ADC药物有效性的瓶颈——组织渗透性

2022-11-10

抗体药物偶联物抗体免疫疗法小分子药物

12月21-22日，上海大咖带队，新秀集结！以创新利刃，破内卷之局ADC的肿瘤分布取决于很多因素，包括本身的剂量，系统清除速率，抗原表达量、内吞速率以及肿瘤本身的表面积体积比（S/V）。组织渗透性差仍然是实体瘤的抗体治疗的主要挑战，适当的提高给药剂量可以改善药物的组织分布，提高肿瘤穿透性。但是对于ADC来说，由于小分子有效载荷的剂量限制性毒性，给药剂量比其母体抗体相比要更低，从而进一步降低了肿瘤的穿透性。目前为止最成功的ADCEnhertu因为中低毒性的Payload，其剂量就在5.4mpk左右，已经非常接近其母本抗体赫赛汀6mpk的剂量。但是对于使用MMAE或者毒性更高的一些payload而言，提高剂量导致的副作用便已经无法接受了。给药策略的调整可以扩大ADC的治疗窗口，提高其治疗效果，比如第一个ADC药物Mylotarg以较高的频率给予较低剂量给药就相对降低毒性并改善耐受性，如降低血小板减少和减少肝功能异常指标。虽然减少剂量和增加给药频率可以改善耐受性，但对于实体瘤而言，较低的血浆浓度会导致药物的肿瘤穿透率降低，从而影响治疗效果。此外，瘤内药物分布仍是未知数，因为改变给药策略通常只从血浆中测量，而血浆不一定反映瘤内药物水平。于是还有一种给药策略，就是将裸抗与ADC共同给药，从而改善ADC在肿瘤内的分布。作者 | 制药农民工01临床前数据在临床前研究中，曲妥珠单抗与治疗剂量的TDM1以0:1、3:1和8:1的比例施用于肿瘤小鼠时，T-DM1渗透到血管周围区域以外的、离血管更远的肿瘤区域，而且渗透性的提高也带来了更好的疗效。图1：不同剂量裸抗下T-DM1的肿瘤分布如上图1A中，在单针注射3.6mg/kg的T-DM1，大部分的ADC在肿瘤表面被结合导致其肿瘤穿透严重不足，但是在B跟C中，同步注射10.8mg/kg或者28.8mg/kg的曲妥珠单抗，大量裸抗的加入大大的提高了肿瘤内部的药物分布数量与均一度。图2：不同剂量裸抗与T-DM1混合后的细胞毒性曲妥珠单抗剂量的增加提高了T-DM1对肿瘤组织的渗透性，但由于与HER2受体竞争而降低了单个细胞的DM1投送数量。问题随之而来，混入裸抗之后的T-DM1是否对肿瘤还有着足够的杀伤能力呢？文献报道，NCI-N87细胞系对T-DM1敏感，而曲妥珠单抗在体外只有轻微的生长抑制作用。如图2所示，NCI-N87和HCC1954细胞系的IC50值分别为82和33pmol/L，控制裸抗与ADC的总体浓度为10 nmol/L（相对于抗原的饱和浓度），加入曲妥珠单抗后，T-DM1对两种细胞系的毒性仍然低于抗体Kd（1.8 nmol/L），尽管IC50可能由于曲妥珠单抗的竞争而较高。图3：不同剂量裸抗与T-DM1混合后的小鼠生存曲线为了研究ADC肿瘤分布对疗效的影响，在NCI-N87肿瘤异种移植小鼠模型中给予固定剂量（3.6mg/kg）的T-DM1和不同比例的曲妥珠单抗。选择NCI-N87细胞系是因为它比HCC1954细胞系对T-DM1的敏感性低。细胞系对T-DM1在体外和体内的敏感度较低，为检测疗效的改善提供了更大的空间，以及其他实验已经表明，在中等剂量下，如此次研究中使用的剂量，曲妥珠单抗治疗并没有明显改变肿瘤的生长。曲妥珠单抗治疗在较高的剂量（>60毫克/公斤）下会产生适度（但有统计学意义）的生长抑制作用，但即使在总剂量为280毫克/公斤的最高剂量下，数周内也不会导致肿瘤减少。在T-DM1中加入曲妥珠单抗，在所有剂量水平下，肿瘤生长都比单独使用T-DM1慢，其中3:1和8:1（T:T-DM1）的比例有统计学上的显著影响。3:1和8:1的剂量水平有几个更多的PR，并且随着曲妥珠单抗剂量的增加，生存率表现出统计学上的明显增加。此外，只接受曲妥珠单抗的动物与生理盐水对照组相似，表明曲妥珠单抗在这些剂量下对疗效没有直接影响，在研究过程中对接受治疗的小鼠进行了称重，显示出可比较的耐受性。毒性的主要来源于有效载荷而不是抗体剂量。由于曲妥珠单抗的耐受性比T-DM1高得多，并且都给予相同的T-DM1剂量，所有的治疗都有一致的耐受性。在研究过程中对接受治疗的小鼠进行了称重，显示出可比较的耐受性。02临床数据由于小鼠模型不能再现人类肿瘤的复杂性，这种给药策略的临床效用仍然未知。如果这种给药策略在人类患者中起作用，鉴于这些药物的剂量限制性毒性和ADC的临床试验数量，这可能对ADC的发展产生重大影响。一项早期阶段的临床试验（NCT02415881）提供了一个合适的数据集来测试临床前的假设，即裸抗的剂量可以改善抗体-染料（本次临床试验使用染料进行示踪）结合物在临床环境中的微观分布。这项试验的主要结果被预先定义为panitumumab-IRDye800CW的安全性。在此，对该临床试验的回顾性分析，以评估临床中的联合用药策略。假设荧光标记的抗体可能被用作测量ADCs瘤内分布的替代物。其理由是，只要荧光基团或细胞毒性药物被适当地连接（不大幅改变结合位点或物理化学特性），它对抗体的药代动力学和组织渗透的影响就很小。本研究表明，当与裸抗共同给药时，抗体-染料偶联物的瘤内分布得到改善，而在健康组织中的摄取量较低，这支持了将共同给药策略应用于ADCs的可能性，以扩大其在临床实体肿瘤中的治疗窗口。表1研究设计摘要。在24名头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）患者中进行了一项单中心、非随机的I期研究，这些患者接受的抗体总剂量为0.3mg kg-1至2.6mg kg-1。其中一半的患者接受了100毫克未标记抗体的loading dose。上表中总结了患者的特征。患者诊断时的年龄从32岁到85岁不等（平均：62岁），大多数人表现为口腔鳞状细胞癌（88%）。从输液到手术开始的平均时间为2.5天（范围1-5）。比较loading dose的患者（LD组）和未接受loading dose的患者（非LD组）的年龄、原发肿瘤部位、肿瘤大小和输液-手术时间，没有发现明显差异。使用新鲜的肿瘤样本、厚的组织切片（5毫米）和组织学切片（5微米）测量原发肿瘤中的Panitumab-IRDye800CW。手术切除后，如果有的话，立即从每个病人那里获得新鲜的组织样本，，用这些组织样本对抗体浓度进行量化。福尔马林固定后，原发肿瘤标本被面包成5毫米厚的组织切片，用闭场荧光成像系统进行成像。随后，厚的组织切片被石蜡包埋成组织块，然后以5微米的厚度连续切片（组织学切片）进行近红外显微镜成像和组织病理学评估（苏木精和伊红（H&E）切片）。通过荧光强度和分布测量的抗体-染料吸收和分布，从厚的组织切片（宏观成像）和薄的组织学切片（显微镜成像）中进行了量化。图4：与裸抗的连用降低了肌肉摄取量并且保持了肿瘤的总体摄取当总的抗体剂量从0.3mg kg-1增加到2.6mg kg-1时，肌肉对抗体-染料偶联物的摄取呈下降趋势（图4a），表明共同给药的未标记抗体使肌肉中结合位点饱和，从而减少健康组织中的靶点介导的摄取。为了避免患者差异性的混杂影响，作者用肌肉摄取量对肿瘤和皮肤摄取量进行了归一化处理，发现接受负荷剂量的患者的肿瘤和皮肤肿瘤对抗体染料的摄取量都明显增加（图4b,c）。当肿瘤摄取量被皮肤摄取量归一化时，各组之间没有明显差异（图4d）。综上所述， EGFR受体在皮肤或肿瘤中均未达到饱和。图5：抗体-染料偶联物分布显示了实体瘤内宏观和微观的异质性亚饱和剂量的抗体导致抗体-染料结合物在整个肿瘤内和显微镜下在肿瘤巢内的异质性分布（图5）。在大的肿瘤中，尽管整个肿瘤的EGFR表达是均匀的（图5d），但抗体在肿瘤内部的分布大大低于外围（图5a）。荧光强度图（图5e）显示，随着肿瘤细胞进一步远离肿瘤块的边缘，荧光强度呈缓慢下降的趋势，这在以前被证明是与肿瘤外围的血管密度较高和基质密度较低，以及内部的间质压力升高相关的。在显微镜下，尽管有一致的EGFR表达，但抗体在tumor nests中的分布是不一致的（图5b，c）。tumor nests的饱和度取决于它们相对于肿瘤边缘的位置。在亚饱和剂量下（与ADC剂量一致），外围的tumor nests显示出恒定的荧光强度，而位于更中心的tumor nests随着与肿瘤边缘距离的增加，荧光逐渐减弱（图5f）。在微观和宏观层面上，药物输送与距离肿瘤边缘之间的负相关关系表明，抗体首先使位于外围的受体达到饱和。尽管分布显然是异质的，但抗体由于血浆清除和局部肿瘤细胞消耗而在肿瘤中形成一个停滞的饱和区域，通常被称为"结合点屏障"（binding site barrier）。图6：当与未标记的抗体共同使用时，抗体-染料偶联物在整个肿瘤中的空间分布更加均匀。为了定量比较两个给药组的抗体渗透率，将每个肿瘤分为小方块区域，并测量每个方块区域的抗体渗透率，即近红外荧光阳性区域与EGFR阳性区域的比率。区域的抗体渗透率，即近红外荧光阳性区域与EGFR阳性区域的比值，并绘制热图以显示其分布（图6a）。当量化整体的抗体渗透率时，以整个肿瘤区域的NIR与EGFR之比来衡量，LD和非LD给药组之间没有发现差异（图6b）。然而，当考虑到使用方形区域的微区域变化时，与非LD组的患者相比，接受loading dose的患者在整个肿瘤区的基于区域的抗体渗透率的IQR明显较低。与非LD组的患者相比（图6c），每个肿瘤的方形区域的荧光和EGFR表达之间的Pearson correlation 明显高于LD组。此外，与非LD剂量组的肿瘤相比，接受LD剂量的肿瘤中相邻区域的抗体渗透率明显更相关（上图e）。所有这些指标表明在LD组中抗体分布的异质性降低。在图6f中，当只有抗体-染料共轭物被全身给药时：抗体-染料从血管外渗出并扩散到细胞外的空间，与细胞外的细胞结合并使其饱和。到肿瘤巢穴的外层细胞并使其饱和，从而形成一个停滞的饱和区域（即"结合点屏障"）。然而，在图6g中，当母体抗体与抗体-染料共轭物共同施用时，母体抗体稀释了抗体-染料共轭物，并在肿瘤的外层细胞中竞争结合位点。因此，抗体-染料偶联物能够更深入地渗透到肿瘤的内部，克服了"结合位点障碍"，使抗体在微观层面的分布得到改善。总结在一个特定的肿瘤区域，抗体的吸收是由其血管或渗透性表面驱动的，而微观分布则取决于特定抗体可用的结合点数量。由于抗体与目标结合的速度比扩散的速度快得多，它们在肿瘤组织中的渗透受到严重限制（例如binding site barrier）。这在抗体达到饱和剂量之前会限制药物对肿瘤内部的渗透。而ADC由于其本身携带的毒素所带来的毒性（毒素脱落，非特异性内吞又或者on target, off tumor毒性），其剂量相对裸抗来说还会有所降低，通过加入裸抗或者更直接的降低dar从而提高ADC的剂量，以抗体海战术克服binding site barrier，提高抗体药物的肿瘤穿透性。理论上，如果抗体剂量足够大，抗体将到达肿瘤内所有（可接触到的）结合点，并使肿瘤内部和外围都达到饱和。以罗氏的两个MUC16靶点的ADC的一期数据而言，第一个DMUC5754A的DAR约为3.5，在2.4mpk剂量下一期ORR为17%，而采用了Thiomab定点偶联的DMUC4064A在DAR2的条件下达到了5.2mpk（算起来投送的MMAE数量变化并不太大），同时ORR也上升到了45%。当然不同临床的数据，还是一期临床数据用来直接比较也不是很合适，在此只是作为一个侧面证据表明抗体剂量带来的药物在肿瘤内部的分布变化也许可以提升ADC的治疗效果与窗口，尤其是使用毒性相对较大毒素的比如MMAE又甚至PBD的时候采取降低dar或者掺入裸抗的方法，在实体瘤的适应症中是否可以带来实实在在的临床收益，是一个值得思考的问题。参考文献：Cornelius Cilliers , Bruna Menezes , et al. Improved Tumor Penetration and Single-Cell Targeting of Antibody–Drug Conjugates Increases Anticancer Efficacy and Host Survival. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-17-1638Guolan Lu, Naoki Nishio , et al. Co-administered antibody improves penetration of antibody–dye conjugate into human cancers with implications for antibody–drug conjugates. doi: 10.1038/s41467-020-19498-yJ. F. Liu, K. N. Moore , et al. Phase I study of safety and pharmacokinetics of the anti-MUC16 antibody–drug conjugate DMUC5754A in patients with platinum-resistant ovarian cancer or unresectable pancreatic cancer. doi:10.1093/annonc/mdw401BiG近期活动11月18-19日，苏州BiG New Modality闭门会，创新正当时！扫码加入BiG生物创新社读者交流群，分享、交流纯粹的行业知识，非诚勿扰！BiGScientific Driven, Making Impact!创新生态丨医药论坛丨行业分析媒体公关丨BiG Webinar联系我们商务：Max 18662346610媒体：Kathy 17621909690