抗體-藥物偶聯(lián)物 (ADC)是一種由單克隆抗體、連接子和毒素三部分構(gòu)成的藥物。它結(jié)合了抗體藥和化藥的作用優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了對癌細(xì)胞的精準(zhǔn)高效殺滅，已成為抗癌藥物研發(fā)的熱點(diǎn)之一。其中，毒素是決定ADC藥物殺傷力大小的關(guān)鍵。常見的ADC毒素包括微管蛋白抑制劑和DNA損傷劑，其中微管蛋白抑制劑占目前已上市ADC藥物的一半以上。本文匯總了目前在研或已應(yīng)用的ADC毒素及其作用機(jī)制。
1、ADC毒素特點(diǎn)
ADC毒素，又稱ADC有效負(fù)載或 ADC payload，是ADC藥物的重要組成部分。如Figure 1所示，ADC藥物一般進(jìn)入血液循環(huán)并與腫瘤細(xì)胞表面的靶抗原結(jié)合后，就會(huì)形成ADC-抗原復(fù)合物；然后ADC-抗原復(fù)合物會(huì)內(nèi)化至胞內(nèi)；經(jīng)溶酶體降解后的復(fù)合物會(huì)釋放出有效負(fù)載并誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡?？梢哉f，有效負(fù)載的活性和理化性質(zhì)會(huì)直接影響ADC藥物的抗腫瘤功效。
Figure 1. ADC 的一般作用機(jī)制 [1]
理想中的ADC毒素應(yīng)該具有這幾個(gè)特性：高細(xì)胞毒性、低免疫原性、高穩(wěn)定性、可修飾但不會(huì)顯著影響其效力的功能團(tuán)或位點(diǎn)、旁觀者效應(yīng)、適當(dāng)?shù)乃苄院桶袠?biāo)應(yīng)位于胞內(nèi)。其中，高細(xì)胞毒性、低免疫原性、穩(wěn)定性以及可修飾的官能團(tuán)是ADC有效負(fù)載選擇時(shí)必須考慮的重要因素。基于此，我們總結(jié)了以下幾類ADC毒素。
2、微管蛋白抑制劑
微管蛋白抑制劑是目前ADC藥物開發(fā)中應(yīng)用最廣的一類“彈頭”，占據(jù)了已上市ADC藥物的半壁江山，15款A(yù)DC上市藥中有8款的payload是微管蛋白抑制劑。微管蛋白抑制劑通過與微管蛋白結(jié)合，干擾微管的動(dòng)態(tài)組合，使細(xì)胞停滯在細(xì)胞周期的G2/M期，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。根據(jù)其不同作用機(jī)制，微管蛋白抑制劑又可進(jìn)一步分為微管蛋白聚合增強(qiáng)劑和微管蛋白聚合抑制劑。
2.1 微管蛋白聚合增強(qiáng)劑
微管蛋白聚合增強(qiáng)劑指的是以奧瑞他?。╝uristatin）化合物MMAE和MMAF為代表的細(xì)胞毒素。通常作用于α、β微管蛋白二聚體的β亞基，使微管的生長不受調(diào)節(jié)。目前臨床上的應(yīng)用以Brentuximab vedotin、波拉妥珠單抗維多汀和貝蘭他馬福多汀等為代表。更多關(guān)于MMAE/MMAF>>
2.2 微管蛋白聚合抑制劑
微管蛋白聚合抑制劑指的是一類以美登素化合物DM1和DM4為代表的細(xì)胞毒素。通常通過抑制成熟微管的形成來阻斷微管蛋白二聚體的聚合。美登素最早是1972年從美洲的美登木中分離得到一種十九元大環(huán)內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)。雖然美登素在亞納摩爾濃度水平下可對大多數(shù)癌細(xì)胞系產(chǎn)生明顯的抗增殖效果，但因缺乏對癌細(xì)胞的選擇性，在早期臨床試驗(yàn)中使患者產(chǎn)生嚴(yán)重的副作用，沒能得到實(shí)際的臨床應(yīng)用。
直至 20世紀(jì)80年代初ADC的概念出現(xiàn)后，一些藥物化學(xué)研究人員對美登素進(jìn)行了人工改造，陸續(xù)合成出了美登素的衍生物。其中DM1，DM4是目前臨床應(yīng)用中最常用的兩類美登素衍生物。二者均是美登素C-3位被改造的硫代衍生物，區(qū)別在于與巰基連接的基團(tuán)，DM1為 -CH2-CH2-S-，DM4則是-CH2-CH2-C(CH3)2-S-。二者目前的臨床用藥分別以Kadcyla和Elahere為代表。
除了美登素，艾日布林（Eribulin）也是這樣一類微管蛋白聚合抑制劑。Eribulin是從海綿中分離的軟海綿素B的合成類似物，主要是通過基于微管蛋白的抗有絲分裂機(jī)制發(fā)揮作用，導(dǎo)致G2/M細(xì)胞周期阻滯，有絲分裂紡錘體破裂，并最終導(dǎo)致有絲分裂長期受阻后凋亡細(xì)胞死亡。?恒瑞公布的Her2 ADC以及英諾湖（Innolake）公布的B7H3 ADC是目前市面上唯二以艾日布林為payload的ADC。
3、DNA抑制劑
與微管蛋白抑制劑相比，DNA抑制劑可以通過雙鏈斷裂、烷基化、嵌合、交聯(lián)等破壞DNA，作用于整個(gè)細(xì)胞周期，產(chǎn)生細(xì)胞毒作用，對實(shí)體瘤有良好的治療效果 [2]。常見的DNA抑制劑包括拓?fù)洚悩?gòu)酶I抑制劑、卡奇霉素類和安曲霉素類。
3.1 拓?fù)洚悩?gòu)酶I抑制劑
拓?fù)洚悩?gòu)酶I抑制劑是通過作用于DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶?來抑制DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞死亡。拓?fù)洚悩?gòu)酶I抑制劑以喜樹堿為代表，喜樹堿以共價(jià)鍵的形式與DNA形成一個(gè)可裂解的復(fù)合物，從而產(chǎn)生一個(gè)單鏈缺口，另一條未受損的單鏈從缺口中回轉(zhuǎn)，使超螺旋的DNA松弛，以利于復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，當(dāng)解旋完成后拓?fù)洚悩?gòu)酶I脫離并促使DNA鏈復(fù)原。
Figure 2. 拓?fù)洚悩?gòu)酶I抑制劑作用機(jī)制 [1]
DXd，DX-8951衍生物，是一種新型的、高膜透性拓?fù)洚悩?gòu)酶I抑制劑，通過作用于拓?fù)洚悩?gòu)酶I抑制染色體DNA在復(fù)制過程中需要的空間結(jié)構(gòu)變化，從而阻斷DNA復(fù)制過程，造成細(xì)胞死亡。DXd抗腫瘤活性強(qiáng)，高出SN-38近10倍；在血液中的半衰期較短，有利于減少毒副作用的產(chǎn)生；此外，DXd具有強(qiáng)大的細(xì)胞膜滲透能力，產(chǎn)生旁觀者效應(yīng)，可殺滅臨近的腫瘤細(xì)胞，且半衰期縮短。在目前上市的ADC藥物中，阿斯利康/*三共的DS-8201即選擇Dxd為有效載荷。
SN-38，又稱為7-ethyl-10-hydroxycamptothecin，是一種半合成喜樹堿。SN-38是伊立替康代謝產(chǎn)物，也是其主要的抗腫瘤成分，抑制活性比伊立替康強(qiáng)2到3個(gè)數(shù)量級。但由于其高度疏水和毒性問題，使其只能以前藥的形式給藥。SN-38 C-20位的羥基具有降低內(nèi)酯環(huán)體內(nèi)降解速率的作用，同時(shí)還可以與連接子相連用于ADC的開發(fā)。在目前上市的ADC藥物中，由Immunomedics研發(fā)的Sacituzumab govitecan即采用SN38。
Exatecan，又稱為依喜替康、依沙替康、DX-8951，是一種DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶 I抑制劑，通過干擾癌細(xì)胞DNA復(fù)制過程抑制腫瘤生長具有抗癌活性，常用于結(jié)直腸癌、肺癌、乳腺癌的治療研究。
3.2 卡奇霉素類
卡奇霉素（calicheamicins，CLM）是從稀有放線菌中分離出的烯二炔類抗腫瘤抗生素，是一類最具細(xì)胞毒性的天然產(chǎn)物之一。卡奇霉素主要通過與細(xì)胞DNA特異序列的小溝結(jié)合，誘導(dǎo)細(xì)胞DNA斷裂，進(jìn)而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞凋亡。但卡奇霉素同時(shí)也會(huì)對正常細(xì)胞DNA造成損傷，基于此，卡奇霉素的臨床應(yīng)用受到限制。盡管如此，卡奇霉素的高細(xì)胞毒性、分子量小和明確的作用機(jī)制還是使其成為有吸引力的ADC有效負(fù)載。
當(dāng)前已上市的ADC藥物中，Gemtuzumab Ozogamicin（商品名Mylotarg）和Inotuzumab Ozogamicin（商品名Besponsa）使用的毒素均為N-乙酰-γ1I卡奇霉素。N-乙酰-γ1I卡奇霉素，卡奇霉素γ1I的衍生物，是在卡奇霉素γ1I的乙氨基糖結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了乙酰化，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)與酰胺型或腙鍵型連接子連接，將其三硫鍵結(jié)構(gòu)改造成二硫鍵。其它從發(fā)酵液中分離出來的類似物（α2I，α3I，β1I，β1Br，γ1Br，δ1I）相比，卡奇霉素γ1I細(xì)胞毒性最強(qiáng)。
3.3 安曲霉素類
安曲霉素是Leimgruber 等人在19 世紀(jì) 60 年代從鏈霉菌屬Streptomyces refuineus 中分離出的一種抗腫瘤抗生素，屬于吡咯苯二氮卓（Pyrrolobenzodiazepine，PBD）家族。PBD化合物由芳香族A環(huán)、1-4-二氮雜-5-1B環(huán)和吡咯烷C環(huán)組成。其作用方式是在DNA的小凹槽中進(jìn)行選擇性烷基化，DNA小溝鳥嘌呤C-2位氨基與二氮雜?環(huán)內(nèi)N-10/C-11位親電性亞胺基團(tuán)形成共價(jià)鍵，固定DNA的螺旋結(jié)構(gòu)，阻斷細(xì)胞分裂過程，使細(xì)胞周期停滯在G2/M期并導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。
當(dāng)前已上市的ADC藥物中，ADC Therapeutics開發(fā)的loncastuximab tesirine-lpyl（Zynlonta）是一種靶向CD19的ADC藥物，由人源化IgG1κ mAb與SG3199偶聯(lián)組成。其中，SG3199是一種細(xì)胞毒性PBD二聚體烷化劑，是 PBD通過C-8位彼此相連所組成的PBD二聚體形式。與單個(gè)PBD相比，PBD二聚體與DNA的作用面積更大，可與鳥嘌呤形成兩個(gè)共價(jià)鍵將DNA固定的更加牢固。這也使其擁有更強(qiáng)的細(xì)胞毒性，對多種腫瘤細(xì)胞的有效抑制濃度可達(dá)皮摩爾級別。
4、其他ADC毒素
假單胞菌外毒素（Pseudomonas exotoxin，PE）是革蘭氏陰性細(xì)菌銅綠假單胞菌中毒性和免疫原性最強(qiáng)的毒力因子。整個(gè)毒素由638個(gè)氨基酸組成，其活性形式為613個(gè)氨基酸，該形式具有核糖基化活性，可以使延伸因子-2（EF2）失活，從而抑制導(dǎo)致細(xì)胞死亡的宿主細(xì)胞的蛋白質(zhì)合成。當(dāng)前已上市的ADC藥物中，由阿斯利康開發(fā)的Lumoxiti，一款靶向CD22的ADC產(chǎn)品，有效載荷為PE38。PE38是具有較小免疫原性的PE的截短形式。但遺憾的是，阿斯利康已于2023年7月將Lumoxiti撤市，原因尚未公布。
IRDye700DX是Rakute Medical在ADC藥物Akalux開發(fā)中采用的有效載荷，是一種光活化化學(xué)物質(zhì)，也是全球首個(gè)光免疫療法。在藥物和癌細(xì)胞結(jié)合后，再對患者進(jìn)行近紅外激光照射，通過用690 nm的近紅外光激發(fā)結(jié)合抗體的光活化化學(xué)物質(zhì)IRDye700DX（IR700）來破壞癌細(xì)胞。
5、締碼生物payload抗體助力ADC藥物研發(fā)
締碼生物致力于推動(dòng)ADC研究，并為研究人員提供所需的工具和技術(shù)服務(wù)，以便于更好的定義精準(zhǔn)醫(yī)療。目前，締碼已開發(fā)出多個(gè)payload抗體，包括Anti-MMAE抗體、Anti-DM1抗體、Anti-Dxd抗體和anti-SN38抗體。這些抗體在眾多藥物測試中展現(xiàn)了顯著功效，在推進(jìn)ADC開發(fā)方面擁有巨大潛力。對于其他payload，締碼也在加緊安排相應(yīng)抗體，如果您有什么開發(fā)建議，歡迎給我們留言。
| Payload靶點(diǎn) | 產(chǎn)品名稱 | 貨號 |
| MMAE | Anti-MMAE antibody(11C8); Rabbit mAb | DME101007 |
| Anti-MMAE antibody(11B2); Rabbit mAb | DME101006 | |
| Anti-MMAE antibody(8B4); Rabbit mAb | DME101003 | |
| Anti-MMAE antibody(8C4); Rabbit mAb | DME101004 | |
| Anti-MMAE antibody(9C4); Rabbit mAb | DME101005 | |
| Dxd | Anti-Dxd antibody(1A12); Rabbit mAb | DME101026 |
| Anti-Dxd antibody(1A1); Rabbit mAb | DME101024 | |
| Anti-Dxd antibody(1A5); Rabbit mAb | DME101025 | |
| Anti-Dxd antibody(1E6); Rabbit mAb | DME101027 | |
| SN38 | Anti-SN38 antibody(1G1); Rabbit mAb | DME101020 |
參考文獻(xiàn)：
[1] Wang Z, Li H, Gou L, Li W, Wang Y. Antibody-drug conjugates: Recent advances in payloads. Acta Pharm Sin B. 2023 Oct;13(10):4025-4059.
[2]Amani J., Gorjizadeh N., Younesi S., Najafi M., Ashrafi A.M., Irian S., et al. Cyclin-dependent kinase inhibitors (CDKIs) and the DNA damage response: the link between signaling pathways and cancer. DNA Repair. 2021;102.
