出穩(wěn)定性，以防止藥物過(guò)早地以及非特異性釋放。載荷提前釋放是 PDC 關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)，因?yàn)樘崆搬尫偶?xì)胞毒素而產(chǎn)生的體內(nèi)積累會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)，甚至產(chǎn)生致命的副作用。同樣重要的是要考慮手臂在體內(nèi)代謝過(guò)程中的命運(yùn)，以及由此產(chǎn)生的產(chǎn)物的毒 性。

       與 ADC 一樣，用于 PDC 的手臂分為可切割的或不可切割的?？汕懈钍直鄣慕到饪梢允敲附閷?dǎo)或者化學(xué)介導(dǎo)的。而不可切割的手臂不會(huì)被環(huán)境刺激降解，例如 pH 值、谷胱甘肽 (GSH) 或腫瘤微環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的酶的變化?？闪呀馐直郯ㄋ崃呀?、二硫鍵可還原裂解。

       圖2顯示了PDC常用的手臂裂解方式，包括腙的酸解（產(chǎn)生醛/酮與肼，安全性上似乎要打一個(gè)大大的問(wèn)號(hào)）、二硫鍵還原為硫醇、偶氮還原為胺、酯的酶解（酯酶作用產(chǎn)生羧酸與醇）、氨基甲酸酯酶解（CYP450與酯酶）為異氰酸酯和醇，前者會(huì)水解為胺與二氧化碳、酰胺酶解（蛋白酶）為羧酸與胺。

       圖2. PDC的手臂結(jié)構(gòu)與裂解方式。（圖片來(lái)源：Frontiers in Chemistry）

       藥物載荷

       研發(fā)人員開(kāi)發(fā)了一系列細(xì)胞毒 性藥物，希望在治療癌癥的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)它們的療效。但令人壯志難酬的是，這些細(xì)胞毒 性藥物大多都不具備靶向腫瘤細(xì)胞的選擇性，對(duì)健康細(xì)胞造成傷害并導(dǎo)致嚴(yán)重的副作用，因而藥代學(xué)特性難以令人滿意。靶向治療提供了一種重新利用藥物（drug repurposing）的方法。多肽載體的浮出水面也讓研究者看見(jiàn)了靶向治療的曙光。當(dāng)細(xì)胞毒素以恰好的方式結(jié)合多肽載體時(shí)，因?yàn)樗木珳?zhǔn)遞送，可以顯著降低細(xì)胞毒素的劑量。選擇的細(xì)胞毒 性有效載荷通常具有低 IC50，通常在納摩爾范圍內(nèi)。 PDC 中使用的有效載荷示例包括阿霉素(Doxorubicin，亦稱(chēng)多柔比星)、紫杉醇（taxol）、柔紅霉素（Daunorubicin，亦稱(chēng)道諾霉素）、吉西他濱（Gemcitabine） 和 美登素（mertansine，亦稱(chēng)美登新）4（圖 3）。

       圖3. 幾種PDC中使用的細(xì)胞毒素分子結(jié)構(gòu)。（圖片來(lái)源：Chem. Soc. Rev.）

       細(xì)胞毒 性有效載荷也可以包括放 射性核素，比如FDA 批準(zhǔn)的 177Lu-dotatate （圖 4）。177Lu-dotatate 用于治療胃腸胰神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤（GEP-NETs），是第一個(gè) FDA批準(zhǔn)的 PDC。在這個(gè)PDC中扮演歸巢肽角色的多肽是生長(zhǎng)抑素（somatostain），它通過(guò)酰胺與DOTA（1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid，1,4,7,10-四氮雜環(huán)十二烷-1,4,7,10-四乙酸）手臂鏈接，另一端, DOTA手臂與細(xì)胞毒 性放射治療劑 177Lu 偶聯(lián)。177Lu-dotatate IV 給藥，每 8 周一次，通常共4個(gè)周期治療。

       圖4：PDC藥物177Lu-dotatate化學(xué)結(jié)構(gòu)與組成部分示意圖（圖片來(lái)源：Chem. Soc. Rev.）

       PDC 不僅限于用作治療劑，而是廣泛用作顯像劑，例如FDA 批準(zhǔn)含有放 射性核素的 PDC：111In-DTPA-Octreotide (OctreoscanTM), 它用于治療神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤。然而研究表明，OctreoscanTM對(duì)腫瘤消退的影響比較有限，因此，它退而求其次地主要用于了診斷目的。相比之下，177Lu-dotatate具有更大的治療潛力。

       放 射性核素可以通過(guò)各種掃描技術(shù)，以精確定位的方式對(duì)腫瘤進(jìn)行成像。5 歸巢多肽結(jié)合物的使用可以實(shí)現(xiàn)選擇性地結(jié)合受體而幾乎不產(chǎn)生異位靶向。為了將顯像劑嵌合到多肽分子中，研究人員經(jīng)常經(jīng)常使用雙功能螯合劑，其中DOTA 和DTPA （二亞乙基三胺五乙酸）最受青睞（圖5）。

       PDC 顯然是一種多功能策略，不僅可用于運(yùn)輸載荷藥物，也可以遞送顯像劑以識(shí)別腫瘤位置或確定腫瘤進(jìn)展。

       圖5. 雙螯合劑DOTA與DPTA化學(xué)結(jié)構(gòu)。

       總結(jié)

       盡管目前FDA只批準(zhǔn)了兩款PDC藥物（不包括診斷試劑）：177Lu-dotatate (lutathera®) 和melflufen flufenamide （Pepaxto®）(后者已被從美國(guó)市場(chǎng)撤回)。 但有很多PDC目前處于臨床或前臨床階段。

       根據(jù) InsightAce Analytic 的最新研究，預(yù)計(jì) 2022-2030 年期間，全球肽-藥物偶聯(lián)物 (PDC) 市場(chǎng)的復(fù)合年增長(zhǎng)率將達(dá)到 13.7%。按地區(qū)劃分，北美以最大的份額主導(dǎo)著全球肽-藥物偶聯(lián)物 (PDC) 市場(chǎng)。PDC藥物腫瘤穿透性強(qiáng)，生產(chǎn)成本低，免疫原性低。與其他偶聯(lián)藥物相比，PDC藥物具有更廣泛的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和臨床價(jià)值。隨著相關(guān)技術(shù)問(wèn)題的解決和配套技術(shù)的突破，PDC藥物也將成為未來(lái)十年的研發(fā)和投資熱點(diǎn)。更多創(chuàng)新生物制藥公司將加入這場(chǎng)競(jìng)賽，使PDC藥物的快速發(fā)展，造福更多的患者。

       [1] Vhora, I. et al. Receptor-targeted drug delivery: current perspective and challenges. Ther.

       Deliv. 2014, 5, 1007–1024.

       [2] Carrasco-Triguero, M. et al. Immunogenicity assays for antibody-drug conjugates: case study with adotrastuzumab emtansine. Bioanalysis. 2013, 5, 1007–1023.

       [3] Vhora, I. et al. Receptor-targeted drug delivery: current perspective and challenges. Ther.

       Deliv. 2014, 5, 1007–1024.

       [4] E. I. et al. G. Mez+o and A. G. Tzakos, On the design principles of peptide–drug conjugates for targeted drug delivery to the malignant tumor site. Beilstein J. Org. Chem. 2018, 14, 930–954.

       [5]Hoppenz, et al., Peptide-Drug Conjugates and Their Targets in Advanced Cancer Therapies. Front. Chem. 2020, 8, 571.

       [6] Olivier, T. Et al. The approval and withdrawal of melphalan flufenamide (melflufen): Implications for the state of the FDA. Translational Oncology. 2022, 18, 101374.