ADC到XDC，抗体偶联药物5大要素，挖掘创新根本源泉

2024-02-04

抗体药物偶联物

从ADC到XDC，偶联药物未来趋势，将聚焦于新的靶抗原、具有新作用机制的有效载荷、新的抗体和载体形式等方面。靶点适应症选择+最优结构组合，是目前研发重点。抗体偶联药物（Antibody-Drug Conjugate，ADC）是将肿瘤靶向抗体(Tumor Targeted Antibody)和小分子细胞毒性药物(Cytotoxic Drug)利用特定的偶联技术通过连接物(Linker)偶联的一类药物。已有不少文章从各个维度介绍过抗体偶联药物，本篇将再次概述抗体偶联药物的五大基本要素（抗原靶点、抗体、连接子、有效载荷及偶联方式）。作用机制：ADC药物，其抗体高特异性靶向识别肿瘤抗原，静脉注射给药后，药物通过血液循环，分布到肿瘤组织并与肿瘤表面抗原结合。ADC与抗原的复合物通过内吞，将其携带的有效载荷内化到肿瘤细胞中，被转运到溶酶体以高效活性形式被释放，通过DNA损伤或抑制微管合成进而诱导癌细胞凋亡。一、靶点ADC制备起点是靶点选择，药物安全性和有效性主要依赖于靶抗原的选择，及与其相互作用。考虑因素：1，靶抗原是否在肿瘤中高表达，而在正常细胞中无或低表达；2，目标抗原是否在肿瘤细胞的细胞膜表面分布，因而才可以被特异性抗体所识别；3，抗原是否不易脱落，以防止抗体与循环内的抗原结合；4，目标抗原是否具有内化特性。已有超过五十来种抗原，被作为ADC所识别的靶抗原，对于靶抗原位点的选择，科学家们探索不同设计策略。肿瘤细胞/肿瘤微环境的重要靶抗原1、癌症细胞中过度表达的靶抗原（分布癌细胞）：GPNMB,CD70,CD56,Trop-2,FRα,Tissue factor，ENPP3，p-cadherin，mesothelin，STEAP1，CEACAM5，Mucin 1,Nectin 4,SLC44A4,PSMA，LIV1,5T4,SC-16,Guanylyl cyclase C；2、驱动致癌基因（分布肿瘤相关成纤维细胞）HER2,EGFR3、肿瘤血管系统中靶抗原（分布蛋白多糖）EDB,ETB,PSMA VEGFR2，ROBO4，Tissue factor4、基质内靶抗原（分布胶原蛋白）Tenascin C、Collagen IV, Periostin5、血液系统恶性肿瘤中靶抗原（分布血细胞）CD22,CD30,CD33，CD79b,CD19,CD138，CD74，CD37，CD19，CD98临床阶段ADC药物靶点分布目前ADC靶点， HER2 赛道愈发激烈，全球已有 3 款 HER2 ADC 获批上市，全球进入临床阶段的HER2，占比超过20%。TROP-2、EGFR、Claudin18.2等靶点也有多家企业在研中，而中国企业迈入了全球研发前列。此外，全球临床前ADC药物已超过400款，临床前的靶点布局较为分散。TROP2 ，全球有1 款 ADC （戈沙妥珠单抗）获批，国产在研管线众多。Nectin-4 ，全球有 1 款ADC（维恩妥尤单抗）获批上市。CLDN18.2 ADC CLDN18.2 ADC，全球有十多款进入临床阶段，多数均处于早期临床。2023年ESMO大会呈现的ADC靶点多样化。除了传统靶点外，PTK7、FolRα等新靶点也开始崭露头角。二、抗体（Antibody）抗体是ADC设计重要组成部分，应能够特异性的识别肿瘤细胞的靶抗原，并与靶抗原存在较高亲和力。抗体还应具有免疫原性弱、半衰期长、促进有效内化，血液循环稳定性好的特点。抗体根据其重链恒定区序列可分为IgG、 IgA、IgD、IgE和IgM共五类。目前已批准的ADC基本采用免疫球蛋白G（IgG）抗体，亚型包括IgG1、IgG2、IgG3和IgG4。其中IgG1由于其分子量适中、半衰期长、亲和力高、制备简便，发挥较强的Fc效应子功能等特点，在偶联研发中应用最多的亚型。IgG1在血清中含量最高，可通过与Fc受体的高结合亲和力，诱导抗体依赖性细胞介导的细胞毒性（ADCC）、抗体依赖性吞噬作用（ADCP）和补体依赖性细胞毒性（CDC）等强效应功能。ADC的抗体部分可以采用双特异性抗体或单域抗体等多种形式。双抗可针对同一靶抗原的两个不同表位，也可针对两个不同的靶抗原。ADC也可采用单域抗体偶联杀伤性放射性元素或毒性分子等，以开发新型偶联药物。三、连接子（Linker）连接子是ADC重要组成部分，将抗体与有效载荷连接起来。连接子在血液中的稳定性非常重要，当ADC进入肿瘤细胞或被运输到溶酶体，连接子应迅速分解以释放有效载荷。连接子会影响药物-抗体比值（DAR）、有效载荷释放时间、治疗指数和药代动力学/药效学等。连接子可分为可切割和不可切割两种类型。常见连接子包括：缬氨酸-瓜氨酸（VC）连接子、N-琥珀酰亚胺4-（2-吡啶基二硫基）丁酸酯（SPDB）连接子、腙连接子、4-（N-马来酰亚胺甲基）环己烷-1-羧酸琥珀酰亚胺（SMCC）连接子、马来酰亚胺己酰基（MC）连接子、N-琥珀酰亚胺基-4-（2-吡啶基二硫）戊酸酯（SPP）连接子、硫醚连接子、四肽连接子和碳酸酯连接子等。1、可切割连接子可切割的连接子通过多种机制进行裂解，包括腙键的酸不稳定裂解、二硫键的还原裂解和多肽键的酶解等。可切割连接子并非一定会产生旁观者效应，主要取决于释放载荷的膜穿透性和电荷特性。2、不可切割连接子不可切割连接子的ADC，只有在进入肿瘤细胞的溶酶体被蛋白酶降解后，才会释放有效载荷。不可切割连接子被内吞入溶酶体后，连接子不会被降解，连接的抗体则会被降解为氨基酸，形成氨基酸-连接子-小分子细胞毒复合物。该类型由于“连接子-氨基酸残基”带有电荷，限制了其透膜及扩散，因而通常不会产生旁观者效应。连接子优化，主要是为了增加在血浆中的稳定性以及适配旁观者效应；以及适配不同作用机制的毒素。可裂解连接体成为目前ADC应用的主流趋势，然而由于高毒性载荷对循环稳定性的严格要求，“酶敏感多肽技术”逐渐取代“酸敏感连接子技术”。四、有效载荷ADC有效载荷是其最重要的效应组分，常用的分子包括：微管生成抑制剂、DNA损伤因子和DNA转录抑制剂等。微管生成抑制剂，通过与微管结合阻止微管的聚合，从而阻滞细胞周期，产生细胞毒性，发挥抗肿瘤作用。如：au⁃ ristatin、美登素（Maytansine）及其类似物。DNA损伤因子，通过与DNA的小沟结合并促进DNA链烷基化、断裂或交联。如：Calicheamicin、Duocarmycins、 Anthracyclines、Pyrrolobenzodiazepine dimers。DNA转录抑制剂，如：Quinoline Alkaloid （SN-38）和Amatoxin等。其它新型：凋亡诱导剂，RNA剪接抑制剂，烟酰胺磷酸核糖基转移酶抑制剂等。随着技术发展的不断进步，有效载荷类型的探索越来越多。现有毒素进行改构提高疗效难度较大，主要通过毒素的多样化，实现ADC治疗方案及治疗窗口的拓展。基于拓扑异构酶2抑制剂的蒽环类毒素，以及基于RNApolⅡ抑制剂的阿马毒素（α-Amanitin）具有较好的临床前数据。五、偶联方式（Conjugation）偶联方式包括非定点偶联和定点偶联。非定点偶联法，主要有赖氨酸及半胱氨酸偶联。定点偶联，通过基因工程位点进行特异性偶联，实现更均一的ADC，能在特定位点实现细胞毒素的连接。1、非定点偶联偶联选择性差，产品均一性差。最早利用亲电基团，如马来酰亚胺或者N-羟基琥珀酰亚胺（N-Hydroxy Succinimide，NHS）和暴露赖氨酸的氨基反应。呈现随机性，抗体上携带的药物分子数量不相同，产品异质性大，影响PD/PK等参数。还原二硫键的半胱氨酸非定点偶联，是目前使用较多的偶联方式，Enhertu、Trodelvy、Adcetris均使用此方法。单克隆抗体IgG1含有12个链内二硫键和4个链间二硫键。链内二硫键处于抗体两层反向平行的β折叠结构之间，导致较低的反应性。链间二硫键易被还原剂作用，可还原出8个巯基，进一步与连接着反应基团的毒素分子偶联，形成0、2、4、6、8几种主要的药物偶联形式。2、定点偶联定点偶联是未来 ADC 的研发趋势，定点偶联技术可获得均一性更好的ADC药物，提高ADC药物稳定性，降低脱靶毒性。定点偶联技术主要包括：特异性位点偶联技术、非天然氨基酸偶联技术、聚糖偶联技术以及短肽标签偶联技术等。特异性位点偶联技术，如基因泰克的Thiomab技术，通过基因工程技术在抗体特定位置插入半胱氨酸残基，将半胱氨酸上的巯基与小分子毒物偶联，形成DAR值稳定的高均一性的ADC药物。相比于传统随机偶联得到的ADC药物，该技术ADC药物在血浆中具有低聚集性、高稳定性，以及较强的体内外抗肿瘤活性。基于非天然氨基酸（non-natural Amino Acid, nnAA）的技术，为ADC的制备提供了位点特异性的解决方案。人工合成相比天然氨基酸，特异性和稳定性更好的nnAA，通过正交tRNA合成酶、正交tRNA、独特的密码子系统在蛋白质特定位点引入nnAA。聚糖偶联（GlycoConnect）技术，利用大多数IgG单克隆抗体Fc段中含有天门冬酰胺297残基的糖基化修饰，这是一个很适合的特异性药物偶联位点。抗体通过糖苷内切酶切除N端聚糖，剩下糖胺（GlcNAc），添加N-叠氮乙酰半乳糖胺（N-Azidoacetylga-lactosamine，GalNAz）。短肽标签偶联技术，通过将细胞毒素，偶联到含有4到6个氨基酸残基的特定短肽标签上。在抗体中引入独特的短肽标签，在体内或体外进行酶修饰。允许肽标签中的特定氨基酸功能化，并与药物连接剂耦合。将谷氨酰胺标签（Leu-Leu-Gln-Gly， LLQG）引入到抗体分子中，使标签中的谷氨酰胺被mTG识别，转移含胺药物。在抗体的N端或C端，插入被甲酰基甘氨酸生成酶（Formylglycine-Generating Enzyme，FGE）识别的短肽标签LCx⁃ PxR。抗体与FGE共表达后，短肽标签中的半胱氨酸被细胞内酶氧化为含醛甲酰基甘氨酸，可与氨基功能化试剂偶联。引入的位于抗体不同区域的短肽标签，可能会产生免疫原性。从ADC到XDCADC药物技术，通过对原有药物设计，拓展至XDC万物偶联。目前多肽-药物偶联物，以及抗体-放射性核素偶联物关注度较高，其它多种新型偶联药物也在加速研发中。ADC药物通过拆解优化五大核心要素，筛选高表达的靶抗原，特异性平衡的抗体，代谢稳定的连接子，高抗肿瘤活性的有效载荷，以及DAR值均一的偶联技术，以此打造技术壁垒。随着多种新型偶联药物的快速推进，靶向药物也将迈入新时代。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。