抗体偶联药物( antibody-drug conjugate，ADC) 是将单克隆抗体药物的高特异性和小分子细胞毒药物的高活性相结合，用以提高肿瘤药物的靶向性、减少毒副作用。和传统的完全或部分人源化抗体或抗体片段相比，ADC因为能在肿瘤组织内释放高活性的细胞毒素从而理论上疗效更高。和融合蛋白相比，它具有更高的耐受性或较低的副作用。ADC药物对靶点的准确识别性及非癌细胞不受影响性，极大地提高了药效并减少了毒副作用，备受医药研发领域人员的关注。

ADC结构

由于ADC药物结构较为复杂，且不同ADC药物设计之间存在较大的差异。即使同一靶点的不同药物，由于识别位点、连接位点、连接子及所连接小分子的不同，其毒性的差异显而易见。因此，评价ADC 药物毒性之前，先要了解该ADC药物的设计。

现在的ADC通常由一个完全人源化的单克隆抗体(mAb)、一个细胞毒药物、一个合适的连接体和肿瘤细胞上特异性表达的抗原组成。该结构主要保持药物的细胞毒性、靶向性和ADC在体循环中的稳定性。正确的选择组合是成功研制ADC的关键^[1]。

图1、ADC药物结构示意图^[2]

基本原理

ADCs药物的靶向性来自其中抗体部分（antibody），毒性大部分来自小分子化药毒物部分（payload），抗体部分也可以自带毒性（ADCC与CDC）。抗体部分与毒素部分通过连接物（linker）互相连接。抗体部分与肿瘤细胞表面的靶向抗原结合（binding）后，肿瘤细胞会将ADC内吞（endocytosis）。之后ADC药物会在溶酶体中分解（lysosomal degradation），释放出活性的化药毒物，破坏DNA或阻止肿瘤细胞分裂，起到杀死细胞的作用。理想化的连接物应该保持稳定所以不会导致靶外毒性（off-target toxicity），并且在细胞内高效释放毒物。

图2. Mechanism of antibody–drug conjugate (ADC) action. (A) An ideal antigen target for ADC therapy is accessible via the circulation. (B) Following antigen binding, (C) the antigen-ADC complex is rapidly internalised into (D) endosomal vesicles and is processed along the (E) endosomallysosomal pathway. (F) In this acidic and proteolytic rich environment, degradation occurs, (G)resulting in the intracellular release of cytotoxic compound.^[3]

主要靶点

靶细胞表面抗原通常会涉及到细胞的正常生长或增殖过程，一般是细胞表面蛋白、糖蛋白或多肽等。理想的抗原靶标应在靶细胞表面大量特异性的表达，而在正常组织或细胞表面表达有限或不表达，同时应具有一定的内吞速率以及有合适的内吞转运途径。目前在开发的ADCs几乎全部覆盖已确证的靶点，靶点的确定也基本决定了ADCs药物的适应指征。

表1、 目前主要在研靶点及针对癌症种类^[4]

ADC药物的抗体选择

单克隆抗体(mAb)治疗可以说是血液病以及实体恶性肿瘤患者最成功的治疗策略之一^[5]。ADC以抗体为基础的治疗方法通过改变抗原或受体功能、信号传导、诱导补体依赖细胞毒性(CDC)或抗体依赖细胞毒性(ADCC)等多种机制发挥治疗作用^[6]。虽然有超过20种单克隆抗体被批准用于癌症患者的治疗，但是在ADC药物的研发中仍需要进一步的提高其有效性并降低其毒性^[7]。

目前，ADC药物采用人源化单抗，对可结晶片段（Fc）进行修饰，以降低ADCC和CDC等。首先抗体分子作为生物大分子，存在一般生物大分子的毒性风险，如免疫原性和免疫毒性，以及单抗可能的ADCC作用、CDC作用、肾基底膜免疫复合物沉积等。其次，在ADC药物中，抗体分子最重要的作用是靶向作用，即将小分子化合物定向投递到抗原抗体结合位点。如果抗体选择性较差或正常组织存在该抗原，则会造成细胞毒药物投递到正常细胞中，造成靶向毒性。因此在ADC的研发中正确的选择抗体尤为重要。

图3、ADC抗体^[8]

ADC的发展史

抗体药物的研发技术一直在不断更新换代，ADC的研究可以追溯到1980年，但是直到2000年，首个抗体偶联药物才被FDA批准用于治疗急性粒细胞白血病，但由于致死性的毒性的产生，于2010年撤市。随着原有技术的改进，研究人员开发了新型抗体偶联药物，并于2011年被FDA批准用于治疗霍奇金淋巴瘤和系统性间变性大细胞淋巴瘤。2013年抗体偶联药物再次取得突破，Genentech/ImmunoGen联合开发的Ado-trastuzumabemtansine被FDA批准用于HER2阳性乳腺癌，这是首个针对实体瘤的抗体偶联药物。随着这两个药物的研发成功，ADC药物再次以火热的状态进入人们的研究视野。  

第一代ADC

在第一代ADC药物中，主要通过不可降解的连接子与小鼠单克隆抗体结合，药效和活性均较低。

第一代ADC药物失败的原因有很多因素，首先就是药物效力不足，血液中药物浓度低于治疗有效浓度，而靶点抗原低表达又导致药物递送量少，细胞内药物不足以杀死细胞。其次，初代ADC药物对肿瘤的靶向性不强，定位率低，而当时使用的连接子也不稳定，以致于药物毒性较大。最后，由于早期ADC中单克隆抗体是鼠源而不是人源化抗体，导致免疫反应和人抗鼠抗体（HAMAs）的产生。以上都是第一代药物失败的因素，但是研究永无止境，很快第二代ADC药物进入人们的视野。

第二代ADC

第二代ADC药物的研发中，mAb技术得到改进，单克隆抗体被仔细选择，提高了肿瘤细胞靶向性，并减少与健康细胞交叉反应。更重要的是，早期使用当时治疗癌症的小分子药物作为毒性荷载缺乏临床研究，后来发现了更有效的小分子物质。与第一代ADC相比，第二代ADC具有更好的CMC特性。从当时FDA批准的三种二代ADC药物来看（vedotin、emtansine、ozogamicin），第二代ADC药物显示出良好的临床疗效和安全性。

然而，由于脱靶毒性、存在未结合抗体以及药物抗体比（DAR）为8引起的ADC聚集或快速清除等原因，目前大多数第二代 ADC显示出较窄的治疗窗口。此外，DAR>4的ADC被证明耐受性低、体内疗效低但是血浆清除率高。至此，二代ADC药物也难以满足患者的需求。优化单克隆抗体(mAbs)、连接物和结合化学物质可以提高第三代ADC的疗效，位点特异性偶联现在被认为是ADC成功开发的关键。

第三代ADC

第三代ADC药物综合了一代二代失败的因素，利用小分子药物与单克隆抗体的位点特异性结合，产生DARs为2或4的ADC，这种ADC药物毒性降低，无未结合的单克隆抗体，稳定性和药代动力学大大提高，偶联脱落速度更低，药物活性高，低抗原水平下的细胞活性高。综上所述，第三代ADC药物攻克了导致一代二代药物失败的因素，让患者得到更好的治疗^[9]。

图3、抗体研发及制备技术史^[10]

ADC现状

尽管已经有几十年的研发历史, ADC依然有巨大的改良空间。因为靶点清楚、技术成熟、选择性好等优点，抗体药物偶联物研究在未来几年里预计继续成为抗癌领域的研究热点。据悉本月11日，美国FDA宣布加速批准基因泰克的抗体偶联药物Polivy（polatuzumab vedotin-piiq）上市，与苯达莫司汀与rituximab联合使用，治疗难治的弥漫性大B细胞淋巴瘤成人患者。FDA指出，针对这一疾病，这也是首款免疫化疗（chemoimmunotherapy）。希望这款创新药能够尽快研制成功，也期待各大药企在未来研发更多更优质的ADC药物，能够为更多患者带来新的治疗方案。

参考资料

[1].Nirnoy Dan, Saini Setua, Vivek K. Kashyap.Antibody-Drug Conjugates for Cancer Therapy:Chemistry to Clinical Implications.Pharmaceuticals. 2018, 11, 32,1-22.

[2].Siler Panowksi,Sunil Bhakta,Helga Raab.Site-specific antibody drug conjugates for cancer therapy.Landes Bioscience.2014,6:1, 34–45.

[3].Adam C. Parslow, Sagun Parakh, Fook-Thean Lee.Antibody–Drug Conjugates for Cancer Therapy.Biomedicines.2016, 4, 14,2-17.

[4].Nikolaos Diamantis，Udai Banerji.Antibody-drug conjugates—an emerging

class of cancer treatment.British Journal of Cancer.2016,7,362–367.

[5].Scott, A.M.;Wolchok, J.D.; Old, L.J. Antibody therapy of cancer. Nat. Rev. Cancer 2012, 12, 278–287. 

[6].Shuptrine, C.W.; Surana, R.; Weiner, L.M. Monoclonal antibodies for the treatment of cancer. Semin. Cancer Biol. 2012, 22, 3–13.

[7].Kubota, T.; Niwa, R.; Satoh, M.; Akinaga, S.; Shitara, K.; Hanai, N. Engineered therapeutic antibodies with improved effector functions. Cancer Sci. 2009, 100, 1566–1572.

[8].Antibody-Drug Conjugates: Possibilities and Challenges.PubMed.2019,1-3,11(1), 3-23.

[9].Meghdad Abdollahpour‐Alitappeh1.; Majid Lotfinia.; Tohid Gharibi.  Antibody–drug conjugates (ADCs) for cancer therapy:Strategies, challenges, and successes.J Cell Physiol.2018,6,1-15.

[10].Eunhee G. Kim1 and Kristine M. Kim.Strategies and Advancement in Antibody-Drug ConjugateOptimization for Targeted Cancer Therapeutics. Biomol Ther.2015, 23(6), 493-509.