摘要:单克隆抗体、双特异性抗体和抗体药物偶联物为代表的治疗性抗体,在肿瘤、自身免疫性疾病等重大疾病领域取得了革命性突破。这些复杂生物大分子的成药性(Druggability)评估是一个多维度、贯穿药物发现至上市后全周期的系统工程。本文旨在基于现有研究数据,对这三类主流抗体药物的成药性进行深入、系统的剖析。文章将围绕五大核心评估维度展开:理化性质与稳定性、药代动力学/药效动力学(PK/PD)、免疫原性风险、生产工艺可行性(CMC)、以及体内分布与靶向性。通过对这些维度的综合评估,文章旨在为抗体药物的未来研发提供前瞻性的见解与战略考量。
引言
抗体药物的成药性,或称“可开发性”(Developability),是一个综合性概念,旨在评估一个候选抗体分子从实验室走向临床,并最终成为安全、有效、质量可控、可商业化生产的药品的潜力。一个理想的抗体药物不仅需要具备优异的靶点亲和力和生物学活性,还必须在理化性质、体内行为、安全性及生产经济性等多个方面达到严格标准。
本报告将分别探讨以下三类抗体药物的成药性特征:
1.单克隆抗体(IgG):作为最成熟的抗体药物平台,其成药性评估体系相对完善,但高浓度制剂开发和新靶点带来的挑战依然存在。
2.双特异性抗体(BsAb):通过同时靶向两个抗原,BsAb展现出独特的治疗潜力,但其多样的分子格式也带来了前所未有的理化、PK/PD和生产工艺复杂性。
3.抗体药物偶联物(ADC):作为“生物导弹”,ADC将抗体的靶向性与小分子细胞毒药物的高效杀伤力相结合。其成药性是抗体、连接子(linker)和载荷(payload)三者综合作用的结果,评估更为复杂。
本报告的分析将严格依据提供的搜索结果,并在此基础上进行深度推理与整合,力求呈现一幅截至2026年初抗体药物成药性研究的全景图。
第一章:理化性质与稳定性评估
理化性质与稳定性是抗体药物成药性的基石,直接决定了药物的生产、储存、剂型开发、给药方式乃至临床的安全性和有效性。核心评估参数包括溶解度、粘度、聚集倾向、结构完整性以及热力学和化学稳定性。
1.1 单克隆抗体 (IgG):成熟平台下的新挑战
单克隆抗体作为发展最成熟的类别,其理化性质研究已相当深入,但挑战依然严峻,尤其是在高浓度制剂的开发上。
溶解度与聚集倾向:高溶解度是实现高浓度皮下注射制剂的前提。然而,许多IgG分子在达到高浓度(通常>100 mg/mL)时,会因蛋白质-蛋白质相互作用(protein-protein interactions, PPIs)增强而表现出溶解度下降和聚集倾向增加的问题。聚集不仅会导致药物活性丧失,更是引发非预期免疫原性反应的关键风险因素。研究数据表明,通过测量单克隆抗体的溶解度(ASm)可以初步评估其开发潜力,例如,某些候选分子的ASm值可以作为筛选标准。单克隆抗体的聚合性被认为是影响其稳定性和均一性的关键理化性质之一。
粘度:高粘度是高浓度抗体制剂开发的另一主要障碍。过高的粘度会给生产过程(如超滤/渗滤)、给药过程(如注射困难、注射疼痛)带来巨大挑战。粘度问题与分子的表面电荷、疏水性分布及溶液环境(如pH、离子强度)密切相关。因此,在早期筛选阶段,就需要对候选分子的粘度行为进行预测和评估。
热稳定性:热稳定性是衡量抗体结构完整性的重要指标,通常用熔解温度(Tm)来表征。较高的Tm值意味着抗体具有更强的抵抗热应激的能力,这对于保证药物在生产、运输和储存过程中的质量至关重要。例如,有研究数据显示,在37°C孵育48小时后,某些抗体产品没有出现明显的降解,这表明其具备良好的热稳定性。
尽管搜索结果提供了大量关于已批准或开发中的单克隆抗体清单,包括药物名称、靶点和适应症但普遍缺乏针对这些具体药物的系统性、公开的理化性质定量数据库(如溶解度、粘度、Tm、等电点等)。这些数据通常被视为制药公司的核心资产,是药物开发过程中的关键保密信息。
1.2 双特异性抗体 (BsAb):分子格式多样性带来的严峻挑战
双特异性抗体旨在同时结合两个不同的抗原或表位,其分子格式极其多样,从小的、非IgG样式的片段(如BiTEs、Diabodies)到大的、IgG样式的对称或非对称结构(如CrossMAb、IgG-scFv)。这种结构的多样性使其理化性质评估变得异常复杂。
结构不均一性与稳定性:许多BsAb格式,特别是那些需要共表达多条不同多肽链的IgG样式分子,面临着严重的链错配问题。这会导致产生大量的非预期副产物(如单体、同源二聚体),极大地增加了下游纯化的难度,并可能影响产品的稳定性和批次间一致性。非天然的连接方式或结构域融合可能引入新的应力点,降低分子的热稳定性。
聚集风险增加:非对称的结构和暴露的疏水表面可能使BsAb比传统IgG更容易发生聚集。每个新的BsAb格式都必须作为一个独特的实体进行全面的聚集倾向评估,无法简单套用IgG的经验。
缺乏通用评估平台:由于分子格式的千差万别,目前尚无针对BsAb的通用理化性质评估平台。研究人员需要针对每一种新格式,开发定制化的分析方法来评估其稳定性、溶解度和粘度等关键参数。虽然搜索结果列出了一些处于临床开发阶段的BsAb及其分子格式但同样缺乏这些分子的具体理化数据。
1.3 抗体药物偶联物 (ADC):化学修饰引入的独特复杂性
ADC的成药性不仅取决于抗体本身,还受到连接子和小分子载荷的深刻影响。化学偶联过程引入了新的理化变量,使得评估更为复杂。
疏水性增加与聚集:大多数高效的细胞毒性载荷(payloads)本质上是疏水性分子 。将这些分子偶联到抗体表面会显著增加ADC整体的疏水性,从而极大地增加了聚集的风险,尤其是在高药物-抗体比(Drug-to-Antibody Ratio, DAR)的情况下。高DAR值虽然可能增强药效,但也常常伴随着稳定性下降、溶解度降低和PK行为恶化等问题。因此,在ADC开发中,DAR值的优化是一个需要在药效和成药性之间进行精细平衡的关键环节。
连接子的稳定性:连接子的化学稳定性至关重要。它必须在血液循环中保持稳定,以防止载荷过早释放导致脱靶毒性;同时又要在到达靶细胞后被有效切断,以释放活性药物。连接子的降解特性是ADC化学稳定性研究的核心。截至2026年初,连接子技术仍在不断发展,包括可切割(如基于酶切的Val-Cit、pH敏感的腙键)和不可切割连接子两大类,其选择对ADC的整体稳定性和作用机制有决定性影响。
产品不均一性(Heterogeneity):传统的随机偶联技术(如通过赖氨酸或半胱氨酸残基)会产生DAR值不同、偶联位点各异的混合物,导致产品不均一。这种不均一性给理化性质表征、工艺控制和药理活性评估带来了巨大挑战。进入2025-2026年,定点偶联技术(Site-specific Conjugation)已成为ADC领域的主流趋势,它能够产生均一的DAR值和确定的偶联位点,从而显著改善ADC的理化性质均一性、稳定性和PK特性,是提升ADC成药性的关键技术突破。
尽管搜索结果提及了大量ADC药物的名称、靶点、连接子类型和载荷类别但同样缺乏这些药物具体的理化性质定量数据。对于2025-2026年间新开发的ADC,虽然趋势是明确的(如定点偶联、新型载荷),但具体的化学结构信息和相关的理化数据在公开文献中仍然非常有限。
第二章:药代动力学/药效动力学 (PK/PD) 特征分析
PK/PD研究是连接药物剂量、体内暴露与药理效应之间关系的核心桥梁,对于确定给药方案、预测临床疗效和评估安全性至关重要。不同类型的抗体药物,其PK/PD行为表现出显著差异。
2.1 单克隆抗体 (IgG):成熟但非线性的PK行为
IgG的PK/PD特征研究最为透彻。其典型特征是半衰期长、清除率低,这主要得益于其Fc片段与新生儿Fc受体(FcRn)的结合,从而避免了溶酶体降解,实现了再循环 。
非线性药代动力学:IgG的PK行为通常呈非线性,这主要由“靶点介导的药物处置”(Target-Mediated Drug Disposition, TMDD)引起。在高浓度下,靶点饱和,药物主要通过非特异性途径清除,表现为线性PK和长半衰期。在低浓度下,与靶点的结合成为主要的清除途径,导致清除率加快,半衰期缩短。理解并建立精确的TMDD模型对于指导剂量选择至关重要。
PK参数比较:不同的IgG药物,其半衰期(t1/2)、清除率(CL)和分布容积(Vd)等参数存在差异。例如,一些已上市单抗的半衰期通常在2-4周之间。这些参数的差异可能与抗体亚型、靶点特性(如表达水平、周转率)以及免疫原性等因素有关。
2.2 双特异性抗体 (BsAb):PK行为由分子格式主导
BsAb的PK行为极其多样化,几乎完全由其分子格式和大小决定,这给PK预测和临床开发带来了巨大挑战。
小分子格式BsAb:如BiTEs(双特异性T细胞衔接器),其分子量远低于肾脏清除阈值(约60-70 kDa),因此在体内被快速清除,半衰期极短(通常只有几小时)。这导致需要持续静脉输注给药,给患者带来不便。为了克服这一缺陷,研究人员开发了多种半衰期延长技术,如PEG化、与白蛋白结合或融合Fc片段。例如,通过融合Fc片段的半衰期延长型BiTE(如Mosunetuzumab),其半衰期得到了显著延长。
大分子(IgG样)格式BsAb:这些分子的分子量与传统IgG相似,因此通常也具有较长的半衰期,可以实现更方便的给药周期(如每周或每两周一次)。然而,其非对称结构可能导致不同于标准IgG的清除机制,并且双重靶向可能导致更复杂的TMDD行为。
PK数据的缺失:尽管搜索结果提供了一些处于临床开发阶段的BsAb清单和一些已获批药物的信息但关于这些药物详细的、可比较的定量PK参数(如半衰期、清除率、分布容积)的数据非常稀缺。这表明BsAb的PK研究仍是一个需要大量临床数据积累和模型优化的活跃领域。
2.3 抗体药物偶联物 (ADC):一个复杂的多组分PK系统
ADC的PK行为是所有抗体药物中最复杂的,因为它涉及多个动态变化的组分:总抗体(Total antibody)、偶联ADC(Conjugated ADC)、以及释放的游离载荷(Free payload)。评估ADC的PK需要对这些不同组分进行分别测定和建模。
DAR和连接子的决定性影响:
DAR:DAR值是影响ADC PK的关键参数。如前所述,高DAR值通常会增加分子的疏水性,可能导致其被网状内皮系统更快地清除,从而缩短ADC的半衰期。因此,优化DAR是平衡药效和PK特性的核心。
连接子稳定性:连接子的稳定性直接决定了载荷在体内的释放速率。不稳定的连接子会导致载荷在血液循环中过早释放,不仅降低了靶向递送的效率,还可能引起严重的全身性毒副作用。因此,ADC的PK研究必须包含对偶联稳定性的评估。
PK均一性的改善:2025-2026年的一个重要趋势是,定点偶联技术的广泛应用正在显著改善ADC的PK特性。通过产生DAR均一的ADC,可以消除传统随机偶联产物中不同DAR组分PK行为差异带来的复杂性,使得ADC的整体PK行为更加可预测和稳定,这对于建立有效的PK/PD模型和指导临床用药至关重要。
新型载荷带来的新PK挑战:随着ADC载荷的多样化,从传统的细胞毒药物扩展到免疫激动剂(如STING激动剂)、PROTAC分子等,ADC的PK/PD关系变得更加复杂。这些新型载荷可能具有自身的PK特性和作用机制,需要开发新的生物分析方法和PK/PD模型来进行评估。
第三章:免疫原性风险评估
免疫原性,即药物诱导机体产生抗药物抗体(Anti-Drug Antibody, ADA)的能力,是所有生物技术药物都必须面对的潜在风险。ADA的产生可能导致多种不良后果,包括改变药物的PK行为(通常是加速清除)、中和药物活性导致疗效下降,甚至引发严重的安全事件(如过敏反应、细胞因子释放综合征等)。
3.1 单克隆抗体 (IgG):通过人源化改造有效控制风险
IgG的免疫原性风险控制已经取得了长足的进步。
人源化进程:抗体药物从最初的鼠源抗体,发展到嵌合抗体、人源化抗体,再到目前主流的全人源抗体,其序列“人源化”程度越来越高,从而显著降低了被人类免疫系统识别为“异物”的风险。
风险因素:尽管如此,免疫原性风险并未完全消除。除了序列来源,其他因素如抗体聚集体、宿主细胞残留蛋白、不正确的糖基化修饰、给药途径以及患者自身的免疫状态等,都可能影响ADA的产生。
3.2 双特异性抗体 (BsAb):新结构引入新风险
BsAb的免疫原性风险评估比传统IgG更为复杂和不确定。
非天然结构与新表位(Neo-epitopes):许多BsAb格式包含非天然的结构元件,例如,用于连接不同抗体片段的肽链接头(linker)、强制配对的工程化改造(如Knobs-into-Holes),或者不同结构域的直接融合。这些非天然的结构可能在体内被加工处理后,呈递给免疫细胞,形成新的T细胞或B细胞表位,从而诱发免疫反应。
评估体系的挑战:由于分子格式的多样性,预测BsAb免疫原性的计算工具和体外评估方法的准确性面临挑战。目前,关于不同BsAb格式免疫原性风险的系统性比较研究数据仍然非常有限,这使得在临床前阶段准确预测风险变得困难。
3.3 抗体药物偶联物 (ADC):多组分均可能成为免疫原
ADC的免疫原性风险来源是多方面的,抗体、连接子和载荷这三个组成部分都可能贡献于整体的免疫原性。
抗体骨架:与IgG类似,ADC所用抗体骨架的人源化程度是决定其免疫原性的基础。现代ADC普遍采用人源化或全人源抗体以降低此风险。
连接子-载荷复合物:连接子和小分子载荷作为半抗原,当偶联到抗体这个大分子载体上时,可能变得具有免疫原性。免疫系统可能产生针对连接子、载荷或连接子-载荷-氨基酸复合物的特异性抗体。
早期ADC的教训与现代ADC的改进:第一代ADC由于使用了鼠源或嵌合抗体,以及不够稳定的连接子,其免疫原性问题较为突出。随着技术的进步,现代ADC通过使用高度人源化的抗体和更稳定的连接子,显著降低了免疫原性风险。临床数据显示,大多数情况下,ADC诱导的ADA对临床结果的影响较小但这仍然是每个ADC药物在开发过程中必须密切监测和评估的重要安全指标。
第四章:生产工艺可行性 (CMC) 分析
生产工艺可行性,即化学、制造和控制(Chemistry, Manufacturing, and Controls, CMC),是决定一个候选药物能否以可接受的成本、稳定可靠的质量进行大规模生产的关键。对于结构复杂的抗体药物,CMC是成药性的核心瓶颈之一。
4.1 单克隆抗体 (IgG):成熟且高效的标准化平台
IgG的生产工艺是生物制药领域最成熟的技术平台之一。
高表达水平:通过对中国仓鼠卵巢(CHO)细胞等哺乳动物细胞表达系统的不断优化,IgG的表达滴度已达到很高的水平(通常为g/L级别),这是其商业化成功的基础。高表达水平是可开发性的一个重要方面。
标准化的下游纯化:基于Protein A亲和层析的下游纯化工艺已经成为行业金标准,能够高效、高纯度地捕获IgG分子,极大地简化了纯化流程。
主要挑战:尽管平台成熟,IgG的CMC仍面临挑战,主要集中在如何开发和生产高浓度制剂。如前所述,高浓度带来的粘度和聚集问题,对制剂配方开发、超滤/渗滤工艺以及最终产品的稳定性提出了极高的要求。
4.2 双特异性抗体 (BsAb):工艺开发是最大的瓶颈
对于BsAb而言,CMC是其成药性评估中最具挑战性的一环,多样化的分子格式导致其无法享用IgG那样的标准化生产平台。
表达与错配:对于需要共表达两条或以上不同多肽链的非对称IgG样BsAb,最大的挑战来自于如何确保这些链的正确配对,同时抑制不希望的同源二聚体等副产物的形成。尽管已开发出多种工程化技术(如Knobs-into-Holes, CrossMAb等)来促进异源二聚体的形成,但副产物的产生仍然难以完全避免。
纯化复杂性:由于表达产物中存在结构高度相似的副产物,BsAb的下游纯化过程通常比IgG复杂得多,需要多步层析组合才能将目标分子与杂质有效分离,这直接导致了产率降低和生产成本的急剧上升。
分析表征的难度:BsAb复杂的结构也给质量表征带来了巨大挑战。需要开发一系列复杂的分析方法来确认其结构正确性、评估产品纯度、以及检测各种副产物。
4.3 抗体药物偶联物 (ADC):多步工艺带来的系统复杂性
ADC的生产是一个涉及生物技术和化学合成的多步复杂过程,其CMC挑战贯穿始终。
三步工艺流程:ADC的生产通常包括三个主要步骤:
1)单克隆抗体的生产和纯化;
2)小分子连接子-载荷的化学合成;
3)将连接子-载荷偶联到抗体上,并对ADC产物进行纯化。每一步都有其独特的工艺难点和质量控制要求。
偶联化学的控制:偶联反应是ADC生产的核心和难点。对于随机偶联,需要精确控制反应条件以获得一个稳定且分布范围较窄的DAR值。对于定点偶联,则需要确保偶联反应的位点特异性和高效率。整个过程需要在严格控制的环境下进行,以保护操作人员免受高活性细胞毒性载荷的伤害。
分析方法的复杂性:ADC的质量控制要求极高,需要一套复杂的分析方法来全面表征产品。这包括测定平均DAR及其分布、未偶联抗体的比例、游离载荷的残留量、偶联位点、聚集体含量以及ADC的生物活性等。
第五章:体内分布与靶向性评估
抗体药物的核心优势在于其靶向性。一个成功的抗体药物必须能够有效地在体内分布,富集于病灶组织(如肿瘤),并最大限度地减少在健康组织中的暴露,以实现疗效最大化和毒性最小化。
5.1 单克隆抗体 (IgG):经典的靶向与分布模式
IgG作为大分子药物,其体内分布具有典型特征。
分布特点:静脉注射后,IgG主要分布在血液和组织间液中。由于分子量大,其组织穿透能力有限,尤其难以穿过血脑屏障等生理屏障。其分布受到靶点表达谱的显著影响,在靶点高表达的组织中会发生富集。
靶向性:IgG的靶向性主要由其可变区的抗原结合特异性和亲和力决定。高亲和力和高特异性的结合是实现精准靶向的基础。
5.2 双特异性抗体 (BsAb):双重靶向带来的新机遇与挑战
BsAb通过同时结合两个靶点,可以实现超越传统单抗的靶向策略。
增强的肿瘤特异性:通过设计同时靶向两个肿瘤相关抗原(Tumor-Associated Antigens, TAAs)的BsAb,可以显著提高对肿瘤细胞的靶向特异性,因为只有同时表达这两种抗原的细胞才会被高效结合。
“桥接”功能:这是BsAb最独特的靶向机制之一,尤其体现在T细胞衔接器(如BiTEs)上。这类BsAb一端结合肿瘤细胞表面的抗原,另一端结合T细胞表面的CD3分子,从而将T细胞“拉”到肿瘤细胞旁边,并激活T细胞对肿瘤进行杀伤。这种“强制”的靶向递送效应细胞的策略,开启了肿瘤免疫治疗的新篇章。
分布挑战:BsAb的体内分布同样受其分子格式影响。小分子格式的BsAb可能具有更好的组织穿透性,但由于快速清除,其在靶组织的暴露时间可能不足。大分子格式的BsAb在循环中更稳定,但可能面临与单抗类似的组织穿透限制。此外,其靶向效率依赖于两个靶点在空间和时间上的共表达,这增加了体内药效预测的复杂性。
5.3 抗体药物偶联物 (ADC):“生物导弹”模型的实现与挑战
ADC的设计理念是利用抗体将高毒性的小分子载荷精准递送到靶细胞,实现“魔术子弹”的效果。
靶向递送效率:ADC的成功在很大程度上取决于其靶向递送的效率。这个过程涉及多个关键步骤:ADC在循环中保持稳定,与靶细胞表面的抗原结合,ADC-抗原复合物被细胞内吞,进入溶酶体等细胞器,连接子被切断,释放出活性载荷,最终杀死靶细胞。其中任何一个环节效率低下,都会影响最终的疗效。
旁观者效应(Bystander Effect):对于某些ADC(通常使用可切割连接子和膜渗透性载荷),释放的载荷可以穿过细胞膜,杀死周围不表达靶抗原的邻近肿瘤细胞。这种“旁观者效应”可以克服肿瘤异质性带来的挑战,增强ADC的整体抗肿瘤活性。
脱靶毒性的挑战:这是ADC成药性评估中的核心安全问题。脱靶毒性主要来源于两个方面:
1)载荷在血液循环中的过早释放,导致对健康组织的全身性毒性;
2)抗体与在健康组织中低水平表达的靶抗原结合,导致“在靶脱瘤(on-target, off-tumor)”毒性。因此,选择特异性高的靶点、设计高稳定性的连接子,是降低脱靶毒性、拓宽ADC治疗窗口的关键。
结论与未来展望
总结
本报告系统评估了单克隆抗体(IgG)、双特异性抗体(BsAb)和抗体药物偶联物(ADC)这三类核心抗体药物的成药性。截至2026年1月3日,我们的研究揭示了以下核心结论:
1.单克隆抗体(IgG):作为最成熟的平台,其成药性评估路径清晰,PK/PD行为可预测性高,免疫原性风险通过人源化得到有效控制,并拥有标准化的CMC平台。然而,高浓度制剂开发中的粘度和聚集问题,以及如何有效靶向细胞内靶点,仍是其未来的主要挑战。
2.双特异性抗体(BsAb):BsAb凭借其独特的双重靶向能力,展现出巨大的治疗潜力,尤其是在肿瘤免疫治疗领域。然而,其成药性之路充满挑战。分子格式的多样性导致其理化性质、PK行为和免疫原性风险难以一概而论,且缺乏标准化的CMC平台,生产工艺复杂、成本高昂,是制约其发展的最大瓶颈。
3.抗体药物偶联物(ADC):ADC是一个高度集成的复杂系统,其成药性是抗体、连接子和载荷三者协同优化的结果。当前(2025-2026年)的技术趋势,如定点偶联技术的成熟、新型高活性且低毒载荷的开发,以及对连接子化学的深入理解,正在系统性地解决早期ADC面临的异质性、稳定性和毒性问题,极大地提升了其成药性。
未来展望
展望未来,抗体药物的成药性评估将朝着更加精准、系统和预测性的方向发展:
计算科学与人工智能的应用:机器学习和人工智能(AI)模型将在抗体药物早期发现阶段发挥越来越重要的作用,用于预测抗体的理化性质(如聚集倾向、粘度)、免疫原性表位,甚至优化ADC的连接子-载荷设计。这将大大提高筛选效率,降低后期开发的失败风险。
新分子格式的持续创新:为了克服现有平台的局限性,新的抗体形式将不断涌现。例如,能够更好穿透组织屏障的小分子抗体、具有多重功能的“三特异性”乃至“多特异性”抗体,以及能够递送更多样化载荷(如寡核苷酸、蛋白质等)的新一代ADC,将进一步拓展抗体药物的治疗边界。
整合性“可开发性”评估的普及:制药行业将越来越重视在药物发现的极早期就引入整合性的“可开发性”评估流程。这意味着,一个候选分子不仅要看其生物活性,更要从一开始就系统评估其理化、PK/PD、安全性和CMC等成药性关键属性,确保最有潜力的分子能够顺利、高效地推向临床,最终惠及全球患者。
总之,抗体药物领域正处在一个技术加速迭代、创新层出不穷的黄金时代。虽然每一类抗体平台都面临着其独特的成药性挑战,但随着科学认知的深化和技术工具的进步,我们有理由相信,这些挑战将被逐步克服,更多更安全、更有效的抗体药物将在未来几年内不断涌现。
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