文献推荐|癌症治疗中新型抗体偶联药物的研究进展

2024-07-04

点击上方的行舟Drug ▲ 添加关注摘要：传统抗体偶联药物(antibody drug conjugates，ADC)通过将单克隆抗体与细胞毒性药物相结合，实现对癌细胞的精准打击，但在稳定性、靶向性、疗效及安全性等方面依然存在诸多不足。新型ADC，如双特异性、位点特异性、双有效载荷和前药型ADC，通过同时结合2个不同抗原或表位、选择更稳定的连接子、与抗体特定氨基酸位点偶联、携带不同药物有效载荷以及采用前药策略等优化方法，在保留传统ADC作用特点的基础上，显著提高药物的稳定性、靶向性、疗效和安全性，能更好地满足临床治疗的需求。新型ADC可能会在未来的癌症治疗中发挥重要的作用。探讨新型ADC在癌症治疗中的进展并分析其优势与挑战，可为开发抗癌策略提供理论支持，为药物研发提供方向。抗体偶联药物(antibody drug conjugates，ADC)已成为备受关注的癌症治疗药物。ADC通过将单克隆抗体与细胞毒性药物相结合，实现对癌细胞的精准打击。虽然传统 ADC 在癌症治疗领域已取得诸多进展，但依然在药物稳定性、靶向性、疗效及安全性等方面存在诸多不足。目前，新型ADC，包括双特异性(bi-specific)、位点特异性(site-specific)、双有效载荷 (dual payload)、前药型 (pro-drug type)ADC等，已经进入临床前或临床试验阶段。通过改进药物设计和制备方法，新型ADC有望更好地满足临床治疗的需求。本文对新型ADC在癌症治疗中的研究进展进行综述，并探讨未来发展趋势。 1. 癌症领域中新型ADC的种类和临床应用传统ADC通过抗原-抗体特异性结合、内化进入细胞，在溶酶体释放小分子细胞毒性药物，扰乱DNA及微管蛋白功能，发挥抗肿瘤的作用。由于载荷药物毒性有限、抗体亲和力不高、连接子不稳定等因素，传统ADC仍存在诸多不足。为此，研究人员设计双特异性、位点特异性、双有效载荷、前药型等新型 ADC，其基本结构如图1所示。与传统ADC相比，新型ADC通过同时结合2个不同抗原或表位、选择更为稳定的连接子、与抗体特定氨基酸位点偶联、携带2种药物有效载荷以及采用前药策略等优化方法，保留传统ADC作用特点的同时，进一步增强药物的稳定性，提高治疗效果并显著降低药物不良反应。图1 不同ADC的结构 1.1 双特异性ADC 部分晚期乳腺癌患者存在人表皮生长因子受体2(human epidermal growth factor receptor 2，HER2)构象改变的难治性癌细胞群。表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)突变靶向耐药肺癌患者存在继发 MET 扩增的细胞群。受体构象和信号通路改变可以导致传统药物无法精准靶向抗原。采用针对2种不同抗原或同一抗原不同表位的双特异性抗体作为构建元件而设计出的双特异性 ADC，能够同时识别和攻击 2 种不同抗原或同一抗原的不同表位，从而提高治疗效果。 Li等将曲妥珠单抗scFv连接至抗HER2单克隆抗体39S的重链上，通过连接子与高毒性微管抑制剂AZ13599185连接，设计新型抗HER2 双特异性ADC(MEDI4276)。MEDI4276通过识别HER2的2个表位将其相互连接形成大分子复合物，促进双特异性ADC向溶酶体递送。动物实验给药后120 d，接受MEDI4276 的所有异种移植瘤小鼠均出现肿瘤缩退。在抗 HER2 ADC(T-DM1)耐药和三阴性乳腺癌模型中，双特异性 ADC 也显示出显著的肿瘤抑制作用。MEDI4276被批准用于晚期HER2阳性乳腺癌 HER2阳性乳腺癌和胃癌患者(NCT02576548)，其中1例完全缓解，1例部分缓解。但是MEDI4276可能会引起腹泻、肝毒性和神经病变等不良反应。Hamblett等研发的另一种抗 HER2 的双特异性 ADC(ZW49)也显示出良好的抗肿瘤活性，目前正在进行 I 期研究(NCT03821233)，具有良好有效性和可控安全性，每3周进行2.5 mg/kg治疗的HER2阳性患者，客观有效率为28%，疾病控制率为 72%，大多数不良事件的严重程度为1级或2级。除了可以同时靶向同种抗原的不同表位外，双特异性 ADC 还可同时靶向 2 种不同的肿瘤抗原。deGoeij 等设计一种抗HER2和CD63的双特异性ADC，能够识别在细胞质内穿梭的CD63。较传统ADC(抗HER2或抗 CD63)发挥更大的抗肿瘤活性。Sellmann等设计一种靶向EGFR和MET的双特异性ADC，与微管聚合抑制剂 Monomethyl auristatin E(MMAE)偶联，体外可杀伤80%的耐药细胞。双特异性ADC的出现使三特异性抗体的研发成为可能。Wu等研发的靶向CD38、CD3和CD28的三特异性 ADC，显示出对骨髓瘤细胞的杀伤作用。但双特异性ADC仍存在一些不足。例如将有效载荷与抗体有效共价结合十分复杂。通过抗体上的巯基、氨基、羧基等与有效载荷进行偶联可能改变其药代动力学性质，导致有效载荷功能减弱或丧失。此外，双特异性ADC可能带来更强的不良反应。因此，与传统ADC相比，双特异性ADC在药物靶向递送和肿瘤杀伤方面具有优势，但其研发和临床应用还存在许多挑战。 1.2 位点特异性ADC 在传统ADC的制备过程中，由于抗体存在多个可能结合位点，非特异性偶联会产生异质性产物，导致药物抗体偶联比(drug-to-antibody ratio，DAR)变化较大。非特异性偶联会引起较多不良反应，导致患者最大耐受剂量较低。为了克服这些问题，研究人员开发位点特异性技术，通过与抗体上特定氨基酸、非天然氨基酸、短肽或糖基偶联，产生DAR更稳定的产物，有助于改善药物的药代动力学特征，实现对ADC结构的精确控制。 Graziani等设计了一种名为 PF-06804103 的位点特异性ADC，将抗体的Kappa轻链恒定区K183和Fc恒定区K290的赖氨酸残基替换为半胱氨酸残基，优化药物在体内的药效动力学性质。动物实验中，PF-06804103展现出显著的缩瘤效果和良好的安全性；与T-DM1相比，PF-06804103在克服耐药性方面具有显著优势，为乳腺癌、胃癌、肺癌治疗提供新的选择；PF-06804103还具有更高的安全性，当剂量为5或6mg/kg 时，PF-06804103 引起的骨髓毒性较低。在一项临床试验(NCT03284723)中，接受3.0mg/kg PF-06804103治疗的患者中位缓解持续时间(duration of response，DOR)长于接受 4.0 mg/kg 的患者。但在剂量扩展阶段，4.0 mg/kg组显示出更高的客观缓解率(objective response rate，ORR)，尤其在HER2 阳性乳腺癌 HER2 阳性乳腺癌患者中优势更明显。在安全性方面，该药物表现出了良好的耐受性，没有观察到剂量限制性毒性(dose-limiting toxicity，DLT)。 Min等通过基因工程技术，在IRCR201抗体的轻链C端引入甘氨酸连接子和CaaX基序，合成香叶基酮焦磷酸盐生物正交反应基团，通过化学选择性肟连接反应，将吡咯并苯并二氮杂䓬 (dipyrrometheneboron difluoride，dPBD)与酰基化抗体结合形成靶向 MET 的位点特异性 ADC(cIRCR201-dPBD)。dPBD是一种吡咯并苯并二氮杂䓬的衍生物具有细胞毒性，而 IRCR201 是一种针对MET受体的单克隆抗体。在细胞实验中，cIRCR201-dPBD展现出了对多种MET阳性癌 MET阳性癌细胞的敏感性。在动物实验中，cIRCR201-dPBD 在肺癌(EBC-1)和胃癌(MKN-45)小鼠模型中展示出强大的抗肿瘤效果，通过每周腹腔注射，可显著抑制肿瘤生长。在 EBC-1模型中，0.8 mg/kg剂量下肿瘤生长被完全抑制；在MKN-45 模型中，1 mg/kg 剂量能完全抑制肿瘤。cIRCR201-dPBD的设计使其具有对MET阳性癌 MET阳性癌细胞的特异性识别和杀伤能力，同时确保更好的理化稳定性，避免不必要的药物毒性。尽管位点特异性ADC在提高药物利用度和降低毒性方面具有巨大潜力，但其设计原理复杂，生产过程面临诸多挑战。药物种类和载荷量也受到限制。潜在的安全性和有效性问题还有待进一步验证。 1.3 双有效载荷ADC 肿瘤异质性导致对药物的敏感性差异，单一药物治疗效果不佳。异质性还与侵袭性生长、高复发率相关，参与获得性耐药。研究表明ADC耐药的癌细胞对通过同一单抗递送的替代有效载荷仍然敏感。因此，通过结合2种不同的有效药物载荷，在同一时间攻击癌细胞的2种不同特性的双有效载荷ADC应运而生。 Levengood 等报道一种携带2种微管聚合抑制剂MMAE和MMAF的双有效载荷ADC，在顽固性大细胞淋巴瘤的异种移植模型中发挥较好抗肿瘤活性，而使用这2种药物分别进行单药治疗则无效。Mckertish 等通过可裂解的 Val-Cit 连接子将曲妥珠单抗与MMAE连接制备成Tmab-vc-MMAE，然后将Tmab-vc-MMAE 通过非裂解性的 SMCC 连接子与DM1 连接，形成了双载荷偶联物(Tmab-vc-MMAESMCC-DM1)。细胞实验显示其在 HER2 阳性乳腺癌 HER2 阳性乳腺癌细胞和结肠癌细胞中的半最大生长速率抑制浓度(growth rate 50， GR50) 分别为 0.29 nmol/L 和 3.36nmol/L。相比之下，Tmab-vc-MMAE的GR50分别为1 967 nmol/L 和 1 971 nmol/L。这显示出 TmabVcMMAE-SMCC-DM1的高效肿瘤杀伤能力。 Nilchan等选定PNU-159682和MMAF这2种具有互补作用机制的药物载荷来制备双有效载荷ADC，细胞实验结果表明这种双有效载荷ADC对表达HER2的肿瘤 HER2的肿瘤细胞具有较强抑制效果。这2种药物作用机制不同，PNU-159682 是 DNA 拓扑异构酶 II 抑制剂，可使细胞周期S期停滞。与传统ADC相比，双有效载荷ADC在克服肿瘤异质性方面具有明显优势，但也存在一些问题和挑战。双有效载荷ADC的体内药代动力学特性更为复杂，可能涉及到2种药物载荷的协同作用、药物动力学等问题。由于涉及2种药物载荷，如何保障2种药物载荷在连接过程中保持稳定性和活性是一大挑战，其毒性反应可能会更复杂，需要更深入的临床前和临床研究。 1.4 前药型 ADC 有效抗肿瘤的关键在于药物精准到达肿瘤细胞，而只有有限的ADC能够到达靶点，且药物负载能力有限，因此需要使用高效的药物来确保ADC疗效，连接子和有效载荷在血液中的稳定性至关重要。常规的连接子可能在非目标细胞或者血液中过早释放药物，导致非目标释放。而目前临床开发中的ADC主要包括微管抑制剂和DNA靶向药物，由于其具有高毒性或低亲脂性而无法作为游离药物使用。因此前药型ADC被提出，以提高药物到达肿瘤细胞的效率。1958年Albert提出了“前药”的概念，指在表现出药理作用之前经历生物转化，通过氢化、氧化、还原、水解等，转化为具有药理活性的药物。前药易于穿过生物膜进入血液循环，具有更高的生物利用度，确保药物只在目标细胞内释放，最大程度地减少对周围健康细胞的损害。 Lin等将多柔比星(doxorubicin，Dox)与环状化合物反式环辛烯(trans-cyclooctene，TCO)相连，形成一种在特定环境才被激活的前药复合分子TCO-Dox，通过pH敏感的缩醛基连接子与曲妥珠单抗偶联形成前药型ADC(TCO-Dox-Ab)。TCO在药物设计中常被用作“笼罩基团(caging group)”，暂时性地掩蔽或限制药物的活性，通过发生 Diels-Alder 去电子反应解除笼罩状态，激活药物活性。这种设计有助于增强药物的细胞和组织渗透性。当TCO-Dox进入细胞后，在肿瘤细胞酸性环境中激活并释放。这种设计可以使 Dox 在肿瘤细胞内部积累，而不是分散至全身，从而减少不良反应的产生。体内和体外实验结果显示：在pH值为6.5的环境下，TCO-Dox-Ab的细胞摄取量增加4.2倍，而Dox-Ab仅增加1.8倍；TCODox相较于Dox具有约多50μm的渗透深度，显示出显著增强的药物组织穿透能力。这表明这种设计显著促进了 Dox 在肿瘤细胞中的靶向摄取，激活的TCO-Dox-Ab 在肿瘤抑制方面效果更为显著。此外，该研究还对各实验组的心、肝、脾、肺和肾的组织切片样本进行分析，未发现明显的组织损伤，进一步证实了前药型ADC策略的安全性。与传统ADC相比，前药型ADC在药物稳定性、生物利用度以及减少对周围健康细胞的损害等方面表现出明显的优势，但其设计和合成需要精细调控连接子、前药和抗体的组合，以确保最佳的疗效和安全性。对于不同肿瘤类型，前药型ADC的疗效和耐受性存在差异。 2. 新型ADC在癌症治疗中的优缺点双特异性、位点特异性、双有效载荷、前药型等新型ADC在癌症治疗中都具有独特的优势和适用范围，但同时也存在一些局限(表1)。双特异性 ADC 能够同时结合 2 个不同的抗原，实现双重靶向攻击肿瘤细胞，从而降低对正常细胞的损伤并提高治疗效果，其攻击策略能够降低耐药性的产生。但其研发和生产过程较为复杂，需要精确调控 2 种抗体的活性，以确保最佳的疗效和安全性。涉及2种抗体的结合可能会增加免疫原性风险，因此需要对其免疫原性进行充分评估。位点特异性ADC通过精确控制药物在抗体上的结合位点和数量，显著提高药物的均质性。不仅有助于提高治疗效果，还能减少对正常细胞的损伤和不良反应的发生。但其设计和生产过程需要采用精确的化学合成技术，以确保药物与抗体的稳定偶联，需要复杂的生产流程和较高的技术要求。此外，由于药物装载在特定的抗体位点上，且一些药物可能不适合这种偶联方式，导致药物种类和载荷量的选择受到限制。通过不断改进技术和优化生产流程，有望进一步发挥其潜力。双有效载荷 ADC 的特点是含有 2 种不同的有效载荷，可以同时攻击2个不同的靶点，从而增强对癌细胞的杀伤力。其有可能作为单一药物引起协同效应，并在维持简单给药方案的同时克服难治性肿瘤患者的耐药性。这种ADC的设计和开发需要一种双功能连接子，可以同时连接2种不同的有效载荷，并且能够在体内稳定地释放。因此，双有效载荷ADC比传统ADC更具优势，可以更有效地抑制癌细胞。然而，同时将2种不同的药物分子有效地结合在一起，技术上具有一定挑战，需要开发出稳定的偶联方法，以确保2种药物分子在血液循环过程中保持稳定，并在癌细胞内化后同时释放2种有效载荷。前药型ADC的优点在于通过设计可控制药物释放的化学键，实现在肿瘤细胞内的定点释放，从而降低对正常细胞的损伤并提高药物的利用度。前药型ADC具有较高的稳定性，能够避免药物过早释放和降解的问题，在体内能够更好地控制药物释放，降低不良反应并提高疗效。然而，前药在体内的转化和代谢机制尚不明确，需要进一步验证其在实际应用中的安全性和有效性。表1 不同新型ADC的优缺点 3. 癌症领域新型ADC的研究方向传统ADC虽然已经在多种癌症治疗中取得显著成果，但仍面临许多挑战，包括提高特异性、解决耐药性、降低药物毒性、提高生产效率等。因此，未来ADC研究需要关注新的方向和突破技术瓶颈。 3.1 开发药物载荷研究者正在探索将免疫刺激性分子或放射性核素作为药物载荷，新型药物载荷的引入有望为ADC的治疗效果带来更多可能性。作为药物载荷的免疫刺激性分子可以激活免疫系统，使ADC能够更精准地攻击癌细胞。此外，药物荷载还能增强ADC的免疫原性，刺激机体产生免疫应答，从而提高治疗效果。放射性核素作为药物载荷，通过与抗体偶联形成放射免疫偶联物，能够利用放射性核素的辐射作用杀伤肿瘤细胞。开发新型药物载荷有望解决当前ADC中存在的特异性不足和对正常组织产生毒性等问题，从而提高治疗效果和特异性，为肿瘤治疗提供更多的可能性。 3.2 优化生物分布和药代动力学 ADC的生物分布和药代动力学对治疗效果具有重要意义。然而，一些ADC在体内的分布广泛，可能导致对正常组织产生毒性。解决这一问题的关键在于优化 ADC 的生物分布。研究者正在探索利用新型的连接子材料和技术，使ADC更加精准地到达肿瘤部位。优化药物释放速率和半衰期可以确保ADC在体内发挥最佳疗效。因此，如何优化生物分布和药代动力学来提高ADC的特异性，发挥药物的疗效，减少对正常组织的影响是当前ADC研究领域十分关键的问题。 3.3 联合应用其他治疗方法新型 ADC 可以与化学治疗、放射治疗、免疫治疗等联合应用，以提高治疗效果；可以与免疫检查点抑制剂联合应用，以增强免疫治疗效果等。通过联合应用其他治疗方法，可以发挥ADC的优势，克服单一治疗方法存在的局限性，为癌症治疗带来更多的可能性。未来ADC研究需要关注药物载荷开发、优化生物分布和药代动力学以及联合应用其他治疗方法等方向，加强技术研发和市场推广，提高ADC的疗效和生产效率，为癌症治疗带来更多的可能性。结语新型 ADC 在设计和优化方面取得了显著进展。例如双特异性ADC可以同时结合 2 个不同的抗原或表位，从而提高药物的靶向性和疗效；位点特异性ADC通过选择更稳定的连接子与抗体特定氨基酸位点偶联，增强了药物的稳定性和疗效；双有效载荷ADC携带不同药物有效载荷，能够同时攻击癌细胞的多个靶点，进一步提高疗效；而前药型ADC则采用前药策略，在到达肿瘤部位后才释放药物，可降低对正常细胞的毒性，从而提高药物安全性。这些新型ADC的研发在稳定性、靶向性、疗效和安全性等方面均较传统ADC有了显著的提升，它们能够更好地满足临床治疗的需求，为癌症患者提供了新的治疗选择。但新型 ADC 的研发也面临着诸多挑战。如何进一步优化ADC的设计，在提高其稳定性和靶向性的同时降低对正常细胞的毒性，是当前研究的重点。此外，新型ADC的临床应用也需要进一步探索，包括其适应证、用药剂量、给药方式等方面的研究。总之，新型ADC在癌症治疗中具有广阔的应用前景。通过不断优化设计和探索临床应用，我们有理由相信，新型ADC将在未来的癌症治疗中发挥更加重要的作用。文献：李雨凝,苏佳琳,谭树华,等.癌症治疗中新型抗体偶联药物的研究进展[J].中南大学学报（医学版）, 2024, 49(2). 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