针对癌症的抗体-药物偶联物和双特异性抗体：点击化学的应用

2024-01-24

抗体药物偶联物临床结果多肽偶联药物

由于人口增长和老龄化，预计未来20年全球不同类型癌症的发病率将增加47%。因此，需要在全球范围内努力控制这一疾病。化疗药物有局限性，如治疗范围窄、耐药和非特异性毒性。在20世纪70年代，使用单克隆抗体（mAb）的化疗开始出现，第一个治疗性mAb（抗CD3）于1986年获得批准。设计目的是提高治疗效果，降低药物毒性。通过模仿天然抗体的特异性和功能，从杂交瘤、基因工程和转基因小鼠中合成的单克隆抗体可作为治疗剂。然而，该疾病复杂的病因和多种介质通过刺激其他信号通路限制了其治疗效果。包括抗体-药物偶联物（ADC）和双特异性抗体（bsAbs）在内的工程方法已经被开发出来，以克服治疗性抗体的一些局限性并提高其疗效。ADC能够与癌症相关的靶抗原进行强而特异性的结合，从而提高治疗效果和安全性。bsAbs可以同时靶向多个分子并介导先天免疫反应，从而产生新的治疗效果。点击化学于2000年提出，已被采用为药物开发的新策略，包括ADC和bsAbs的生产。“点击化学”获得2022年诺贝尔化学奖，利用“点击反应”将生物分子与报告分子结合；它的高收率、快速反应和高反应特异性为复杂的生物环境提供了许多化学策略。此外，ADC和bsAbs（bsADCs）结合的新技术尚未被批准普遍使用，但在临床阶段有许多有希望的候选药物。联合策略，bsADCs，可能有助于通过靶向具有过表达表面抗原的肿瘤细胞来提高ADC的特异性。这也可能增加bsAbs的快速内化和杀伤能力，并有助于提高现有药物的效力和功效。ADCsADC的定义和机制ADC是通过连接体将细胞毒性药物与单克隆抗体偶联起作用的一类新药物。抗体与靶标结合的部分可能变化很大，可以针对特定蛋白质进行个体化，从而使ADC能够适应治疗各种癌症。ADC由于其抗体特性而选择性地将细胞毒性药物转运到靶细胞。此外，药物-抗体比率（DAR）决定了缀合物的许多特性，如稳定性和间隙，是控制其优化功效的关键因素。ADC含有识别肿瘤抗原的抗体，结合药物的稳定连接物，以及治疗强效癌症的细胞毒性药物（也称为有效载荷）。ADC中的抗体应具有最小的免疫原性和对抗原的高亲和力。抗原结合抗体还应具有良好的细胞内化效率，其半衰期不应短。为了将毒性降到最低，理想抗原应该在肿瘤中特异性表达，而不是在健康细胞中表达，抗体药物被吸引到癌细胞表面。ADC的行动模式分为六个步骤：（1）静脉引入ADC与靶细胞抗原结合；（2）ADC -抗原复合物通过网格蛋白介导的内吞作用内化；（3）ADC在溶酶体中降解；（4）释放有效载荷并作用于细胞；（5）诱导靶细胞凋亡；（6）释放的有效载荷也可能造成旁观者死亡。图1 ADC的作用模式示意图ADC抗原被批准用于全球治疗市场表1 被批准用于癌症治疗的ADCFDA和EMA批准的ADC药物靶向细胞膜表达受体，包括CD33、CD30、CD22、CD79b、CD19、BCMA、HER2、Trop-2、TF和Nectin-4。其中，有6种ADC可用于血液系统恶性肿瘤，靶向B细胞或T细胞的跨膜糖蛋白CD33、CD30、CD22、CD79b和CD19。首个获批的ADC是gemtuzumab ozogamicin（Mylotarg™），这是一种靶向CD33治疗急性髓性白血病（AML）的药物，于2000年5月在FDA的加速审批程序下获得批准。批准后开始临床试验，但由于副作用，如肝静脉闭塞性疾病，于2010年自愿退出。然而，它在2017年被FDA重新批准用于治疗。大多数ADC被批准用于靶向血液学癌症，并与特定免疫细胞谱系上的CD分子结合，选择性地攻击癌细胞。然而，实体肿瘤占所有癌症的近90%，而实体肿瘤的ADC发展相当困难，因为它们的抗原不是肿瘤特异性的，也可能在正常细胞中表达。其中，靶向HER2的ADC包括ado-trastuzumab emtansine（KADCyla™）和trastuzumab deruxtecan（Enhertu™）。Nectin-4是一种钙非依赖性细胞粘附分子，在膀胱癌、乳腺癌和胰腺癌中过表达，是enfortumab vedotin（Padcev™）的靶抗原。虽然nectin-4在正常上皮组织中表达，但其在癌症中的表达要高得多，因此适合作为ADC抗原。Tisotumab vedotin （Tivdak）是首个靶向组织因子（TF）的ADC，组织因子是宫颈癌细胞中表达的一种蛋白。宫颈癌是每年导致30多万人死亡的主要癌症类型之一。TF已被证明在宫颈癌、胃肠道癌、黑色素瘤、肺癌和乳腺癌中表达。虽然TF尚未被确定为致癌基因，它是由癌症控制的转变，例如肿瘤微环境中的缺氧和致癌RAS。细胞毒性载荷的类型ADC的细胞毒性有效载荷是杀死癌细胞的有效末端执行器成分。有效载荷的有效性取决于其分子电荷和疏水性，以及连接剂的化学性质。根据作用方式的不同，细胞毒素有效载荷可分为两类：破坏DNA或微管蛋白细丝的细胞毒素有效载荷。第一类有效载荷的作用是破坏DNA。第一个被批准的有效载荷是从棘孢小单孢菌中分离出来的卡利奇霉素（ozogamicin）。卡利奇霉素与DNA结合，形成自由基，破坏DNA双链，导致细胞死亡。第二类有效载荷以微管丝为靶点，抑制微管形成或诱导有丝分裂停止。微管是细胞骨架的组成部分之一，在癌细胞增殖过程中起着重要作用。抗微管蛋白剂anti-tubulin agent monomethyl auristatin E （MMAE）和F （MMAF）是由天然有丝分裂抑制剂dolastatin衍生的合成化合物。Auristatins抑制微管聚合，导致G2/M期细胞周期阻滞。FDA批准的一种药物blentamab mafodotin显示出与MMAF相关的结构，该结构破坏微管网络，导致细胞周期阻滞和细胞凋亡。Trastuzumab emtansine（T-DM1）的有效载荷是DM1，这是首个被批准用于实体肿瘤的ADC。点击化学在ADC中的应用点击化学的概念最早是由Finn和Sharpless在2001年提出的。从那时起，点击反应在癌症治疗的药物输送等医疗策略中得到了广泛的研究。具体来说，点击化学在ADC作为连接有效载荷与抗体的偶联策略方面取得了巨大进展。早期ADC是通过随机偶联化学针对抗体的天然赖氨酸或半胱氨酸配制的。因此，它们有多个DAR。腙是通过羰基与α-效应胺的缩合而形成的，可以看作是点击化学的早期模型。羰基是抗体的赖氨酸靶向连接位点，α-效应胺是由钙胺素负载衍生的肼。因此，腙在生理条件下不够稳定，需要改进。后来开发的THIOMAB技术经过设计，使抗体的半胱氨酸残基与药物的马来酰亚胺发生反应并结合。马来酰亚胺与赖氨酸反应轻微，因此半胱氨酸-马来酰亚胺反应性需要改进。然而，点击化学比在单抗上使用赖氨酸和半胱氨酸残基更有助于紧密地操纵DAR。通过将新的官能团安装到单抗和有效载荷中并在它们之间偶联，产生位点特异性ADC。叠氮化物-炔环加成反应（AAC）是化学反应中的代表性反应，已被用于ADC的开发。此外，ADC可以在不使用单抗中天然氨基酸残基的情况下合成。两种主要的AAC类型是铜催化AAC （CuAAC）和菌株促进AAC（SPAAC）。CuAAC的合成方法是将线性炔与叠氮化物在铜的催化下结合形成杂环。另一方面，通过环环真的环修饰合成SPAAC，并利用其得到同质ADC产品。由于铜的存在，CuAAC已经被观察到氧化抗体中的某些氨基酸，并且被氧化的蛋白质可能具有免疫原性。bsAbsbsAbs的定义和类型bsAbs通过表现出两种不同的Fab（抗原结合片段）状态，在单个抗体中包含两个靶标结合单位，首次报道于1960年。迄今为止，已经生产了一百多种bsAbs，并仍在广泛研究中。bsAbs分子是通过DNA重组或细胞融合技术产生的，几乎所有的bsAbs都是通过基因操作产生的。根据片段结晶状态（Fc）的存在与否，bsAbs分为两种类型。全尺寸结构的bsAbs尺寸更大，具有相对较长的半衰期和稳定性。Fc状态也有助于bsAbs的溶解性和纯化。Fc状态诱导了额外的治疗作用，如抗体依赖性细胞毒性（ADCC）、抗体依赖性细胞吞噬（ADCP）和补体依赖性细胞毒性（CDC），这些作用是通过NK细胞、巨噬细胞或其他辅助细胞通过Fc-FcγR相互作用产生的。图2 bsAbs分子的形式和作用方式的示意图bsAbs靶向肿瘤的作用模式FDA根据其作用机制将bsAbs分为两组：细胞桥接和抗原交联（非细胞桥接）。癌细胞降低其表面的主要组织相容性复合体（MHC）I的表达，作为抑制CD8+T细胞活化和增殖的一种肿瘤逃逸策略。对于癌症治疗，抗原结合（Fab）的一个片段与肿瘤相关抗原结合，另一个片段与免疫细胞的分子结合，特别是T细胞特异性抗原（激活T细胞），以消除肿瘤细胞。这可能是bsAbs的一种潜在结合构型，因为对于某些bsAbs，两个Fab区都可能与肿瘤相关抗原结合。表2 bsAbs被批准用于癌症治疗如表所示，已获批抗癌药物的单抗有blinatumomab、amivantamab、tebentafusp-tebn和teclistamab。Tebentafusp和teclistamab于2022年获得批准，它们都是T细胞参与剂，通过靶向CD3结构域将T细胞定向到肿瘤特异性抗原表达细胞，类似于blinatumumab。细胞桥接bsAbs用于癌症治疗，特别是血液系统恶性肿瘤，旨在将免疫效应细胞与恶性细胞连接起来。细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）是免疫系统中最有效的效应细胞，主要在免疫效应细胞中发挥作用。这种形式被专门称为T细胞重定向双特异性抗体或T细胞接合剂，这种作用不能被传统的基于药物的单克隆抗体诱导。除了CTLs，其他辅助细胞，如NK细胞、巨噬细胞和单核细胞也是靶标。当使用CAR-T细胞时，细胞因子释放综合征（CRS）主要是在T细胞参与途径时诱导的。对于细胞桥接机制，CD3靶向主要用于激活T细胞信号通路，诱导T细胞增殖和炎性细胞因子分泌。使用CD3交联两种不同的细胞可诱导类似于TCR/MHC肽复合物的反应。bsAbs治疗血液肿瘤的其他靶点顺序如下：CD20、BCMA、CD123、CD16或CD30 （NK细胞上）。免疫检查点调节剂（ ICIs）是在诱导T细胞相关免疫反应的同时引发不良反应的抗体药物。免疫检查点信号分子也可以介导对癌症治疗的耐药性。细胞毒性T淋巴细胞抗原4 （CTLA-4）、淋巴细胞活化3 （LAG3）、程序性细胞死亡（PD1）和程序性死亡配体1 （PD-L1）等ICIs被用作bsAbs的靶点，靶向这些抗原的bsAbs被称为检查点抑制性T细胞接合物（CiTEs）。点击化学生成的bsAbs双特异性Fab的传统配方之一是复杂的，涉及抗体酶切、还原和重新连接。点击化学制造bsAbs用于连接两个抗体（或片段）。转肽酶和点击反应用于ADC的生产，可用于合成bsAbs。抗CD20 /CD3 bsAbs是通过无铜sortase-A介导的点击反应产生的，并表现出T细胞的增殖和活化，N3（叠氮化物）和标记在每个Fab上的二苯并环代（DBCO）之间的反应需要两个步骤才能产生单个抗体。（1）细菌排序酶-a的转肽化作用：每个Fab（抗CD3或抗CD20）与Gly3-（PEG）3-N3 （GPN）或Gly3-（PEG）4-DBCO （GPD）连接。（2）然后进行Fab-GPN与Fab-GPD的无铜咔嗒反应。含有三个甘氨酸的GPD和GPN连接物用于标记和诱导随后的位点特异性反应。与上述反应类似，环环精（DIBAC）或叠氮化物（N3）与分选酶A的反应可用于生成bsAbs。SMCC、邻苯二马来酰亚胺（o-PDM）和含马来酰亚胺基团等分子被用作两个抗体（或片段）之间的连接物。对于其他生物正交策略，环烯（TCO）和四氮（Tz）组合方法用于更精确的抗体治疗。ADC和bsAbs的组合ADC和bsAbs的发展有许多相似之处。为了适当地解决其有效载荷的安全性、有效性和递送问题，ADC和bsAbs应一起研究，而不是作为单一药物单独研究。有人认为，bsADCs工程可以潜在地扩大ADC的治疗范围，并补充bsAbs与更高的内化。因此，它有助于减少非特异性邻近细胞或正常细胞的死亡，靶向表面蛋白减少的肿瘤细胞作为免疫逃逸或防御机制，并降低最佳剂量。bsADCs涉及bsAbs和ADC的组合，但这些尚未获得批准使用。我们描述了临床I/II期不同的双特异性ADC。M1231、ZW-49、REGN5093-M114和BL-B01D1这些bsADCs候选物靶向抗TAA，如HER2、HER3、EGFR、MUC1和MET。靶向治疗的理想抗原通常在靶组织中表达。然而，抗原的基础表达可能导致脱靶毒性。酪氨酸激酶受体EGFR和c-MET在癌症进展相关途径中很重要。然而，已知这些抗原表现出低肿瘤特异性，因此，我们可以通过瞄准两个或更多分子来克服这些障碍。有研究表明，MMAE和VC连接子共同靶向EGFR和c-MET对肿瘤生长和转移具有抑制作用。除了抗原选择性外，治疗药物的有效吸收还需要易于内化和溶酶体易位。为了高负载内化到肿瘤细胞中，许多跨膜蛋白，包括催乳素受体(PRLR)，细胞因子受体和CD63，可以作为表位被招募。减少人口贩运使贩运活动能够迅速内部化和诱导，在一些肿瘤中也略有上调，如乳腺肿瘤，并已被开发用于补充现有的ADC疗效。研究了带有MMAE的抗her2 / PRLR bsADCs来补充抗HER2 ADC。可以预期，通过PRLR向溶酶体的高运输，随后是HER2中等水平和低PRLR表达水平的乳腺癌 HER2中等水平和低PRLR表达水平的乳腺癌细胞的细胞周期阻滞。含有十二指肠抑素-3的抗HER2 /CD63 bsADCs能够通过CD63诱导快速摄取，并对HER2阳性的乳腺和胃肿瘤表现出很强的细胞毒性(特别是通过微管破坏)。BL-B01D1是一种抗EGFR/HER3 bsADCs，靶向两种HER家族受体，BL-B01D1是一种基于片段的结构，由抗EGFR Fab和抗HER3 scFv组成。EGFR同二聚化与致癌特性有关，但HER2、HER3和HER4的同二聚化尚未得到充分研究。改善细胞有效载荷内化及其向溶酶体的运输与选择靶分子同样重要。为了使bsADCs发挥最大效力，需要仔细选择靶抗原和靶细胞。自20世纪70年代以来，使用抗体的治疗方法已经开发出来。ADC和bsAbs是经过极大改进的抗体药物形式，具有很强的肿瘤特异性。目前有100多种ADC和bsAbs正在进行临床评估。迄今为止，FDA已批准了13种ADC：gemtuzumab ozogamicin, brentuximab vedotin, inotuzumab ozogamicin, moxetumomab pasudotox, polatuzumab vedotin, belantamab mafodotin, loncastuximab tesirine, trastuzumab emtansine, enfortumab vedotin, trastuzumab deruxtecan, sacituzumab govitecan, tisotumab vedotin 和mirvetuximab soravtansine。ADC通常包含抗体、稳定的连接体和有效载荷。值得注意的是，叠氮-炔环加成反应(AAC)是键化化学的代表反应，已被用于ADC的开发。到2022年，FDA和EMA已经批准了四种bsAbs作为抗癌药物。其中，具有Fc状态的bsAbs是catumaxomab和amivantamab，它们更稳定，具有Fc状态诱导作用。另一种片段格式BiTE是一种流行的基于scFv的结构，是blinatumomab和tebentafusp的主要结构。对于T细胞，通常使用CD3，并且批准的bsAbs与HER2, HER3, CD19, BDMA和MET一样具有抗CD3臂作为流行的TAA。目前，约有400种ADC和200多种bsAbs正在临床开发，用于几种适应症，具有良好的治疗活性迹象。许多bsADCs候选药物仍处于临床试验的早期阶段。通过偶联bsAbs和ADC，期望在未来实现协同效应，从而开发出更有效的药物。在使用bsADC时存在几个问题，包括稳定性、交付、内化和生产问题。在使用CTL介导的免疫疗法时也要谨慎，这可能导致患者严重的CRS，导致死亡。综上所述，我们建议新兴的抗体技术ADC、bsAbs和bsADCs可用于补充现有的单药治疗策略，以优化癌症的治疗效果。文献来源：Antibody–drug conjugates and bispecific antibodies targeting cancers: applications of click chemistry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。