一文讀懂：抗體偶聯藥物（ADC）

全球ADC藥物研發和投資熱度不斷升級。因其良好的靶向性和明顯的臨床療效，ADC已經成為抗體藥物研發的前沿。隨著技術的進步，ADC不僅在結構上已突破經典的抗體+連接子+小分子毒素模式，核素偶聯藥物、多肽偶聯藥物、雙環肽偶聯、抗體-siRNA偶聯物、多靶點ADC等新型XDC藥物風起泉湧；且從腫瘤治療領域擴疆拓土到自身免疫疾病等其他創新領域。

ADC藥物結構複雜多樣化，體內作用及代謝過程複雜性，這些為CMC研究、臨床前研究等帶來多重挑戰。不同的腫瘤微環境不同，靶蛋白不同，對於ADC藥物來說選用何種抗體、有效載荷、連接子、連接方式等都需要進行特異性考慮。泛偶聯時代，每一款偶聯藥物，都應該結合自身特點找準定位，形成差異化競爭策略，走創新化的研發之路，滿足未被滿足的臨床需求。

01 ADC藥物簡介

抗體藥物偶聯物 (ADC) 是一種將高選擇性的抗體  (Antibody) 和強細胞毒性的有效載荷 (Payload) 通過連接子 (Linker) 偶聯而獲得的藥物。ADC經典有效載荷通常是有效的抗有絲分裂細胞毒素或DNA烷化劑或具有其他細胞殺傷機製的試劑。ADC結合了單抗對腫瘤細胞的靶向性以及細胞毒性藥物的強大腫瘤殺傷力，且克服了單抗的細胞毒性弱和細胞毒性藥物係統毒性大的問題，具有1+1>2的治療優勢。

ADC藥物結構^[1]

目前，許多ADC藥物已顯示出治療難治性腫瘤的活性，從而獲得了眾多不同適應症的批準。然而，它們的更廣泛應用受到各種挑戰的限製，包括毒性、預測性生物標誌物等等。ADC的功效取決於抗體特異性、連接子特異性和有效載荷特異性等多種因素，每種因素都影響著ADC與腫瘤各組分及腫瘤微環境 (TME) 之間複雜的相互作用。

02 ADC藥物發展史

鑒於有效載荷、連接子和偶聯方法的改進，ADC的開發在過去十幾年中取得了顯著進展。特別是連接子的設計對調節ADC在體循環中的穩定性和腫瘤中的有效載荷釋放效率方麵起著關鍵作用，從而影響ADC的藥代動力學 (PK)、藥效和毒性等特征。

03 ADC技術變革迭代

第一代ADC藥物

以靶向CD33的吉妥珠單抗 (Mylotarg™) 為代表，使用鼠源或嵌合人源化抗體，連接子不穩定，小分子毒素毒性低且是隨機偶聯，因而有效性不高，不足以殺死腫瘤細胞；毒素在血漿中提前釋放而導致嚴重的毒性反應，所以毒副作用較大。

第二代ADC藥物

以靶向CD30的維布妥昔單抗 (Adcetris®) 和靶向HER2 的恩美曲妥珠單抗 (Trastuzumab emtansine；T-DM1) 為代表，使用人鼠嵌合抗體、人源化單抗，采用毒性更高的細胞毒素和更穩定的連接子，抗體的靶向性更好；但藥物/抗體比率 (DAR) 不均一，降低了療效；且隨機偶聯造成的脫靶毒性仍繼續存在。

第三代ADC藥物

以靶向HER2的德曲妥珠單抗 (Trastuzumab deruxtecan；DS-8201) 為代表，使用完全人源化的抗體、高毒性小分子毒素及定點偶聯技術，將不可裂解連接子升級為可裂解連接子，藥物抗體比高達8，具有更好療效，但毒副作用仍存在。在多個臨床試驗中發現了DS-8201有引發間質性肺炎的概率，因此被FDA黑框警告。2019年，DS8201獲得FDA批準用於HER2陽性乳腺癌的後線治療。第三代ADC藥物 DS-8201給腫瘤治療領域，尤其是靶向HER2低表達/HER2突變的腫瘤治療帶來了革命性的突破。

Trastuzumab deruxtecan (DS-8201) 結構^[2]

第四代ADC藥物

要解決前麵3代ADC的耐藥問題，就需要新的ADC藥物具備更大的治療窗。比如從抗體、有效載荷、連接子、偶聯技術等多方麵進行優化。具備更多新技術加持的第四代ADC，再結合適當的轉化醫學研究勢必會為腫瘤研究帶來更多的突破。

04 ADC角逐賽

目前全球共有15款ADC藥物獲批上市，用於治療血液惡性腫瘤和實體瘤。此外，超過400種ADC藥物正處於不同的研發階段。

靶點布局

較為熱門的靶點包括：CD22、HER2、EGFR、Trop-2、BCMA、Nectin-4等。

適應症布局

以腫瘤為主，其次是自身免疫性疾病、細菌感染、濕性年齡相關性黃斑變性等。腫瘤主要為乳腺癌、肺癌、胃癌等。

研發進度

目前絕大多數的研發項目均處於早期階段。主要集中在臨床前期和臨床Ⅰ期。

05 ADC作用機製及藥物設計要素

ADC的作用機製複雜，通常需要藥物內化，然後進行細胞內處理和有效載荷釋放。

ADC作用的典型模型假設如下：抗體與目標抗原的結合，隨後內化，經內體運輸進入溶酶體，在溶酶體中ADC的連接子或抗體部分降解並釋放出有效載荷，有效載荷則進一步發揮作用產生細胞毒性進而殺死腫瘤細胞。但實際情況更為複雜，並且ADC之間存在明顯差異。

ADC藥物作用機製 ^[1]

靶抗原（Target Antigen）

靶抗原的選擇是ADC藥物設計的關鍵一環。需滿足：
1. 特異性，腫瘤細胞高表達、正常細胞低表達或不表達；
2. 靶抗原需為腫瘤細胞表麵抗原；
3. 高效誘導內在化過程等。

理論上ADC藥物可在腫瘤細胞外釋放毒素，不經過細胞內在化，通過“旁觀者效應”對腫瘤細胞造成殺傷。但實際上目前大部分ADC藥物療效的實現均是以內在化後的藥物釋放為基礎。因此，ADC藥物中的抗體和腫瘤細胞表麵抗原結合後，ADC-抗原複合物需能有效誘導內在化過程，進入腫瘤細胞內，並通過適當的細胞內轉運和降解過程，實現小分子藥物的有效釋放。

通過細胞免疫熒光Confocal檢測ADC內在化

抗體（Antibody）

基於抗體的藥物出現，使得腫瘤、自身免疫性疾病、心血管疾病、良性血液病和骨骼疾病等多種疾病的治療取得了實質性進展。抗體片段和雙特異性抗體為創新療法提供了很有潛力的治療前景。抗體需要滿足高特異性、強靶點結合能力、低免疫原性、低交叉反應活性，以達到腫瘤細胞對ADC藥物更高效的攝入和ADC藥物在血清中更長的半衰期。

免疫球蛋白G (IgG) 是ADC中使用的主要抗體骨架。所以，臨床和臨床前研究的ADC藥物通常選擇IgG作為靶向目的抗原的抗體。IgGs可分為四個亞型：IgG1、IgG2、IgG3和IgG4 。其中，IgG1由於能夠較好地平衡長血液半衰期和強免疫激活的關係，並且有著較高的自然豐度，是被研究和采用最多的ADC抗體。IgG4由於較低的免疫激活效應也經常被采用在一些對免疫原性反應要求較高的ADC藥物設計中。

不同IgG對比^[3]

有效載荷（Payload）

早期的ADC藥物設計旨在攜帶具有已知抗腫瘤活性的傳統化療藥物，例如甲氨蝶呤、多柔比星或長春花生物堿。然而，這些ADC並不比它們的小分子細胞毒性藥物更有效，有時需要極高的活性劑量，這反而增加了毒性。

數據表明，隻有很小一部分腫瘤靶向的抗體的給藥劑量到達腫瘤組織，這意味著需要具有更大細胞毒性的有效載荷才能實現治療效果。對攜帶高效化療藥物（如澳瑞他汀類、卡奇黴素類、美登素類和喜樹堿類似物）的ADC進行實驗，這些高效化療藥物在亞納摩爾濃度下可能具有細胞毒性。

澳瑞他汀包括單甲基澳瑞他汀 E (MMAE) 和單甲基澳瑞他汀 F (MMAF)，是微管去穩定劑。卡奇黴素，如奧佐米星，是一種DNA結合化合物，可導致雙鏈DNA斷裂。美登素類化合物，例如DM1，來源於美登素，並與微管蛋白結合，從而破壞微管動態不穩定性。喜樹堿類似物，包括依喜替康衍生物DXd和伊立替康代謝物SN-38，可抑製拓撲異構酶 I (TOPO1)，導致DNA斷裂。

選擇小分子藥物時，首先要求小分子藥物IC50值低至納摩爾級別乃至皮摩爾級別。除需要較低的IC50值以外，通常還需要小分子藥物包括以下幾點：
1. 在與抗體偶聯後不易引起ADC藥物發生聚集，以保證在體內擁有較長的循環時間；
2. 本身以及形成後的ADC藥物需具有較低的免疫原性；
3. 在水溶液（血液）中足夠穩定且具有合適的反應位點通過連接子與抗體偶聯，偶聯後仍然能夠保證其生物活性；
4. 可以通過相對具有經濟效益的過程合成。

ADC藥物的有效載荷^[3]

連接子（Linker）

自ADC開發早期以來，連接子技術取得了長足的進步。理想的連接子應在血液循環中十分穩定，以避免小分子毒素提前釋放損傷正常的組織或細胞。同時，在腫瘤細胞內需能快速且有效地釋放有效載荷。

連接子的設計具有雙重目的：

1. 確保當藥物在血漿中循環時，細胞毒性有效載荷仍然牢固地附著在抗體部分上。在血漿中不穩定的連接子可能會過早釋放有效載荷，導致過度的全身毒性和腫瘤部位抗原接合時有效載荷的傳遞減少。考慮到許多ADC攜帶具有毒性特征的高效細胞毒性有效載荷，這使得它們不適合全身給藥，因此這個問題尤其重要。

2. 確保有效載荷在腫瘤內有效釋放，尤其是在癌細胞內。不能正確傳遞其有效載荷的ADC則失去了相對於裸抗和傳統細胞毒性藥物的獨特優勢。

連接子主要有兩種類型：可裂解型 (cleavable) 和不可裂解型 (non-cleavable)。
連接子需要考慮穩定性和釋放效率的平衡。不可裂解連接子更具穩定性優勢，可裂解連接子釋放效率更高。可裂解型的連接子又可以分為：酸可裂解的、可還原的和蛋白酶可裂解的。
不可裂解連接子的實例包括：硫醚連接子（如在T-DM1中使用）和基於馬來酰亞胺的連接子（如在 Belantamab mafodotin 中使用）。在實際使用中，可裂解連接子在循環中表現出不同程度的穩定性，並且會隨著時間在血漿中降解。相比之下，不可裂解的連接子在血漿中往往更穩定，但依賴於整個抗體-連接子構建體的溶酶體降解來釋放其有效載荷，通常導致有效載荷上帶電氨基酸的保留，這可能會影響其作用或細胞通透性。

ADC藥物的連接子^[3]

偶聯技術 

偶聯技術通過連接子將抗體和有效載荷連接到一起，涉及化學反應、抗體修飾與改造等相關技術。

ADC藥物所采用的偶聯技術與其最終的藥物抗體比率（Drug to Antibody Ratio；DAR）密切相關，而DAR的數值及其分布會顯著影響ADC藥物性質。

DAR是連接到每個mAb的有效載荷部分的平均數量，可通過HPLC-MS等測試方法獲得。DAR對藥物藥理學和活性有影響，DAR值對ADC藥物研發後期階段是必不可少的。ADC藥物在體內循環過程中被腫瘤細胞攝入數量有限，因此通常較高的DAR有利於提高效力。然而ADC藥物中采用的小分子藥物有著較強的疏水性，DAR值過高時會引起ADC藥物聚集，導致在體內循環半衰期減少以及毒副作用提高，這就導致過高的DAR不可取，臨床前和臨床用ADC一般DAR值在2-8範圍。

為獲得更高DAR以及均一性的ADC藥物，可通過基因工程對抗體進行改造使抗體具有數量固定並且高效的反應位點用於偶聯小分子藥物。

藥物抗體比 (DAR) ^[4]

06 ADC工藝開發和解決策略

ADC生產製備流程複雜，整體工藝與質控體係研發能力非常關鍵。ADC藥物生產製造流程包括抗體生產、細胞毒藥物/連接子生產、ADC原料藥和製劑生產三大模塊，均須進行工藝開發與驗證，還須對所用工程細胞、起始原料及試劑製定合理的質量控製要求。

偶聯生產用中間體的質量控製較為靈活，考驗整體工藝與質控體係研發能力。由於抗體和細胞毒素有著不同的生物物理化學性質，例如分子大小以及疏水性等差異，ADC藥物生產麵臨著巨大的挑戰。工藝表征研究對後續工藝性能確認批次具有非常重要的導意義。

07 ADC藥物CMC研究

ADC藥物的CMC研究主要包括4部分：1. 抗體；2. 載荷-連接子中間體；3. ADC原料藥；4. 製劑部分。

同時，還需要引入一些特殊的質量控製指標。如藥物與抗體的比率，載荷與抗體的連接位點以及ADC藥物中的藥物負載分布等。此外，ADC中遊離的載荷和抗體需要進行量化控製，載荷連接抗體後對抗體和靶點結合效力的影響以及ADC在人體血漿中的穩定性也需要進行研究。

08 ADC藥物臨床前研究

當下階段，ADC對臨床腫瘤的治療格局已經產生了深遠影響，在追趕研發浪潮的同時，也需審慎關注研發技術難關。由於ADC的複雜性和多樣性，以及生物樣本中釋放的細胞毒藥物含量較低等原因，對藥代動力學 (PK) 和藥效學 (PD) 表征提出了獨特的挑戰。此外，在安全性評價中生物分析方法的選擇和檢測的準確性也是考量要素。

總結

近年來，ADC藥物領域發展很快，越來越多ADC藥物獲批激發了醫藥人對ADC的研發熱情。無論是欣欣向榮的Biotech們還是根深葉茂的Biopharma們，都需要找到自己在該賽道的最佳位置，關注自身優勢，差異化發展核心競爭力，推動更多更高效更低副作用的ADC藥物獲批上市。

隨著抗體的發展、連接子不斷的優化、高活性有效的發掘和偶聯技術的不斷完善，高效低毒的ADC藥物將會不斷湧現。如果能夠更好地理解和利用ADC與腫瘤相互作用的微妙之處，則ADC技術的真正潛力會更好地發揮和更廣泛地應用，最終可能對腫瘤患者的治療產生變革性影響。

參考資料：

[1] Kyoji Tsuchikama, et al. Antibody-drug conjugates: recent advances in conjugation and linker chemistries. Protein Cell. 2018Jan;9(1):33-46.
[2] Ibrahim Azar, et al. Spotlight on Trastuzumab Deruxtecan (DS-8201, T-DXd) for HER2 Mutation Positive Non-Small Cell Lung Cancer. Lung Cancer (Auckl). 2021 Oct 7; 12:103-114. doi: 10.2147/LCTT.S307324. 
[3] Joshua Z Drago, et al. Unlocking the potential of antibody-drug conjugates for cancer therapy. Nat Rev Clin Oncol. 2021 Jun;18(6):327-344.
[4] Dan Lu, et al. Semi-mechanistic Multiple-Analyte Pharmacokinetic Model for an Antibody-Drug-Conjugate in Cynomolgus Monkeys. Pharm Res. 2015Jun;32(6):1907-19.