已获批上市的ADC药物的开发回顾及未来展望

2024-04-19

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抗体药物偶联物上市批准

前言:20世纪初，Paul Ehrlich提出了药物靶向递送的概念，即“魔术子弹”。理想状态下，它可以精准递送药物到靶细胞，发挥杀伤作用，同时对正常组织无害。随后，抗体-药物偶联的概念被提出，它将单克隆抗体的靶标特异性和细胞毒性分子的抗肿瘤特性结合在一起。历经几十年的尝试，直到2000年靶向CD33的ADC药物Mylotarg（Gemtuzumab Ozogamicin）出现，ADC的发展才取得了实质性的成功，尽管经历了退市、再上市的波折。目前，除了市场上已有的11种经FDA批准的ADC药物，还有超过100种ADCs处于临床试验的不同开发阶段。抗体-药物偶联物 1. ADC的结构ADC由抗体、细胞毒性载荷和化学连接子组成（如图1）。图1 ADC示意图 2. 靶抗原（Antigen）目前，ADC药物的靶抗原主要包括靶向血液恶性肿瘤的CD19、CD22、CD30、CD33和CD79b，以及靶向实体癌的HER2、trop2、nectin4、组织因子和叶酸受体α (FRa)。靶抗原的选择对ADC的设计至关重要：抗原应在肿瘤细胞中单独或高表达，以降低脱靶毒性。抗原-抗体应具有高结合力，以促进复合物的内化。尽量选择靶细胞表面的抗原表位，以便被识别。选择非分泌型抗原，避免抗原分泌导致ADC结合到肿瘤部位外。 3. 抗体（Antibody）理想的抗体片段应能促进有效内化，具有高抗原亲和力，保持较长的血浆半衰期，低免疫原性。单抗的分子量大，占ADC分子量的90%以上，利于减少药物在健康组织中的分布或渗透。而在肿瘤组织中，因为肿瘤的血管系统的渗漏性，使ADC很好地扩散和渗透。 4. 连接子（Linker）ADC的多种特性受到化学连接子的影响，包括特异性、稳定性、效力和毒性。根据在细胞中释放载荷的方式不同，有两种类型的连接子，包括可裂解和不可裂解（如图2）。图2 ADC连接子类型目前，有些ADC利用“旁观者杀伤”作用进行设计，将细胞毒性作用扩展到肿瘤区抗原低表达或阴性的细胞。这一机制要求ADC分子：具有可裂解的连接子和非极性、自由膜渗透的有效载荷。例如，Enhertu (T-DXd)具有可裂解的酶连接子，而目前唯一批准使用不可裂解连接子的ADC是Kadcyla，采用了不可裂解的硫醚连接子。 5. 细胞毒性载荷（Payload）理想情况下，细胞毒性有效载荷应具有以下特性：高效体外细胞毒活性高在体循环中稳定性高在制剂环境中溶解度高易与抗体结合免疫原性低分子量小半衰期长在目前批准的ADC中，主要有两类细胞毒性药物用作有效载荷：微管抑制剂或DNA损伤剂（如图3）。图3 细胞毒性载荷的主要种类及代表ADC药物 6. 偶联除了抗体、连接子和有效载荷的选择外，偶联的方法对ADC的成功构建也很重要。抗体上的赖氨酸和半胱氨酸残基提供了偶联反应位点。传统的偶联方法，小分子毒素会随机偶联在抗体上，药物抗体比(DAR)分布较宽，在0-8范围内。而理想的DAR是2-4，因为较低的DAR会降低疗效，而太高的DAR不利于抗体结构、稳定性和抗原-抗体结合，导致清除速度加快，降低临床活性。 7. 作用机制当ADC到达靶细胞，单克隆抗体识别并结合细胞表面抗原，然后ADC抗原复合物通过内吞作用进入癌细胞，形成早期内体，成熟后与溶酶体融合。释放的活性小分子药物杀伤细胞，导致细胞凋亡或死亡（如图4）。此外，单克隆抗体的Fc部分也能介导免疫相关的细胞毒性。当ADC的抗体与癌细胞的特异性抗原表位结合后，抗原介导的下游信号通路被抑制也会诱导细胞毒性。例如，Trastuzumab Emtansine（T-DM1）中曲妥珠单抗与HER2受体结合，抑制HER2与HER1、HER3或HER4之间异源二聚体的形成，阻断癌细胞存活和增殖的信号转导通路，诱导细胞凋亡。图4 ADC作用机制 8. ADC引发的不良反应ADC的每个成分以及偶联方法都会影响临床疗效和安全性。表1列举了11种ADC的不良反应。表1 ADC药物不良反应FDA批准的11种ADCs Gemtuzumab OzogamicinGemtuzumab ozogamicin(GO，CMA-676)由人源化抗CD33单克隆抗体、卡奇霉素、可切割的连接子组成。抗体与CD33抗原结合后，细胞毒素的内化和释放，从而诱导双链DNA断裂和细胞死亡。2000年5月17日，GO(Mylotarg, Pfizer)被加速批准用于治疗老年复发性CD33阳性急性白血病(AML)CD33阳性急性白血病(AML)患者，但基于安全性和有效性数据于2010年退市。最初的推荐剂量为9 mg/m2，每2周注射2次。2017年9月1日，FDA批准GO作为单药治疗成人复发或难治性(R/R)CD33阳性AML，以及新诊断的成人和1个月及以上儿科患者CD33阳性AML联合化疗。推荐剂量为3mg/m2。 Brentuximab VedotinBrentuximab vedotin(BV)是一种靶向CD30的ADC，由嵌合lgG1抗体cAC10、 MMAE和蛋白酶可切割的连接子组成。内化后，蛋白水解释放MMAE，MMAE通过破坏微管系统诱导细胞周期阻滞和凋亡。由于MMAE具有旁观者效应，BV在表达CD30的组织异质性肿瘤 CD30的组织异质性肿瘤中也有效。2011年8月19日，FDA加速批准了BV(Adcetris, Seattle Genetics)的两种适应症，包括用于治疗霍奇金淋巴瘤患者和用于治疗至少一次多药化疗方案失败后的全身性间变性大细胞淋巴瘤(ALCL)患者。2017年11月9日，FDA批准BV用于治疗既往接受过全身治疗的表达CD30的蕈样真菌病(MF)CD30的蕈样真菌病(MF)或原发性皮肤间变性大细胞淋巴瘤(pcALCL)患者。2018年3月20日，BV联合化疗被批准用于治疗新诊断的III/IV期经典霍奇金淋巴瘤成人患者。2018年11月16日，FDA批准BV联合化疗治疗新诊断的全身性间变性大细胞淋巴瘤和其他表达CD30的外周血T细胞淋巴瘤(PTCL)CD30的外周血T细胞淋巴瘤(PTCL)。2022年11月10日，FDA批准BV联合阿霉素、长春新碱、依托泊苷、强的松和环磷酰胺治疗2岁以上儿科患者先前未治疗的高风险经典霍奇金淋巴瘤(cHL)。 Ado-Trastuzumab EmtansineAdo-Trastuzumab Emtansine（Kadcyla）是一种靶向Her2的ADC，由人源化抗Her2 IgG1单抗（曲妥珠单抗）、小分子细胞毒素DM1和不可切割的连接子组成。在体循环和肿瘤微环境中能维持较高的稳定性。其中，曲妥珠单抗与HER2受体亚基I结合后，经溶酶体蛋白水解，释放DM-1。DM-1与微管蛋白结合破坏细胞内的微管网络，从而导致细胞周期阻滞和细胞凋亡。2013年2月22日，FDA批准Trastuzumab Emtansine（Kadcyla，罗氏)用于曾接受曲妥珠单抗和紫杉烷治疗的转移性Her2阳性乳腺癌 Her2阳性乳腺癌患者治疗。2019年5月3日，FDA批准Kadcyla作为单一药物用于接受新辅助曲妥珠单抗治疗后残留疾病的Her2阳性乳腺癌 Her2阳性乳腺癌患者的辅助治疗。 Inotuzumab OzogamycinInotuzumab ozogamicin由一种人源化抗CD22单克隆抗体，通过酸不稳定的腙连接子与卡奇霉素偶联。CD22是一种内吞受体，是B细胞急性淋巴细胞白血病(ALL)的特异性标志物，在90%以上的B细胞恶性肿瘤患者中表达。一旦ADC与CD22受体结合，该复合物被内化到靶细胞内，触发卡奇霉素的释放，卡奇霉素通过与DNA双螺旋的小沟结合并引起位点特异性双链DNA切割，从而诱导细胞凋亡。2017年8月17日，FDA批准Inotuzumab ozogamicin (Besponsa, Pfizer)用于治疗复发或难治性B细胞前体ALL成人患者。 Polatuzumab Vedotin PiiqPolatuzumab vedotin是一种由抗CD79b单克隆抗体、蛋白酶可切割的连接子和MMAE偶联。2019年6月10日，FDA加速批准了Polatuzumab vedotin (Polivy, Roche)联合苯达莫司汀和利妥昔单抗用于治疗接受两种或两种以上治疗后复发或难治性弥漫性大B细胞淋巴瘤。 Enfortumab VedotinEnfortumab vedotin(EV)是一种靶向nectin-4的ADC，由一种靶向nectin-4的人单克隆抗体、蛋白酶可切割的连接子、MMAE偶联。Nectin-4是一种细胞粘附分子，在97%的尿路上皮癌中过表达，并与肿瘤生长和增殖有关。2019年12月18日，FDA加速批准EV (Padcev, Seagen)用于局部晚期或转移性尿路上皮癌的成年患者，这些患者先前接受过程序性死亡受体-1(PD-1)抑制剂或程序性死亡配体受体-1(PD-L1)抑制剂以及含铂化疗药物的治疗。2021年7月9日，FDA批准将EV用于已接受PD-1抑制剂或PD-L1抑制剂和含铂治疗的晚期或转移性尿路上皮癌成人患者，或不符合含顺铂治疗条件且至少接受过一种既往治疗的患者。2023年4月3日，FDA加速批准了对局部晚期或转移性尿路上皮癌且不符合含顺铂化疗条件的患者强制使用vedotin+pembrolizumab的治疗方案。 Trastuzumab DeruxtecanFam-trastuzumab deruxtecan(T-DXd)由靶向Her2的曲妥珠单抗、可切割的四肽连接子和细胞毒性拓扑异构酶I抑制剂组成。研究表明T-DXd对Her2高或低表达的肿瘤 Her2高或低表达的肿瘤细胞或Her2突变的肿瘤 Her2突变的肿瘤细胞都有效，其原因可能包括：1）T-DXd的DAR值高达8，因此具有高效的有效载荷；2）释放的有效载荷具有较高的膜透性，使其能够进入邻近的肿瘤细胞，产生旁观者效应；3）新型基于四肽的连接子在血浆中具有很高的稳定性。2019年12月，FDA加速批准了fam-trastuzumab deruxtecan (Enhertu, Daiichi Sankyo)用于不可切除或转移性HER2阳性乳腺癌不可切除或转移性HER2阳性乳腺癌不可切除或转移性HER2阳性乳腺癌 HER2阳性乳腺癌患者，这些患者曾接受过两种或两种以上HER2靶向治疗方案的转移性治疗。2021年1月15日，被批准用于治疗先前接受过曲妥珠单抗治疗的局部晚期或转移性Her2阳性胃或胃食管交界处腺癌 Her2阳性胃或胃食管交界处腺癌患者。2022年5月4日，被批准用于不可切除或转移性Her2阳性乳腺癌不可切除或转移性Her2阳性乳腺癌不可切除或转移性Her2阳性乳腺癌 Her2阳性乳腺癌患者，这些患者曾接受过Her2靶向治疗。2022年8月11日，FDA延长并加速批准了不可切除或转移性HER2(ERBB2)突变激活的非小细胞肺癌(NSCLC)的治疗进展。 Sacituzumab GovitecanSacituzumab govitecan由一种靶向Trop-2的单抗，通过酸不稳定的腙可切割连接子与SN-38偶联组成。Trop-2是一种跨膜糖蛋白，在多种实体肿瘤中过表达，是癌症治疗的重要靶点。SN-38是一种拓扑异构酶-1抑制剂，是化疗药物伊立替康的活性代谢物。给药后，ADC与肿瘤细胞上的Trop-2结合，并促使SN-38释放，引发DNA损伤，随后导致细胞周期阻滞。由于SN-38的膜透性，它可以在不被内化的情况下刺激附近细胞的抗肿瘤作用，发挥旁观者效应。2020年4月22日，sacituzumab govitecan (Trodelvy，Immunomedics)获得FDA加速批准用于对既往接受过两种或两种以上转移性疾病治疗的成人转移性三阴性乳腺癌的治疗。2021年4月7日，获得FDA的常规批准，用于不可切除的局部晚期或转移性三阴性乳腺癌患者，这些患者先前接受过至少两种全身治疗，其中至少一种治疗是针对转移性疾病。2021年4月13日，FDA加速批准了用于先前接受PD-1或PD-L1抑制剂治疗的晚期或转移性尿路上皮癌患者。2023年2月3日，FDA延长了对sacituzumab govitecan用于激素阳性和Her-2/neu阴性转移性乳腺癌 Her-2/neu阴性转移性乳腺癌患者的批准。 Loncastuximab Tesirine-lpylLoncastuximab tesirine由一种靶向CD19的抗体，通过可切割的酶型连接子与细胞毒性烷基化剂SG3199偶联而成。SG3199是一种合成的PBD二聚体，通过促进DNA链间交联的形成阻止细胞分裂，具有强大的细胞毒性作用。2021年4月23日，Loncastuximab tesirine(Zynlonta, ADC Therapeutics)获得FDA加速批准，用于弥漫性大B细胞淋巴瘤(DLBCL)患者。 Tisotumab VedotinTisotumab vedotin由一种靶向组织因子(TF-011)的单克隆抗体、一种可切割的mc-VC-PABC连接子和MMAE组成。研究显示，相对正常宫颈组织，TF在宫颈癌组织中大量表达。一旦vedotin与TF结合，MMAE就会被传递到细胞中，从而阻断微管蛋白聚合并终止细胞分裂。2021年9月20日，FDA批准了tisotumab vedotin (Tivdak, Genmab/Seagen)用于复发或转移性宫颈癌的成年患者，虽接受了化疗，但疾病进展未终止。 Mirvetuximab Soravtansine-GynxMirvetuximab soravtansine由靶向叶酸受体α(FRα)的抗体和微管蛋白靶向细胞毒剂DM4组成，由可切割的二硫键连接子连接。与抗原结合后，ADC被内化，DM4被释放，随后抑制微管，导致细胞周期阻滞和凋亡。游离的DM4及其代谢物可以扩散并杀伤邻近细胞，发挥 “旁观者效应”。2022年11月14日，FDA加速批准mirvetuximab soravtansine(Elahere, lmmunoGen)用于叶酸受体α(FRα)阳性、铂耐药上皮性卵巢癌、输卵管癌或原发性腹膜癌的成人治疗既往接受过1-3次全身治疗方案。获批后退市的2种ADCs Belantamab Mafodotin-BlmfBelantamab mafodotin由一种靶向B细胞成熟抗原(BCMA)的lgG抗体，通过不可切割的马来酰亚胺基己酰(MC)连接子与MMAF偶联。BCMA是一种在恶性浆细胞上大量表达的细胞表面蛋白，是治疗多发性骨髓瘤的一个很重要的靶点。一旦belantamab maodotin与BCMA结合，该复合物内化并在溶酶体中降解，MMAF释放，诱导生长阻滞和细胞凋亡。2020年8月5日，FDA加速批准Belantamab mafodotin(Blenrep, GSK)用于复发或难治性多发性骨髓瘤的成人患者，这些患者之前接受过至少四种治疗，其必须包括抗CD38单克隆抗体、免疫调节剂和蛋白酶体抑制剂。然而，2022年11月，应FDA要求，belantamab从美国退市。但目前GSK仍在开展相关临床研究，积极探索其临床价值，如表2。表2 Belantamab mafodotin开展中的临床信息汇总 Moxetumomab pasudotox-TdfkMoxetumomab pasudotox是一种被视为ADC的免疫毒素，由抗CD22单克隆抗体共价连接到假单胞菌外毒素a(PE38)的38kDa片段上。免疫毒素的Fv部分与CD22结合，内化后，通过催化延伸因子-2(EF-2)中二苯二胺 EF-2)中二苯二胺残基的ADP核糖基化诱导凋亡。2018年9月13日，FDA批准Moxetumomab pasudotox(Lumoxiti, AstraZeneca)最用于复发或难治性毛细胞白血病患者，这些患者之前接受过至少两种全身治疗，包括核类似物治疗。然而，在2022年11月，由于临床使用率很低，moxetuomomab宣布于2023年7月撤出美国市场，且moxetumomab的上市后研究也被终止。已上市的国产ADC 维迪西妥单抗维迪西妥单抗（爱地希）是中国首个原创抗体偶联（ADC）药物，由靶向Her2的单克隆抗体，蛋白酶可剪切的ADC连接子（MC-Val-Cit-PAB）与MMAE偶联而成。2021年6月和2021年12月，维迪西妥单抗（爱地希，荣昌生物）获中国药监局批准上市销售，适用于至少接受过2种系统化疗的HER2过表达局部晚期或转移性胃癌 HER2过表达局部晚期或转移性胃癌（包括胃食管结合部腺癌）患者的治疗，以及2+或3+的局部晚期或转移性尿路上皮癌的治疗。ADC的毒性作用“魔术子弹”概念是相对理想的，其毒理机制主要包括三类：第一种：靶向抗原的正常组织表达——靶毒性。例如，采用Tisotumab vedotin治疗会导致患者产生出血性并发症。此外，MMAE直接递送到组织因子表达的细胞外会导致结膜炎；Sacituzumab govitecan会刺激皮肤和胰腺（Trop阳性）产生皮疹和高血糖。第二种：由细胞毒性载荷决定的特定毒性，如骨髓抑制。例如，卡奇霉素会造成血小板减少和肝功能障碍；MMAE可引起周围神经病变；DM1可诱导胃肠道效应、血小板减少和中性粒细胞减少；拓扑异构酶1抑制剂SN38则与胃肠道副作用相关；烷基化剂SG3199 (PBD二聚体)与γ-谷氨酰转肽酶升高和液体潴留有关，包括可能由血管损伤引起的胸腔积液等。第三种：细胞毒性载荷释放后导致的器官特异性“脱靶”毒性。例如，Trastuzumab emtansine和Trastuzumab-deruxtecan会引起的间质性肺炎(ILD)。携带美登素类毒素的ADC由于脱靶作用，造成眼毒性。ADC开发面临的多种挑战 1) 靶向肿瘤特异性抗原的高亲和力抗体的开发具有挑战。高抗原亲和力并不代表较高的肿瘤穿透性。细胞表面抗原的表达和分布决定了ADC在某一适应症中的治疗效果。 2) ADC的药代动力学和药效学更为复杂，给成药性带来了很大挑战。FcRn介导的抗体清除会将ADC转移到细胞外室进行再循环，导致抗体半衰期较长。细胞毒性载荷在肝脏代谢，经肾脏或粪便排出体外，因此会受到肝肾功能的影响，并改变药物间的相互作用。 3) ADC的耐药性也是很大的挑战，包括有效载荷、抗原表达水平下调以及细胞内运输途径改变所产生的耐药性。ADC未来的前进方向目前ADCs在临床上的成功应用展示出其广阔的前景，从技术迭代优化的角度，未来可集中在：(1) 改进ADC的设计和递送；(2) 开发具有免疫治疗特性或辐射特性的新型有效载荷。 Ø ADC设计和递送的改进a) 改进连接子化学或修饰偶联技术，以提高肿瘤部位递送的特异性和减少脱靶毒性。例如，引入聚乙二醇化的间隔物来提高ADC分子的亲水性，从而改善药代动力学、耐受性和疗效。引入葡萄糖醛酸苷片段用于保护连接体免受体循环中非特异性肽酶的切割，以减少脱靶毒性。 b) 优化有效载荷的化学结构。例如，将与DNA交联的PBD二聚体的化学结构进行重新排列可以更有效地释放游离载荷。此外，开发的有效载荷结合敏感增强剂(PBSE)，可以与ADC共同给药，以减少组织中释放的有效载荷的暴露并促进血浆清除。 c) 精确控制DAR，并通过共轭到更稳定的位置以提高有效载荷的稳定性。 d) 开发双特异性抗体偶联物。例如，靶向HER2和CD63的双特异性ADC在HER2阳性肿瘤 HER2阳性肿瘤细胞中表现出更好的内化和溶酶体积累。 e) 开发肽-药物偶联物(Peptide-drug conjugates, PDCs)，利用多肽链靶向肿瘤抗原。例如，已被FDA批准用于恶性肿瘤的治疗的2种PDC：Lu 177标记DOTA-TATE（放射性核素），用于治疗生长抑素受体阳性的胃肠胰腺神经内分泌肿瘤(GEP-NETS)；美法仑氟苯胺（Melflufen），用于治疗复发或难治性多发性骨髓瘤患者，但后来退出市场。 f) 开发携带不同细胞毒性载荷的ADC。 Ø 开发具有免疫治疗特性或放射特性的新型有效载荷 a) 开发免疫刺激抗体偶联物(ISACs)。ISACs通过抗体介导的免疫刺激剂的靶向递送，刺激促炎细胞因子涌入，最终激活树突状细胞和T细胞的抗肿瘤应答。虽然尚无ISACs获得FDA的批准，但不少企业布局了这一赛道。例如，2022年6月28日，Astellas Pharma与Sutro Biopharma宣布共同开发新型免疫刺激抗体药物偶联物。 b) 开发放射性同位素类的有效载荷。例如，Lu 177成功获批上市。近几年，在国内医保改革、经济下行、国际形势多变、产品内卷严重等多重因素影响下，生物药行业整体处于增速下降阶段，面临着严峻的考验。因此，技术的创新和产品多样化开发显得尤为重要。而后疫情时代，ADC药物俨然成为创新药开发的主力军，具有广阔的市场前景。参考资料[1] Tsuchikama K, An Z. Antibody-drug conjugates: recent advances in conjugation and linker chemistries. Protein Cell. 2018 Jan;9(1):33-46.[2] Hofland P, Portillo S. What are Antibody-drug Conjugates? – ADC Review / Journal of Antibody-drug Conjugates – March 22, 2019. DOI: 10.14229/jadc.2019.03.22.001.[3] Gogia P, Ashraf H, Bhasin S, Xu Y. Antibody-Drug Conjugates: A Review of Approved Drugs and Their Clinical Level of Evidence. Cancers (Basel). 2023 Jul 30;15(15):3886.[4] https://clinicaltrials.gov[5] https://www.remegen.cn/index.php[6] 药物说明书识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入生物制品微信群！请注明：姓名+研究方向！版权声明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。