PSMA x Tubulin

摘要：抗体药物偶联物（ADC）通常由单克隆抗体（mAbs）通过化学连接臂共价连接到细胞毒素药物。它结合了高度特异性靶向能力和高效杀伤效果的优势，实现对癌细胞的精准和高效清除，已成为抗癌药物研发的热点之一。自第一个ADC药物Mylotarg®（吉妥珠单抗奥佐加霉素）在2000年获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准以来，全球迄今已有14种ADC药物获得市场批准。此外，目前有100多个ADC候选药物正在临床阶段进行研究。这种被称为“生物导弹”的新型抗癌药物，正在引领靶向癌症治疗的新时代。在这里，我们对ADC的历史和作用机制进行了回顾，并简要讨论了ADC关键组成部分的分子方面以及这些关键因素如何影响ADCs的活性。此外，我们还回顾了已批准的ADCs和在III期临床试验中其他有前景的候选药物，并讨论了下一代开发当前的挑战和未来的展望，为使用ADCs研发新型癌症治疗方法提供了见解。 1.  引言 癌症已成为全球第二大健康威胁，2020年约有1000万人死于癌症。几十年来，基于细胞毒素剂的化疗一直是治疗广泛癌症的主要方法。这些细胞毒素剂包括DNA碱基类似物（5-氟尿嘧啶和8-氮鸟嘌呤）、DNA作用剂（顺铂和放线菌素D）、抗代谢物（氨基蝶呤和甲氨蝶呤）和微管抑制剂（紫杉醇和长春新碱衍生物）等。然而，这些化疗药物大多表现出较低的治疗指数，严重的副作用通常归因于非特异性药物暴露于非靶组织。为了解决这个问题，科学家一直在开发具有更高靶向能力的新型癌症治疗方法。 早在20世纪初，保罗·埃尔利希首次提出了“魔法子弹”的概念，并假设某些化合物可以直接作用于细胞中的某些期望靶标以治疗疾病。理论上，这些化合物应该能有效杀死癌细胞，但对正常细胞无害。一种可行的方法是识别一些在癌细胞上特异性高表达的抗原，以区分癌细胞和健康细胞，如乳腺癌上的HER2（人类表皮生长因子受体2）和B细胞淋巴瘤上的CD20（分化簇20）。这些抗原的特异性表达为通过单克隆抗体（mAbs）精确靶向肿瘤提供了可能性，自1975年杂交瘤技术发展以来，这一领域取得了巨大进步。近几十年来，越来越多的mAbs，如阿瓦斯汀、曲妥珠单抗、利妥昔单抗和小细胞肺癌，已在全球范围内获得批准，用于治疗各种实体瘤和血液癌症。 mAbs的出现通过精确靶向肿瘤表面抗原改变了癌症治疗的范式，然而，单独使用mAbs治疗通常是不够的，可能由于与化疗相比对癌细胞的致死性不够满意。因此，提出了一种新概念，即抗体-药物偶联物（ADC），以弥合mAb和细胞毒素药物之间的差距，提高治疗窗口。ADC由肿瘤靶向mAbs通过精心设计的化学连接臂与细胞毒素有效载荷共轭，实现了精确靶向和强大效果的双重能力。此外，由于连接到一个大的亲水性抗体，细胞毒素有效载荷在抗原阴性细胞中的非特异性摄取受到限制，有助于扩大治疗指数。 2000年，美国食品药品监督管理局（FDA）首次批准了ADC药物Mylotarg®（吉妥珠单抗奥佐加霉素），用于治疗成人急性髓细胞性白血病（AML），这标志着癌症靶向治疗ADC时代的开始。截至2021年12月，全球已有14种ADC药物获得批准，用于血液系统恶性肿瘤和实体瘤。此外，目前有100多个ADC候选药物处于不同的临床试验阶段。ADC药物从其起步阶段到成熟发展阶段在过去一百年中的里程碑事件如图1所示。随着靶标和适应症的不断扩大，ADC正在引领靶向癌症治疗的新时代，预计未来将取代传统的化疗。在这篇综述文章中，我们讨论了ADC的关键组成部分的分子方面和作用机制，并简要总结了ADC发展的进展。我们还回顾了已批准的ADCs和III期临床试验中的其他有前景的候选药物，并讨论了下一代ADC开发的当前挑战和未来展望。 图1 展示了自1910年Paul Ehrlich提出“魔法子弹”概念以来，过去一个世纪ADC药物开发和批准的重要事件时间线。ADC代表抗体药物偶联物；CEA代表癌胚抗原；ALL代表急性淋巴细胞性白血病；BR96是一种结合Lewis Y的抗体；DOX代表多柔比星；FDA代表美国食品药品监督管理局。 2.  ADC的关键组成部分 如图2所示，ADC由抗体、细胞毒素有效载荷和化学连接臂组成。一个理想的ADC药物在血液循环中保持稳定，准确到达治疗目标，并最终在目标附近（例如癌细胞）释放细胞毒素有效载荷。每个元素都可能影响ADC的最终疗效和安全性，通常ADC开发需要考虑所有这些关键组成部分，包括选择目标抗原、抗体、细胞毒素有效载荷、连接臂以及偶联方法。 图2 展示了ADC药物的结构和特点。核心组成部分包括目标抗原、抗体、连接体、细胞毒素药物以及它们的关键功能。 2.1.  目标抗原选择 肿瘤细胞上表达的目标抗原是ADC药物识别肿瘤细胞的导航方向，它还决定了将细胞毒素有效载荷输送到癌细胞的机制（例如内吞作用）。因此，适当的选择目标抗原是ADC设计的首要考虑因素。为了减少非靶组织的毒性，目标抗原首先应该在肿瘤细胞中特异性表达或占主导地位，在正常组织中很少或很低表达。理想情况下，抗原是表面（或细胞外）抗原，而不是细胞内抗原，以便被循环中的ADC识别。例如，某些肿瘤中HER2受体的表达量比正常细胞大约100倍，这为阿多珠单抗艾美曲辛、法姆珠单抗德鲁替康和迪司他珠单抗的发展成为坚实的基础。其次，目标抗原应该是非分泌性的，因为循环中的分泌性抗原会导致不希望的ADC在肿瘤外部位点的结合，导致肿瘤靶向性降低和安全性问题增加。第三，目标抗原理想情况下在与相应抗体结合后能够被内吞，以便ADC-抗原复合物进入癌细胞，随后通过适当的细胞内运输途径和有效释放细胞毒素有效载荷。 目前，如图3所示，已批准的ADC药物的目标抗原通常是癌细胞中特异性高表达的特定蛋白质，包括实体瘤中的HER2、Trop2、Nectin4和EGFR，以及血液系统恶性肿瘤中的CD19、CD22、CD33、CD30、BCMA和CD79b。在肿瘤学和免疫学基础研究的推动下，ADC目标抗原的选择已逐渐从传统的肿瘤细胞抗原扩展到肿瘤微环境中的目标，例如基质和血管。越来越多的证据表明，新血管系统的组成部分、亚内皮细胞外基质和肿瘤基质可能是ADC药物开发中有价值的目标抗原。例如，基质靶向ADC药物有潜力通过降低基质细胞产生的生长因子浓度来引起癌细胞死亡。由于癌细胞的生存依赖于血管生成和基质因子，ADCs可能通过靶向这些组织具有更广泛的疗效。此外，这些细胞的基因组比癌细胞更稳定，这可能为降低突变诱导的药物抗性提供了有希望的手段。 图3 展示了用于开发ADC的重要肿瘤细胞靶点抗原（过度表达和驱动基因）以及肿瘤微环境（血管和基质）。这些图像是使用BioRender.com创建的。 2.2.  抗体质点 肿瘤靶向抗体对于ADC与目标抗原之间的特异性结合至关重要。理想的抗体质点除了对目标抗原具有高亲和力外，还应促进有效的内吞作用，展示低免疫原性，并保持长的血浆半衰期。在ADC药物开发的早期阶段，主要使用小鼠来源的抗体，但由于严重的免疫原性相关的副作用，导致高失败率。随着重组技术的出现，小鼠抗体大多被嵌合抗体和人源化抗体所取代。目前，ADC越来越采用完全人源化的抗体，显著降低了免疫原性。在14种批准的ADC药物中，只有brentuximab vedotin使用嵌合抗体。 作为血清中免疫球蛋白的主要组成部分，目前ADC药物中使用的抗体大多是免疫球蛋白G（IgG）抗体，包括IgG1、IgG2、IgG3和IgG4四个亚型。IgG1是ADC常用的亚型，因为IgG1在血清中含量最丰富，并且能够通过与Fc受体的高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）等强效应器功能。这些Fc介导的效应功能在抗体药物的抗癌活性中起着至关重要的作用。IgG3很少用于ADC，因为其清除速率很快。与其他三种亚型的半衰期大约21天不同，IgG3在血清中的半衰期仅为大约7天。IgG2在体内通常倾向于形成二聚体和聚集体，导致ADC药物的浓度降低。IgG4可以诱导ADCP，然而，IgG4是一种具有Fab臂交换的异常动态抗体，导致效力降低和靶向效果不佳。 关于抗体-抗原复合物的内吞作用，效率主要取决于抗体与肿瘤细胞表面抗原之间的结合亲和力，其中更高的亲和力通常导致更快的内吞作用。然而，具有高抗原亲和力的抗体可能会减少进入实体瘤的渗透。实体瘤的治疗比血液瘤更复杂，因为实体瘤存在“结合位点屏障（BSB）”，极其强烈的抗体与抗原结合导致ADCs在从血管渗出后被困在血管附近，而较少渗透到远离血管的肿瘤细胞。因此，抗原与抗体之间的合理亲和力应该被优化，以平衡在目标细胞中的快速吸收和抗癌效力。除了结合亲和力外，影响肿瘤渗透的另一个因素是抗体的大小。IgG抗体（约150 kDa）的分子量大通常对通过血浆毛细血管和肿瘤基质的渗透构成挑战。因此，早期ADC主要针对血液系统恶性肿瘤。为了使ADC更好地适用于实体瘤治疗，研究人员尝试通过去除FC段来缩小抗体的大小。缩小的抗体不仅保持了高亲和力和特异性，而且还更容易通过血管渗透到实体瘤中，从而大大提高了对实体瘤的杀伤效果。然而，这样的变化也被发现会导致体内半衰期的减少。因此，在设计使用缩小抗体的ADC时，应考虑多种因素。 2.3.  连接臂 ADC中的连接臂连接抗体与细胞毒素药物。它是与ADC稳定性和有效载荷释放特性相关的关键因素之一，因此对ADC的最终治疗指数至关重要。理想的连接臂不应引起ADC聚集，预期限制血浆中有效载荷的过早释放，并促进在期望的目标部位释放活性药物。根据细胞内的代谢命运，可裂解和不可裂解连接臂在大多数ADC药物中得到应用。 可裂解连接臂利用系统循环和肿瘤细胞之间的环境差异来准确释放游离细胞毒素药物，它们可以进一步细分为化学裂解连接臂（腙键和二硫键）和酶裂解连接臂（葡萄糖苷酸键和肽键）。腙是一种典型的酸敏感（pH敏感）连接臂。腙连接的ADC通常在血液循环中稳定，但在内吞进入目标癌细胞后，在溶酶体（pH 4.8）和内质体（pH5.5–6.2）中水解，释放细胞毒素有效载荷。然而，腙键的水解并不完全局限于溶酶体，偶尔也会在血浆中发生，导致靶向效率降低和非靶向效应。迄今为止，含腙连接臂的ADC主要用于血液系统恶性肿瘤。例如，gemtuzumab ozogamicin和inotuzumab ozogamicin分别使用腙连接卡利奇霉素与mAbs治疗AML和急性淋巴细胞性白血病（ALL）。基于二硫键的连接臂是另一种化学敏感的可裂解连接臂，对还原性谷胱甘肽（GSH）敏感。GSH在维持细胞存活、增殖和分化以及维持细胞内氧化还原平衡方面发挥着至关重要的作用。血液中的GSH浓度远低于癌细胞内的浓度。因此，这种类型的连接臂可以保持在血液系统中稳定，同时在GSH水平升高的癌细胞中特异性释放活性有效载荷。 在酶敏感连接臂方面，基于肽的连接臂对溶酶体蛋白酶敏感，已在许多ADC中得到应用。溶酶体蛋白酶，如卡他蛋白B，在癌细胞中通常过度表达，使药物能够在肿瘤附近准确释放。此外，由于血液中存在蛋白酶抑制剂，连接臂通常在系统循环中稳定，降低了副作用的风险。在批准的ADC药物中，有9种使用基于肽的连接臂。例如，brentuximab vedotin使用缬氨酸-瓜氨酸连接臂。此外，β-葡萄糖苷酸连接臂是ADC中常用的另一种酶敏感连接臂。它可以通过β-葡萄糖苷酸酶在细胞内裂解，释放有效载荷，该酶在肿瘤区域的水平通常较高。 相比之下，不可裂解连接臂（例如硫醚或马来酰亚胺己酰基团）对体内的常见化学和酶环境无反应。不可裂解连接臂的最大优势是其低非靶向毒性，得益于血浆稳定性的提高。不可裂解连接臂依赖于ADC的抗体部分的酶促水解，最终释放与抗体降解产物中的氨基酸残基连接的“复合体”有效载荷。只有能够耐受化学修饰的小分子（例如，药效团远离偶联位点时）才适合基于硫醚的连接臂。ado-trastuzumab emtansine（T-DM1）展示了硫醚连接臂的成功应用。该偶联物是抗HER2单克隆抗体与DM1（美登木素）通过琥珀酰亚胺-4-（N-马来酰亚胺甲基）环己烷-1-羧酸盐（SMCC）连接臂链接的产物。连接臂使偶联物在血液中更稳定，并在癌细胞内经蛋白酶消化抗体部分后释放活性代谢物赖氨酸-MCC-DM1。 2.4.  细胞毒素有效载荷 细胞毒素有效载荷是ADC进入癌细胞后发挥细胞毒性的弹头。由于静脉注射后只有大约2%的ADC能够到达目标肿瘤部位，因此作为ADC中的有效载荷，化合物需要具有很高的效力（IC50在纳摩尔和皮摩尔范围内）。此外，这些化合物应在生理条件下保持稳定，并具有可用于与抗体偶联的官能团。目前，ADC中使用的主要细胞毒素有效载荷包括强效的微管抑制剂、DNA损伤剂和免疫调节剂（表1）。 微管是细胞骨架的主要成分，在细胞分裂中发挥重要作用，尤其是在肿瘤细胞的快速增殖中。微管抑制剂包括促进微管聚合和抑制微管聚合的药物，它们已成为抗癌药物研发的热点之一。微管聚合促进剂靶向微管二聚体的β亚基，干扰微管依赖的有丝分裂，其代表药物有auristatin衍生物单甲基auristatin E（MMAE）和单甲基auristatin F（MMAF）。在14种批准的ADC药物中，有5种使用MMAE/MMAF作为有效载荷。相比之下，微管聚合抑制剂阻断微管二聚体形成成熟的微管。典型的抑制剂包括maytansinoid衍生物DM1和DM4（ravtansine）。Ado-trastuzumab emtansine是2013年获得FDA批准的首个使用maytansinoid衍生物的ADC药物。此外，tubulysins（从粘细菌中分离出的四肽）是另一类微管聚合抑制剂，显示出有希望的抗癌活性。例如，EC1169是一种针对前列腺特异性膜抗原（PSMA）的tubulysin B hydrazide偶联物，目前正在进行临床试验（NCT02202447）。 与微管抑制剂的纳摩尔级 IC50（半最大抑制浓度）相比，DNA损伤剂的IC50值能够达到皮摩尔级别，因此与DNA损伤剂结合的抗体药物偶联物（ADCs）有时更有效，并且可能独立于细胞周期工作（与主要在有丝分裂阶段工作的微管蛋白抑制剂相比），它们甚至可能对那些抗原表达较低的细胞也有效。DNA损伤剂所涉及的详细机制主要包括：（i）DNA双链断裂，如卡利切阿米辛；（ii）DNA烷基化，如二卡霉素；（iii）DNA插入，如拓扑异构酶I抑制剂；（iv）DNA交联，如吡咯并苯并二氮卓（PBD）。卡利切阿米辛是一种天然烯二炔抗生素，对DNA损伤极为有效。与DNA的小沟结合后，卡利切阿米辛产生自由基并引起链断裂，从而诱导细胞死亡。在卡利切阿米辛衍生物中，卡利切阿米辛γ1是最显著的，用于吉妥珠单抗奥佐加米辛和伊诺珠单抗奥佐加米辛。二卡霉素是另一类极为有效的抗肿瘤抗生素，它与DNA的小沟结合并烷基化核苷酸腺嘌呤。SN-38（7-乙基-10-羟基喜树碱）和DXd（exatecan衍生物）是两种主要的喜树碱衍生物，作为ADC药物的有效载荷，通过抑制DNA拓扑异构酶I。例如，萨西图珠单抗戈维特坎是一种针对Trop-2的首创ADC，将SN-38与萨西图珠单抗偶联，而泛曲妥珠单抗德鲁斯特坎由一个针对HER2的抗体与DXd通过肽链偶联组成。PBD是在1960年代早期发现的一类抗肿瘤抗生素。PBD作为二聚体与DNA的小沟结合。结合后，二聚体促进与DNA上的鸟嘌呤在N2位置的氨基交联，从而阻止DNA与转录因子的结合，导致细胞增殖停滞，最终导致细胞死亡。这种机制不依赖于特定的细胞复制周期，DNA损伤难以修复，导致强大的细胞毒性。隆卡替珠单抗特西林是目前唯一在临床上使用，采用PBD作为有效载荷的ADC。除了传统的细胞毒素，越来越多的具有新机制的有效载荷被纳入ADC设计。例如，最近开始应用于新型ADC药物开发的小分子免疫调节剂，也被称为免疫刺激抗体偶联物（ISACs）。ISACs结合了抗体导航靶向的精确性和基于小分子的先天和适应性免疫系统调节的力量。在多种肿瘤模型中记录了有希望的肿瘤退缩和长期抗肿瘤免疫。目前，新型有效载荷主要包括Toll样受体（TLR）激动剂和干扰素基因刺激剂（STING）激动剂。TLRs是先天免疫中一组关键的模式识别受体，在免疫-肿瘤界面中发挥重要作用。例如，TLR7和/或TLR8的激活可以诱导依赖于MyD88的信号通路，激活NF-κB以分泌细胞因子和趋化因子，允许抗肿瘤淋巴细胞的渗透。BDC-1001是一种Boltbody ISAC，目前正在临床开发中（第1/2阶段，NCT04278144）。它由一个针对HER2的抗体与TLR7/8激动剂链接，用于治疗HER2阳性实体瘤患者。Silverback Therapeutics还开发了ImmunoTAC平台，并设计了几种使用TLR8激动剂作为有效载荷的ISACs，如SBT6050、SBT6290和SBT8230。至于STING，它也是一个研究充分的先天免疫途径，STING激动剂能够诱导抗肿瘤免疫活性。武田的CRD5500和Mersana的XMT-2056是两个正在进行临床开发的领先的STING激动剂ADC项目。ISACs是一个相对较新的领域，但一些候选药物已经相继进入临床开发，其后续进展值得期待。 2.5.  偶联方法 除了选择抗体、连接体和有效载荷外，小分子部分（即连接体加有效载荷）与抗体连接的方法对于成功构建ADC也很重要。通常，抗体上的赖氨酸和半胱氨酸残基提供了可接近的反应位点用于偶联，早期的ADC药物通常利用预先存在的赖氨酸或半胱氨酸残基上的随机偶联通过适当的偶联反应。酰胺偶联可以说是最常用的方法，其中活性羧酸酯（当连接体中存在时）用于将有效载荷连接到抗体上的赖氨酸残基，如在吉妥珠单抗奥佐加米辛、T-DM1和伊诺珠单抗奥佐加米辛中所见。然而，一个抗体通常包含大约80-90个赖氨酸残基，其中40个赖氨酸残基通常是可修饰的。通过与赖氨酸残基的随机偶联，可能将不同数量（0-8）的小分子毒素附加到一个抗体上，导致广泛的药物-抗体比（DAR）分布。此外，由于赖氨酸残基分布在抗体的轻链和重链上，靠近抗体-抗原识别位点的偶联反应可能会降低ADC与目标的结合。基于半胱氨酸的反应提供了另一种偶联方式。还原后，二硫键可以转化为可接近偶联反应的半胱氨酸残基。通常，IgG1抗体既有链间二硫键也有链内二硫键。链间二硫键暴露在抗体的外部，容易被还原以暴露自由的半胱氨酸残基，为连接体-有效载荷与抗体的偶联提供了可用的位点。由于结合位点数量有限以及巯基团的独特反应性，使用半胱氨酸作为连接位点有助于减少ADC的异质性。根据还原比例，可以生成DAR为2、4、6和8的产品，与赖氨酸残基偶联的产品相比具有更好的均匀性。这是迄今为止商业产品中最常用的偶联方法。然而，值得注意的是，打开链间二硫键可能会破坏抗体的完整性。通常与基于赖氨酸和半胱氨酸残基的随机偶联相关的一些缺点。这种偶联的稳定性有时不足，导致过早的有效载荷释放，从而产生非靶向毒性。此外，很难保证有效载荷连接到抗体上的一致位点，也很难实现质量控制和临床使用所青睐的均匀DAR。为了减少ADCs的异质性，已经在新的ADCs中开发了几种位点特异性偶联策略（表2）。首先，引入工程化反应性半胱氨酸残基已成为位点特异性偶联的常用方法。由Genentech开发的ThioMab技术利用基因工程技术在曲妥珠单抗的轻链V110A和重链A114C的特定位置插入半胱氨酸残基，然后与半胱氨酸上的硫醇基团偶联MMAE，合成位点特异性抗MUC16 ADC。产生的ADC中DAR为2的比例高达92.1%。此外，ThioMab技术没有影响免疫球蛋白的折叠和组装或抗体与抗原的结合。另一方面，ThioMab技术的一个主要限制是硫醇基团引入步骤可能会导致两个Fab之间的错误二硫键形成，这仍然是一个需要解决的挑战。此外，尽管偶联效率低和链内错误桥接，二硫键重新桥接偶联也引起了关注。与传统的半胱氨酸偶联类似，偶联位点也是通过还原链间二硫键获得的。而不是随机偶联，二硫键重新桥接涉及与半胱氨酸选择性交联试剂的反应，如双磺酰基试剂，下一代马来酰亚胺（NGMs），和吡啶嗪二酮（PDs）。双反应试剂使抗体的多肽链重新连接以及在抗体上的有效载荷偶联成为可能。根据每个连接体上附加的有效载荷数量，可以产生DAR为4、8或16的ADCs。 位点特异性偶联的另一种方法是通过引入非天然氨基酸，包括N-乙酰-L苯丙氨酸、叠氮甲基-L苯丙氨酸和叠氮赖氨酸。这些非天然氨基酸中的特殊功能基团使位点特异性偶联成为可能。此外，偶联是可控的和定量的，以产生具有均匀DAR、高效率、良好稳定性和高安全性的ADCs。然而，有时很难生产修饰过的抗体，含有非天然氨基酸的抗体可能会引起免疫原性。 非天然氨基酸的疏水性也增加了抗体聚集的风险。酶辅助连接也是一种有效的位点特异性偶联策略。通过基因工程，人工诱导特定的氨基酸序列在抗体中表达，这些序列可以被某些酶识别，随后特定的氨基酸残基被酶修饰，从而实现位点特异性偶联。目前，常用的有甲酰甘氨酸生成酶（FGE）和转谷氨酰胺酶（TG）。然而，值得注意的是，氨基酸序列的修饰可能会诱导免疫原性。位点特异性ADCs也可以通过糖链重塑和糖基偶联来生成。在抗体的Fc片段中，每个重链CH2域的N297位置的N-糖链存在，使得通过糖基化与有效载荷偶联的反应位点成为可能。多糖与Fab区域之间的远距离定位可以最小化对抗原结合亲和力的损害。这可能是通过赖氨酸基础化学偶联构建ADC的一个缺陷。此外，最近开发了一种名为pClick技术的位点特异性偶联技术用于ADC。通过引入一种近距离激活的交联剂，带有叠氮基团的肽可以自发地与抗体上最近的赖氨酸残基反应。而叠氮基团为带有生物正交手柄修饰的有效载荷提供了点击化学的可用位点。由于不需要抗体工程和后反应处理，产量和抗体稳定性因此显著提高。pClick技术为ADC开发提供了一种更便捷、更有效的方式进行位点特异性偶联。 3.  ADC的作用机制 ADC协同发挥“特异性”靶向作用和对癌细胞的“高效”杀伤效果。这些药物就像是一个精确制导的“生物导弹”，能够准确摧毁癌细胞，提高治疗窗口，减少非靶向的副作用。ADC的主要作用机制如图4右上角所示。一旦ADC的mAb与癌细胞特异性表达的目标抗原结合，ADC就被细胞内吞/内化形成早期内体，随后成熟为晚期内体，并最终与溶酶体融合。细胞毒性有效载荷最终通过化学或酶介导在溶酶体中释放，导致细胞通过靶向DNA或微管凋亡或死亡。当释放的有效载荷是可渗透或跨膜的，它也可能诱导旁观者效应以增强ADC的疗效。此外，这些药物的旁观者效应还可能改变肿瘤微环境，进而进一步增强ADCs的杀伤效果。此外，ADC的抗癌活性还涉及ADCC、ADCP和CDC效应。一些ADC的Fab片段可以与病毒感染细胞或肿瘤细胞的抗原表位结合，而FC片段与杀伤细胞（NK细胞、巨噬细胞等）表面的FCR结合，从而介导直接杀伤效果（图4左下角）。此外，ADC的抗体部分可以特异性地结合到癌细胞的表位抗原，并抑制抗原受体的下游信号转导（图4右下角）。例如，T-DM1的曲妥珠单抗可以与癌细胞的HER2受体结合，阻断HER2与HER1、HER3或HER4形成异二聚体，抑制细胞存活和增殖的信号转导途径（如PI3K或MAPK），诱导细胞凋亡。 图4 概述了ADC通过不同途径杀死癌细胞的机制。右上角：ADC的主要核心作用机制；左下角：ADC的抗体部分与免疫效应细胞结合，引发包括CDC、ADCC和ADCP效应在内的抗肿瘤免疫；右下角：ADC的抗体部分保持其活性特征，因此可以干扰目标功能，减弱下游信号以抑制肿瘤生长。使用BioRender.com创建。 4.  ADC开发的进展 从药物组成和技术特点的角度来看，ADC药物的开发通常可以细分为三代（表3）。 4.1.  第一代ADCs 在早期，如BR96-doxorubincin等ADC，主要由常规化疗药物通过不可切割的连接体与小鼠来源的抗体偶联而成。这些ADC的效力并不优于游离的细胞毒素药物，而且免疫原性经常是一个问题。后来，使用更有效的细胞毒素药物与人类化mAbs结合，大大提高了疗效和安全性，从而获得了第一代ADCs的市场批准，包括吉妥珠单抗奥佐加米辛和伊诺珠单抗奥佐加米辛。在这两种产品中，使用了IgG4亚型的人类化mAbs，并通过酸敏感的连接体与强效的卡利切阿米辛偶联。然而，这个系统并不完美。例如，酸性条件可能在身体的其他部位出现，第一代ADC中的连接体也可以在系统循环中缓慢水解（pH 7.4，37°C），导致无法控制的有毒有效载荷释放和意外的非靶向毒性。其次，卡利切阿米辛是疏水性的，容易引发抗体聚集，这解释了一些缺陷的出现，如半衰期短、清除速度快和免疫原性。此外，第一代ADC的偶联是基于赖氨酸和半胱氨酸残基的随机偶联，导致高度异质的混合物，具有可变的DARs。DAR对ADC的效力至关重要。不一致的DAR影响ADC药物的药代动力学和药效学（PK/PD）参数和治疗指数。因此，第一代ADC展示了次优的治疗窗口，需要进一步改进。 4.2.  第二代ADCs 以brentuximab vedotin和ado-trastuzumab emtansine为代表的第二代ADC随后推出，对mAbs亚型、细胞毒素有效载荷以及连接体进行了优化。这两种ADC都基于IgG1亚型mAbs，与IgG4相比，更适合与小分子有效载荷进行生物偶联，并且具有更高的癌细胞靶向能力。第二代ADC的另一个重大突破是使用更有效的细胞毒素药物，如auristatins和mytansinoids，提高了水溶性和偶联效率。因此，可以在每个mAb上装载更多的有效载荷分子，而不会引起抗体聚集。除了与抗体载体和细胞毒素有效载荷相关的改进外，第二代ADC中的连接体也得到了改进，以实现更好的血浆稳定性和均匀的DAR分布。总的来说，这三个要素的改进使第二代ADC的临床疗效和安全性得到了提高。然而，仍存在一些未满足的需求，例如由于非靶向毒性导致的治疗窗口不足，以及在高DAR的ADC中聚集或快速清除。当DAR超过6时，ADC表现出高疏水性，并且由于体内更快的分布和清除，倾向于降低ADC的效力。在这种情况下，通过位点特异性偶联优化DAR，以及持续优化mAbs、连接体和有效载荷，成为第三代ADC成功开发的关键。 4.3.  第三代ADCs 以polatuzumab vedotin、enfortumab vedotin、fam-trastuzumab deruxtecan和后来批准的ADC为代表的第三代ADC。得益于位点特异性偶联技术的引入，生产出了具有良好特征DARs（2或4）和期望的细胞毒性的均匀ADCs。 具有一致DAR的ADCs表现出较少的非靶向毒性和更好的药代动力学效率。此外，第三代中使用完全人源化抗体而非嵌合抗体以减少免疫原性。此外，正在开发抗原结合片段（Fabs）以取代一些ADC候选中的完整mAbs，因为Fabs在系统循环中更稳定，可能更容易被癌细胞内化。此外，还开发了更有效的载荷，如PBD、tubulysin和具有新颖机制的免疫调节剂，与抗体偶联。尽管第三代中的连接体类型没有显示任何更新，但已经开发并使用了像Fleximer平台这样的一些新实体来偶联不同的载荷。为了避免干扰免疫系统并提高在血液循环中的保留时间，第三代ADC中采用了更多亲水性连接体调节，如PEGylation。亲水性连接体也在平衡某些细胞毒性载荷（如PBD）的高疏水性方面提供效用，考虑到含疏水性载荷的ADCs通常容易聚集。总的来说，第三代ADC具有更低的毒性、更高的抗癌活性以及更高的稳定性，允许患者接受更好的抗癌治疗。 5.  ADCs的临床开发 5.1.  获批的ADC药物 经过数十年的努力优化关键组成部分，目前有超过100个ADCs处于临床开发中，截至2021年12月，共有14种ADC药物在全球不同国家获得了市场批准。巧合的是，获批的ADC药物中有一半主要用于血液恶性肿瘤，其余的主要用于实体瘤。这些ADCs的概述，包括它们的分子设计、初步批准年份、市场公司、批准国家和批准适应症，如表4所示。 5.2.  血液恶性肿瘤 吉妥珠单抗奥佐加米辛（Mylotarg®，辉瑞）：吉妥珠单抗奥佐加米辛是世界上第一种获批用于临床的ADC治疗药物。它由一个工程化的人源化单克隆IgG4抗体组成，靶向CD33，并通过一个可切割的腙连接体连接一个细胞毒性的N-乙酰-γ-卡利切阿米辛。吉妥珠单抗奥佐加米辛的平均DAR为2-3。以26%的响应率，它最初被FDA批准用于治疗复发或难治性（r/r）CD33阳性AML患者，这些患者年龄超过60岁，不适合其他常规化疗。成人和儿童AML中大约85-90%为CD33阳性。在与CD33抗原结合并被癌细胞内化后，随后腙键水解释放卡利切阿米辛。卡利切阿米辛还可以扩散到附近的其他癌细胞，诱导那些抗原阴性癌细胞的旁观者杀伤效应。然而，吉妥珠单抗奥佐加米辛中的腙基连接体并不完全稳定，导致卡利切阿米辛在血浆中提前释放，增加非靶向毒性。来自SWOG S0106A研究的结果显示，与单独接受化疗（多柔比星和阿糖胞苷）的患者相比，接受联合治疗（吉妥珠单抗奥佐加米辛与标准多柔比星和阿糖胞苷化疗）的患者观察到更高的严重致命毒性发生率，但没有显著的临床益处反应。因此，辉瑞公司在2010年10月自愿将该产品撤出市场。之后，使用比2000年批准的（9 mg/m2）更低的推荐剂量（3 mg/m2）重新评估了吉妥珠单抗奥佐加米辛的疗效和安全性。吉妥珠单抗奥佐加米辛联合化疗在临床试验ALFA-0701中进行了研究，这是一项多中心、随机、开放标签的3期研究。共有271名（50-70岁）新诊断的AML患者随机分配接受包含（n = 135）或不包含（n = 136）吉妥珠单抗奥佐加米辛的诱导治疗，包括多柔比星（60 mg/m2）和阿糖胞苷（200 mg/m2）。无事件生存期（EFS）被用作主要终点，接受吉妥珠单抗奥佐加米辛联合化疗的患者比仅接受化疗的患者显示出更长的EFS，中位EFS分别为17.3个月和9.5个月（HR = 0.56 [95% CI：0.42–0.76]）。两组中发生的3级及以上不良事件（AEs）包括感染（47% vs 39%）、出血（18% vs 9%）和肝静脉闭塞性疾病（2% vs 0%）。此外，吉妥珠单抗奥佐加米辛作为单药治疗的安全性和有效性在AML-19和MyloFrance-1研究中进行了评估。在AML-19中，总生存期（OS）被用作评估疗效的指标。结果表明，接受吉妥珠单抗奥佐加米辛治疗的患者的中位OS为4.9个月，而接受最佳支持治疗的患者为3.6个月（HR = 0.69 [95% CI：0.53–0.90]）。3级以上不良事件在超过5%的患者中包括感染（35%）、发热性中性粒细胞减少症（18%）、出血（13%）、疲劳（12%）、肝脏（7%）和心脏（6%）。在MyloFrance-1中，观察到26%的完全缓解（CR）率。超过5%的患者中发生的3级及以上不良事件包括败血症（32%）、发热（16%）、皮疹（11%）、肺炎（7%）、出血（7%）。基于以上三项研究者主导的临床试验中取得的整体积极结果，Mylotarg®于2017年被FDA重新批准。最近，吉妥珠单抗奥佐加米辛获得了FDA的新适应症批准，用于治疗新诊断的CD33阳性AML，包括1个月及以上的儿童患者。从吉妥珠单抗奥佐加米辛的撤回和重新批准中获得的罕见上市经验为ADCs的开发和临床试验设计提供了重要的参考。 布伦图珠单抗维多汀（Adcetris®，Seagen）：布伦图珠单抗维多汀也称为SGN-35，是FDA于2011年批准的第二种ADC药物，用于治疗复发或难治性（r/r）CD30阳性霍奇金淋巴瘤（HL）和系统性间变性大细胞淋巴瘤（sALCL）。它由一个针对CD30的嵌合IgG1单克隆抗体brentuximab组成，一个马来酰亚胺连接基团，一个可切割的二肽连接体（马来酰亚胺-缬氨酸-瓜氨酸-对氨基苯甲酰氧羰基或mc-VC-PABC），以及抗有丝分裂剂MMAE。布伦图珠单抗维多汀的平均DAR为4。通过选择性靶向HL和ALCL的特征性抗原CD30，布伦图珠单抗维多汀通过依赖于clathrin的机制内化，并转移到内体和溶酶体中，其中连接体被半胱氨酸蛋白酶（如B）水解。释放出的游离MMAE随后靶向微管蛋白，以抑制其聚合，导致细胞周期停滞和细胞凋亡。由于旁观者效应，布伦图珠单抗维多汀对那些抗原阴性的癌细胞也有效。与吉妥珠单抗奥佐加米辛中的肼连接体相比，布伦图珠单抗维多汀中的基于二肽的连接体在生理条件下显示出更好的稳定性，因此血浆中细胞毒性载荷的过早释放最小。此外，连接体对半胱氨酸蛋白酶敏感，可以促进有效载荷在癌细胞内的高效释放，以确保杀伤效果。布伦图珠单抗维多汀的另一个改进是使用了更强效的细胞毒性载荷，MMAE。它是天然产物Dolastatin 10的合成衍生物，作为一种超有效的抗有丝分裂剂，通过阻断微管蛋白聚合来诱导细胞周期停滞。155 它被广泛用作几种ADCs的有效载荷，如polatuzumab vedotin、enfortumab vedotin和disitamab vedotin。布伦图珠单抗维多汀对HL和sALCL的疗效在两项单臂2期试验中进行了研究，分别有73%和86%的患者实现了客观反应，因此FDA在2013年加速批准了Adcetris®用于r/r HL和sALCL。在一项关键的2期、单臂、多中心研究中，对102名接受过自体干细胞移植（SCT）的r/r HL患者进行了布伦图珠单抗维多汀对HL的疗效评估。 目标反应率（ORR）被用作主要终点。结果表明，在接受了brentuximab vedotin（1.8 mg/kg）治疗的患者中，有73%出现了完全反应（CR）或部分反应（PR），患者对治疗的平均反应时间为6.7个月。在至少5%的患者中出现的3级及以上不良事件（AEs）包括中性粒细胞减少症（20%）、周围感觉神经病变（8%）、血小板减少症（8%）和贫血（6%）。对于sALCL，它在58名复发或难治性sALCL（r/r sALCL）患者的2期、单臂、多中心研究中进行了评估。在接受brentuximab vedotin（1.8 mg/kg）治疗的患者中，有86%经历了完全或部分反应，并且平均反应时间为12.6个月。在sALCL患者中观察到的严重不良事件与接受干细胞治疗（SCT）的患者相似。2017年11月，基于3期研究（ALCANZA）的积极数据，brentuximab vedotin获得了额外的批准，用于治疗先前接受过系统治疗的原发性皮肤间变性大细胞淋巴瘤（pcALCL）或表达CD30的蕈状真菌病（MF）。在该研究中，brentuximab vedotin显示出至少持续四个月的ORR。此外，在2018年，brentuximab vedotin获得了另外两个临床适应症的批准，与化疗联合使用，包括治疗某些类型的外周T细胞淋巴瘤（PTCL）和先前未经治疗的III期或IV期经典霍奇金淋巴瘤（cHL）。伊诺珠单抗奥佐加米辛（Besponsa®，辉瑞）：伊诺珠单抗奥佐加米辛，也称CMC-544，由一个针对CD22的人源化mAb组成，连接到细胞毒性的N-乙酰-γ-卡利切阿米辛，平均DAR为5-7。CD22是大多数（60-90%）B细胞急性淋巴细胞性白血病（B-ALL）中发现的细胞表面抗原。与CD22结合激活了ADC的一系列下游过程，包括内化、连接体水解和有效载荷释放，类似于吉妥珠单抗奥佐加米辛中所见。通过一项开放标签、随机、国际多中心3期研究（INO-VATE 1022），评估了伊诺珠单抗奥佐加米辛的安全性和有效性，与研究者选择的化疗方案进行了比较，研究对象为326名接受过一种或两种先前治疗的成人r/r B-ALL患者。所有入选的患者被随机分配接受伊诺珠单抗奥佐加米辛治疗或替代化疗方案，包括FLAG（氟达拉滨、阿糖胞苷和G-CSF）、HIDAC（高剂量阿糖胞苷）、阿糖胞苷和米托蒽醌的混合物。该研究中使用的主要指标是治疗后无疾病证据和血细胞计数完全恢复的患者百分比。结果显示，35.8%接受伊诺珠单抗奥佐加米辛治疗的患者实现了CR，而替代化疗组观察到17.4%。伊诺珠单抗奥佐加米辛组中出现的3级及以上不良事件包括中性粒细胞减少症（47%）、血小板减少症（41%）、白细胞减少症（27%）和发热性中性粒细胞减少症（27%）。基于这些积极结果，2017年8月，FDA批准Besponsa®上市，这是第一个也是迄今为止唯一一个针对CD22的ADC，用于治疗成人r/r B细胞前体ALL。 毛细胞白血病（HCL）是一种罕见的血液恶性肿瘤，其特征是脾肿大、出血和异常B淋巴细胞的积累。除了B-ALL，CD22也在HCL的B细胞中表达，因此被用作治疗靶点。moxetumomab pasudotox不是使用小分子有效载荷，而是由针对CD22的moxetumomab与假单胞菌外毒素A（PE38）的38kD片段偶联而成。171 CD22在成熟B细胞上表达，在100%的毛细胞上表达更为强烈，为HCL治疗提供了理想的治疗靶点。与CD22结合后，moxetumomab pasudotox被内化，裂解并释放外毒素的催化域进入癌细胞内，抑制蛋白质的翻译导致凋亡。moxetumomab pasudotox的3期临床研究（Study 1053）招募了80名组织学证实的HCL或HCL变异型患者，这些患者需要治疗，基于存在细胞减少症或脾肿大，并且之前接受过至少两种系统疗法（包括一种嘌呤核苷类似物）。患者接受moxetumomab pasudotox治疗（0.04 mg/kg），直到观察到CR、疾病进展或不可接受的毒性。在研究中，moxetumomab pasudotox单药治疗的ORR和CR率分别为75%（95% CI，64-84）和41%（95% CI，30-53）。此外，持久的CR率为30%（95% CI，20-41）。最常见的3-4级事件包括淋巴细胞减少（20%）、贫血（10%）和无症状低磷血症（10%）。2018年9月，FDA批准了AstraZeneca的Lumoxiti®用于治疗先前至少接受过两种系统疗法（包括嘌呤核苷类似物）失败的成人r/r HCL患者。这使得moxetumomab pasudotox成为过去20年来首个获批用于治疗HCL的新药，是HCL临床治疗中的一个重要里程碑。 Polatuzumab vedotin（Polivy®，罗氏）：Polatuzumab vedotin，也称DCDS4501，包含一个针对CD79b的人源化抗体，通过可被蛋白酶切割的二肽连接体（mc-VC-PABC）连接到微管破坏剂MMAE，平均DAR为3.5。CD79b是B细胞受体（BCR）的一个组成部分，超过90%的B细胞非霍奇金淋巴瘤（nHL）恶性肿瘤表达，并被视为一个有前景的抗体靶点。与brentuximab vedotin类似，给药后，polatuzumab vedotin选择性地结合到CD79b，随后内吞和蛋白水解裂解，释放MMAE，诱导细胞周期停滞和细胞死亡。2019年7月，Polivy®获得FDA批准，与苯达莫司汀加利妥昔单抗联合用于治疗至少接受过两种先前治疗的复发或难治性弥漫大B细胞淋巴瘤（DLBCL）。这是首个获批用于治疗DLBCL的ADC，DLBCL是最常见的nHL类型。批准基于全球、随机的2期GO29365研究的积极结果，该研究包括80名至少接受过一种先前方案治疗的r/r DLBCL患者。入选的患者被随机分配接受polatuzumab vedotin（Pola，1.8 mg/kg，静脉注射）与苯达莫司汀（B，90 mg/m2静脉注射）和利妥昔单抗（R，375 mg/m2静脉注射）联合治疗，或单独BR，共6个21天周期。CR率和反应持续时间被确定为研究终点。结果显示，接受Pola+BR治疗的患者中有40%观察到CR，而单独接受BR治疗的患者中有18%。在接受Pola+BR治疗并有PR或CR的患者中，反应持续时间超过6个月和12个月的比例分别为64%和48%。Pola+BR组中出现的3-4级不良事件包括中性粒细胞减少症（46%）、血小板减少症（41%）、贫血（28%）、淋巴细胞减少症（12.8%）和发热性中性粒细胞减少症（10.3%）。 Belantamab mafodotin（Blenrep®，GSK）：Belantamab mafodotin，也称GSK2857916，是一种新型ADC，由一个针对BCMA的人源化FC修饰抗BCMA mAb组成，通过不可切割的马来酰亚胺缬氨酸（mc）连接体与细胞毒素MMAF偶联。Belantamab mafodotin的平均DAR为4。BCMA是一种跨膜糖蛋白，在多发性骨髓瘤（MM）细胞表面特异性过度表达。 与BCMA结合后，belantamab mafodotin被迅速内化，在溶酶体内降解，释放不渗透的MMAF进入多发性骨髓瘤（MM）细胞内。MMAF与MMAE类似，也是一种有丝分裂抑制剂。它可以通过阻断微管蛋白的聚合来抑制细胞分裂，导致细胞周期停滞并诱导依赖于caspase-3的凋亡。总的来说，belantamab mafodotin能够有效地引起过度表达BCMA的癌细胞死亡。2020年8月，FDA批准了Blenrep®用于治疗复发或难治性多发性骨髓瘤（r/r MM）。这是首个基于DREAMM-2临床试验结果获批的BCMA靶向治疗药物，DREAMM-2是一项双臂、开放标签、多中心的2期研究。 在这项研究中，共有221名（年龄≥18岁）接受过三线或以上治疗并且对免疫调节药物和蛋白酶抑制剂耐药，以及对CD38单抗抗药性或不耐受（或两者都有）的复发或难治性多发性骨髓瘤患者，且其东部肿瘤协作组（ECOG）的表现状态为0-2，被纳入并随机分配（1:1）接受两种不同剂量的belantamab mafodotin（分别为2.5 mg/kg和3.4 mg/kg）治疗，直至疾病进展或不可接受的毒性。有效性基于ORR和反应持续时间。结果显示，单独使用belantamab mafodotin治疗，2.5 mg/kg组和3.4 mg/kg组的ORR分别为32%和35%。在2.5 mg/kg组和3.4 mg/kg组中，分别有58%和66%的患者观察到有希望的部分反应（VGPR）。最常见的3-4级不良事件包括角膜炎（2.5 mg/kg组为27%，3.4 mg/kg组为21%）、血小板减少症（分别为20%和33%）和贫血（分别为20%和25%）。 Loncastuximab tesirine（Zynlonta®，ADC Therapeutics）：Loncastuximab tesirine，也称ADCT-402，由一个针对CD19的人源化mAb组成，通过可切割的（缬氨酸-丙氨酸二肽）马来酰亚胺型连接体与PBD二聚体偶联。Loncastuximab tesirine的平均DAR约为2.3。PBD二聚体是ADC开发中新一代的细胞毒性有效载荷。它与DNA不可逆地结合并引起强烈的链间交联，阻止DNA链分离，从而破坏必要的DNA代谢过程，最终导致细胞死亡。它不依赖于细胞分裂周期，损伤不易恢复，显示出更好的细胞毒性。2021年4月，Zynlonta®获得FDA加速批准，用于治疗接受过两线或以上系统治疗的成人复发或难治性大B细胞淋巴瘤，包括弥漫大B细胞淋巴瘤（DLBCL）未另行指明（NOS）、由低级别淋巴瘤发展而来的DLBCL和高级别B细胞淋巴瘤。Loncastuximab tesirine是首个也是目前唯一一个获批用于治疗复发或难治性DLBCL的CD19靶向ADC，作为单一药物。 Zynlonta®的批准基于LOTIS-2研究的数据，LOTIS-2是一项多中心、开放标签、单臂、2期试验。共有145名接受过至少两线系统治疗方案的成人复发或难治性DLBCL或高级别B细胞淋巴瘤患者被纳入并接受loncastuximab tesirine（0.15 mg/kg）治疗。总的ORR被用来评估loncastuximab tesirine的主要疗效。结果显示，接受loncastuximab tesirine治疗的患者，ORR达到了48.3%（95% CI：39.9–56.7），CR为24.1%（95% CI：17.4–31.9）。在平均7.3个月的随访后，中位反应持续时间为10.3个月（95% CI：6.9，NE）。在70名实现客观反应的患者中，36%在3个月前就被审查了反应持续时间。最常见的3级及以上不良事件包括中性粒细胞减少症（26%）、血小板减少症（18%）和γ-谷氨酰转移酶增加（17%）。 5.3.  实体瘤 Ado-trastuzumab emtansine（Kadcyla®，罗氏）：约15%-20%的乳腺癌患者表现出人类表皮生长因子受体2（HER2）阳性过度表达，具有更高的侵袭性。Ado-trastuzumab emtansine，也称T-DM1，是一种靶向HER2的ADC药物，也是首个获准用于实体瘤的ADC。它由一个针对HER2的人源化mAb组成，通过一个不可切割的连接体（丁二酰亚胺-4-（N-马来酰亚甲基）环己烷-1-羧酸酯，SMCC）连接到DM1，平均DAR为3.5。该连接体可以使偶联物在血浆循环中更稳定，但在HER2阳性癌细胞内吞后释放有效载荷。曲妥珠单抗在溶酶体中被蛋白酶完全消化，允许释放含有DM1的代谢产物，赖氨酸-MCC-DM1，其显示出与游离DM1相似的细胞毒性。此外，赖氨酸-MCC-DM1在生理pH下带电，不适用于发挥旁观者效应。因此，T-DM1只针对并导致抗原阳性癌细胞死亡。此外，T-DM1显示出与曲妥珠单抗类似的机制，它可以抑制HER2信号通路，诱导ADCC和CDC效应。 2013年，Kadcyla®获得FDA市场批准，作为单一药物用于治疗先前接受过Herceptin®（曲妥珠单抗）和紫杉醇化疗的HER2阳性转移性乳腺癌患者。批准基于3期研究（EMILIA）的积极结果。共有991名接受过曲妥珠单抗和紫杉醇治疗的HER2阳性不可切除、局部晚期或转移性乳腺癌成人患者被纳入并随机分配接受T-DM1（3.6 mg/kg）或拉帕替尼加卡培他滨。PFS和OS被用作主要终点。在最终描述性分析中，T-DM1组的中位PFS为9.6个月，而拉帕替尼加卡培他滨组为6.4个月（p < 0001）。T-DM1组和拉帕替尼加卡培他滨组的中位OS分别为30.9个月和25.1个月。T-DM1组中最常见的3级及以上不良事件包括：血小板减少症（12.9%）、AST增加（4.3%）和ALT增加（2.9%）。值得注意的是，由于观察到左心室射血分数（LVEF）降低，T-DM1有心脏毒性的警告标签。 此外，基于3期研究（KATHERINE）的积极结果，FDA在2019年5月扩大了Kadcyla®的批准，用于治疗接受过新辅助紫杉醇和基于曲妥珠单抗治疗后仍有残留浸润性疾病的HER2阳性早期乳腺癌（EBC）患者的辅助治疗。共有1486名符合标准的患者被纳入研究，并随机分配接受T-DM1或曲妥珠单抗治疗。作为该研究的主要终点，接受T-DM1治疗的组与接受曲妥珠单抗治疗的组相比，无浸润性疾病生存期（IDFS）显著提高了50%。在三年时，接受T-DM1治疗的患者中有88.3%没有复发，而接受曲妥珠单抗治疗的患者中有77.0%。 恩福妥昔单抗（Padcev®，Seagen）：恩福妥昔单抗也被称为ASG-22ME，已获FDA批准用于治疗局部晚期或转移性尿路上皮癌的成年患者。它由一个全人源抗nectin-4 IgG1 kappa单克隆抗体（AGS-22C3）组成，通过可被蛋白酶切割的连接体（MC-VC-PABC）与MMAE相连，平均DAR约为3.8。Nectin-4是一种跨膜蛋白，属于nectin家族，对细胞增殖、迁移和粘附起着至关重要的作用。已发现它在多种恶性肿瘤中高度表达，尤其是在尿路上皮癌中。通过免疫组化分析，60%的膀胱肿瘤标本观察到强烈的染色，而正常组织中染色有限。因此，它已成为ADC新分子设计的一个引人注目的靶点。恩福妥昔单抗是目前唯一获得FDA批准的靶向nectin-4的ADC。2019年12月，FDA首次授予加速批准，随后在2021年9月基于一项开放标签、随机、多中心3期研究（EV-301）的结果进一步授予常规批准。在EV-301研究中，共有608名接受过PD-1或PD-L1抑制剂和基于铂的化疗的局部晚期或转移性尿路上皮癌患者被纳入并随机平均分配，接受恩福妥昔单抗（1.25 mg/kg）或替代化疗（多西他赛、紫杉醇或长春瑞滨）治疗。OS和PFS分别用作评估疗效的主要终点和次要终点。与替代化疗相比，恩福妥昔单抗取得了显著的疗效，中位OS（12.9个月对9.0个月）和中位PFS（5.6个月对3.7个月）均显著延长。199,204 至少5%的患者中发生的3级及以上不良事件包括斑丘疹（7.4%）、疲劳（6.4%）和中性粒细胞计数下降（6.1%）。 Fam-trastuzumab deruxtecan（Enhertu®，第一三共）：Enhertu，也称DS-8201或T-DXd，是针对不可切除或转移性HER2阳性乳腺癌成年患者的HER2靶向ADC，这些患者在接受转移性治疗时已接受过两种或以上的抗HER2方案。它由一个人源化HER2抗体（曲妥珠单抗）组成，通过一种酶可切割的四肽连接体与一种新型拓扑异构酶I抑制剂（DXd）作为有效载荷偶联，平均DAR为7-8。DXd被报道比SN-38（伊立替康的活性形式）更强效，DXd的更高效力确保了其在ADC中作为有效载荷时的疗效。DS-8201的另一个改进是采用了新型四肽连接体技术，该连接体在血浆中更稳定，降低了系统毒性的风险。2019年12月，基于单臂、多中心、2期DESTINY-Breast01研究的积极结果，FDA批准了Enhertu®。共有184名接受过两种或以上抗HER2治疗的HER2阳性、不可切除和/或转移性乳腺癌（mBC）女性患者被纳入研究。主要终点是ORR和反应持续时间。结果显示，接受DS-8201（5.4 mg/kg）治疗的患者ORR为60.3%（95% CI：52.9, 67.4），CR率为4.3%，PR率为56%。中位反应持续时间为14.8个月，中位PFS持续时间为16.4个月。至少5%的患者中发生的3级及以上不良事件包括中性粒细胞计数下降（20.7%）、贫血（8.7%）、恶心（7.6%）、白细胞计数下降（6.5%）、淋巴细胞计数下降（6.5%）和疲劳（6.0%）。此外，DESTINY-Breast03的最新数据，这是一项全球性、头对头、随机、开放标签、关键3期试验，证明了DS-8201相比T-DM1具有显著优势。具体来说，共有524名接受过曲妥珠单抗和紫杉醇治疗的HER2+ mBC患者被纳入并随机分配（1:1）。主要终点是PFS，包括OS、ORR和反应持续时间的次要终点也被使用。结果显示，DS-8201的中位PFS未达到，而T-DM1为6.8个月。而且，接受DS-8201治疗的患者的中位反应持续时间为14.3个月，而接受T-DM1治疗的患者为6.9个月。此外，另一项头对头研究（DESTINY-Breast09）正在进行，比较DS-8201和曲妥珠单抗。DESTINY-Lung01研究还评估了DS-8201在携带HER2突变的转移性非小细胞肺癌（NSCLC）患者中的疗效和安全性。在91名入选患者中，55%在平均随访时间为13.1个月时确认有客观反应。中位PFS持续时间为8.2个月，中位OS持续时间为17.8个月。观察到46%的患者出现3级及以上不良事件，包括中性粒细胞减少症（19%）和贫血（10%）。该临床观察也对DS-8201潜在的肺部毒性提出了关注。值得注意的是，间质性肺病（ILD）在26%（91名患者中有23名）的患者中观察到，两名患者死于治疗相关的ILD。ILD是一组影响肺部间质的呼吸系统疾病，这将破坏我们身体的修复损伤过程，并阻止氧气参与血液循环。因此，在后续的临床试验中，需要更加谨慎地关注ILD，并适当培训临床医生识别和管理这种毒性效应。自从DS-8201推出以来，其临床潜力仍在不断扩大和深化。DS-8201用于胃癌的新适应症也已获得批准。乳腺癌的治疗线也在向前推进，不断为患者提供更好的治疗选择。 Sacituzumab govitecan（Trodelvy®，Immnomedics）：Sacituzumab govitecan，也称IMMU-132，是一种ADC，由一个针对Trop-2的人源化单克隆抗体组成，通过一个可水解的连接体（CL2A）与拓扑异构酶I抑制剂（SN-38）偶联，平均DAR约为7.6。Trop-2是一种40-kDa糖蛋白，作为细胞内钙信号传导的转导体。在大多数实体瘤中观察到Trop-2的过度表达，包括三阴性乳腺癌（TNBC）。从理论上讲，Trop-2蛋白的过度表达与强烈的侵袭性和不良预后有关，这使得Trop-2成为一个理想的广谱治疗靶点。在sacituzumab govitecan中，SN-38是伊立替康的活性形式，通过抑制DNA拓扑异构酶I引起频繁的DNA单链断裂，最终导致细胞死亡。73 就CL2A而言，它连接SN-38和Trop-2抗体，是sacituzumab govitecan作为第三代ADC的最突破性设计。这个设计良好的连接器提高了Trop-2抗体与SN-38的结合比率，在肿瘤中具有更高的毒性浓度，但在非靶标中的浓度更低，半衰期更短。通过优化连接体的稳定性，它不仅可以在目标肿瘤细胞中释放SN-38，而且还能实现旁观者效应，杀死难以靶向的邻近癌细胞。2020年4月，sacituzumab govitecan获得FDA加速批准，用于治疗接受过两种或以上系统治疗的不可切除局部晚期或转移性TNBC患者，至少一种用于转移性疾病。这是FDA批准用于转移性TNBC的第一个抗Trop-2 ADC。sacituzumab govitecan的临床益处在随后的多中心、开放标签、随机试验（ASCENT）中得到进一步确认，该试验促进了FDA的常规批准。ASCENT研究在529名接受过至少两种化疗后复发的不可切除局部晚期或mTNBC患者中进行，其中一种可能是在新辅助或辅助环境中，如果进展发生在12个月内。入选的患者被随机分为两组，分别接受sacituzumab govitecan（n = 267，10 mg/kg）和单一药物化疗（n = 262，卡培他滨、艾瑞布林、长春瑞滨或吉西他滨）。主要疗效终点是无脑转移患者的PFS。结果显示，接受sacituzumab govitecan治疗的患者的中位PFS为4.8个月，而接受化疗的患者为1.7个月。而且，中位OS分别为11.8个月（sacituzumab govitecan）和6.9个月（化疗）。 sacituzumab govitecan的3级及以上严重不良事件的发生率包括中性粒细胞减少症（51%）、白细胞减少症（10%）、腹泻（10%）、贫血（8%）和发热性中性粒细胞减少症（6%）。 Cetuximab sarotalocan（Akalux®，Rakuten Medical）：Cetuximab sarotalocan也被称为RM-1929，是一种新型ADC，由一个抗EGFR嵌合单克隆抗体cetuximab与近红外光敏染料IRDye® 700DX偶联而成。cetuximab sarotalocan的平均DAR在1.3-3.8范围内。EGFR在多种实体瘤表面高度表达，包括头颈鳞状细胞癌（HNSCC）、食管癌、肺癌、结直肠癌、胰腺癌和其他实体瘤。Cetuximab sarotalocan能够靶向EGFR，并在与癌细胞结合后由光纤释放的红激光局部激活，导致细胞死亡。它不仅利用抗体介导的靶向输送实现高肿瘤特异性，还采用激光激活的生物物理机制精确诱导癌细胞的快速死亡，而不损伤周围正常组织。 2019年9月，cetuximab sarotalocan获得日本药品和医疗器械管理局（PMDA）批准，用于治疗不可切除的局部晚期或复发性头颈鳞状细胞癌。批准是基于一项多中心、开放标签2a期试验的积极数据。共有30名无法通过手术、放疗或含铂化疗满意治疗的局部区域性头颈鳞状细胞癌患者被纳入研究。在给予RM1929 24小时后，使用非热红光照射肿瘤区域。结果显示，cetuximab sarotalocan治疗的ORR为28%，其中包括14%的CR，中位PFS和中位OS分别为5.7个月和9.1个月。最常见的3级及以上不良事件包括皮肤反应（18%）、甲沟炎（12%）和过敏反应（3.5%）。迄今为止，cetuximab sarotalocan尚未在日本以外获得批准，目前正在进行全球3期试验。 Disitamab vedotin（Aidixi®，RemeGen）：Disitamab vedotin也被称为RC48，是第三种上市的HER2靶向ADC，由一种新型人源化HER2抗体、可被组织蛋白酶切割的连接体（mc-VC-PABC）和细胞毒素MMAE组成。RC48的平均DAR约为4。Disitamab vedotin中使用的抗体对HER2具有更高的亲和力，在动物模型中显示出更强的抗肿瘤活性。2021年6月15日，disitamab vedotin获得中国国家药品监督管理局（NMPA）的有条件批准，用于治疗至少接受过2种系统化疗的局部晚期或转移性胃癌（包括胃食管结合部腺癌）患者。这是中国开发的首个获批上市的ADC药物。批准是基于RC48-C008研究的结果，该研究表明接受RC48治疗的患者具有临床意义的反应和生存益处。 RC48-C008研究是一项单臂、多中心、开放标签、2期临床试验，共有127名组织学证实的胃或胃食管结合部癌、HER2过度表达、接受过至少2种系统治疗的患者被纳入。在试验中，参与的患者接受disitamab vedotin（2.5 mg/kg）治疗，直到研究者评估的临床获益丧失或不可接受的毒性。ORR被用作主要结果，PFS和OS作为次要结果。数据显示，所有患者的ORR为18.1%（95% CI：11.8–25.9%）。亚组ORR分别为接受2线和≥3线治疗的患者的19.4%和16.9%。总体而言，接受至少2个周期治疗的111名患者的ORR为20.7%。对于所有127名患者，中位PFS为3.8个月，中位OS为7.6个月。3级或更高不良事件在40名患者（32.0%）中观察到，其中最常见的是中性粒细胞计数下降（14.4%）、WBC计数下降（14.4%）和贫血（5.6%）。 此外，disitamab vedotin还于2021年12月获得NMPA的有条件批准，用于接受过含铂化疗治疗失败的HER2阳性局部晚期或转移性尿路上皮癌患者的二线治疗。这得益于RC48-C005研究的结果，这是一项开放标签、多中心、单臂、非随机2期研究。64名HER2过度表达和局部晚期或转移性尿路上皮癌患者在接受顺铂、吉西他滨和紫杉醇治疗失败后被纳入并接受RC48（2 mg/kg）治疗。ORR被用作主要终点。截至2020年11月30日，接受1线、2线和≥3线治疗的患者的ORR分别为55.6%（5/9）、50.0%（21/20）和30.8%（4/13）。 Tisotumab vedotin（Tivdak®，Genmab/Seagen）：Tisotumab vedotin是最近获批的ADC药物，平均DAR为4，包含一个完全人源化的mAb，结合组织因子（TF），一个可切割的mc-VC-PABC连接体，和一个抗有丝分裂剂MMAE。TF在肿瘤生长、血管生成和转移中起着重要作用，并且在几种实体瘤中特异性过度表达。Tisotumab vedotin旨在靶向癌细胞上的TF抗原，并将细胞毒素MMAE直接输送到癌细胞内。此外，旁观者效应、ADCC和ADCP也被证明参与了tisotumab vedotin的作用机制。2021年9月，Tivdak®获得FDA批准，用于治疗复发或转移性宫颈癌的成年患者，这些患者在化疗后或化疗期间疾病进展，这是首个且唯一获批的TF靶向ADC治疗。 批准是基于innovaTV 204研究的发现，这是一项多中心、开放标签、单臂、2期试验。共有101名符合标准（复发或转移性宫颈癌患者，之前接受过不超过两种系统治疗方案，包括至少一种复发或转移性环境中的基于顺铂的化疗方案）的患者被纳入研究，接受每21天2 mg/kg的tisotumab vedotin治疗，直至疾病进展或不可接受的毒性发生。确认的ORR被用作主要疗效结果。结果显示，ORR为24%（95% CI：15.9%-33.3%），中位反应持续时间为8.3个月（95% CI：4.2，未达到）。3级或更高不良事件在28%的患者中观察到，包括中性粒细胞减少症（3%）、疲劳（2%）、溃疡性角膜炎（2%）和周围神经病变（2%）。 5.4.  晚期ADC候选药物 除了上述14种获批的ADC药物外，目前还有数百种采用更新技术和新颖靶点的ADC正在进行临床试验。本综述中讨论了三个代表的3期ADC候选药物，以提供概念性的快照。 Mirvetuximab soravtansine（ImmunoGen）。Mirvetuximab soravtansine（IMGN853）由一个针对叶酸受体α（FRα）的人源化mAb组成，通过一个可切割的连接体（sulfo-SPDB）与强效细胞毒素DM4偶联。它已获得FDA授予治疗卵巢癌的孤儿药指定。通过在二硫键的α位引入两个甲基基团以及一个磺酰基，提高了连接体的亲水性，克服了药物在血浆循环中过早释放的缺点。2015年12月，进行了一项开放标签、随机3期试验（NCT02631876），以研究IMGN853与选定的单一药物化疗在治疗对铂类药物耐药的FRα阳性晚期上皮性卵巢癌、原发性腹膜癌和/或输卵管癌的女性中的安全性和有效性。这是首个进入人体临床试验的FRα靶向ADC候选药物。共有366名患者随机（2:1）接受IMGN853（6 mg/kg）或单一药物化疗（聚乙二醇化脂质体多柔比星、拓扑替康或紫杉醇）。本研究的主要终点是PFS。 2019年初公布的结果显示，在主要终点PFS方面没有显著差异[HR, 0.98; 95% CI, 0.73–1.31; p = 0.897]，IMGN853组和化疗组的中位PFS分别为4.1个月和4.4个月。240 尽管没有达到主要终点，但在次要终点中观察到IMGN853在FRα过度表达的患者中表现更好，包括更好的ORR（24%对10%）和CA-125反应（53%对25%）。因此，FDA推荐进行额外的3期试验。2019年12月，Immunogen宣布了一项3期单臂试验，包括两项研究：SORAYA研究（NCT04296890）和MIRASOL研究（NCT04209855）。此外，另一项1b/2期临床试验（NCT02606305）调查了IMGN853（6 mg/kg）联合贝伐珠单抗（15 mg/kg）在对铂类药物耐药的晚期上皮性卵巢癌、原发性腹膜癌或输卵管癌患者中的应用。Immunogen在2021年ASCO年会上最近宣布了结果。在接受联合治疗的60名患者中，有28名观察到客观反应，确认的ORR为47%（95% CI, 34–60），在高FRα表达的患者中（n = 33），确认的ORR为64%（95% CI 45–80），这表明IMGN853与贝伐珠单抗联合治疗对高FRα复发性卵巢癌患者具有显著的治疗效果。最常见的不良事件包括腹泻、视力模糊、疲劳和恶心。 Datopotamab deruxtecan（DS-1062, Daiichi Sankyo/AstraZeneca）。DS-1062或Dato-DXd是第二种靶向Trop2的ADC，由一个拓扑异构酶I抑制剂（DXd）通过一个可切割的四肽连接体与人源化抗Trop2 IgG1 mAb偶联。平均DAR为4。目前，DS-1062正在进行临床试验，以单独或联合治疗的方式评估对乳腺癌和NSCLC等实体瘤的疗效。TROPION-PanTumor01的更新结果，这是一项正在进行的1期研究，研究对象为晚期/转移性NSCLC患者（NCT03401385），显示DS-1062（6 mg/kg）在接受治疗的患者中显示出有希望的安全性和有效性。在125名可评估反应的患者中，1%（1/125）有确认的CR，26%（32/125）有PR，并且有4个PR正在等待确认。在6个月时持续反应的概率超过80%，疾病控制率（CR + PR + SD）为79%。它目前也在一项随机、开放标签的3期研究（TROPION-Lung01）中进行研究，比较DS-1062与多西他赛治疗晚期/转移性NSCLC患者的效果，这些患者没有EGFR、ALK或其他可操作的基因变异。设计计划是将590名患者随机1:1分配接受DS-1062（6 mg/kg）或多西他赛（75 mg/m2）。双重主要终点PFS和OS被用作双重主要终点。 Tusamitamab ravtansine（SAR-408701, Sanofi）。SAR-408701是一种新型抗CEACAM5 ADC。它由一个人源化抗体组成，靶向CEACAM5，通过一个可切割的连接体N-succinimidyl 4-(2-pyridyldithio) butyrate (SPDB)与细胞毒素maytansinoid DM4偶联。CEACAM5是一种在正常成人组织中很少表达，但在包括NSCLC在内的多种实体瘤中过度表达的糖蛋白。SAR-408701的前临床活性被研究，结果显示其为CEACAM5阳性癌症的有前途的治疗候选药物。SAR-408701的安全性和有效性在一项开放标签、剂量递增、剂量扩展的1期研究（NCT02187848）中进行了检查。在研究中，92名患者（28名CEACAM5中等表达者和64名高表达者）接受了SAR-408701（100 mg/m2），截至2020年1月，在接受SAR-408701治疗的中等表达者队列中观察到2个确认的PR（ORR 7.1%），而在接受治疗的高表达者队列中有13名患者确认PRs（ORR 20.3%）。27名（42.2%）患者病情稳定；在接受过抗PD1/PD-L1治疗的患者中观察到17.8%的ORR。目前，有几项SAR-408701的2期或3期临床试验正在进行中，采用单一药物或联合治疗NSCLC和其他实体瘤适应症（NCT04154956, NCT04659603, NCT04394624, NCT05071053, NCT04524689）。 6. ADCs的当前挑战和下一代 从前面部分列出的获批药物和在研候选药物中可以看出，与早期代相比，新一代ADCs正在展现出越来越优化的特异性和细胞毒性特征。然而，在开发和使用抗癌ADCs方面仍然存在许多挑战，包括药代动力学的复杂性、不足的肿瘤靶向和有效载荷释放，以及药物抗性。本节提供了这些挑战的概述，随后讨论了在新兴一代ADCs中可能的解决方案。 6.1.  主要挑战 复杂的药代动力学特征。在ADC（大多数通过静脉注射）给药后，系统循环中可能存在三种主要形式，即完整的ADC、裸抗体和游离的细胞毒素。由于目标结合、消除和解偶联，这三种形式的比例将动态变化。在ADC的典型药代动力学特征中，随着ADC的内吞作用和抗体清除，结合的ADC和裸抗体的浓度持续下降。影响抗体清除的因素包括单核吞噬细胞系统和新生儿Fc受体（FcRn）介导的循环。通过与内吞体空泡中的ADC结合，FcRn将ADC导出到细胞外部分进行循环。因此，包括结合的ADC和裸抗体在内的抗体通常比传统的小分子药物具有更长的半衰期。关于游离的细胞毒素，它主要在肝脏代谢，并通过肾脏（尿液）或粪便从体内排泄，这可能受到药物-药物相互作用和肝肾功能损害的影响。所有这些因素，再加上患者间变异性高，使得建立PK和PD模型来描述ADC的临床特征并协助设计新的ADCs变得具有挑战性。 不可避免的副作用。在获批的14种ADCs中，最常见的严重副作用（3级或更高）是血液毒性，包括中性粒细胞减少症、血小板减少症、白细胞减少症和贫血。血液毒性以及肝毒性和胃肠道反应可能与细胞毒素过早释放到血液循环中有关。这与主要影响快速增殖的健康细胞的传统化疗药物一致。此外，ADC的抗体部分引起的免疫反应可能导致二次损伤，导致肾毒性。根据最近的临床观察，ADC治疗期间潜在的肺部毒性效应，如间质性肺病（ILD），应引起注意，特别是在抗HER2 ADCs中。T-DM1和DS-8201的临床试验中报告了几例与ILD相关的死亡案例。然而，ILD的作用机制的详细情况仍不清楚。有猜测可能的原因之一可能与ADC在健康肺细胞中的不希望摄取和从ADC释放的游离有效载荷有关。由于血液流动最丰富且在肺部保留时间最长，不希望的ADC摄取和血液中的游离有效载荷最常发生的是在肺部，从而诱发ILD。因此，需要对下一代ADC进行相应的优化，以最小化副作用。在用药期间，应密切监测、预防或给予不良反应的支持性治疗。 肿瘤靶向和有效载荷释放。与传统的细胞毒素药物相比，ADC的分子量要大得多，药物穿透肿瘤的效率受到限制。当前研究表明，只有一小部分输入患者体内的ADC能够到达肿瘤细胞，因此在设计ADC时需要考虑有效载荷的效力。对于ADC药物，有效载荷的传递依赖于通过抗原依赖性内吞作用或抗原非依赖性胞饮作用内吞形成的ADC-抗原复合物。内吞后，ADC抗原复合物将被运输到内体或溶酶体释放有效载荷。当有效载荷通过酸可切割的连接体连接时，对于需要特定蛋白酶的ADCs，有效载荷可能在早期内体中释放。对于需要特定蛋白酶的ADCs，有效载荷的释放将发生在晚期内体或溶酶体中。无论有效载荷释放途径如何，一些ADCs具有“旁观者效应”，可以影响不表达目标抗原的周围癌细胞。对于内吞的ADC，它被认为是具有高异质性目标抗原表达的肿瘤活性ADC的一个重要因素。旁观者效应需要有效载荷穿过细胞膜，因此，通过可切割连接体释放的非极性有效载荷是首选，因为极性分子更有可能留在细胞内。 药物抗性。ADC开发的另一个挑战是药物抗性。酪氨酸激酶抑制剂（TKI）的药物抗性通常涉及药物靶标的逃逸突变。然而，ADCs的药物抗性机制尚未得到充分阐明。由于ADCs的基本作用机制，它们可能更加复杂和多样化。目前的证据表明，肿瘤可以通过多种方式逃避ADC的活性，例如减少抗原表达水平、改变细胞内运输途径、对有效载荷的药物抗性。这些潜在机制已在体外和动物模型的临床前研究中得到验证，而确认这些机制的临床证据仍然有限。例如，长期暴露于靶向HER2的ADC，乳腺癌细胞系将减少HER2受体的表达，并减少溶酶体酸化以减慢蛋白质降解和代谢。一些ATP结合盒（ABC）转运蛋白被发现在抗癌药物的出口中很重要，使肿瘤产生抗性。在ADC中常用的有效载荷，如MMAE、MMAF和卡利奇霉素，可以被ABC转运蛋白从癌细胞中输出，这使得这些ADCs表现出药物抗性。 6.2.  未来一代ADCs ADC由单克隆抗体、连接体和有效载荷组成，因此替换这三个组件中的任何一个都可能影响ADC的效果。针对同一抗原的不同抗体可能具有不同的结合能力，并对受体二聚体化和抗原内吞作用产生不同的影响。当前研究表明，ADC的内吞作用和细胞内运输途径对ADC的细胞毒性活性有关键影响。与野生型蛋白相比，突变蛋白通常具有更高的泛素化水平，更容易被内吞和降解。这意味着，如果ADC用于靶向突变蛋白，它可能会带来显著的临床反应。可以想象，靶向携带致癌突变蛋白的ADCs（如某些EGFR突变体）可能最大化治疗的肿瘤特异性，并达到选择性TKI的水平。此外，双特异性抗体技术的进步为ADC创新带来了更多可能性。这些ADC设计可能提高抗体内吞作用并改善肿瘤特异性。目前正在开发的治疗方法一直在探索这些可能性。例如，靶向同一抗原上不同位点的双特异性ADC可以改善受体聚集并导致目标的快速内吞作用。此外，在临床前实验中，一种双靶向HER2和LAMP-3的双特异性ADC显示出更好的溶酶体聚集和载荷传递。类似地，可以开发使用两种不同细胞毒素药物作为有效载荷的双载荷ADC，以减少药物抗性。通过准确控制两种药物的比例，可以通过将两种协同有效载荷传递到癌细胞中来实现更强的疗效。并且随着两种具有不同机制的有效载荷的应用，药物抗性的发生率将显著降低。例如，一种含有MMAE和MMAF的均匀抗HER2 ADC被设计出来，在异种移植小鼠模型中比相应的单载荷ADCs的联合给药表现出更显著的抗肿瘤活性。 ADC开发的另一种策略是放弃传统mAb的结构，选择将有效载荷与分子量较小的多肽片段或单链可变区片段偶联。这些策略的主要目的是减少ADCs的分子量，从而提高穿透效率和有效载荷传递到肿瘤组织。例如，PEN-221是一种由DM-1与靶向生长抑素受体2的多肽链偶联而成的ADC。它的分子量仅为2 kDa，远低于传统ADC中150 kDa的IgG分子。这种ADCs的当前技术挑战是它们可能在血浆中被迅速清除。然而，如果我们能够克服这个障碍，它可能在治疗难以接触的肿瘤方面具有潜力，包括血管化不良和中枢神经系统肿瘤。传统上，需要高内吞能力的mAb来将有效载荷传递到癌细胞中。然而，由于抗原屏障，mAb通常很难扩散到实体肿瘤块中。因此，可以为ADC开发非内吞性抗体。它基于这样一个原理：有效载荷直接在肿瘤微环境中的还原条件下在细胞外释放，然后扩散到癌细胞内导致细胞死亡。 最后，在有效载荷选择方面仍然存在许多创新机会。目前，载荷的选择不再局限于标准细胞毒素药物，而是开始发现更多针对性药物和免疫药物。例如，mirzotamab clezutoclax是一种靶向B7-H3的ADC，它采用促进细胞凋亡的新型BCL-XL抑制剂作为有效载荷。目前正在早期临床试验中进行评估。 7.  结论 来自学术界和工业界的数十年努力已经成功地开发了多种ADC疗法，使成千上万的癌症患者受益。14种ADC药物的推出和其他ADC候选药物的激动人心的临床表现也吸引了更多人关注这个领域，这对于这个相对年轻但高度复杂的领域非常重要。幸运的是，大量研究为决定ADC最终行为的关键要素提供了见解。建立适当的方法对ADC的每个组分进行体外和体内评估至关重要。识别和验证新的抗原/抗体、开发具有最佳毒性的新有效载荷，以及设计新的连接体以平衡稳定性和有效载荷释放，对下一代ADCs至关重要。随着这些领域的研究人员的持续努力，不难想象未来的ADCs将在癌症的靶向治疗中带来更多惊喜。

摘要：液体活检是一种通过血液、唾液和尿液等生物液体进行微创检测的革命性策略，用于癌症的诊断和预后预测。外泌体是细胞外囊泡（EVs）的一个子集，它们在供体细胞和受体细胞之间穿梭分子货物，并在调节细胞间通讯中发挥着关键作用。越来越多的研究表明，外泌体有很大的潜力作为液体活检中的新型生物标志物，因为大量的外泌体富集在体液中，并参与了许多生理和病理过程。然而，外泌体在临床应用中的进一步发展受到高质量分离和组分分析方法缺乏的极大限制。本综述旨在提供关于外泌体分离、表征和内容检测的传统和新型技术的全面概述。此外，总结了外泌体作为液体活检中潜在生物标志物在癌症诊断、治疗监测和预后预测中的作用。最后，评估了将基于外泌体的液体活检应用于精准医学的前景和挑战。 1.引言 癌症是全球主要的死亡原因之一。越来越多的证据表明，癌症的发展是一个动态过程，涉及多种组分，包括肿瘤细胞、基质细胞和免疫细胞。到目前为止，组织活检被认为是癌症诊断的最常用方法。然而，提取的少量组织无法代表肿瘤的异质性或监测动态的肿瘤进展，并且这种侵入性方法可能会增加转移的潜力，最终导致生存和预后不良。由于微创性，液体活检通过收集血液和尿液等生物液体的样本，已经引起了广泛关注，并为癌症诊断和实时监测创造了更多机会。外泌体，直径为40-160纳米，是由大多数细胞积极释放并在体液中稳定循环的脂质双层膜囊泡。最初被低估为细胞废弃物的运输工具，外泌体现在被认识到是细胞间通讯的重要参与者。积累的证据表明，包括核酸、蛋白质和脂质在内的各种生物活性分子富集在外泌体中，并且可以从供体细胞转移到受体细胞，导致信息的细胞内转移。外泌体中的生物活性货物可能被受体细胞摄取，促进肿瘤发生和进展。此外，外泌体参与了前转移生态位的形成、肿瘤血管生成和肿瘤免疫抑制。而且，外泌体可以反映其亲本细胞的生理和病理状态的改变。这些发现导致了分析循环外泌体及其衍生货物可能为癌症液体活检提供新机会的想法（见图1），突显了外泌体作为癌症诊断、进展监测和预后预测的生物标志物的潜力。 图1 外泌体作为液体活检的新靶标。外泌体在体液中富集，并在肿瘤发生、进展和转移中发挥关键作用。与传统的循环肿瘤细胞(CTC)和循环肿瘤DNA(ctDNA)相比，外泌体显示出卓越的特性，如活细胞分泌的囊泡、大量存在和稳定循环。传统和先进的技术已被用于从各种体液中分离外泌体并检测外泌体的载物。特定外泌体分子的检测可能为癌症诊断、进展监测和预后预测提供新策略。 目前，循环肿瘤细胞（CTCs）、循环肿瘤DNA（ctDNA）和外泌体已成为液体活检的三个主要分支。与CTCs和ctDNA相比，外泌体在液体活检中显示出更大的优势。首先，在生物液体中存在大量的外泌体（约10^9个/mL）有助于相对容易地获得囊泡，而每毫升血液样本中只有几个CTCs。其次，外泌体由活细胞分泌，具有来自其亲本细胞的丰富生物学信息。因此，外泌体比ctDNA更具代表性，后者有限地反映了凋亡或死亡肿瘤细胞的信息。第三，由于其脂质双层，外泌体本质上是稳定的，即使在恶劣的肿瘤微环境中也能稳定循环。高生物学稳定性允许长期储存样本以进行外泌体分离和检测。值得注意的是，将外泌体应用于液体活检的一个重大挑战是高效和高纯度的分离，这源于它们的纳米尺度大小和固有的异质性。此外，由于癌症外泌体只占体液中外泌体总数的一小部分，超敏感和特异性检测是发展基于外泌体的癌症诊断的先决条件。迄今为止，已经开发了各种方法用于外泌体分离以及外泌体蛋白和核酸的检测。尽管取得了显著进展，但灵敏度和特异性有限、纯度和通量低仍然是学术研究和实际应用的重大挑战。因此，需要积极研究开发易于操作、高灵敏度和高纯度的外泌体分离和检测平台。在这篇综述中，我们讨论了外泌体分离和检测的最新进展以及它们在临床上的应用，强调了新开发的外泌体分离和检测技术。此外，总结了外泌体作为癌症液体活检中潜在生物标志物的应用。 2.外泌体生物发生和内容物 外泌体是由大多数细胞积极释放的异质群体的膜结构囊泡，可以在许多人体液体中找到，如血液、唾液、眼泪和尿液。外泌体生物发生的过程涉及质膜的内陷、多囊泡体（MVBs）的形成和外泌体分泌。MVBs是由内吞体膜向内膨胀形成的内吞结构。在MVBs内部积累的囊泡，称为腔内囊泡（ILVs），通过MVBs与质膜的融合作为外泌体释放（见图2）。广泛的研究表明，供体细胞衍生的生物活性分子富集在外泌体中，这表明外泌体在遗传信息交换中的关键作用。值得注意的是，与亲本细胞相比，外泌体中特定的RNA组分显示出很大的差异，这可能归因于外泌体形成过程中独特的货物分选过程。货物分选的机制尚不清楚，已报道内吞体分选复合物（ESCRT）依赖方式和ESCRT独立机制参与了这一过程。有趣的是，四跨膜蛋白（CD9、CD63和CD81）、热休克蛋白（HSP60、HSP70）和ESCRT相关组分（Alix和TSG101）已被确认存在于外泌体中，这为它们的识别和检测提供了一定的标记。 图2 外泌体的生物发生、内容物和内化作用。外泌体是由多囊泡体与质膜融合而衍生的囊泡。来自供体细胞的细胞质内容物，如核酸和蛋白质，被分选进入外泌体，并通过内吞作用、吞噬作用、直接融合或直接结合（受体-配体相互作用）的方式传递给受体细胞。 越来越多的研究表明，各种与疾病相关的蛋白质和核酸被装载到外泌体中，并且在不同起源的肿瘤中差异性表达。Hoshino等人指出，通过蛋白质组学分析，血浆衍生的外泌体可以识别特定的癌症类型并区分肿瘤来源。他们发现，51种和19种血浆衍生外泌体蛋白分别在胰腺癌和肺癌中被特异性识别。此外，据报道，卵巢癌中外泌体的CD63高表达，而在肺癌中低表达。CD317和表皮生长因子受体（EGFR）在非小细胞肺癌（NSCLC）衍生的外泌体上高度表达。与健康受试者相比，糖蛋白-1（GPC-1）在胰腺癌患者的血清外泌体中显著增加，并且可以用于早期检测胰腺癌，具有100%的诊断特异性和敏感性。除了蛋白质，如miRNA、mRNA和lncRNA等核酸在外泌体中差异分布，并且可以用作特定的癌症生物标志物。例如，在胶质母细胞瘤患者的血清外泌体中检测到突变型EGFRvIII mRNA。Zhou等人报道，外泌体miR-15a-5p的表达水平在子宫内膜癌中比其他癌症类型高7-19倍。此外，外泌体miR-1247-3p的高表达与肝癌的肺转移正相关，这表明预后不良。鉴于外泌体由活细胞分泌，外泌体中的具体内容物可以反映其亲本细胞的病理生理状态，这使它们成为疾病进展动态监测的有用生物标志物。总的来说，被分选到外泌体中的货物不仅可以为它们的识别提供额外的特征，而且为癌症患者的诊断、治疗监测和预后预测提供了有希望的生物标志物，为液体活检提供了一种新工具。 3.外泌体分离和富集方法 由于独特的形成方式和特定的货物分选过程，外泌体在大小和分子内容上是异质的。从复杂的生物组分中外泌体的分离和富集对于基础研究和临床转化至关重要。到目前为止，已经开发了许多方法，这些方法在分离外泌体的数量和纯度上有显著差异。 4.传统分离方法 4.1.基于超速离心的分离 作为外泌体分离的金标准，超速离心是最常用的方法，包括差速超速离心和梯度密度超速离心。传统的差速超速离心最初由Johnstone等人提出，用于从网织红细胞的培养基中分离外泌体。通常，首先使用低速离心（300 g）去除细胞碎片，然后使用20,000g速度的离心去除其他大囊泡。最后使用高力（100,000g）沉降外泌体。然而，这种方法需要昂贵的仪器，并且存在聚集蛋白的污染。更多的离心周期可以获得更纯净的结果，但会导致更低的回收率。梯度密度超速离心是获得更高纯度外泌体的更好选择。在离心过程中，不同大小的颗粒从两个或多个溶液中分离成不同的层，其密度从上到下增加。基于此，该方法已被应用于分离外泌体，发现它们在密度为1.15到1.19g/mL处浮动。尽管比超速离心具有更高的纯度，但耗时的过程和对大量生物液体的需求大大限制了其在临床应用中的使用。 4.2.基于大小的分离 固定范围直径的特征允许通过基于大小的方法分离外泌体。过滤是使用具有特定孔径的膜过滤器进行外泌体分离的一种基于大小的方法，具有操作简单和有效纯化的优点，但产量低。超滤通常应用于从大量原始材料（如细胞培养基）中浓缩外泌体。目前，超滤与超速离心的结合已被广泛采用，在这种方法中，过滤用于去除细胞和大囊泡，而外泌体的纯化通过超速离心实现。此外，尺寸排除色谱（SEC）可以根据样品的大小和凝胶孔径分离生物分子组分。在分离过程中，大分子早期被洗脱，而小分子或颗粒直接扩散进入孔中。Anita N Böing等人开发了一种基于交联琼脂糖CL-2B柱的SEC协议，该协议可以有效地从无血小板上清液中分离直径大于70nm的外泌体。郭等人表明，CL-6B柱在颗粒产量和外泌体纯度方面比CL-2B柱表现更好。与离心和过滤方法相比，SEC具有温和处理和非破坏性结果的优点。此外，SEC与超速离心的结合可能具有提高的回收率和纯度。 4.3.沉淀技术 对于沉淀技术，使用高度亲水的聚合物与外泌体膜周围的水分子竞争性结合，从而降低溶解度，最终实现外泌体分离的低输入体积。迄今为止，聚乙二醇（PEG）是用于外泌体分离的最常用聚合物。Rider等人提出了一种名为ExtraPEG的外泌体纯化方法，该方法能够快速富集外泌体，并从囊泡中获取足够的内容物以供下游分析。最近，许多依赖沉淀技术的商业试剂盒已经被开发用于外泌体的分离和富集，如ExoQuick™和Total Exosome Isolation。Ding等人的研究表明，与其他试剂盒相比，ExoQuick™能够产生相对较高的外泌体产量。然而，这种方法经常因其高成本和共沉淀蛋白聚集体的污染而受到批评。 5.新的富集方法 外泌体特异性标记物和组分的发现为分离外泌体及外泌体亚群（图3）提供了新的途径。通过针对肿瘤相关蛋白如GPC-1和EpCAM（上皮细胞粘附分子）的特异性抗体和核酸适配体，可以很好地区分癌细胞来源的外泌体和正常细胞来源的外泌体。此外，微珠、微流控芯片和热泳等应用使得外泌体的快速便捷富集成为可能。在这里，我们总结了新方法在外泌体富集中的优势和局限性（表1）。 5.1.免疫亲和富集 由于简单性和特异性的优势，免疫亲和分离策略已被用于许多研究中的外泌体富集（图3A）。例如，张等人制造了一种针对活化微流控芯片的抗CD81功能化外泌体分离方法。杨等人报告了一种通过形成AuNC-外泌体-AuR复合物的三明治结构进行外泌体分离的集成微流控装置（图3Aa）。该装置在30分钟内从5mL尿液样本中获得了5×109个颗粒的产量。然而，捕获的外泌体的解离仍然是一个巨大的挑战，这源于抗原和抗体之间的强亲和力。为了解决这一挑战，康等人开发了一种外泌体特异性双模式免疫过滤（ExoDIF）装置。生物素化的抗CD63抗体固定在内通道表面，该表面依次用3,3'-二硫双磺苏糖咪啶（DTSSP）、生物素化牛血清白蛋白和亲和素处理。结果，从高稀释的细胞培养基中捕获了近87.1%的外泌体。值得注意的是，被捕获的外泌体可以通过DTT（二硫苏糖醇）解离，通过破坏DTSSP中嵌入的二硫键（图3Ab）。 最近，康等人提出了一种EVs on demand芯片（EVOD），通过四氮唑-抗EpCAM/抗EGFR抗体（TzAb）与TCO（反式环辛烯）功能化的微流控表面之间的反应，实现了癌症相关外泌体亚群的捕获。该芯片能够从癌症患者中选择性地比从健康捐赠者中多分离出76%的EGFR+外泌体，显示出对NSCLC早期检测的巨大潜力。孙等人设计了一个有趣的共价化学介导的EV点击芯片，通过多标记鸡尾酒（抗EpCAM、抗ASGPR1（唾液酸糖蛋白受体1）、抗CD147）从血浆样本中识别、富集和回收肝细胞癌（HCC）特异性外泌体（图3Ac）。所提出的外泌体纯化系统实现了超过81%的回收率和超过85%的纯度，为检测肝细胞癌提供了一种新的液体活检工具。尽管意义重大，但这些方法成本高且依赖于标记物。此外，应更多关注捕获外泌体的非破坏性释放。 5.2.磁性分离和富集 基于磁性珠的免疫亲和富集近年来因其便利性和高效率而受到广泛关注（图3A）。通常，外泌体通过抗体修饰的磁性珠被捕获，然后通过磁场力分离。例如，方等人进行了CD63抗体共轭磁性纳米粒子以分离外泌体。此外，新型免疫亲和超顺磁性纳米粒子（IS-NPs）被证明具有高效率，通过β-环糊精（β-CD）和4-氨基偶氮苯（AAB）之间的相互作用将抗CD63抗体与超顺磁性纳米粒子结合（图3Ad）。α-CD，一种从β-CD-AAB包合物中提取AAB的竞争性试剂，被适应用于外泌体的洗脱。结果，在人工模型样本中外泌体的捕获和释放效率分别高达80%和86.5%。与传统分离方法相比，IS-NPs方法显示出更高的产量、更高的纯度以及更好地保留了外泌体的结构和功能完整性。特别是癌症衍生的外泌体亚群的分离可以通过将磁性珠与针对肿瘤特异性生物标志物的抗体结合来实现。罗等人通过免疫亲和磁性珠和基于DNA折纸的核酸适配体进行了外泌体的快速分离和捕获。通过与DNA荧光探针的结合，可以实现外泌体的定量检测。李等人开发了一种均质磁荧光外泌体（hMFEX）纳米传感器，用于从乳腺癌患者的80μL血浆中分离GPC-1阳性外泌体。何等人开发了一个微流控平台，通过将样本与抗EpCAM或抗CA125抗体标记的磁性珠混合来捕获肿瘤衍生的外泌体。总的来说，免疫磁性分离方法有潜力促进快速分离和临床应用的循环外泌体在所需领域的实现。 图3 外泌体分离新技术。A 免疫亲和/免疫磁性富集。版权所有 2020 年 Yang ，2017 年 Kang ，2018 年 Cai ，2020 年 Sun 。B 基于物理特性的分离。版权所有 2017 年 Liu ，2019 年 Sunkara V ，2019 年 Hattori 。C 脂质介导分离。版权所有 2018 年 Xu ，2021 年 Jiang 。D 基于声学的分离/热泳富集。版权所有 2021 年 Tayebi ，2019 年 Liu ，2021 年 Tian 。 5.3.基于物理特性的分离方法 基于尺寸的微流控芯片被用来从大细胞碎片或其他膜状囊泡中分离外泌体（见图3B）。刘等人设计了一个基于尺寸的外泌体全隔离芯片（ExoTIC），其中30-200纳米的外泌体通过多个纳米孔膜被富集和纯化（见图3Ba）。与传统的超速离心和商业PEG沉淀试剂盒相比，ExoTIC从小体积的人类血浆中获得了更多的外泌体产量。然而，膜孔堵塞大大限制了外泌体的连续分离。为了克服这个问题，陈等人引入了一个超快隔离系统，EXODUS，它将双耦合谐波振荡集成到双膜过滤器配置中。通过周期性负压和气压切换，在线性纳米孔阳极氧化铝膜上产生了周期性负压振荡，允许小颗粒（即蛋白质和核酸）和流体通过，而较大的外泌体则留在中心腔室。此外，两对振荡器通过横向波和声流学流动使颗粒重新悬浮到液体中，有效限制了污染和颗粒聚集。此外，切向流过滤（TFF）是一种有效减少孔堵塞潜在技术，由于流向和过滤方向垂直状态。Sunkara等人开发了一个微流控切向流过滤装置，Exodisc，用于从人类血浆和尿液中分离外泌体，与传统方法相比，显示出更好的外泌体产量（见图3Bb）。决定性横向位移（DLD）已被用于外泌体分离，因为不同大小的颗粒在具有特定角度显示的微柱平台上表现出不同的轨迹。Wunsch等人提出了一个纳米尺度的横向位移（nano-DLD）阵列，其中较大的囊泡在阵列中横向位移并被收集在侧通道，而较小的囊泡以之字形从阵列中排出，最终实现尿液来源的外泌体的收集。然而，DLD受到通量低和需要高电压的限制，囊泡的密度和刚度可能会干扰基于DLD的外泌体分离。 5.4.基于脂质的分离 囊泡表面的脂质分子使外泌体捕获得以通过亲和介导（见图3C）。万等人报道了一种脂质纳米探针，用于从血浆中快速分离外泌体。外泌体的脂质双层被生物素标记的1,2-二硬脂酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-聚（乙二醇）（DSPE-PEG）探针标记，其中DSPE通过疏水效应插入外泌体膜，PEG在水相中提供溶解性。NeutrAvidin包被的磁性亚微米颗粒被用于通过亲和素-生物素亲和收集外泌体。结果，仅需要15分钟就能分离外泌体，大大缩短了分离程序。值得注意的是，胆固醇-PEG1000约6.4纳米被认为可以最小化脂质纳米探针表面固定时的空间位阻，从而实现了更高的捕获效率。此外，吸附在囊泡膜上的脂质分子也被应用于捕获外泌体。T细胞膜蛋白4（Tim-4），对磷脂酰丝氨酸（PS）有很高的亲和力，已被证实有助于从血清样本中简单分离外泌体，使快速下游分析更加容易（见图3Ca）。此外，TiO2壳层与外泌体磷酸基团的亲和作用是富集磷酸化肽段的一种新策略。庞等人使用Fe3O4@TiO2纳米颗粒在5分钟内富集和分离外泌体，捕获效率为96.5%。Fe3O4@TiO2纳米颗粒与表面增强拉曼散射（SERS）标签的结合可以同时富集外泌体并实现目标miRNAs的原位鉴定（见图3Cb）。 5.5.基于声学的分离方法 基于声学的微流控是一种简单高效的外泌体分离方法。通常，超声波应用于样本，颗粒根据其物理特性（如大小和密度）经受不同的作用力并被分离（见图3D）。Anson等人利用微米级种子颗粒和纳米颗粒在谐振腔中的超声波散射来富集外泌体。集成的声学装置实现了快速操作、非接触和连续分离尿液和血浆样本中的外泌体。吴等人开发了一个声流学平台，用于直接、无标记、非接触富集全血中的外泌体。该装置集成了两个分离模块，其中一个能够去除直径大于1微米的颗粒，另一个可以从未外泌体和其他颗粒中分离外泌体。最近，顾等人报道了一个声学驱动的旋转液滴装置，其中倾斜的交错换能器（IDTs）被用来根据不同频率的声波使纳米颗粒移动。通过将两个不同大小的液滴放置在一起，可以特别集中固定大小的颗粒。结果，该方法可以从5微升样本中在不到1分钟的时间内分离外泌体。此外，Tayebi等人将声辐射力（ARF）与介电泳（DEP）结合起来，在流动路径中放置高频（>10 MHz）的交错换能器，同时产生ARF和介电泳力场。介质中的颗粒通过流体阻力、ARF和DEP力场之间的竞争呈现横向平移，从而实现了细胞外囊泡的主动分离（见图3Da）。 5.6.热泳富集 热泳是指颗粒通过局部激光加热诱导的温度梯度，从高温区域迁移到低温区域的现象。为了解决耗时的分离和纯化程序的挑战，刘等人开发了一种敏感的热泳方法来富集肿瘤衍生的外泌体。通过使用针对肿瘤特异性标记物的核酸适配体，热泳能够实现快速分离和富集外泌体，而无需预先分离外泌体（见图3D）。外泌体的积累产生了核酸适配体的放大荧光信号，这使得外泌体表面生物标志物的分析以及miRNAs的检测成为可能（见图3Db）。田等人进行了类似的检测，分析了1微升血浆中的外泌体，为转移性乳腺癌的液体活检提供了一种低成本、敏感的方法（见图3Dc）。 6.外泌体表征 如2018年细胞外囊泡研究的最小信息标准（MISEV2018）所建议，外泌体的鉴定应包括西方墨点验证外泌体特异性标记物，并且至少使用两种方法对外泌体单个颗粒进行表征。 6.1.可见表征 透射电子显微镜（TEM）被认为是识别和表征单个外泌体的常用方法，其典型结构为杯状（见图4A）。对于扫描电子显微镜（SEM），通过收集从样本中弹出的电子来呈现图像（见图4C）。值得注意的是，外泌体的形态可能会受到样本处理过程中脱水的影响。相反，冷冻电子显微镜（冷冻-EM）是更好的选择，因为它避免了样本固定和脱水。外泌体在非常低的温度下被分析，并且呈现出与TEM图像不同的圆形结构（见图4B）。此外，原子力显微镜（AFM）可以通过振幅调制和相位调制提供表面形态和材料属性（刚度、粘附性）的信息（见图4D）。而且，特定外泌体膜标记功能化的AFM探针允许单个外泌体中蛋白质的识别和检测。 图4 外泌体表征技术。A 透射电子显微镜。版权所有 2020 年 Li。B 冷冻电镜。版权所有 2018 年 Tian。C 扫描电子显微镜。版权所有 2010 年 Sharma 。D 原子力显微镜。版权所有 2010 年 Sharma。E 动态光散射。F 纳米颗粒追踪分析。G 可调电阻脉冲传感。 6.2.定量表征 动态光散射（DLS）是一种测量外泌体尺寸分布和zeta电位的技术。散射光的干涉和强度变化可以通过传感器识别，从而估计颗粒的尺寸分布（见图4E）。然而，蛋白质聚集体和大囊泡的污染使得DLS很难将它们与外泌体区分开来。纳米颗粒跟踪分析（NTA）是一种广泛用于确定颗粒浓度和尺寸分布的方法（见图4F）。颗粒被一束光照射，散射光信号被光学显微镜收集。可调电阻脉冲传感（TRPS）检测外泌体通过充满导电介质的孔时离子电导率变化产生的电信号（见图4G）。 7.检测外泌体内容物的技术 7.1.传统的蛋白质分析 外泌体中的膜蛋白和细胞质蛋白都可以被检测到。一些外泌体上的膜蛋白参与了癌症的发展和进展，因此被用作外泌体分离和纯化的靶点。西方墨点和酶联免疫吸附测定（ELISA）是检测外泌体蛋白质的两种常规方法。然而，这些方法面临着复杂程序和低灵敏度问题。 8.新的蛋白质检测方法 8.1.比色检测 到目前为止，已经开发出多种新技术来检测外泌体蛋白质（见表2）。比色检测是一种通过比较或测量有色物质的颜色强度来确定组分含量的方法（见图5A）。与其他纳米材料如Fe3O4 NPs和AuNPs类似，DNA具有显著增加单壁碳纳米管（s-SWCNTs）过氧化物酶活性的能力。夏等人开发了一种直观简单的外泌体检测方法。简要地说，CD63核酸适配体提高了s-SWCNTs的微小过氧化物酶活性，并有效地催化了3,3',5,5'-四甲基联苯胺（TMB）的氧化，使无色溶液变蓝。相反，外泌体的加入诱导核酸适配体从纳米管表面释放，溶液的颜色由深变浅，这可以通过肉眼或紫外-可见光谱仪观察到，检测限（LOD）为5.2×105个粒子/μL。如前所述，ZnO-芯片被设计用于有效分离外泌体。在外泌体与一抗混合物（抗CD9/CD63抗体）孵育后，通过HRP（辣根过氧化物酶）标记的二抗识别（见图5Aa）。最后，通过紫外-可见光谱仪或微孔板分析仪获得了最小可检测浓度为2.2×104个粒子/μL。梁等人设计了一个与双膜过滤器和ELISA集成的微流控系统，用于检测膀胱癌患者尿样中外泌体的含量。除了常见的外泌体蛋白，比色法也可以用来检测癌症特异性蛋白。例如，PSA（前列腺特异性抗原）核酸适配体基础传感器被用于在500μL人类血浆中直观检测前列腺癌特异性外泌体。此外，Di等人报告了一种纳米酶辅助免疫吸附测定（NAISA），它能够灵敏和快速地多重分析外泌体蛋白（见图5Ab）。外泌体表面蛋白可以被固定在微孔板表面的抗体特异性捕获并催化比色反应。来自微孔板阅读器的信号强度与目标蛋白的数量成正比。结果，NAISA允许从临床样本中快速分析多种外泌体蛋白，如CD63、CEA（癌胚抗原）、GPC-3（Glypican-3）、PD-L1（程序性死亡配体1）和HER2（人类表皮生长因子受体2）。 8.2.荧光检测 荧光光谱光度法是一种根据荧光光谱线的阳性和强度进行物质鉴定和含量测定的方法（见图5B）。何等人进行了一种微流控芯片，用于检测30μL血浆样本中的表面和腔内生物标志物。该芯片获得了IGF-1R（胰岛素样生长因子1型受体）的显著提高的检测灵敏度，0.281pg/mL的IGF-1R和0.383pg/mL的p-IGF-1R，这比ELISA实现的灵敏度高100倍（见图5Ba）。刘等人开发了一种免疫吸附测定，其中免疫磁性珠被用来捕获外泌体，然后与酶报告分子结合，可以产生用于量化液滴微流控系统中GPC-1+外泌体的荧光信号。魏等人提出了类似的单分子阵列（SiMoa）平台，通过该平台可以超灵敏地检测通用外泌体和肿瘤衍生外泌体，检测限分别为34个粒子/μL和25个粒子/μL。余等人进行了一种基于CD63核酸适配体的检测方法。外泌体上的CD63可以与修饰在磁性珠表面的核酸适配体结合，导致Cy3标记的短序列进入上清液。上清液中的荧光强度用于量化复杂临床样本中的外泌体。氧化石墨烯具有通过荧光共振能量转移（FRET）与荧光染料结合时淬灭荧光的能力。例如，当FAM标记的核酸适配体被吸收到氧化石墨烯膜上时，荧光被淬灭，而目标外泌体与核酸适配体竞争性结合并重新表现出荧光信号，检测限为1.6×105个粒子/mL（见图5Bb）。李等人开发了一种基于聚集诱导发光体（AIEgens）的简便荧光核酸适配体传感器。氧化石墨烯吸收（含有四苯基的叔胺）TPE-TAS/核酸适配体复合物在没有外泌体的情况下允许荧光淬灭。当目标外泌体被引入时，核酸适配体优先与其目标结合，导致TPE-TAS/核酸适配体复合物从氧化石墨烯表面分离，随后出现“开启”的荧光信号。在优化条件下，肿瘤衍生外泌体的线性范围大约为4.0×105个粒子/μL至1.8×107个粒子/μL。 8.3.电化学检测 电化学检测是通过测量样品的电化学势或电流来检测分析物的方法，具有高灵敏度和宽测量范围的优点（见图5C）。近年来，研究人员开发了电化学生物传感器，因为当识别元素如抗体和核酸适配体特异性结合到外泌体时，改变的电化学信号可以量化外泌体。曹等人提出了一种电化学生物传感器，用于准确检测PD-L1+外泌体（见图5Ca）。外泌体首先被抗CD63功能化的磁性珠捕获，然后与抗PD-L1连接的DNA链结合，引入超支化滚环放大（HRCA）。HRCA可以降低环境pH值，导致PVP@HRP@ZIF-8分解并释放HRP，从而产生放大的电化学响应，因此实现了癌症衍生PD-L1+外泌体的识别和检测。这种生物传感器对PD-L1+外泌体显示出宽动态范围（1×103至1×1010个粒子/mL），检测限为334个粒子/mL。Jeongmin等人报告了一种HiMEX方法，该方法集成了磁性外泌体分离和外泌体结合蛋白的电化学检测，经过酶放大。从20μL血浆样本中外泌体中肿瘤生物标志物（EGFR、EpCAM、CD24和GPA33）的联合检测有助于结直肠癌的诊断和监测。电化学方法，特别是基于核酸适配体的生物传感器在检测和分析外泌体蛋白方面显示出巨大潜力。Kashef-Kheyrabadi等人介绍了一种可分离的微流控装置，该装置实现了基于核酸适配体的电化学生物传感方法（DeMEA）。在这个系统中，针对EpCAM的核酸适配体被固定在预先电镀金纳米结构的电极表面，微流控涡旋可以增加外泌体和传感表面之间的碰撞（见图5Cb）。因此，DeMEA能够量化不同阶段乳腺癌患者血浆样本中的外泌体，为癌症特异性外泌体的高度敏感和早期检测提供了一种方法。 图5 新方法检测外泌体内容物。A 比色检测。版权所有 2018 年 Chen，2020 年 Di 。B 荧光检测。版权所有 2014 年 He，2018 年 Jin 。C 电化学检测。版权所有 2020 年 Cao 。2020 年 Kashef-Kheyrabadi L。D SPR/SERS 检测。版权所有 2014 年 Hyungsoon Im ，2020 年 Dong。E 单外泌体检测。版权所有 2019 年 Wang，2019 年 He 。F ddPCR。版权所有 2020 年 Sun ，2021 年 Liu。G 分子信标。版权所有 2016 年 Ji Hye Lee ，2015 年 Ji Hye Lee 。H LSPR 检测。版权所有 2021 年 Wu 。 8.4.表面等离子共振检测 表面等离子共振（SPR）是一种物理光学现象，由金属膜/液体界面处的全反射光引起，用于分析分子间相互作用（见图5D）。Im等人开发了一种基于透射SPR的纳米等离子体外泌体（nPLEX）检测方法，通过周期性纳米孔阵列（见图5Da）进行。每个阵列中的功能化抗体，nPLEX传感器显示出与目标外泌体蛋白水平成比例的光谱移动或强度变化。在另一项研究中，由于等离子体效应，AuNC-Exosome-AuR上观察到显著改善的散射波长移动和散射强度。通过抗LRG1抗体偶联的AuR探针评估了肺癌患者和健康个体尿液中外泌体中LRG1（富含亮氨酸的α-2-糖蛋白1）的差异表达。范等人开发了一种基于SPR成像（SPRi）的生物传感检测方法。抗体（抗CD63/抗EGFR/抗EpCAM）修饰的金芯片与不同识别位点之间的生物亲和相互作用允许对NSCLC衍生的外泌体进行多重表征。这种生物传感器的检测限估计为104个粒子/μL。尽管具有多种优点，但纳米等离子体生物传感器的广泛应用受到纳米结构制造困难的限制。为了解决这一挑战，刘等人开发了一种无需纳米结构的强度调制SPR生物传感器。在这个传感器中，激光的反射强度和参考强度被两个光电探测器记录，并用于量化外泌体蛋白的表达水平，显示出比ELISA更高的检测灵敏度。 8.5.表面增强拉曼散射 表面增强拉曼散射（SERS）能够通过电磁和化学机制增强附着在粗糙金属表面的小型分子的拉曼信号（见图5D）。一种新的检测方法被报道用于外泌体的实时检测和蛋白质分析。通常，镀金的载玻片与3D打印的抗体阵列结合使用，用于捕获外泌体，QSY21包覆的金纳米棒被用作标记剂，用于定量检测目标蛋白。通过这种针对HER2和EpCAM的检测方法，定量确定了乳腺癌患者血浆衍生的外泌体水平。提出的3D打印阵列模板实现了廉价、便携且易于建立的检测平台，为新型癌症液体活检的发展提供了新策略。董等人表明，蛋白质磷酸化状态的分析可能为癌症诊断提供新的可能性（见图5Db）。开发了一种类似蜂巢的Au包覆的TiO2大孔反蛋白石结构，用于在无需任何标记过程的情况下捕获和分析外泌体。1087 cm-1的SERS峰的强度指的是外泌体磷酸化蛋白中的P-O键，且峰强度至少是来自癌症患者的血浆的两倍。然而，上述两种检测方法都需要预先分离外泌体，这大大阻碍了快速分析。庞等人提出了一种简单的免疫分析方法，直接从血清样本中捕获和分析外泌体PD-L1。Fe3O4@TiO2纳米颗粒被设计用于分离外泌体，抗PD-L1抗体修饰的Au@Ag@MBA SERS标签被应用于外泌体PD-L1的标记和SERS检测。这种检测方法在40分钟内成功定量了4μL血清样本中的外泌体PD-L1。 8.6.CRISPR/Cas系统辅助检测 在CRISPR/Cas9系统中，Cas9核酸酶可以通过识别特定的互补双链DNA（dsDNA）含有PAM（protospacer adjacent motif）序列，并通过导向RNA（gRNA）的帮助，高效地剪切dsDNA序列。通过特异性靶向外泌体蛋白的核酸适配体，蛋白质的检测可以转化为核酸的定量。最近，赵等人报告了一种结合了基于核酸适配体的外泌体膜蛋白识别和CRISPR/Cas12辅助的荧光信号放大的检测方法。在这个系统中，CD63核酸适配体特异性地靶向外泌体膜蛋白，触发核酸适配体的构象变化并释放阻断链（与核酸适配体具有互补序列）。释放的阻断链随后被CRISPR/Cas12a识别，导致对TaqMan探针的转剪切，荧光报告团和猝灭团的分离，最终产生放大的荧光信号。结果，这种方法实现了103至107个粒子/μL的线性检测范围，并成功应用于直接检测血浆外泌体，无需超速离心。邢等人开发了一种apta-HCR-CRISPR检测方法，用于从50μL鼻咽癌患者血清中检测循环的核糖体蛋白+或PD-L1+外泌体。核糖体蛋白或PD-L1靶向核酸适配体首先通过HCR（杂交链反应）放大，产生长重复的CRISPR可靶向DNA单元。通过收集CRISPR-Cas12a的旁路剪切活性诱导的荧光信号，该检测方法实现了102个粒子/μL的检测限。李等人进行了类似的检测，用于超灵敏检测CD109+和EGFR+外泌体。CRISPR/Cas系统预计将成为识别和定量外泌体蛋白的敏感工具，并可能有助于癌症的诊断和治疗监测。 8.7.单个外泌体检测 内在异质性是阻碍体液中外泌体分析的主要因素之一。单个外泌体检测可能提供更准确的肿瘤进展信息（见图5E）。郭等人提出了一个ssDNA辅助的单个外泌体检测平台。滚环放大（RCA）有助于从表面蛋白产生放大的荧光信号，使单个外泌体容易可视化，检测限为82个囊泡/μL。此外，刘等人开发了一种λ-DNA和核酸适配体介导的方法，允许通过大小和肿瘤相关标记表达对外泌体进行二维分析。 由于纳米尺寸的外泌体不能通过常规流式细胞术敏感地识别，因此醛/硫酸盐乳胶珠被用来与囊泡结合，然后被荧光抗体染色并对其蛋白标记进行表征。例如，抗GPC-1抗体和Alexa-488标记的二抗被引入到附着外泌体的珠子上，阳性珠子的百分比在此被称为GPC-1+外泌体的百分比。此外，外泌体中表达的EpCAM、HER2和EGFR的检测表明了它们在癌症诊断中的潜在作用（见图5Ea）。此外，纳米流式细胞术的发展为单颗粒的多参数分析提供了新的选择。通过纳米流式细胞术使用免疫荧光标记测量单个外泌体的CD9、CD63、CD81、CD235a、CD45、CD41a和CD144的表达，以评估通过六种不同方法分离的外泌体制备的质量。刘等人使用纳米流式细胞术分析泪液衍生外泌体中CD9、CD63、CD81、CD47、CD45、CD24和EpCAM的表达，并发现泪液中外泌体浓度大约是血浆外泌体的100倍。 9.传统的核酸分析 除了蛋白质载体外，外泌体中也包裹有核酸。RNA是外泌体中主要的核酸载体，已显示出作为癌症诊断和预后预测的特定生物标志物的潜力。然而，检测外泌体核酸的准确性和可行性常受到其低丰度的阻碍。为了定量外泌体核酸的表达水平，已使用了如qRT-PCR（实时定量逆转录PCR）、微阵列和下一代测序（NGS）等技术。尽管qRT-PCR具有高灵敏度，但它只能用于检测已知序列的核酸。NGS有利于高通量发现和定量未知的外泌体RNA转录本。然而，需要解决的不足之处包括高成本、大量数据和构建文库的复杂性。通过杂交探针和目标基因的互补组合，微阵列可以一次分析外泌体中的数千种核酸，但存在灵敏度低的缺点。为了克服这些限制，正在投入更多努力开发高灵敏度和便捷的外泌体核酸检测方法（见表3）。 10.新的核酸检测技术 10.1.ddPCR 液滴数字PCR（ddPCR）是一种技术，其中PCR反应混合物被分成油包水乳液中的数万个水性液滴（见图5F）。每个单独的液滴包含不超过一个目标基因的副本，并根据荧光幅度被标记为阳性或阴性。然后通过泊松分布和阳性液滴的比例估计目标核酸的浓度。ddPCR与qPCR的比较表明，ddPCR在分析尿液外泌体miRNAs方面具有更高的准确性和灵敏度。Chen等人使用ddPCR从胶质母细胞瘤（GBM）患者的血清或脑脊液（CSF）衍生的外泌体中识别IDH1（异柠檬酸脱氢酶1）转录本。在携带突变型IDH1胶质母细胞瘤患者的CSF衍生外泌体中鉴定出突变型IDH1 mRNA，并且在来自肿瘤患者的外泌体中发现IDH1 mRNA的水平高于健康对照组。Sun等人最近使用ddPCR从肝癌（HCC）患者的血浆样本中定量10种HCC特异性mRNA（见图5Fa）。通过计算数字评分评估了HCC外泌体衍生mRNA签名的诊断价值。此外，通过ddPCR检测外泌体miR-15a-5p以区分子宫内膜癌（EC）患者和健康受试者。Shen等人报告说，在与良性肺肿瘤相比，从恶性肺癌患者的EpCAM特异性外泌体中通过ddPCR定量了更多的lncRNAs RP11-77G23.5和PHEX-AS1的拷贝数。 10.2.分子信标 分子信标（MB）是一种发夹状的寡核苷酸，两端分别标记有荧光染料和猝灭剂（见图5G）。MB设计用于与目标序列自发杂交，从而破坏发夹环结构并诱导荧光出现。Lee等人观察到，分子信标与癌细胞和人血清中外泌体中的miRNA-21的杂交获得了高荧光信号（见图5Gb）。此外，通过基于MB的生物传感器从人尿液中外泌体中检测到miR-375和miR-574-3p。人血清中外泌体中miR-21、miR-375和miR-27a的表达水平被检测出来（见图5Ga）。Oliveira等人利用CPP（细胞穿透肽）将MB传递穿过血浆膜，然后检测红细胞（RBC）衍生外泌体中的miRNA-451a。Chen等人设计了一个2'-O-甲基化和硫代磷酸酯修饰的分子信标，用于定量分析人血浆中外泌体miRNA-1246。使用Triton X-100破坏外泌体膜后，探针可以特异性地靶向内部的miRNA-1246并显示定量荧光信号。Zhang等人开发了一个集成的外泌体分离和检测系统，其中外泌体可以通过微流控技术使用少量样本分离。同时，纳米孔检测技术有效地提高了无需放大和荧光标记的肿瘤相关miRNA的检测效率。基于分子信标的生物传感器具有简单程序、无需外泌体预分离和核酸提取的优势，显示出它们在癌症诊断和预后液体活检中的巨大潜力。 10.3.DNA四面体探针 DNA四面体是一种具有高可控性的DNA纳米结构，可以通过化学修饰和DNA自组装提供多样化的放大信号标签。Gao等人进行了一个基于DNA四面体纳米探针的FRET传感平台，用于灵敏地检测不同细胞系中的miR-146b-5p。Chen等人报告了一个发夹四面体纳米探针，用于人血清中外泌体miR-21的定量测量。在没有miR-21的情况下，荧光供体-猝灭剂对的结构导致了低FRET效应，而目标miRNA的存在诱导了干环结构的破坏和强FRET的发生。因此，该检测方法在1×10-12至10×10-9M（摩尔/升）的范围内获得了良好的线性，并检测限为45.4×10-15M。Zhang等人提出了一个类似的基于两个多功能DNA四面体辅助催化发夹组装的电化学生物传感器。通过利用局部反应和级联放大，该传感器能够在30分钟内灵敏地检测肿瘤相关外泌体miRNA，低至7.2 aM。 10.4.局域表面等离子共振 局域表面等离子共振（LSPR）发生在入射光频率与贵金属纳米颗粒或金属导电电子的整体振动频率相匹配时（见图5H）。Joshi等人开发了一种基于LSPR的生物传感器，用于无标记和非破坏性测量外泌体miR-10b。金纳米棱柱通过化学合成到硅烷化的玻璃基底上，然后功能化HS-C6-ssDNA和PEG6-SH。目标miR-10b和HS-C6-ssDNA的直接杂交诱导双链DNA的形成，这可以增加纳米棱柱的折射率并改变LSPR偶极峰的波长（λLSPR）。miR-10b的浓度可以通过ΔλLSPR来评估。该平台足够灵敏，即使在亚阿摩尔浓度范围内，也能区分miR-10b和miR-10a（仅一个核苷酸差异）。Wu等人开发了一种基于SPRi的生物传感器，用于准确诊断NSCLC的多种外泌体miRNAs，其中Au-Ag异质结构和DNA四面体框架被用来增强SPR信号，每种外泌体miRNA都可以被不同SPR信号超灵敏地识别（见图5Ha）。 10.5.基于TIRF的单囊泡成像 作为单外泌体分析方法，全内反射荧光（TIRF）已经出现，为提供有关外泌体异质性的额外信息（见图5E）。He等人提出了一个基于TIRF的单囊泡成像检测方法，该方法将分子信标探针送入外泌体，从而诱导目标miRNA的放大荧光（见图5Eb）。他们对单个囊泡进行了直接可视化和人血清样本中miR-21的原位定量分析，发现这种检测方法在区分癌症患者和健康受试者方面比传统PCR检测方法表现更好。 10.6.热泳辅助检测 Zhao等人开发了一种热泳传感器，用于无需RNA提取或目标放大即可原位检测外泌体miRNA（见图5F）。修饰在纳米孔中的核酸适配体能结合目标外泌体miRNA，诱导荧光的出现。经过热电泳积累后，荧光信号被放大，允许在少量血清样本中灵敏地检测0.36 fM外泌体miRNA。此外，Han等人提出了一种基于DNA四面体的热泳检测（DTTA），实现了血清外泌体中14 aM mRNA的检测限。DNA四面体的两个荧光标记的识别序列被外泌体内化后，可以结合目标mRNA，导致FRET信号增加。热泳效应被应用于进一步放大FRET信号，实现了对外泌体中PSA mRNA的高灵敏度检测。DTTA检测显示，外泌体PSA mRNA在区分前列腺癌和良性前列腺增生方面比血清PSA蛋白表现更好（AUC：0.93对比0.74），为精确检测前列腺癌提供了一种新方法。 10.7.CRISPR/Cas系统辅助检测 最近，CRISPR/Cas系统为开发用于检测和定量外泌体中核酸的分析方法提供了新机会。已经提出了将核酸放大与CRISPR/Cas整合的策略，以提高分析特异性和灵敏度。例如，Wang等人进行了一种名为滚动循环放大辅助CRISPR/Cas9切割（RACE）的平台，用于检测多种外泌体miRNA。在RCA过程中，Padlock探针在HiFi Taq DNA连接酶的存在下识别单碱基差异。由大量重复目标序列和PAM结构组成的长ssDNA的放大产物被Cas9核酸酶特异性识别。因此，与ssDNA杂交的TaqMan探针被Cas9蛋白完全切割，允许“开启”荧光变化，可以方便地通过光谱测量。结果，这种RACE平台可以用于高度特异性地检测人血浆中的单一或多种外泌体miRNA。然而，基因组中大量的天然PAM结构可能增加非目标效应的风险，极大地损害分析的特异性。 11.机器学习 机器学习指的是一种技术，它通过构建已知数据的模型来预测和分析未知数据。作为人工智能的关键分支，机器学习已被广泛用于外泌体生物标志物的多重分析。已经开发了诸如线性判别分析（LDA）、主成分分析（PCA）、神经网络（NN）、支持向量机（SVM）和随机森林（RF）等算法，将多变量数据分类为典型的分类模型，然后应用于未知生物数据的预测和分组。Kawakami等人证明，机器学习算法在预测和诊断上皮性卵巢癌方面比传统的逻辑回归分析表现更好。Wu等人使用尿液衍生外泌体的荧光信号作为输入数据，应用KNN（K-最近邻）和SVM作为机器学习模型，进行外泌体生物标志物分析。通过引入机器学习算法，诊断模型能够对多种疾病进行准确诊断和分类。刘等人使用LDA确定了七个外泌体生物标志物的总签名，这在区分前列腺癌和良性疾病方面取得了高准确性。田等人通过LDA分析了1μL血浆中外泌体的八个与癌症相关的蛋白质的加权和。PCA是一种算法，它通过正交变换将一组可能相关的变量转换为一系列线性无关变量。Shin等人使用PCA探索了细胞外泌体和人血浆外泌体的特征。结果表明，机器学习模型能够以95%的准确率对正常和肺癌细胞系衍生的外泌体进行分类，并在预测整个队列的肺癌方面获得了0.912的AUC。刘等人采用RF、NN和SVM分析了乳腺癌患者的多种外泌体衍生mRNAs，与单一标志物相比，表现出改善的诊断性能。这些研究表明，将外泌体分析与机器学习相结合在癌症液体活检中具有巨大潜力。值得注意的是，典型的机器学习方法需要大型数据集，而临床样本数量有限和数据不足可能导致准确性和可靠性差。更强大机器学习算法的出现将有利于液体活检中外泌体的分析。 12.外泌体在癌症液体活检中的意义 近期研究表明，外泌体在早期诊断、疾病监测和预后预测方面优于CTCs和ctDNA。在此，我们总结了外泌体在多种癌症液体活检中的应用（见图6，表4）。 图6 外泌体在癌症液体活检中的应用。癌症衍生的外泌体富集了差异表达的蛋白质和核酸，并且已被测试作为不同癌症早期诊断、分期分类和预后预测的新生物标志物，突显了它们在癌症液体活检和精准医疗中的重要价值。 12.1.HCC 肝细胞癌是癌症相关死亡的第四大原因。装载在HCC衍生外泌体中的分子签名可用于诊断。发现外泌体miR-21能够抑制HCC细胞的凋亡，并在HCC患者中上调。诸如CEA和GPC-3等外泌体蛋白能够区分HCC患者和健康受试者，可能作为无创癌症诊断的有希望的生物标志物。在包含158个样本的研究中，收集血浆用于检测10个HCC特异性基因，包括甲胎蛋白（AFP）、GPC3、白蛋白、载脂蛋白H等。观察到与非癌症队列相比，通过ddPCR在HCC队列中获得了更高的荧光信号。这10个基因签名通过机器学习进一步计算，显示出在区分早期HCC和有风险的肝硬化方面具有巨大潜力，AUC为0.93。Nakano等人比较了接受肝移植的HCC患者中外泌体miR-92b和循环AFP的表达水平。揭示了外泌体miR-92b能够预测HCC的早期复发，AUC为0.925，而AFP的AUC为0.651。Zhu等人整合了血浆外泌体RNA序列、无细胞RNA序列和TCGA组织RNA序列数据集，以识别5个非编码RNA（circ-0073052、circ-0080695、SNORD3B-1、LINC01226和HULC）作为肝癌的潜在生物标志物。此外，SNORD3B-1、circ-0080695和miR-122的组合面板在将肝癌患者与健康捐赠者分类方面显示出最高的AUC（89.4%），与其他标志物面板相比。通过所选的面板，在测试和验证集中，79.2%的AFP阴性样本和77.1%的早期肝癌样本被成功检测，这表明外泌体RNAs小组在早期诊断肝癌方面的潜力。 12.2.PDAC 作为与胰腺癌进展相关最公认的指标之一，miRNA-10b目前正在被广泛研究用于胰腺导管腺癌（PDAC）的早期诊断。Joshi等人指出，胰腺癌患者、患有慢性胰腺炎（CP）的高危患者和健康个体之间外泌体miR-10b的水平显著不同，这表明miR-10b在诊断胰腺癌和预测可能发展为PDAC的CP患者方面的潜力。Pang小组使用双SERS生物传感器进行一步检测外泌体中的mRNAs，也得出了相同的结论。Melo等人发现，GPC-1+循环外泌体（GPC-1+crExos）在识别PDAC患者与健康个体和慢性胰腺炎方面表现出高特异性和敏感性（AUC=1.0），优于CA199（AUC=0.739）。此外，GPC-1+crExos的水平与手术前后患者的肿瘤负担和生存相关，表明GPC-1作为治疗反应和预后监测的可靠生物标志物的潜力。此外，GPC-1和CD63的组合被证明在将PDAC患者与健康受试者区分开来方面显示出99%的敏感性和82%的特异性。此外，迁移抑制因子（MIF）被报道在区分胰腺癌的不同阶段方面比GPC-1和EGFR表现更好。 12.3.CRC 结直肠癌（CRC）是最常见的恶性肿瘤之一，发病率和死亡率都很高。外泌体中的环状RNA与癌症的发生和发展有关。由于其环状结构，它提供了一个稳定的癌症诊断生物标志物。发现环状RNA-0004771在CRC患者血清外泌体中上调。外泌体circ-0004771的AUC用于从健康对照中识别CRC为0.88，用于区分I和II期患者与其他良性肠道疾病为0.816，这表明circ0004771可以作为结直肠癌的潜在诊断标志物。Wei等人探索了新的外泌体生物标志物，用于结直肠癌的早期诊断和预后。对血浆样本的检测显示，与健康和良性对照相比，CRC患者中CD9、CD63和EpCAM的表达显著更高（分别为0.90和0.96的AUC）。此外，miR-15b、miR-21和miR-31被报道在CRC患者血清外泌体中高度表达。ROC曲线显示miR-15b的AUC为0.86，组合的miR-15b、miR-21和miR-31小组展现出81.21%的敏感性和81.03%的特异性。 12.4.NSCLC 非小细胞肺癌占肺癌引起的死亡的80%以上。与正常人相比，NSCLC患者血清外泌体中PD-L1的水平较高。Pang等人在一个更大的患者队列中进一步证实了外泌体PD-L1的诊断价值，AUC为0.97。Ma等人发现，与健康个体相比，复发性NSCLC患者中外泌体miR-21的表达更高。然而，在外泌体中也发现了高水平的miR-21在其他癌症中，如结直肠癌、乳腺癌和肝癌。因此，检测多种miRNAs可能对NSCLC诊断更有价值。Wu等人证明miR-21、miR-378、miR-139和miR-200在NSCLC患者和健康捐赠者之间差异表达，为NSCLC早期诊断提供了更多可选的生物标志物。值得注意的是，实验结果表明，与血浆和支气管肺泡灌洗液相比，NSCLC患者尿液衍生外泌体中外泌体RNAs的数量更多，这可能为选择样本分析外泌体提供了新的方向。 12.5.乳腺癌 乳腺癌（BC）是女性癌症相关死亡的最常见原因。早期诊断可以有效降低死亡率并取得更好的治疗效果。尽管作为广泛使用的生物标志物，CA15-3（碳水化合物抗原15-3）对于诊断原发性和转移性乳腺癌（MBC）的敏感性还不够。Lee等人证明，癌细胞衍生的外泌体miR-21、miR-222和miR-200c可在体液中量化，并用于乳腺癌诊断。Lu等人报道，RDW（红细胞分布宽度）、MPV（平均血小板体积）和CA15-3的组合显示出比单一生物标志物更好的特异性和敏感性，用于识别乳腺癌。此外，通过机器学习计算八个生物标志物（CA15-3、CA125、CEA、HER2、EGFR、PSMA、EpCAM和VEGF）的加权和，鉴定出一种外泌体签名。结果，该签名显示出高度的区分准确性，用于区分MBC与非转移性肿瘤和年龄匹配的健康捐赠者（91.1%）。此外，据报道，外泌体签名能够准确监测MBC治疗反应，并作为MBC患者无进展生存的独立预后因素。 12.6.前列腺癌 PSA是检测前列腺癌的广泛使用的生物标志物。然而，增加的PSA也出现在如良性前列腺增生（BPH）等炎症性疾病中。因此，迫切需要开发敏感和特异性生物标志物，以早期诊断患者并监测癌症进展。Li等人报道，外泌体ephrinA2具有比血液中循环PSA更好的能力，以区分前列腺癌患者和BPH患者，AUC为0.906。此外，发现血清外泌体中EpCAM和PSMA增加。此外，据报道，外泌体TUBB3 mRNA的表达与转移性去势抵抗性前列腺癌患者阿比特龙治疗的无进展生存期差有关。 12.7.外泌体在临床试验和癌症液体活检中的应用 由于与CTC和ctDNA相比，外泌体具有活细胞分泌、大量存在和稳定循环的优势，基于外泌体的液体活检已在临床试验中进行了测试，其中一些已经获得批准并进入市场。2016年，Exosome Diagnostics提出了世界上第一个基于外泌体的液体活检，ExoDx™ Lung (ALK)，用于从血样中分离和分析外泌体RNA。在CLIA认证实验室中，ExoDx™ Lung (ALK)被证明是一种准确、实时的工具，用于检测NSCLC患者中的EML4-ALK突变，敏感性为88%，特异性为100%，这比cfDNA提供了一种更直接和敏感的检测基因融合的方法。此外，ExoDx Prostate IntelliScore (EPI)已获得FDA认证。基于对外泌体中ERG、PCA3和SPDEF RNA的检测，EPI提供了一个风险评分，以预测PSA在2到10ng/mL之间的患者是否有可能发展为高级别前列腺癌。根据ExoDx，前瞻性研究中达到了93%的敏感性，并且当EPI阈值设定为15.6时，避免了26%的不必要的针刺活检。三个独立的、前瞻性的、多中心的临床试验宣布EPI的表现优于标准护理，并且可以用来协助早期诊断前列腺癌和消除不必要的前列腺活检。此外，MedOncAlyzer 170是一种新开发的液体活检系统，能够一次性检测外泌体RNA和ctDNA。它可以从小量（0.5ml）的患者血液或血浆中识别多种癌症类型中的显著和功能性突变。由于外泌体和ctDNA的独特形成方式，MedOncAlyzer 170在检测癌症进展和治疗的所有阶段的突变方面准确且高度敏感。尽管临床应用价值已经得到验证，但仍然需要更大的临床样本、人群和试验来确认基于外泌体的液体活检在癌症诊断和治疗中的作用。 13.结论和展望 目前，在精准医疗领域，组织活检的局限性已逐渐被认识到。相反，液体活检具有微创性、易于获取样本和动态分析的优势。外泌体已被证实在体液中稳定循环，并包含反映肿瘤进展状态的多样化信息。外泌体作为诊断和预后生物标志物的潜力已在多种癌症中进行了研究。然而，外泌体的高异质性和纳米尺寸为获取其分子信息和相互作用带来了巨大的技术挑战。在这篇综述中，我们总结了传统和新型技术隔离、表征和检测外泌体的优点和缺点。基于物理或生物学特性的技术正在被广泛开发用于外泌体分离，微流控设备的应用在超快速分离高产量的纯外泌体方面具有巨大潜力。尽管取得了革命性的进展，但目前尚无标准化方法用于从细胞培养基和人体体液中高通量、高纯度、最小损伤分离外泌体。循环外泌体中包含的多种分子突显了外泌体在液体活检中的潜力。需要更快、更便捷的方法来验证外泌体货物作为癌症诊断中的生物标志物。大多数新的检测平台虽然优于传统方法，但仍面临低灵敏度和不同外泌体亚群的高异质性挑战。单外泌体检测和分析技术可能揭示特定外泌体的独特分子轮廓，并提供一种可行的策略来获取准确的癌症相关信息。对外泌体异质性的进一步探索将解决当前外泌体研究中的许多挑战。改进开发新策略，从体液中分离外泌体并以快速和敏感的方式分析外泌体内容物，将促进基于外泌体的液体活检在癌症精准医疗中的实践应用。 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。

关注并星标CPHI制药在线 7月25日，中国国家药监局药品审评中心（CDE）官网公示，艾伯维（AbbVie）申报的ABBV-706注射用冻干粉临床试验申请获得受理。公开资料显示，ABBV-706是一种靶向SEZ6的抗体偶联药物（ADC），有效载荷为TOP1i，目前正在国际范围内处于1期临床研究阶段。此次是这款SEZ6靶向ADC在研产品首次在中国申报临床。 癫痫相关同源物 6 (SEZ6)是在选定神经元谱系细胞的细胞表面上发现的跨膜蛋白。通过 mRNA 表达分析和 IHC，SEZ6 是 SCLC 中高表达的表面标志物，而在正常组织中表达有限，这一特性使其成为ADC 药物的理想靶标。 在刚结束的2024 ASCO年会上，艾伯维以口头报告的形式公布了ABBV-706的首次人体研究的单药剂量递增部分的早期数据。数据显示，在总共48名可评估疗效的患者（23 名 SCLC 和 25 名 NEN）中，总体确认的客观缓解率为43.8%。在SCLC组中，确认的客观缓解率为 60.9%；在NEN组中，确认的客观缓解率为28%。在数据截止时，在所有53名入组患者中，最常见的≥3；TEAE是中性粒细胞减少症（42%）、贫血症（42%）和白细胞减少症（28%）。 目前ABBV-706正在开展1期临床试验，评估ABBV-706作为单一疗法或与Budigalimab（ABBV-181）、卡铂或顺铂联合用于治疗晚期实体瘤患者，包括 SCLC 和其他 NEN。 事实上，艾伯维针对SEZ6靶点开发了两款药物ABBV-011和ABBV-706。ABBV-011是艾伯维开发的第一代一种SEZ6的ADC，主要成分是一个抗SEZ6 IgG1单克隆抗体SC17，一个不可清除的LD19.10连接体和一个卡利卡霉素有效载荷，卡利卡霉素是2种已经被批准的药物的有效载荷。在2023年6月举行的美国临床肿瘤学会(ASCO)年会上，艾伯维展示了ABBV-011的I期数据，该候选药物的总缓解率（OS）为25% ，中位持续时间为4.2个月。 从初步数据来看，ABBV-011尽管表现出一定的积极疗效，但也显示出一定的肝毒性, 且部分患者出现了高胆红素血症、ALT升高、静脉闭塞性肝病等TEAE，最大耐受剂量是1mg/kg。心灰意冷的AbbVie于2023年8月在官网上移除了ABBV-011，把希望寄托在最后的独苗：以TOP1抑制剂为payload的ABBV-706。目前，靶向SEZ6的抗体药物布局企业还非常少，在目前靶点扎堆严重的情况下，新靶点也将越来越受关注。 艾伯维的ADC布局 在十余年前，艾伯维公司便开始对ADC领域进行投资，期间开发了众多相关项目。尽管其中许多项目最终未能继续进行，艾伯维并未因此动摇其对ADC技术的信念。最近，该公司更是加大了对这一领域的投入，积极扩展其在ADC领域的研发管线。 在过去的十年中，艾伯维公司已经将超过十个抗体药物偶联物（ADC）项目推进到临床试验阶段，然而，这些项目中的大部分并未达到预期的成果，最终未能继续发展。在2016年，艾伯维以高达58亿美元的价格收购了Stemcentrx公司，从而获得了一种针对DLL3的ADC药物Rova-T，这一举措标志着艾伯维公司在小细胞肺癌治疗领域的新尝试。然而被收购后的Rova-T境遇开始急转直下，没有照着预期轨道发展。Rova-T作为三线治疗，二线治疗，一线维持治疗的临床试验全部宣告失败，艾伯维最终在2019年决定停止该项目的所有研发活动。 继Rova-T项目之后，艾伯维公司也陆续终止了其他几个ADC项目的研发，包括ABBV-414（靶向EGFR）、ABBV-221（靶向EGFR）、ABBV-321（靶向EGFR）、ABBV-3373（靶向TNFα）、CX-2029（靶向CD71）、ABBV-154（靶向TNFα）、ABBV-647（靶向PTK7）、ABBV-011（靶向SEZ6）等。        艾伯维终止的ADC项目（包含收购/合作）        图片来源：生物制药小编 就在去年11月，艾伯维的ADC管线又迎来的生机，艾伯维宣布以约101亿美元，收购ADC药物开发商Immunogen。此次收购，艾伯维获得的最重要资产是一款已上市的“first-in-class” ADC药物——Elahere，用于治疗卵巢癌，使其快速进军实体瘤领域。此外，艾伯维还获得了用于卵巢癌症的下一代anti-FRα ADC药物 IMGN-151（临床1期），血液瘤ADC药物Pivekimab sunirine（临床2期），以及一款其他实体瘤ADC IMGC936（临床1期）。 值得一提的是，2020年10月，华东医药以超3亿美元获得了Elahere在大中华区的独家开发和商业化权益。 2023年7月，Elahere已被CDE纳入优先审评品种名单。2023年10月，Elahere在中国的上市许可申请获NMPA受理。2024年3月，Elahere获得美国FDA完全批准。Elahere的2023年销售额达到3.5亿美元，是一个很不错的销售成绩，为艾伯维冲击ADC市场提供强力“武器”。 在几番调整后，根据艾伯维去年发布的管线更新中，除了收购ImmunoGen所得的Elahere和IMGN-151，还有自研管线ABBV-399 (靶向c-Met ) 、ABBV-400 (靶向c-Met ) 、ABBV-706 (靶向SEZ6 ) 、双抗ADC ABBV-969 (靶向PSMA/STEAP1)等。 除了已获批的Elahere，Teliso-V (ABBV-399)是目前进展最快的ADC药物，Teliso-V是艾伯维自研的一款ADC药物，也是目前全球唯一一款进入III期临床阶段的c-Met ADC，此前已被FDA授予孤儿药物和突破性疗法认定。ABBV-399由抗c-Met单抗ABT-700与MMAE通过一个可切割的二肽连接体偶联而成，DAR值3.1。在2024 ASCO年会上，艾伯维公布了其关于Teliso-V的II期LUMINOSITY研究（NCT03539536）的具体数据。 在主要分析中，总ORR为28.6%，mDOR为8.3个月。c-Met高表达患者的ORR为34.6%，c-Met中度表达患者的ORR为22.9%，c-Met过度表达总人群的ORR为28.6%。c-Met高表达患者和c-Met中表达患者的ICR中位反应持续时间分别为9个月和7.2个月，中位总生存期分别为 14.6 个月和 14.2 个月。 Teliso-V正开展包括中国在内的全球性3期研究TeliMET NSCLC-01（NCT04928846），对比多西他赛，后线治疗晚期c-Met过表达且EGFR WT的非鳞非小细胞肺癌，并与全球监管单位讨论支持该药物获得加速批准的潜力。 2024年5月31日，CDE正式将艾伯维临床研发阶段的输注用无菌冻干粉Telisotuzumab Vedotin（Teliso-V）纳入突破性治疗药物品种名单，拟用于治疗在铂类药物治疗期间或治疗后发生疾病进展的c-Met 蛋白高表达（OE）晚期/转移性表皮生长因子受体（EGFR）野生型（WT）非鳞状（NSq）非小细胞肺癌（NSCLC）患者。 在c-Met-ADC方面，除了ABBV-399外，艾伯维还储备了下一代产品ABBV-400，目前已进入2期临床阶段。ABBV-400与ABBV-399的不同之处在于Payload，其毒性分子为了拓扑异构酶抑制剂，主要针对c-Met中-高水平表达水平的患者，正在开展针对结直肠癌、肺癌和胃食管腺癌的临床试验。 结语 与单一的抗体疗法相比，ADC因携带了小分子细胞毒性载荷，对肿瘤的杀伤效果更为显著；与传统治疗肿瘤的小分子化学药物相比，ADC具有精准靶向的特点，降低了小分子药物的脱靶毒性，具有更好的临床安全性。这些优点使ADC成为成为各大药企的热门布局方向。 艾伯维是最早入局ADC赛道的制药巨头之一，其布局动作最早可以追溯到2008年（彼时尚未从雅培中分拆出来），十几年来屡败屡战，不过在不断地探索和试错后，近期已进入收获期。其进展最快的自研ADC项目ABBV-399已进入全球注册性3期临床，而且迭代产品ABBV-400也在稳步推进中。2023年底，艾伯维又通过收购获得了一款上市ADC产品，很快将给公司带来现金收益。而且收购ImmunoGen还能为艾伯维提供强大的ADC专业知识，加速艾伯维ADC研发进程。 参考来源        1.Wiedemeyer WR, Gavrilyuk J, Schammel A, et al. ABBV-011, A Novel, Calicheamicin-Based Antibody-Drug Conjugate, Targets SEZ6 to Eradicate Small Cell Lung Cancer Tumors. Mol Cancer Ther. 2022;21(6):986-998. doi:10.1158/1535-7163.MCT-21-0851        2.AbbVie Announces Positive Topline Results from Phase 2 LUMINOSITY Trial Evaluating Telisotuzumab-Vedotin(Teliso-V) for Patients with PreviouslyTreated Non-Small Cell Lung END 【智药研习社直播预告】 来源：CPHI制药在线 声明：本文仅代表作者观点，并不代表制药在线立场。本网站内容仅出于传递更多信息之目的。如需转载，请务必注明文章来源和作者。 投稿邮箱：Kelly.Xiao@imsinoexpo.com ▼更多制药资讯，请关注CPHI制药在线▼ 点击阅读原文，进入智药研习社~