Volasertib

01 引言 癌症是全球发病率和死亡率的主要原因，尽管在发现新的癌症治疗方法方面取得了进展，但细胞毒性化疗药物仍然是癌症患者大多数治疗方案中不可或缺的组成部分。然而，传统的化疗药物以其严重的副作用而闻名，并且耐药性的出现对有效的癌症治疗构成了巨大障碍。对于开发具有高特异性、低副作用和低耐药风险的新型抗肿瘤药物，存在着未满足的需求。20世纪末，随着抗簇分化抗原20（CD20）和抗人表皮生长因子受体2（HER2）等单克隆抗体的出现，靶向治疗变得可行。然而，大多数单克隆抗体不表现出抗肿瘤活性，它们对肿瘤细胞的细胞毒性弱于传统的化疗药物。因此，仅依靠单克隆抗体治疗癌症通常无法达到理想的效果。 抗体-药物偶联物（ADCs） 是一种生物制药，旨在将肿瘤靶向性和细胞毒性整合到单个分子中。一个典型的ADC分子由一个通过连接子共价连接到细胞毒性药物上的单克隆抗体（mAb） 组成。mAb组件提供了特异的肿瘤靶向能力，而细胞毒性药物则提供了强大的肿瘤杀伤效果。吉妥珠单抗奥佐米星（GO） 是2000年获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准用于治疗急性髓系白血病（AML）的第一个ADC。截至2024年6月，全球主要药品监管机构已临床批准了总计15种ADCs，用于治疗实体瘤和血液肿瘤。目前有超过100项不同阶段的临床试验正在进行，以研究新开发的ADCs。虽然ADCs在癌症患者中获得了前所未有的临床反应，但对ADC的耐药性正在严重阻碍其临床疗效。为了促进这类新型抗肿瘤药物的临床应用，需要全面理解导致ADC耐药的机制。本综述总结了新型ADC的发现和导致ADC耐药的机制方面的最新进展，此外还讨论了克服ADC耐药性的新方法和预测ADC治疗反应的生物标志物。 02 ADC的设计与构建 典型的ADC结构，由单克隆抗体、连接子和有效载荷（细胞毒性药物）组成，如图1所示。每个组分的变化及其连接方式预计会影响所得ADC的疗效和不良反应。 图1 ADC的结构特征。 2.1. 抗体 最早的ADC使用鼠源mAb，它们引起了严重的免疫原性反应。另一方面，近年来设计的大多数ADC利用全人源化或人源化抗体来实现肿瘤靶向。IgG1免疫球蛋白作为最常用的ADC抗体亚型，易于制备，在血清中含量丰富，与Fc受体具有高亲和力，并且具有很强的诱导抗体依赖性细胞介导的细胞毒性（ADCC）、补体依赖性细胞毒性（CDC）和抗体依赖性吞噬作用（ADCP） 的能力。 识别在癌细胞表面特异性表达但在正常细胞表面完全不表达的抗原的抗体代表了构建ADC的理想框架。然而，大多数ADC靶点（例如HER2和TROP2）在正常细胞表面也有一定程度的表达。已有临床试验因该靶点的非特异性毒性而停止，为了进一步增强ADC的肿瘤特异性，已经开发出能够识别具有结构变化的肿瘤特异性抗原变异的抗体，例如截短抗体、切割抗体和翻译后修饰抗体。 2.2. 连接子 根据有效载荷的释放机制，连接子可分为可裂解连接子和不可裂解连接子。可裂解连接子设计有内置的化学触发器来裂解连接子，它们利用肿瘤细胞和体循环之间的不同特征来精确释放细胞毒性药物。相比之下，不可裂解连接子通常设计为使用氨基酸官能团连接到有效载荷，进入细胞特别是溶酶体后，基于氨基酸的连接通过蛋白水解反应被裂解，释放带有氨基酸侧基的有效载荷。连接子的化学性质影响ADCs的稳定性和有效载荷的释放，这也是决定ADCs毒性的主要因素。一个理想的连接子预期在血液循环中是稳定的，抗癌药物有效载荷不应在血液中过早释放，以避免对健康组织造成非特异性毒性。当ADCs到达肿瘤表面并被转运到溶酶体时，连接子应快速解离以释放有效载荷并发挥抗肿瘤作用。连接子的另一个重要特性是亲水性，研究表明，含有过多疏水基团的连接子倾向于促进ADC分子的聚集并引起严重的肝毒性。 2.3. 有效载荷 有效载荷，也称为细胞毒性分子，是ADC产生抗肿瘤作用的最终效应组件。理想的有效载荷应具有高细胞毒性，能够在亚纳摩尔浓度下杀死肿瘤细胞。此外，其分子量应相对较小以最小化免疫原性。此外，有效载荷还应具有稳定性和溶解性。它还应该包含一个官能团，以便于连接到抗体片段。目前，大多数ADC中使用的细胞毒性有效载荷包括微管抑制剂、DNA相互作用抑制剂和拓扑异构酶I抑制剂。 2.4. 药物-抗体比（DAR） 评估ADC的一个重要参数是DAR，它代表连接到一个单克隆抗体上的细胞毒性分子的数量。低DAR通常表明抗肿瘤活性低。另一方面，具有较高DAR的ADCs通常更有效，但由于循环中积累增加、清除率降低以及过早释放的风险，它们可能引起更严重的毒性。因此，对于一个有效且安全的ADC来说，实现最佳的DAR值是可取的。在大多数当代ADC设计中，DAR值维持在2-8之间。 03 ADCs在体内的作用机制 已知ADCs在体内通过多种途径协同发挥抗肿瘤作用，将ADCs静脉内注射到体内后，它们通过血液循环到达表达靶抗原的癌细胞。之后，ADCs被内化到细胞中以发挥其直接的细胞毒性作用。同时，一些ADCs还可以通过改变肿瘤微环境来启动旁分泌机制，产生旁观者效应。此外，ADCs的mAb组件本身也可能具有抗肿瘤活性（图2）。 ADCs通常通过静脉注射给药，静脉给药导致ADC快速分布到全身。ADC抗体部分在血液循环中的长半衰期使其能够到达肿瘤表位，其中抗体与肿瘤细胞表面高表达的靶抗原结合。通常，靶肿瘤细胞应在细胞表面具有中等水平的抗原表达。ADC-抗原复合物通过抗原依赖性内吞作用或抗原非依赖性胞饮作用被内化，网格蛋白依赖性内吞作用是ADC内化的最重要途径。网格蛋白可以包裹ADC-抗原复合物，形成直径为 100−150nm的囊泡。这些囊泡通过GTPase被转运到肿瘤细胞中，在细胞内，含有可裂解连接子的ADCs被特定的pH环境、蛋白酶或某些化学物质裂解。相比之下，携带不可裂解连接体的ADCs会被内化到早期内体中，进一步成熟为晚期内体，并最终与溶酶体融合。细胞毒性负载通过溶酶体释放，靶向DNA或微管，或使拓扑异构酶或RNA聚合酶失活，最终导致细胞凋亡或死亡。 图2 ADCs的作用机制。 ADCs进入体内后，抗体靶向癌细胞的表面抗原，发生内吞作用以释放有效载荷。同时，ADCs也可以产生ADCC和旁观者效应。 除了ADC有效载荷的细胞毒性作用外，mAbs还可以发挥其固有的抗肿瘤活性。ADC进入体内后，部分ADC抗体的Fab片段可以结合肿瘤细胞的抗原表位，而Fc片段可以结合杀伤细胞表面的FcR，从而直接介导杀伤作用，即ADCC，单克隆抗体还可以诱导CDC和ADCP。用于HER2+转移性乳腺癌的阿多-曲妥珠单抗恩特辛（T-DM1） 具有与曲妥珠单抗相似的机制，即抑制HER2信号通路并触发ADCC和CDC。 当ADC释放的有效载荷具有可渗透性或跨膜性时，可以诱导旁观者效应，从而增强ADC的疗效。旁观者效应是指细胞毒性有效载荷从一个细胞逃逸或释放到细胞外，并杀死邻近的细胞，包括不表达抗原的肿瘤细胞。FDA批准用于HER2+转移性乳腺癌患者的法姆-曲妥珠单抗德鲁替康（DS-8201） 和用于三阴性乳腺癌的赛妥珠单抗戈维替康（IMMU-132） 均能诱导旁观者效应。此外，研究表明，诱导旁观者效应的ADCs也可能改变肿瘤微环境，进一步增强ADCs的杀伤效果。目前处于临床研究后期的大多数ADCs都具有可裂解连接子和非极性有效载荷，这将诱导更强大的旁观者效应。 04 不同世代的ADCs 当ADCs在1980年代首次开发时，鼠源mAb通过不稳定的连接与常规化疗药物连接。由于其高免疫原性、不稳定性、疗效差和不良反应发生率高，当时开发的ADCs未能上市。直到2000年，GO成为FDA临床批准的第一个ADC，它成为第一代ADC的原型。 ·第一代ADC的特点是将有效载荷随机偶联到mAb的各个区域，以及具有不同DAR比例的异质混合物。它们表现出半衰期短、清除率高和免疫原性高。DAR的不一致性影响ADCs的药代动力学和药效学参数，从而导致次优的治疗窗口。 ·第二代ADC通过使用人源化IgG1 mAbs和更有效的细胞毒性药物设计而成，具有改善的水溶性和偶联效率。通过优化连接子的化学特性，提高了ADC的稳定性。通过应用可裂解或不可裂解连接子，实现了更均匀的DAR分布。第二代ADC的代表成员是Brentuximab vedotin（BV） 和T-DM1。然而，第二代ADC仍然不能令人满意，原因是耐受性低、血浆清除率高（对于高DAR者）和脱靶毒性。这些缺点通过第三代ADC的开发得到了进一步改善。 ·自2018年Moxetumomab pasudotox获批以来，第三代ADC拉开了序幕。它们采用全人源化抗体或抗原结合片段代替嵌合抗体，使用了更有效或新型的细胞毒性有效载荷，例如免疫调节剂。使用了具有更多亲水基团的连接子。第三代ADC的DAR通常为2-4，具有良好的毒性特征、显著改善的稳定性和药代动力学特性，以及在低水平抗原表达下体外有效的抗癌作用。第三代ADC的代表例子是DS-8201和Polatuzumab vedotin。 经过数十年的研究，截至2024年6月，15种ADCs已获得临床批准，近100种ADCs正处于不同的临床研究阶段。临床批准的ADCs总结于表1，大约一半获批的ADCs被用于实体瘤，其余被用于血液系统恶性肿瘤。表2总结了目前处于不同临床研究阶段的ADCs。ADCs的发展历程和每一代ADC的特征如图3所示。 图3 不同世代ADCs的发展及其特征。 a. 主要监管机构批准ADCs的临床开发和时间线（截至2024年6月）。 b. 三代ADCs的特征。 ADC，抗体-药物偶联物；DAR，药物-抗体比；MMAE，单甲基奥瑞他汀E；MMAF，单甲基奥瑞他汀F；DM1，美登素衍生物1；DXd，醋酸衍生物；PBD，吡咯并苯二氮䓬二聚体。 05 ADC耐药的机制 虽然ADCs表现出比经典化疗药物更优越的特异性和抗肿瘤效力，但大多数最初对治疗有反应的癌症患者不可避免地会产生耐药性。导致ADC耐药的机制是多因素的，它们包括抗原-抗体结合的改变、药物转运受损、溶酶体功能障碍、药物外排增加、有效载荷的改变、癌细胞存活增强以及肿瘤微环境的变化（图4）。 图4 ADC耐药的机制。 在ADC结合靶点并进入循环的过程中，每个组分和运输环境的变化可能导致ADC耐药。 5.1. 抗原-抗体介导的药物耐药 抗原-抗体结合是ADC发挥其作用的第一步，抗原表达降低、抗原丢失或突变、抗原-抗体结合位点受损以及肿瘤异质性是ADC耐药的常见原因。 5.1.1. 靶抗原低表达/丢失 已知联合靶向治疗会降低肿瘤细胞靶抗原的表达并诱导肿瘤细胞耐受，例如，据报道，在接受多线抗HER2治疗后，HER2+乳腺癌患者的肿瘤HER2蛋白表达降低。T-DM1是一种临床批准的靶向HER2的ADC，重要的是，虽然高HER2水平与高T-DM1疗效正相关，但在T-DM1耐药的细胞系中发现了HER2表达降低或结合受损。HER2表达降低会损害T-DM1的结合和内化，从而限制有效载荷的细胞内释放和细胞毒性。同样，在霍奇金淋巴瘤中，恶性Reed-Sternberg细胞高表达细胞表面标志物簇分化抗原30（CD30）。BV是一种旨在将强效抗癌药物（单甲基奥瑞他汀E，MMAE）递送至CD30阳性细胞的ADC。临床前研究表明，对BV耐药的Karpas-R细胞系表达的CD30水平显著低于敏感对应物。 5.1.2. 外周靶抗原对ADC的消耗 外周血中靶抗原的存在可能通过消耗ADC来限制其渗透到肿瘤部位。在白血病患者中，骨髓中AML原始细胞上GO与簇分化抗原33（CD33）的最大结合水平显示出随着外周血中高CD33抗原负荷的出现而降低。因此，外周血中AML原始细胞（CD33过表达细胞）较多的患者对GO治疗的疗效降低。另一方面，在B细胞淋巴瘤细胞分泌的外泌体中检测到了CD20。这些细胞外CD20分子可以结合并消耗抗CD20 mAb，从而消除CD20靶向治疗的疗效。在HER2过表达的肿瘤细胞系SKBR3和BT474中观察到了类似的结果。其外泌体中包裹的高水平HER2蛋白已被证明可以充当诱饵，隔离曲妥珠单抗并保护肿瘤细胞免受抗体攻击。然而，通过外泌体分泌HER2是否也会导致T-DM1耐药仍不确定。需要进一步研究以确定肿瘤是否可以通过外泌体释放特定抗原以消耗细胞外空间中的ADC。 表1 临床批准的ADCs总结。 HER2，人表皮生长因子受体2；Trop-2，滋养层细胞表面抗原2；TF，组织因子；FRα，叶酸受体α；EGFR，表皮生长因子受体；mc-VC-PABC，马来酰亚胺基己酰基-缬氨酸-瓜氨酸-对氨基苄氧羰基；SMCC，琥珀酰亚胺基-4-(N-马来酰亚胺基甲基)环己烷-1-羧酸酯；PE38，38kD的铜绿假单胞菌外毒素A片段；MMAE，单甲基奥瑞他汀E；MMAF，单甲基奥瑞他汀F；PBD，吡咯并苯二氮䓬二聚体；DM1，美登素衍生物1；DXd，依沙替康衍生物；SN38，伊立替康的活性代谢物；AML，急性髓系白血病；ALL，急性淋巴细胞白血病；HCL，毛细胞白血病；HL，霍奇金淋巴瘤；DLBCL，弥漫性大B细胞淋巴瘤；MM，多发性骨髓瘤；BC，乳腺癌；GC，胃癌；TNBC，三阴性乳腺癌；UC，尿路上皮癌；CC，宫颈癌；OC，卵巢癌；HNSCC，头颈部鳞状细胞癌。 表2 目前处于不同临床试验阶段的ADCs。 5.1.3. mAb的结合位点受损 ADCs中中抗体与肿瘤表面靶受体的结合对其抗肿瘤活性至关重要。一致地，一个截短的HER2受体p95HER2已被证明可导致曲妥珠单抗耐药。虽然缺乏曲妥珠单靶向的胞外结构域，但截短的HER2受体仍然拥有通过分子间二硫键形成同源二聚体并从而促进乳腺癌进展的必要片段。此外，TNF-α可以增加MUC4的表达，MUC4会掩盖HER2上的曲妥珠单抗靶向表位，从而损害曲妥珠单抗的疗效。为此，TNFα阻断和MUC4沉默已被证明可以显著暴露HER2上曲妥珠单抗的表位，随后克服曲妥珠单抗和T-DM1耐药。Juntilla等报道，在T-DM1中将DM1偶联到靶向HER2的mAb上不影响mAb的结合能力和亲和力。因此，p95HER2和MUC4可能减弱ADC的疗效。然而，一些临床前模型已经证明，结合位点受损不一定是ADC耐药的原因。 5.1.4. 肿瘤异质性 肿瘤异质性是指同一肿瘤组织内单个癌细胞之间抗原表达的差异。对于依赖抗原表达进行识别和/或产生细胞毒作用的抗癌药物，抗原表达水平的任何变化都将导致耐药性，更异质性的抗原表达已被证明与更高的复发率和更低的生存率相关。在乳腺癌患者中，治疗前存在HER2异质性（定义为 5%−50%的肿瘤细胞中存在HER2扩增或HER2-FISH阴性区域）被发现可以反向预测治疗反应。有趣的是，没有一个具有异质性治疗前活检的患者达到病理学完全缓解。在接受T-DM1联合帕妥珠单抗治疗的队列中，55%的非异质性患者达到了病理学完全缓解。 5.2. 药物转运受损 ADC与肿瘤细胞表面抗原结合后，内吞作用在促进药物摄取进入肿瘤细胞以发挥细胞毒性作用中起着关键作用。因此，内化效率降低和内体运输途径受损可能会损害ADC的疗效。 5.2.1. 内化不良和再循环增加 内吞蛋白A2（Endo II） 已知在生理条件下介导多种物质的网格蛋白非依赖性内吞作用。Baldassarre等报道，Endo II沉默会阻碍HER2的内化，从而损害曲妥珠单抗和T-DM1在HCC1954和SKBR3细胞系中的细胞毒性。Endo II的下调代表了ADC耐药的一个重要机制。 内化后，表皮生长因子受体（EGFR） 复合物通过两种机制不同的途径进行再循环。快速途径涉及早期内体，EGFR被再循环到细胞表面。重要的是，在内体大约 6.0−6.5的pH环境下，ADC-受体复合物不能充分加工以释放有效载荷。第二种途径具有较慢的再循环动力学，通过多泡体边界膜的管状延伸发生。重要的是，HER2的内化和靶向内体的效率低于EGFR。 5.2.2. 内化机制的改变 哺乳动物的内吞机制可分为网格蛋白依赖性和网格蛋白非依赖性途径，其中小窝蛋白介导的内吞作用是后者的一个重要组成部分。Caveolin-1(CAV1) 是质膜脂筏中小窝的主要结构蛋白，其表达及其与小窝的结合调节货物选择和内化速率。有趣的是，内化后，ADCs在敏感癌细胞中优先定位于溶酶体，但在耐药癌细胞中与CAV1蛋白共定位。在一组HER2+乳腺癌细胞系中，T-DM1与细胞内CAV-1点的选择性共定位也被证明与对T-DM1的治疗反应降低密切相关。一些对ADCs耐药的癌细胞系被发现表达更高水平的CAV-1蛋白，但CAV-1表达水平与耐药表型并不相关。同样值得注意的是，在ADC治疗后，在敏感和耐药癌细胞系中都观察到了小窝蛋白介导的内吞作用。总之，ADC采用小窝蛋白介导的内吞途径的倾向性，而非CAV-1表达本身，是导致ADC耐药的原因。另一方面，在肺癌细胞系和患者来源的肿瘤异种移植模型中，经典的小窝蛋白介导的内吞途径将ADCs导向溶酶体，已被证明是促进ADCs（例如T-DM1）内化及随后抗肿瘤疗效的关键机制。然而，耐药癌细胞中CAV-1的高表达可能将T-DM1导向小窝体而不是溶酶体，小窝体内的中性pH环境（而非溶酶体中的酸性环境）可能会损害ADC的细胞加工以及随后释放有效载荷以发挥最终抗肿瘤作用。因此，小窝蛋白介导的内吞作用在ADC加工和药物反应中的作用仍然存在争议，需要更详细的研究来阐明其在ADC治疗反应中的确切作用。 5.3. 溶酶体功能障碍 ADC在特异性结合靶抗原后，在溶酶体中释放有效载荷。因此，溶酶体功能的改变也会影响ADC的活性。其中，溶酶体pH值升高和溶酶体隔离已被报道可导致ADC耐药。 5.3.1. 溶酶体中pH值的升高 不可裂解的ADCs高度依赖溶酶体降解来释放细胞毒性有效载荷，溶酶体中的酸性pH环境由液泡H+ ATP酶（V-ATP酶） 维持，该酶将质子从细胞质泵入溶酶体腔。在T-DM1耐药的N87-R细胞系中已报道溶酶体pH降低。鉴于溶酶体pH由V-ATP酶维持，V-ATP酶抑制剂巴弗洛霉素A1已被证明可在对T-DM1敏感的N87细胞中诱导对T-DM1的耐药，V-ATP酶活性的降低将导致T-DM1代谢降低和耐药表型的出现。有趣的是，可裂解ADC，例如赫妥珠单抗-vc-单甲基奥瑞他汀E，似乎不受这种耐药机制的影响。 此外，酸性pH可以捕获溶酶体区室中的疏水性弱碱细胞毒性药物，如多柔比星、拓扑替康和舒尼替尼，疏水性药物可以很容易地从中性细胞质中穿透溶酶体膜。然而，进入溶酶体区室后，由于酸性环境，这些弱碱性药物变成带电状态，随后导致药物积累或溶酶体隔离。用V-ATP酶抑制剂预处理可以阻止疏水性和弱碱性药物的溶酶体隔离，而溶酶体碱化可以将被捕获的药物释放到细胞质中，从而恢复药物活性。 总的来说，细胞V-ATP酶活性可以促进不可裂解ADC的加工，并阻碍其有效载荷从溶酶体释放到细胞质。为了利用这一点，可以在ADC设计中包含疏水性和弱酸性有效载荷，它们可以更容易地从微酸性溶酶体中释放并避免溶酶体隔离。此外，在具有溶酶体功能障碍的耐药癌症中，不可裂解ADC与传统化疗药物的联合仍然是有用的，因为溶酶体隔离的影响会降低。 5.3.2. 溶酶体隔离 与不可裂解ADC相比，可裂解ADC的抗肿瘤作用似乎与V-ATP酶无关。凭借其内置的可裂解连接子，可裂解ADC的有效载荷在所需的肿瘤条件下通过化学或酶促方式容易释放，有效载荷的释放可以在它们向溶酶体内化的过程中甚至在细胞外空间发生。因此，可裂解ADC在内体运输方面的耐药机制是游离有效载荷的溶酶体隔离，类似于传统的抗肿瘤药物。 Hamlett等报道，SLC46A3（一种溶酶体膜蛋白）可以识别有效载荷美登素或其他密切相关的分解代谢产物，从而促进它们从溶酶体运输到细胞质，SLC46A3被认为参与ADC释放后细胞毒性有效载荷的递送。为此，SLC46A3表达降低在多发性骨髓瘤细胞系中是对不可裂解BCMA靶向DM1和SG3376 ADC的一种耐药机制，并且在T-DM1耐药细胞系BT-474-R中也有报道。然而，SLC46A3表达不影响基于奥瑞他汀的不可裂解ADC的抗肿瘤效果。需要进一步研究以确定其他控制不可裂解ADC分解代谢产物从溶酶体释放的蛋白质。 5.4. 有效载荷相关的药物耐药 ADC本质上也是一种化疗手段。其耐药机制与有效载荷的耐药性密切相关。 5.4.1. 对有效载荷的直接耐药 目前，被选用于ADC的细胞毒性有效载荷大多是DNA嵌入剂，以及微管或拓扑异构酶I（TOP I） 的抑制剂。ADC的常见有效载荷（MMAE和DM1）是微管抑制剂，它们与微管蛋白结合并抑制微管功能。DM1与 β-微管蛋白结合，抑制微管聚合。据报道，对T-DM1耐药的细胞表现出 βII和βIII亚型的高表达以及微管蛋白的翻译后修饰，包括乙酰化和去酪氨酸化微管蛋白水平降低。 喜树碱类似物（TOP I抑制剂） 也广泛用于ADC设计，包括DS-8201和IMMU-132。与化疗耐药类似，由于TOP I是喜树碱的独特靶点，几项研究表明，在喜树碱耐药的细胞系中检测到了TOP I基因的点突变或酶催化的构象变化，TOP I与其他蛋白质的相互作用也会影响肿瘤细胞对喜树碱的敏感性。已知TOP I在细胞暴露于喜树碱后会快速从核仁移动到细胞质，这种定位变化会减少TOP I与DNA之间的相互作用，从而减少喜树碱诱导的DNA损伤和随后的药物耐药。此外，对吡咯并苯二氮䓬二聚体（PBD）-偶联ADC耐药的细胞系表现出DNA复制检查点蛋白SLFN1115 的下调，该蛋白通常与复制叉结合，并在响应S期DNA损伤时不可逆地阻滞复制，导致细胞死亡。 ADC耐药也可由有效载荷靶点的改变引起。IMMU-132是一种抗Trop-2-SN-38 ADC，旨在治疗各种上皮癌，细胞毒性有效载荷（SN-38）的分子靶点是TOP I。在对IMMU-132耐药的癌症患者中，在疾病进展后的肿瘤标本中报道了一个TOP I移码突变，这可能导致了对IMMU-132的耐药，该突变先前已被报道可诱导对TOP I抑制剂的耐药。此外，同源重组修复能力也与IMMU-132中的SN38耐药相关。 5.4.2. ABC转运蛋白的药物外排 大多数ADC的细胞毒性有效载荷是ATP结合盒（ABC）药物外排转运蛋白的底物，ABC转运蛋白从细胞质中消除细胞毒性药物已被充分认为是化疗中常见的耐药机制。因此，上调药物外排ABC转运蛋白从而减少药物积累也可能诱导对ADCs的耐药。有趣的是，可裂解ADC的抗肿瘤效果似乎受ABC转运蛋白介导的耐药性影响更显著。为此，在GO、奥英妥珠单抗奥佐米星和BV耐药细胞中，多药耐药蛋白I（MDR1） 被发现上调，并且MDR1的表达与癌症患者的预后显著相关。 ABC转运蛋白也导致对不可裂解ADC的耐药，在对T-DM1耐药的细胞系中观察到多种耐药基因上调，例如Karpas-299-R、NCI-N87-R、MDA-MB-231-R、MDA-MB-361-R和OE-19-R。然而，其他研究报告称，药物外排转运蛋白的变化并不能解释T-DM1的耐药表型，这表明带电的赖氨酸-MCC-DM1外排可能并非所有情况下的主要耐药机制。 5.5. 癌细胞存活增强 肿瘤细胞增殖模式的改变也被证明会影响ADCs的疗效。 5.5.1. 细胞周期动力学的改变 纺锤体组装检查点（SAC） 是细胞分裂中晚期过渡阶段的一个关键监测机制，它确保在纺锤体组装完成后正确分离复制的染色体，从而维持细胞功能和由此产生的子细胞的特性。通过阻碍微管组装，已知T-DM1会导致肿瘤细胞在SAC检查点发生细胞周期阻滞。在对T-DM1耐药的HER2+乳腺癌细胞系中，SAC检查点缺陷是由于有丝分裂激酶Polo样激酶1（PLK1）过表达或细胞周期蛋白B1降解所致。重要的是，使用volasertib抑制PLK1被发现可以显著增敏对T-DM1耐药的细胞，这伴随着SAC依赖性有丝分裂阻滞、caspase激活以及通过细胞周期蛋白依赖性激酶1（CDK1）依赖性磷酸化引起的DNA损伤。 PLK1通过失活SAC蛋白来协助SAC关闭，从而允许细胞分裂继续进行。先前的研究表明，PLK1过表达与癌症患者的不良预后相关，PLK1表达升高与对许多新开发的靶向药物（包括帕博西尼、舒尼替尼和伊马替尼）的耐药表型之间存在强关联。 据报道，癌细胞通过一个称为有丝分裂滑动的过程逃避SAC检查点，该过程使细胞周期蛋白B降解，而泛素化依赖性降解是有丝分裂退出所必需的。这使得癌细胞无需正确分离染色体即可提前从有丝分裂进入间期，产生多核细胞。这些细胞中有一小部分可能通过异常有丝分裂继续分裂成非整倍体，从而抵抗抗微管抗癌药物或ADCs的治疗。因此，对ADC的微管蛋白结合有效载荷的耐药可能源于细胞周期蛋白B1的丢失，这使得肿瘤细胞能够从SAC滑动。 5.5.2. 细胞存活通路的激活 Bcl-2蛋白家族通过细胞色素c释放调节线粒体死亡信号，抵抗细胞凋亡的能力被认为是癌症的一个重要标志，细胞保护蛋白的表达与肿瘤细胞中ADC敏感性降低有关。在许多非霍奇金淋巴瘤细胞系中，对抗CD79b-vcMMAE的耐药与抗凋亡蛋白Bcl-xL（Bcl-2家族成员）的过表达相关。PK11195，一种抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-xL的拮抗剂，已被证明可以增敏AML细胞系对GO的敏感性。将Bcl-2/xL抑制剂ABT-263与靶向转铁蛋白受体的免疫毒素联合使用，在小细胞肺癌细胞系中实现了协同杀伤癌细胞的效果。同样，通过联合使用Bcl-2/xL抑制剂navitoclax/ABT-263与T-DM1或靶向EGFR的ADC，也实现了显著的肿瘤消退，从而证明了Bcl-2/xL拮抗剂在增强ADC疗效和克服ADC药物耐药方面的有效性。与抗凋亡蛋白（Bcl-2/xL）的观察结果一致，促凋亡蛋白（Bax和Bak）表达降低也被报道会导致ADC耐药。 5.6. 肿瘤微环境 除了ADC本身的因素外，肿瘤细胞微环境、免疫微环境和肿瘤异质性也在药物耐药中发挥一定作用。 5.6.1. 肿瘤微环境利用RTK信号通路的冗余性 受体酪氨酸激酶（RTKs） 代表了一类细胞表面受体，用于多种配体，包括生长因子，RTKs在细胞生长、运动、分化和代谢中起着重要作用。异常RTK激活已在多种肿瘤中观察到，例如在众多乳腺癌细胞系中HER2的上调，这为靶向HER2的不可裂解ADC T-DM1提供了基础。RTK信号通路的冗余性是许多抗肿瘤药物的一种耐药机制，这一潜在机制将从两部分讨论：替代性RTKs的过表达和相关配体的多样性。 长期使用拉帕替尼或曲妥珠单抗可能导致通过上调HER3和EGFR来补偿对HER2酪氨酸激酶的抑制作用。这些受体与残余的HER2结合，激活PI3K/Akt通路，导致对HER2抑制剂的耐药，通过替代性RTKs的补偿信号可能导致ADC耐药。然而，在两项临床试验中，HER3表达并未改变T-DM1的活性。 研究人员探索了肿瘤细胞减轻靶向EGFR家族受体的抑制剂抗癌药物活性的各种策略，观察表明，肝细胞生长因子（c-Met受体的配体）和成纤维细胞生长因子可以通过放大PI3K/Akt和MAPK通路来降低靶向致癌激酶药物的疗效。类似地，神经调节蛋白-1b（NRG-1b），一种结合并激活ErbB3和ErbB4跨膜受体酪氨酸激酶的可溶性分泌生长因子，可以促进对靶向ErbB蛋白家族疗法的耐药。值得注意的是，据报道NRG-1b通过促进HER3同源二聚化或与HER2异源二聚化，从而强烈激活PI3K通路，来降低乳腺癌细胞中T-DM1的活性。帕妥珠单抗，一种HER2-HER3二聚化抑制剂，可以通过抑制Akt磷酸化在SK-BR-3-R细胞系中恢复T-DM1的毒性。因此，由RTK-配体诱导的耐药似乎是非特异性的，并且对多种抗肿瘤药物有效。此外，由肿瘤细胞自分泌或肿瘤基质旁分泌产生的成纤维细胞生长因子、肝细胞生长因子和其他RTK-配体水平升高，可能导致ADC耐药表型。然而，这些假设的普遍性面临一定的局限性，因为在随机临床试验中，与单用T-DM1相比，接受T-DM1联合帕妥珠单抗治疗的患者仅观察到轻微的反应率增加。 总之，这些发现表明，癌细胞和肿瘤微环境中RTK信号通路的广泛冗余可能在介导耐药机制中发挥关键作用。 5.6.2. 肿瘤免疫微环境 免疫抑制性肿瘤微环境可以降低ADC的活性。研究表明，CD8+ T细胞耗竭会显著损害ADC的疗效。然而，越来越多的证据表明，ADCs可以刺激抗肿瘤免疫。DS-6157a，一种抗GPR20 ADC，介导ADCC。将T-DM1与抗PD1和抗CTLA-4联合使用，通过在对免疫治疗不敏感的肿瘤模型中诱导炎症反应，增强了肿瘤根除效果。Enapotamab vedotin，一种靶向AXL的ADC，在对免疫治疗和肿瘤特异性T细胞具有原发性耐药的黑色素瘤和肺癌模型中，有效引发抗肿瘤免疫和免疫记忆。将一种携带强效蒽环类衍生物作为有效载荷的新型HER2靶向ADC（T-PNU） 与免疫检查点抑制剂联合治疗，在HER2+乳腺癌中产生了协同抗肿瘤反应。Rios-Doria等描述了适当剂量的与PBD或微管溶素偶联的ADC的治疗潜力，这些ADC在与免疫肿瘤药物（如PD-1或PD-L1抗体）联合使用时，可诱导免疫原性细胞死亡和细胞毒性T细胞的记忆样表型。这些效应已在临床反应中得到证实，值得进行更多研究。 总之，ADC的每个组分的变化以及在体内运输和释放ADC负载的过程都可能发生药物耐药。为了尽可能预防和避免这个问题，开发具有不同抗原或肿瘤异质性的双头ADC以及具有不同有效载荷的双负载ADC是非常有前景的。优化ADC连接子和连接技术也是必要的，与其他靶向药物和免疫治疗药物的联合使用也可以在一定程度上抵消ADC的耐药性。 06 克服ADC耐药的策略 ADC耐药是它们发展的主要挑战，克服ADC耐药性的策略主要包括开发新型ADC和ADC与其他药物联合使用。 6.1. 新型ADC的开发 如前所述，药物转运蛋白的上调是ADC耐药的主要原因之一。在新型ADC的开发中，可以将细胞毒性有效载荷替换为具有不良底物外排的药物或毒素。例如，DS-8201，一种使用新型DNA拓扑异构酶抑制剂的靶向HER2 ADC，克服了由ABC转运蛋白异常表达引起的HER2+胃癌中的T-DM1耐药。SGN-CD33A，一种与PBD偶联的抗CD33 ADC，在耐药AML的临床前模型中具有抗白血病活性。使用蒽环类类似物代替MMAE设计的抗CD22-NMS249，在异种移植模型中具有与CD22-vc-MMAE相同的效果，并在耐药细胞系中维持了疗效。 优化ADC有效载荷的结构以充分发挥旁观者效应是解决由肿瘤异质性引起的耐药性的重要方法。ADC诱导的旁观者效应本质上取决于有效载荷的电荷，例如，美登素类微管蛋白抑制剂DM4通过释放中性分解代谢产物发挥旁观者效应。开发新型ADC的另一个策略是修饰连接子，使其更具亲水性并减少MDR表达。在具有sulfo-SPDB和PEG (4) Mal连接子的ADCs中，它们对MDR1(+) 模型具有更高的有效性。 为了克服ADC耐药，当前ADC的开发已开始探索重组抗体的方法。双特异性抗体，靶向同一抗原不同位点的双特异性ADC，可以实现更好的溶酶体聚集和负载递送。此外，与双特异性抗体类似，具有不同机制的双有效载荷可以减少药物耐药，并且可以选择两种协同有效载荷递送到癌细胞以实现更高的疗效。此外，抗体的分子量也是设计ADC时需要考虑的重要因素。IgG的分子量约为 150kDa，IgG难以穿透肿瘤组织的毛细血管和基质，并且在治疗实体瘤时渗透缓慢。为了解决这个问题，科学家通过切除Fc段将抗体小型化，修饰后的抗体不仅保留了高特异性和亲和力，而且容易穿透血管进入实体瘤，大大增强了对实体瘤的杀伤效果。然而，这种变化会缩短ADC在体内的半衰期。因此，在设计ADC时需要综合考虑各种影响因素。 6.2. 药物联合 ADC与具有不同作用机制的化疗或靶向治疗的联合使用是解决ADC无法作用于靶抗原丢失和异质性肿瘤问题的一个方案。目前，许多ADC联合化疗和/或靶向治疗的临床试验正在进行中。T-DM1联合拉帕替尼和紫杉醇在早期和晚期 HER2+HER2+ 乳腺癌中具有显著疗效，然而，T-DM1和多西他赛的联合使用在临床实践中虽有良好疗效，但不良反应更严重。因此，在药物联合使用时也应充分考虑药物的副作用，并做好疗效和安全性之间的平衡。 ADC与免疫检查点抑制剂（ICIs） 的联合使用可以增加 CD8+ T细胞向肿瘤组织的募集，并提高免疫治疗的疗效。目前，ADC联合免疫治疗主要集中在PD-1/PD-L1和CTLA4，涉及多种机制，包括诱导免疫原性细胞死亡、增加T淋巴细胞浸润、增强免疫调节蛋白表达以及诱导树突状细胞成熟。在临床前模型中，ADC与PD-1抑制剂的联合使用比单独使用任一药物更有效。有许多ADC和ICIs联合治疗的临床试验正在进行中（NCT05547321, NCT03288545, NCT05701527, NCT04042701, NCT05629585, NCT04925284, NCT05687266, NCT05609968）。 07 ADC耐药可能的生物标志物 虽然ADCs通过将化疗药物的强效细胞毒性与靶向治疗的选择性相结合，极大地丰富了不同类型肿瘤的治疗选择。然而，目前普遍缺乏稳健的预测性生物标志物来预测ADCs的治疗反应（或药物耐药）。至今，测量组织活检中的靶抗原表达是临床上用于预测ADC耐药的方法。靶抗原的表达降低或突变预计会引发ADC耐药，c-Met表达水平已被确定为SHR-A1403（一种靶向 c-Met 的ADC）疗效的预测性生物标志物。类似地，几种蛋白质的表达已被证明是ADC耐药的独立预测因子。已知MUC4通过增强HER2的稳定性来调节HER2表达。一致地，MUC4已被报道为T-DM1敏感性的独立预测因子。在网格蛋白介导的内吞作用中，RAB5A是一种调节内吞囊泡与早期内体融合的小GTP酶，RAB5A与HER2的结合是T-DM1敏感性的重要决定因素。几项研究表明，携带RAB5A高表达肿瘤的癌症患者接受T-DM1治疗具有更好的预后。最近，Wang等提出，溶酶体中的V-ATP酶活性是预测T-DM1耐药的新标志物。SLC46A3是一种溶酶体药物外排转运蛋白，其表达水平也可以间接预测对ADCs的药物耐药 。除了Trop-2表达外，同源重组修复能力也可以反映IMMU132的敏感性 。值得注意的是，评估组织活检中的抗原表达只能揭示特定肿瘤部位的参数，该方法无法捕捉抗原表达的异质性模式。另一方面，可以随时间推移进行评估，以提供关于耐药机制演变的信息。 参考文献 Resistance to antibody-drug conjugates: A review. Acta Pharmaceutica Sinica B. 2025, 15(2):737-756. 免责声明：推文基于已公开的资料信息撰写，仅用于知识分享和传递，任何情况下本文的信息或所表述意见均不构成对任何人的建议。如因版权等存在疑问，请于本文刊发30日内联系本公众号删除，更多精彩内容欢迎关注和分享公众号。

PLK1属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族，其结构堪称自然界的精妙设计——N端催化结构域负责磷酸化底物，C端的Polo盒结构域则作为定位模块当科学家在二十年前首次将目光投向Polo样激酶1（PLK1）时，它不过是细胞周期激酶家族中又一个新成员。如今，PLK1已然成为细胞生物学领域最耀眼的明星之一——它不仅是细胞分裂的“总指挥”，更因其独特的作用机制和结构特征，成为抗肿瘤药物研发的黄金靶点。本文将为您深入解析PLK1的生物学功能、调控机制及其在生物技术行业的应用前景。激酶世界的“瑞士军刀”：PLK1的多功能性PLK1属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族，其结构堪称自然界的精妙设计——N端催化结构域负责磷酸化底物，C端的Polo盒结构域则作为定位模块，引导激酶精准到达亚细胞结构。这种“催化+定位”的双域结构，使PLK1能够在细胞分裂的不同阶段、不同位置执行截然不同的功能。从功能角度看，PLK1堪称细胞分裂的“全能选手”：中心体成熟与双极纺锤体形成：在G2/M期转换时，PLK1磷酸化多种中心体蛋白，驱动中心体成熟和分离。当PLK1功能缺失，细胞将形成单极或多极纺锤体，导致染色体分离紊乱。染色体凝集与动粒组装：PLK1通过磷酸化凝集素复合物组分，促进染色体凝集；同时调控动粒结构，确保微管正确连接。有丝分裂退出与胞质分裂：在后期，PLK1转向调控纺锤体中间区组织和收缩环形成，最终完成胞质分离。这种功能多样性使PLK1成为细胞分裂的“必选项”——大多数增殖细胞依赖PLK1完成分裂，这为靶向干预提供了理论依据。精密的时空交响曲：PLK1的调控网络PLK1的活性与定位受到多重机制精密调控，形成独特的时空表达模式：转录水平的节律控制：PLK1的表达在细胞周期中呈现典型的周期性——G2期开始积累，M期达到高峰，有丝分裂结束后迅速降解。这种周期性由转录因子（如FoxM1、NF-Y）和转录后调控共同维持。磷酸化激活的级联反应：上游激酶Aurora A与其协同因子Bora在G2晚期激活PLK1，这一磷酸化事件使PLK1获得完全催化活性。激活后的PLK1进一步磷酸化下游底物，形成信号放大效应。定位调控的“邮政编码”系统：Polo盒结构域识别已磷酸化的特定序列（S-pS/pT-P），将PLK1引导至中心体、动粒和纺锤体中间区。这种磷酸化依赖的定位机制，使PLK1能够在不同亚细胞结构依次执行功能。降解机制保障的“开关”功能：有丝分裂结束后，APC/C E3连接酶通过识别PLK1的D-box和KEN-box序列，介导其泛素化降解，确保细胞恢复间期状态。这一复杂调控网络的存在，意味着PLK1活性异常必然导致细胞分裂紊乱——这正是肿瘤细胞的特征之一。癌细胞的“阿喀琉斯之踵”：PLK1与肿瘤治疗肿瘤细胞区别于正常细胞的最显著特征之一是失控的增殖能力，而PLK1作为细胞分裂的“总开关”，自然成为肿瘤治疗的理想靶点。大量研究表明：表达水平相关：PLK1在多种实体瘤（乳腺癌、肺癌、结直肠癌）和血液系统肿瘤中显著高表达，且与患者预后负相关功能依赖性：肿瘤细胞对PLK1的依赖性普遍高于正常细胞——这一“非整倍体细胞合成致死”现象为治疗窗口提供了基础耐药机制参与：部分化疗耐药肿瘤通过上调PLK1维持分裂能力基于上述发现，全球多家药企竞相开发PLK1抑制剂。目前进展最快的候选药物已进入临床II/III期试验：BI 2536：首个进入临床的PLK1抑制剂，二氢蝶啶酮类化合物，对多种实体瘤和血液肿瘤有效Volasertib (BI 6727)：第二代PLK1抑制剂，半衰期更长，治疗急性髓系白血病获得FDA突破性疗法认定ON 01910.Na (Rigosertib)：独特的作用机制，通过模拟底物竞争抑制PLK1通路尽管部分抑制剂在临床试验中展现出令人鼓舞的疗效，但也面临诸多挑战——正常组织毒性、耐药性产生、生物标志物缺乏等问题仍需解决。从实验台到病床边：PLK1研究的产业转化在基础研究不断深入的同时，PLK1相关应用正从多个维度向产业界渗透：伴随诊断开发：鉴于PLK1表达水平与抑制剂疗效的相关性，多家诊断公司正在开发PLK1免疫组化检测试剂盒，用于筛选潜在获益人群。联合治疗策略：临床前研究显示，PLK1抑制剂与DNA损伤药物、紫杉烷类药物、PARP抑制剂的联合应用具有协同效应，这一方向正成为组合疗法开发的热点。PROTAC技术应用：利用蛋白降解靶向嵌合体技术降解PLK1，相较于激酶活性抑制可能具有更高选择性和更持久的效应。多个团队已报道了PLK1 PROTAC分子的临床前数据。液体活检应用：检测循环肿瘤细胞中PLK1表达水平或外周血外泌体中PLK1 mRNA，有望实现实时疗效监测和耐药预警。细胞周期同步化应用：在细胞治疗和基因编辑领域，利用PLK1抑制剂实现细胞周期同步化，可提高基因修饰效率，这一应用已在部分CART制备流程中探索。未尽之路：挑战与未来展望尽管PLK1领域已取得长足进展，但仍然存在诸多挑战：特异性难题：现有抑制剂对PLK家族其他成员（PLK2、PLK3）的选择性有限，而PLK2/3可能具有肿瘤抑制功能，非特异性抑制可能带来安全隐患。耐药机制：临床前研究已发现多种PLK1抑制剂耐药机制，包括PLK1基因扩增、外排泵上调、旁路激酶激活等。生物标志物缺乏：目前仍缺乏可靠的疗效预测生物标志物，限制了精准人群的筛选。组织分布限制：部分抑制剂在实体瘤中分布不足，影响疗效。展望未来，PLK1研究将从以下几个方向突破：结构解析驱动的药物优化：高分辨率PLK1晶体结构将指导新一代高选择性抑制剂的开发降解剂技术的成熟：PLK1 PROTAC分子的临床转化值得期待合成致死伙伴的挖掘：发现与PLK1抑制产生合成致死的基因突变，拓展治疗窗口免疫微环境调控：PLK1抑制剂对肿瘤免疫微环境的调节作用正在被揭示结语从基础研究到临床转化，PLK1的故事是细胞生物学与现代药物研发完美结合的典范。作为细胞分裂的“总指挥”，PLK1揭示了生命如何精确调控最复杂的过程之一；作为药物靶点，它又为肿瘤治疗开辟了新的可能。