Certolizumab Pegol

摘要：抗体-药物偶联物是近年来在医学领域引起广泛关注的尖端生物技术。与药物分子结合的抗体可以将药物精确递送到病灶部位，这在治疗肿瘤和免疫疾病方面显示出巨大的潜力。本文概述了当前流行的抗体偶联技术，并总结了各种常见的抗体偶联技术，包括抗体偶联的小毒性分子、抗体偶联寡核苷酸、抗体偶联细胞和抗体偶联聚合物。它为靶向药物递送技术提供了一种新的治疗策略和手段。最后讨论了抗体-药物偶联物的挑战和未来发展。【NO.1】引言本综述重点介绍了过去几年抗体偶联技术取得的最新进展。并指出不同技术的差异和特点。图1：抗体偶联技术。有四种标准方法可以修饰抗体，包括ADC、AOC、ACC和ABC。ADC可以通过毒性分子的杀伤作用、抗体依赖性细胞细胞毒性和旁观者效应使癌细胞凋亡。AOCs可以通过寡核苷酸的基因沉默作用和抗体依赖性细胞毒性使癌细胞凋亡。ACC可以通过杀死受影响的细胞来使癌细胞凋亡。ABC经常通过抗体依赖性细胞细胞毒性使癌细胞凋亡。ABC，抗体偶联聚合物;ACC，抗体偶联细胞;ADC，抗体偶联的毒性小分子;AOC，抗体偶联的寡核苷酸。【NO.2】抗体偶联小毒性分子ADC包括一种小分子药物和一种通过化学接头连接的抗体。1983年，通过将抗癌抗体与Vindesine偶联进行了第一次成功的临床试验。第一代ADC经常使用鼠抗体，很容易引起抗鼠抗体。此外，少量抗体可触及肿瘤，不稳定的连接子在血浆中释放毒素，导致效力不足。第二代ADC的抗体是人源抗体，可改善肿瘤细胞靶向性并减少与健康细胞的交叉反应性。更重要的是，在第二代ADC中发现了更有效的小分子物质。与第一代ADC相比，第二代ADC具有更好的化学、制造和控制特性。然而，大多数第二代ADC具有赖氨酸和半胱氨酸残基的马来酰亚胺基团，这些基团在血清中容易发生脱钩反应，导致脱靶细胞毒性。因此，大多数第二代ADC具有未结合的抗体，显示出较窄的治疗窗口。此外，大多数第二代ADC的药物抗体比（DAR）为8，但DAR>4的ADC表现出低耐受性、低体内疗效和高血浆清除率。到目前为止，第二代ADC难以满足患者的需求。位点特异性偶联被认为是第三代ADC成功开发的关键。第三代ADC使用位点特异性结合来提高稳定性和药代动力学、低偶联脱落率、高药物活性和低抗原水平下的高细胞活性。截至2023年，有15个ADC（见图2）。图2：已上市的15款ADC的信息摘要ADC通常利用巯基和氨基作为连接位点，将单克隆抗体与小分子偶联（见表1）。通过与巯基偶联制备了几种已上市的ADC，如Adcetris、Polivy、Padcev、Enhertu、Blenrep、Trodelvy和Zynlonta。表1.ADC中常用有毒小分子的性质和机制目前，用于位点特异性修饰的偶联技术很多，如半胱氨酸偶联技术、工程突变体非天然氨基酸偶联技术、糖基偶联技术、多肽酶偶联技术等。2.1.半胱氨酸的定点偶联链间二硫键连接抗体的重链和轻链。打开抗体的链间二硫键对抗体的结构和功能影响不大，可以获得反应性半胱氨酸。因此，抗体-药物的定点偶联可以通过修饰链间二硫键来实现。选择合适的还原剂来减少抗体的链间二硫键，然后将还原的抗体与与二磺酸盐或二溴比甲烷连接的小分子毒素反应，以实现抗体-药物的位点特异性偶联。也可以使用噬菌体展示方法筛选抗体Fab表面的抗原结合位点的反应性半胱氨酸突变。基因泰克为曲妥珠单抗选择了LC-V110和HC-A114半胱氨酸突变，使用三（2-羧乙基）膦或二硫苏糖醇选择性地减少链间二硫键。突变半胱氨酸的游离巯基被还原，然后使用CuSO4或脱氢抗坏血酸重新连接链间二硫键。最后，游离巯基与药物接头反应，实现位点特异性偶联。2.2.非天然氨基酸的位点特异性偶联在天然氨基酸中，只有赖氨酸和半胱氨酸可用于偶联。非天然氨基酸可以掺入重组蛋白中，获得可与小分子药物发生化学反应的侧链。因此，非天然氨基酸为开发ADC提供了一种新的技术途径。核糖体上的蛋白质合成是通过识别带有mRNA密码子的tRNA反密码子进行的。安博生物公司推出了能够特异性识别非天然氨基酸的tRNA和相应的氨酰基-tRNA合成酶，使非天然氨基酸能够整合到多肽链中，合成重组抗体。引入的非天然氨基酸通常是乙酰苯丙氨酸（1）、氨基甲基-L-苯丙氨酸（2）和酸性赖氨酸（3）。非天然氨基酸上的酮和叠氮化物官能团可以与药物接头发生化学反应，获得具有均匀DAR的ADC。酮基能与羟胺基团形成肟键，叠氮化物基团在铜的催化下能与炔烃发生环加成反应，生成1,2,3-三唑。叠氮化物基团也可以在不存在铜催化的情况下与环辛炔结合，进行叠氮化物-环辛炔环加成反应。通过非天然氨基酸与接头偶联的抗体可以位点特异性和定量偶联。DAR具有良好的均匀性、有效性、稳定性和安全性。2.3.糖基的位点特异性偶联抗体在Fc区含有聚糖链，可用于聚糖重塑和糖基化以进行位点特异性偶联。研究人员利用β-1,4-半乳糖基转移酶（GalT）和α-2,6-唾液酸转移酶（SialT）将半乳糖和唾液酸残基转移到抗体的天然聚糖上。然后，用高碘酸钠（NaIO4）氧化半乳糖或唾液酸中的邻二醇基团，引入醛基。利用醛与含有肼或伯胺官能团的分子的反应来实现位点特异性偶联，从而产生具有均匀DAR的ADC。糖转移酶还可以引入叠氮化物基团，然后与环辛炔反应形成稳定的ADC。2.4.酶的位点特异性偶联酶促偶联具有位点特异性偶联的优势。转谷氨酰胺酶（TGase）催化谷氨酰胺与赖氨酸及其衍生物之间的反应。野生型TGase将药物接头的胺转移到抗体的去糖基化重链Q295上，抗体和药物的位点特异性偶联也可以实现。Innate Pharma公司突变重链聚糖的N297残基，然后使用TGase偶联抗体药物。辉瑞公司提议将谷氨酰胺标记的LLQGA肽序列插入抗体中。通过TGase对LLQGA肽序列中谷氨酰胺的特异性识别，药物与其偶联。ADC中的抗体特异性结合靶抗原并促进受体介导的内吞作用，导致ADC内化为酸化的富含蛋白水解酶的内体囊泡，随后递送到溶酶体中（见图3）。对于具有可切割接头的ADC，其切割过程（如水解、蛋白酶消化或二硫键还原）可能发生在内体阶段。然而，具有不可切割接头的ADC会导致溶酶体中的蛋白水解降解。此外，ADC发生分解代谢以释放细胞毒性分子，这些分子通过DNA损伤或抑制微管聚合引起细胞凋亡。靶细胞死亡后，细胞毒性分子也可能从靶细胞中排出，通过旁观者杀伤效应杀死邻近的肿瘤细胞和周围的基质组织，这一过程取决于细胞毒性药物的疏水性。图3：ADC在体内的代谢过程。当ADC注射到血液中时，ADC会通过抗体富集癌症，抗体可以通过抗体依赖性细胞毒性收集效应细胞。同时，ADC可以被内吞到癌细胞中并释放出小的毒性分子，从而使癌细胞凋亡。此外，小的有毒分子可以穿过细胞并通过旁观者效应杀死其他癌细胞。可裂解接头可分为三种类型（见表2）：（1）酸响应性腙键;（2）氧化还原响应二硫键;（3）酶促可切割的肽键。酸响应性肼连接子在中性pH值（pH7.3–7.5，相当于血液pH值）下表现出稳定性。然而，在内化到酸性区室（如内体（pH5.0-6.5）和溶酶体（pH4.5-5.0））后，接头会发生水解。这种类型的接头已用于与阿霉素、卡奇霉素和大杂烩素偶联。氧化还原响应性二硫键已被用于偶联新型metan衍生物DM1和DM4。发现肿瘤细胞质中还原型谷胱甘肽的表达高于正常细胞质中的表达。二硫键偶联物质在整个心血管周期中保持完整，在与肿瘤细胞中的高浓度谷胱甘肽结合后，抗体在溶菌酶内被降解和激活，导致代谢物形成Matan衍生物接头化合物。接头的后续降解是否发生取决于二硫键化合物的附着碳原子施加的空间位阻。理想的接头应保持ADC药物在血浆中的高稳定性，并在释放和代谢之间取得最佳平衡。肽接头，如缬氨酸-瓜氨酸二肽，用于偶联阿霉素、丝裂霉素C、喜树碱、他雷霉素、奥司他汀和双胞胎素衍生物的偶联。这些接头表现出组织蛋白酶B和纤维蛋白溶解酶的选择性水解。含有硫醚键的不可裂解接头已在临床研究中被广泛研究，用于偶联DM1和MMAF以形成ADC。进入溶酶体后，单克隆抗体发生降解，释放出有毒药物。此外，毒性药物仍然附着在氨基酸残基和接头上。这种代谢物带有电荷，不能渗透穿过细胞膜;因此，它不能通过旁观者杀戮来发挥其细胞毒性作用。表2.ADC中常见的连接子类型和机制在过去几年中，ADC有所增加，已在临床试验中测试了100多种不同的ADC。然而，由于不可接受的毒性和过于狭窄的治疗窗口，许多ADC已退出临床试验或市场。这些ADC通常受到各种因素的限制，最重要的因素是肿瘤内和肿瘤间异质性。为了提高ADC的效果，双旁位ADC、前体-药物偶联物、免疫刺激抗体偶联物和双药ADC已进行临床研究，这对于克服临床挑战至关重要。【NO.3】抗体偶联寡核苷酸在过去的25年中，超过16种寡核苷酸疗法已被批准用于治疗适应症。然而，siRNA疗法面临三个主要挑战：选择性、稳定性和递送。其中，选择性可以通过生物信息或化学修饰来解决，稳定性可以通过化学改性来解决。然而，由于各种器官存在独特的障碍，递送过程带来了挑战。当核酸与抗体相互作用时，它们可以利用基于核酸的药物的精确靶向和抗体的特异性递送优势。抗体和细胞表面受体之间的特异性相互作用可以将它们递送到组织或细胞亚群，并且几种受体已成功用于siRNA的靶向递送，包括HIVgp160蛋白、HER2、CD7（T细胞标志物）、CD71（转铁蛋白受体，在心脏和骨骼肌中高度表达）和TMEFF2。AOC的结构类似于ADC，具有三个主要成分：抗体、接头和核酸有效载荷。AOC的核酸有效载荷可以是单链或双链，并且可以对其进行修饰以抵抗核酸酶、降低毒性、提高细胞摄取效率、防止核内逃逸，并最大限度地减少TLR刺激或避免模式识别受体。AOC有几种偶联方法，包括离子相互作用、亲和结合、直接偶联以及使用双链作为偶联部分（参见图4）。寡核苷酸的负电荷为偶联反应提供了一条有前途的途径。聚阳离子基团可以通过离子静电相互作用有效地与寡核苷酸骨架偶联（参见图4A）。这种方法用途广泛，适用于各种类型的寡核苷酸，因为它不需要任何化学修饰。鱼精蛋白是最常用的聚阳离子基团，是一种在精子中发现的内源性蛋白质，已被用于调节胰岛素活性。此外，sulfo-SMCC作为一种双功能交联剂，通过结合胺和巯基反应性，促进通过酰胺键和硫醚键形成扩展间隔区。可以通过杂交技术合成AOC以掺入双链寡核苷酸（参见图4B）。最初，单链寡核苷酸与抗体偶联，然后通过互补链杂交形成双链AOC。AOC的直接耦合类似于ADC中采用的耦合技术（见图4C）。在AOC中，寡核苷酸应进行化学修饰以与接头结合，然后与抗体中的赖氨酸、半胱氨酸或工程氨基酸偶联。这种方法在AOC中使用短接头，对偶联物的影响最小。此外，接头技术必须在DNA或RNA退火过程中表现出相容性和稳定性。生物素标记的寡核苷酸和亲和素之间的相互作用也成功产生了AOC（图4D）。图4：抗体和寡核苷酸的常见偶联方法。（A）当裸抗体整合一个多阳离子基团时，化合物可以通过离子相互作用连接寡核苷酸。（B）单链寡核苷酸与裸抗体偶联，然后另一个寡核苷酸可以通过互补链杂交连接。（C）寡核苷酸可以通过直接化学偶联在裸露的任何人体内连接。（D）生物素标记的寡核苷酸和亲和素之间的相互作用产生AOC。目前，在研的抗体偶联核酸药物主要来自Avidity Biosciences、Dyne Therapeutics、Tallac、Denali等四家公司，其中Avidity是开发AOCs的先行者。第一个进入临床的抗体偶联核酸药物是Avidity BiosciencesAOC1001。AOC1001由三部分组成：靶向转铁蛋白受体1（TfR1）的mAb、接头和靶向DMPKmRNA的siRNA，适用于强直性肌营养不良症I型（DM1）。TfR1在细胞表面广泛表达以将铁输送到细胞中，而肌肉细胞需要大量的铁，这使得靶向TfR1将药物输送到肌肉细胞非常有效。AOC1001靶向TfR1递送siRNA并敲低突变DMPK表达水平，从而释放MBNL以发挥其治疗疾病的正常功能。Avidity Biosciences AOC1020也于2022年9月进入临床，包括靶向DUX4mRNA的TfR1、接头和siRNA。AOC1020适用于面部肩肱肌营养不良症（FSHD），它通过减少DUX4的表达来治疗FSHD。目前全球正在开发的抗体偶联核酸药物的详细信息如表3所示。表3.AOC进入临床试验AOC面临许多挑战。当AOC进入体内时，它们会由内体运输，然后到达多泡，最终被溶酶体降解。在整个过程中，寡核苷酸的pH值会发生变化（从7.4到4.5）。考虑到寡核苷酸是聚阴离子大分子，它们从内体脂质双层逃逸进入细胞内部构成了相当大的挑战。因此，通过结构修饰提高寡核苷酸的稳定性和生物利用度以及解决内体逃逸已成为克服其治疗效果障碍的关键决定因素。迄今为止，很少有研究成功克服这些障碍；此外，内体逃逸的潜在机制可能导致内体膜破裂，随后其大量内容物释放到细胞质中。该事件可以激活先天免疫反应和其他毒性途径，同时缩小基于寡核苷酸的疗法的治疗指数。此外，ADC面临的挑战可能比AOC更大，包括接头异质性、疏水性、聚集性、不稳定性和有效载荷大小。值得注意的是，虽然ADC中小分子药物的分子量小于2kDa，但AOC中的寡核苷酸部分可以超过10kDa。因此，寡核苷酸对共轭实体物理和化学性质的影响超过了小分子。【NO.4】抗体偶联细胞ACC技术代表了一种新型的细胞免疫疗法。与CAR-T和TCR-T细胞疗法不同，ACC技术能够将任意肿瘤靶向抗体附着在人类免疫细胞上，例如自然杀伤（NK）细胞和γ-δT细胞。ACC将精确靶向的抗体与细胞相结合，可以改善细胞的许多固有功能，例如红细胞中的长循环、伤口靶向能力以及穿越血脑屏障的能力。代谢葡萄糖工程和生物正交反应经常用于ACC的设计（见图5A）。代谢糖工程意味着非天然单糖类似物被同化到细胞中，转化为活化的膦核苷酸供体，并通过糖基转移酶掺入特定的聚糖结构中。这项技术能够将糖单元精确地组装到糖萼上，糖萼是细胞膜上的一种结构，在那里它们可以与化学基团相互作用。随后，抗体可以通过生物正交反应附着在细胞表面。基因工程是将治疗性蛋白质掺入细胞成员的另一种有用方法，通常通过电穿孔或基因递送（病毒、脂质和聚合物载体）。慢病毒和逆转录病毒载体在体外具有很高的转染效率，可以将目标基因整合到宿主细胞基因组中，以实现持续的蛋白质表达。图5：ACC耦合策略。（A）代谢糖可以通过代谢工程类似于细胞，然后抗体可以连接特定的聚糖结构。（B）基因工程可以将治疗性蛋白质整合到细胞成员中。NK细胞，包括脐带血来源的NK细胞和人NK-92细胞系，对实体瘤具有有效的细胞毒性。由于缺乏克隆扩增，患者没有免疫介导的alloNK细胞排斥反应。因此，不太可能发生严重的副作用，例如细胞因子释放综合征（CRS）或移植物抗宿主病。基于NK细胞的强大功能，InBio开发了抗体偶联的NK细胞平台，并开发了IBR854、IBR733和IBR822等多个通用斑点型细胞治疗产品。IBR854治疗目前没有或没有耐受标准疗法（由抗5T4抗体和NK细胞偶联）的不起眼的局部晚期或转移性实体瘤患者。IBR733用于急性髓系白血病，并于2024年第一季度开始临床注册。IBR733通过接头将双靶向CD33/CLL1抗体化学共价偶联至NK细胞，具有极高的安全性和有效的肿瘤细胞杀伤能力。IBR822由Trop2抗体和NK细胞组成，适用于晚期实体瘤，并于2024年开始I期临床试验。IBR854、IBR733和IBR822这三个产品都由两个接头耦合。第一个接头与抗体偶联，第二个接头与NK细胞偶联，第一个接头与第二个接头偶联形成抗体-NK偶联物。第一个接头是反应性酯，例如五氟苯基酯，能够与抗体的赖氨酸残基反应形成酰胺键。第二种接头是水性相稳定分子，特异性共价结合唾液酸修饰的膜蛋白。在细胞培养阶段，第二个接头可以通过细胞的代谢途径转移到唾液酸修饰的膜蛋白上。第二接头的联氮乙酰基可以与第一接头的碳-碳三键发生环化，形成稳定的三唑五元环，类似于图5A和6A。图6：细胞偶联抗体的情况。（A）抗体与NK细胞偶联，NK细胞通过抗体靶向癌细胞。（B）抗体与红细胞偶联，抗体通过激活T细胞来治疗癌细胞。（C）抗体与血小板偶联，血小板通过凝血功能到达癌症部位。并在癌症部位富集抗体，从而激活T细胞在治疗癌细胞中发挥作用。NK，自然杀手。红细胞具有天然生物相容性、高通量负荷、低免疫原性、完全生物降解性和长周期（120天）。网状内皮系统可以去除衰老或受损的红细胞，并可以实现完全生物降解。红细胞没有细胞核，没有线粒体和DNA。因此，无论红细胞前体的基因工程修饰如何，它们在去核后都会被消除，这样细胞在导入受体后不会导致异常生长或肿瘤形成。红细胞可以在脾脏中有效分布，脾脏中富含反应性T细胞，并且还保留了大量的免疫抑制细胞。因此，治疗性抗体可以激活脾脏中的免疫细胞。Westlake Therapeutics基于第三代红细胞转化技术开发了WTX-212产品（用PD-1抗体改造红细胞）。该产品将PD-1抗体与红细胞偶联，有效分布在脾脏和外周组织中，激活外周免疫效应细胞发挥肿瘤杀伤功能。预计这种方法将克服免疫抵抗。WTX-212产品已进入临床研究阶段。WTX-212在慢病毒表达载体中构建了靶序列，随后对其进行慢病毒包装以产生用于慢性病治疗的高滴度浓缩物。从外周血单核细胞中分离并富集Lin-CD34细胞，并诱导Lin-CD34细胞分化为红系并扩增。最后，使用慢病毒浓缩物感染Lin-CD34细胞并去核以获得成熟的抗PD-1scFv-红细胞这与图5B和6B相似。YixinWang等人抗PD-1抗体与血小板的联合治疗（图6C）。通过将抗PD-1抗体上的胺基与血小板表面的巯基与磺酸盐-SMCC接头上的巯基偶联来制备偶联物。在共聚焦显微镜下观察到来自小麦杂物蛋白（WGA）594标记血小板的红色信号与来自异硫氰酸荧光素（FITC）标记抗体的绿色信号之间的重叠，表明aPD-1在血小板上成功修饰。当肿瘤部位出血时，血小板会主动聚集在血管损伤部位进行止血。同时，它们响应凝血信号并参与血栓形成，迅速富集肿瘤部位的抗体，以确保基于细胞的递送系统的靶向性和可控性。虽然ACC具有良好的治疗效果，但仍有许多困难需要克服。首先，经过修饰的细胞可能被免疫系统清除，导致体内有效作用的时间有限，难以维持抗肿瘤效果。一些抗体偶联细胞可能会内化到细胞中，导致细胞表面的抗体减少，从而影响它们识别和杀死靶细胞的能力。此外，抗体偶联细胞依赖于信号通路，肿瘤细胞可能通过各种机制干扰这些信号，从而阻止抗体偶联细胞有效激活。患者免疫状态不同，对ACC的反应也不同。免疫功能较弱的患者可能无法提供足够的协同作用，也可能增加感染等并发症的风险。【NO.5】抗体偶联生物聚合物聚合物因其生物降解性、生物相容性、机械强度、导电性和刺激反应而被广泛用于生物材料和其他领域。当一些抗体与聚合物偶联时，溶解度、免疫相容性、药代动力学或稳定性会得到改善。抗体与聚合物偶联意味着由于循环半衰期更长、靶抗原识别得到改善、细胞摄取效率更高或细胞内稳定性更高，因此体内疗效比踝抗体显着增加。在体外，与聚合物偶联可以提高蛋白质稳定性，减少蛋白质聚集，增强蛋白质检测灵敏度，并有效地分离蛋白质。PEG因其低毒性而被广泛用于与抗体偶联和优异的水性能。PEG还表现出优异的生物分布和药代动力学特性，同时通常保留偶联抗体的构象和活性。PEG与抗体片段的偶联导致后者在循环中的半衰期延长，这主要是由于聚合物贡献的大分子尺寸。例如，虽然PEG偶联片段的理论分子量为135kDa，但由于偶联物的流体动力学尺寸，通过尺寸去除色谱法测量的复合物的实际分子量约为1600kDa。PEG还可以阻止抗体激活宿主免疫系统，导致清除率降低和半衰期延长。此外，scFv的聚乙二醇化降低了其对蛋白水解酶的敏感性。因此，抗体片段的临床效用与PEG有关，PEG可以在体内提供免疫保护并延迟肾脏清除。Cimzia®是一种PEG偶联的人源化抗TNFFab抗体片段，在欧盟、美国和加拿大被批准用于治疗类风湿性关节炎。此外，Cimzia®在瑞士和美国接受了克罗恩病的治疗。迄今为止，临床数据显示，在一系列临床、影像学和患者报告的结果方面取得了成功。热响应聚合物会随着温度的变化而发生可逆相变。因此，它们在低温下仍可溶于水性溶剂，但当温度升高到较低的临界溶液温度（LCST）以上时，它们变得不溶（图5）。聚合物的LCST在很大程度上取决于组成单体单元的氢键能力，可以通过改变其亲水或疏水共聚物含量来改变LCST，从而改变其相变。对PH值敏感的聚合物是通过质子化/去质子化改变分子中的电荷，从而导致相变的聚合物。相变通常发生得很快，pH值变化为0.2-0.3个单位。共聚物聚（甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸酯）在pH值为5时发生急剧的构型变化并塌陷，而聚（甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸二甲氨基乙酯）共聚物在低pH值下可溶，但在碱性条件下塌陷和聚集。其他聚合物包括响应电场变化而收缩或膨胀的聚合物或磁场。【NO.6】总结本文讨论了ADC、AOC、ACC和ABC的结构、特性和优势。所有这些抗体-药物偶联物都与抗体、接头和活性药物结合，但它们之间的作用机制非常不同。总而言之，抗体有两种主要的设计策略。第一种策略涉及利用抗体本身作为治疗剂并对其进行修饰以增强其疗效。第二种策略使用抗体作为载体分子，使其能够将活性剂直接运输到癌症部位。识别微信二维码，添加抗体圈小编，符合条件者即可加入抗体圈微信群！请注明：姓名+研究方向！本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。