01

       起源：兩類療法，優(yōu)點(diǎn)整合

       臨床上癌癥治療的兩大治療策略是基于抗體的免疫療法與基于化學(xué)藥物的化學(xué)療法，在多年研究后，兩種療法都已經(jīng)具有成熟的治療體系。

       化療有阿霉素等通過直接破壞DNA或嵌入DNA而干擾轉(zhuǎn)錄的抗腫瘤抗生素、**等遏制腫瘤增生的烷化劑和甲氨蝶呤等抗體代謝劑；

       免疫療法有靶向抗體、過繼細(xì)胞療法、溶瘤病毒、癌癥**以及免疫調(diào)節(jié)劑五大類療法，其中還出現(xiàn)了CAR-T等充滿潛力的療法。

       但兩類主流療法都有其特性決定的缺陷……

       圖1. 癌癥的免疫療法

       在化學(xué)療法治療體系中，小分子化學(xué)藥物雖然具備對(duì)癌細(xì)胞的高度殺傷效力，但選擇性差，對(duì)正常細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞幾乎無差別攻擊，負(fù)面作用嚴(yán)重，對(duì)肝 臟、腎 臟、神經(jīng)、心臟等重要組織器官都有損害。而當(dāng)免疫療法應(yīng)用在臨床實(shí)踐中時(shí)，治療性抗體雖然靶向性強(qiáng)，但是由于其分子量較大，對(duì)于實(shí)體瘤的治療效果有限。

       因此，為了解決兩種癌癥主流療法的缺點(diǎn)，研究者設(shè)想，能否將化療的高效殺傷與免疫療法的精準(zhǔn)定位相結(jié)合。ADC抗體偶聯(lián)藥物的最初靈感來自諾貝爾獎(jiǎng)得主Paul Ehrlich提出的magic bullet設(shè)想：可以針對(duì)病原體特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，尋找和研制只殺傷病原體，不影響正常組織和細(xì)胞的藥物，而如果把化療藥物連接到抗體上，就能提高治療的選擇性和效果。

       圖2. 癌癥的兩類療法

       在這一設(shè)想指導(dǎo)下，抗體藥物偶聯(lián)物（antibody-drug conjugate，ADC）是通過一個(gè)化學(xué)鏈接將具有生物活性的小分子藥物連接到單抗上，單抗作為載體將小分子藥物靶向運(yùn)輸?shù)侥繕?biāo)細(xì)胞中。

       02

       發(fā)展歷史：三個(gè)階段，三代藥物

       圖3. ADC的三個(gè)發(fā)展階段，來源：The Royal Society of Chemistry，平安證券研究所

       1 萌芽階段（1910-1980）

       Paul Ehrlich始于對(duì)梅毒治療方法的設(shè)想，于1913年首次提出“魔術(shù)子 彈”的概念?；诖?，1958年首 款抗體-細(xì)胞毒偶聯(lián)藥物問世，將抗體與甲氨蝶呤偶聯(lián)用于治療白血病，但并未成功。1970年代雜交瘤技術(shù)的出現(xiàn)使ADC研發(fā)步入正軌，ADC藥物首次進(jìn)入動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。

       2 摸索階段（1980-2000）

       在第一代ADC藥物中，絲裂霉素C、長(zhǎng)春花生物堿等抗腫瘤藥物主要通過不可裂解的連接物（酰胺或琥珀酰亞胺）與鼠單抗偶聯(lián)，存在較嚴(yán)重的免疫原性問題。繼80年代末Greg Winter開創(chuàng)人源化單克隆抗體技術(shù)，2000年Mylotarg成為首 款獲批的ADC藥物，但Ⅲ期研究發(fā)現(xiàn)其無更顯著的臨床優(yōu)勢(shì)，且具有嚴(yán)重的肝**，2010年主動(dòng)撤出市場(chǎng)；在輝瑞調(diào)整過給藥方案后，2017年被FDA重新批準(zhǔn)上市。

       圖4. 第一代ADC藥物的特點(diǎn)，來源：財(cái)通證券研究所

       3 成熟階段（2000-至今）

       第二代ADC代表藥物為2011年上市的Adcetris（Seattle Genetics）和2013年上市的Kadcyla（羅氏），使用了以曲妥珠單抗為代表的人源化單抗以及更高效的小分子藥物，共同驅(qū)動(dòng)ADC技術(shù)的升級(jí)迭代。

       但偶聯(lián)方式仍與第一代類似，linker的穩(wěn)定性仍待提高。此外由于脫靶**、存在未結(jié)合抗體以及藥物抗體比（DAR）較大引起ADC聚集或快速清除，目前大多數(shù)第二代 ADC顯示出較窄的治療窗口，難以滿足患者的需求。

       圖5. 第二代ADC藥物的特點(diǎn)，來源：財(cái)通證券研究所

       研究永無止境，很快第三代ADC藥物進(jìn)入人們的視野。其利用小分子藥物與單克隆抗體的位點(diǎn)特異性結(jié)合，可確保具有明確DAR的抗體偶聯(lián)藥物；另外抗體、連接物、結(jié)合小分子藥物的優(yōu)化，使藥物活性、穩(wěn)定性和藥代動(dòng)力學(xué)大大提高，藥物**和偶聯(lián)脫落速度更低，低抗原水平下的細(xì)胞活性高。僅2019年以來就上市了8款藥物，將治療適應(yīng)癥擴(kuò)增到膀胱癌和胃癌。

       圖6. 三代ADC藥物的特點(diǎn)，來源：Nature，平安證券研究所

       全球目前已有13款上市的ADC藥物，治療領(lǐng)域主要集中在血液瘤和實(shí)體瘤方面，并且主要用于患者的后線治療，包括晚期、復(fù)發(fā)/難治性以及轉(zhuǎn)移性的腫瘤適應(yīng)癥，在未來幾年里預(yù)計(jì)繼續(xù)成為抗癌領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

       03

       技術(shù)原理：五大核心，精準(zhǔn)作用

       簡(jiǎn)單來說，ADC就是“單克隆抗體＋化療”的組合療法，ADC藥物就是“抗體＋連接子＋效應(yīng)分子”三種元件的組合，因而兼顧了單克隆抗體的選擇特性和化療的殺傷能力。

       1 ADC藥物作用機(jī)制

       ADC先通過靜脈注射進(jìn)入血液循環(huán)，抗體識(shí)別并結(jié)合細(xì)胞表面的特異性抗原。接著，在與細(xì)胞表面抗體特異性結(jié)合的細(xì)胞表面受體介導(dǎo)下，ADC藥物被內(nèi)吞，并且進(jìn)入溶酶體進(jìn)行降解，效應(yīng)因子在細(xì)胞內(nèi)以高效活性形式被足量釋放，發(fā)揮作用，直接殺死或誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

       圖7. ADC藥物作用機(jī)制，來源：Antibody–drug conjugates as novel anti-cancerchemotherapeutics

       2 五大核心技術(shù)

       因此，從作用機(jī)制來看，靶點(diǎn)的選擇、抗體改造、Linker的設(shè)計(jì)、**小分子的選擇以及偶聯(lián)方式成為了影響ADC藥物設(shè)計(jì)的五個(gè)核心因素。

       1）靶點(diǎn)的選擇

       靶點(diǎn)是決定ADC適應(yīng)癥重要因素之一，是ADC設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。成為靶點(diǎn)需要滿足以下條件，即在腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)而在普通細(xì)胞中低表達(dá)、位于細(xì)胞表面、具備內(nèi)化功能。三者缺一不可，是ADC精準(zhǔn)作用，充分接觸，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部充分發(fā)揮功能的保障。

       圖8. ADC靶點(diǎn)，來源：湘財(cái)證券

       2）抗體改造

       抗體主要有以下5類：IgM、IgD、IgG、IgE和IgA。其中，IgG的一個(gè)亞型IgG1是癌癥免疫治療的最常用的抗體。一個(gè)典型的IgG1抗體由兩個(gè)重鏈和兩個(gè)輕鏈組成，且分為兩個(gè)區(qū)域。Fc區(qū)域負(fù)責(zé)抗體被免疫效應(yīng)因子識(shí)別；Fab區(qū)域負(fù)責(zé)提供抗原特異性。

       圖9. IgG1抗體，來源：Seattle Genetics

       IgG1支架為何能夠脫穎而出？

       通過表格數(shù)據(jù)對(duì)比，可以看出，IgG1具有相對(duì)強(qiáng)的抗體依賴性細(xì)胞**（ADCC）和補(bǔ)體依賴性細(xì)胞**（CDC）和易于生產(chǎn)等特點(diǎn)。且半衰期較長(zhǎng)，是ADC藥物的理想選擇。

       圖10. IgG四個(gè)亞型比較，來源：湘財(cái)證券

       3）Linker的設(shè)計(jì)

       通常情況下，linker設(shè)計(jì)的要求需要既具有穩(wěn)定性，且能在到達(dá)適當(dāng)位置時(shí)，釋放出效應(yīng)因子。linker分為可切割的和不可切割的類型：

       可切割的linker：

       該linker主要利用了血液系統(tǒng)和腫瘤細(xì)胞的環(huán)境差異，當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化，linker斷裂釋放藥物；

       可分裂的連接體可分為三個(gè)主要的亞類：酸依賴性斷鍵、氧化還原依賴的斷鍵和可酶切割的斷鍵。

       不可切割的linker:

       該linker在血漿中更加穩(wěn)定，且有證據(jù)表明，該linker有效載荷的釋放主要發(fā)生在ADC內(nèi)化后的溶酶體中，具有較低的系統(tǒng)**。

       4）**小分子的選擇

       作為ADC殺傷力的關(guān)鍵，主要有以下兩種作用機(jī)制：一個(gè)是造成DNA損傷；另一個(gè)是抑制微管蛋白多聚。具有**強(qiáng)，且水溶性及穩(wěn)定性好、有能夠和linker偶聯(lián)的基團(tuán)等特點(diǎn)。

       圖11. **小分子，來源：湘財(cái)證券

       5）偶聯(lián)方式

       早期ADC隨機(jī)偶聯(lián)方法存在諸多弊端，定點(diǎn)偶聯(lián)逐漸發(fā)展成為了主流技術(shù)，主要有以下四類：

       a. 引入反應(yīng)性半胱氨酸

       通過基因工程在抗體的特定點(diǎn)插入半胱氨酸殘基，然后將半胱氨酸上的羥基和毒素偶聯(lián)，形成位點(diǎn)專一的抗體偶聯(lián)藥物。

       圖12. 引入反應(yīng)性半胱氨酸，來源：生物制品圈ADC藥物研究報(bào)告

       b. 引入非天然氨基酸

       在生物體內(nèi)任意目標(biāo)蛋白的特定位點(diǎn)引入非天然氨基酸，這些非天然氨基酸上的殘基可以與連接子結(jié)合，形成位點(diǎn)專一的ADC。

       圖13. 引入非天然氨基酸，來源：生物制品圈ADC藥物研究報(bào)告

       c. 酶催化法

       通過在抗體序列中插入可以被一些專門酶識(shí)別的特定氨基酸標(biāo)志物，使得毒素可以與抗體有選擇性的進(jìn)行連接。

       圖14. 酶催化法，來源：生物制品圈ADC藥物研究報(bào)告

       d. 二硫鍵還原法

       通過將單抗本身的二硫鍵還原，利用二溴試劑與還原的鏈間二硫化物反應(yīng)，以提供重新橋接的mAb。

       圖15. 二硫鍵還原法，來源：生物制品圈ADC藥物研究報(bào)告

       04

       研究現(xiàn)狀：五大優(yōu)勢(shì)，多面挑戰(zhàn)

       1 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

       作為目前抗癌療法中較為先進(jìn)成熟的靶向藥物技術(shù)，ADC藥物在多方面展現(xiàn)優(yōu)勢(shì)：

       1）強(qiáng)勁治療效力：

       旁觀者效應(yīng)發(fā)揮良好殺傷力，多個(gè)靶點(diǎn)展現(xiàn)泛癌種治療潛力。

       2）特異識(shí)別誤殺率低：

       藥物直接遞送靶部位，具有高靶向性。

       3）弱免疫原性：

       多采用人源化載體，不易產(chǎn)生抗藥性。

       4）作用循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)：

       在血清中效用時(shí)間延長(zhǎng)。

       5）毒副作用低：

       對(duì)非靶點(diǎn)細(xì)胞**小，安全治療窗高。

       2 面臨挑戰(zhàn)

       ADC藥物整體還處于一個(gè)蓬勃發(fā)展的階段，無論是在研發(fā)過程還是臨床應(yīng)用中都面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

       脫靶**：由于難以避免遞送過程中的脫靶，**小分子會(huì)被提前釋放到血液循環(huán)中，造成中毒風(fēng)險(xiǎn)。

       圖16. 部分靶點(diǎn)的脫靶**

       蛋白質(zhì)聚集：ADC研發(fā)過程中的主要障礙。反復(fù)凍融、溫度濃度pH值變化都可能會(huì)造成ADC結(jié)構(gòu)改變引發(fā)蛋白質(zhì)聚集，從而影響免疫原性和產(chǎn)物損失。

       耐藥性：ADC藥物的耐藥性與靶抗原下調(diào)、細(xì)胞周期、信號(hào)通路、基因突變等有關(guān)。

       圖17. ADC藥物的耐藥性機(jī)制，來源：Biomedicines. 2021 Aug; 9(8): 872.

       臨床不良反應(yīng)：在ADC藥物的臨床試驗(yàn)中，出現(xiàn)了各種不良反應(yīng)，與其靶標(biāo)性質(zhì)、連接頭選擇、**載體數(shù)量等多種因素相關(guān)

       圖18. ADC藥物的臨床不良反應(yīng)，來源：《抗體藥物偶聯(lián)物治療惡性腫瘤臨床應(yīng)用專家共識(shí)（2020 版）》

       05

       ADC技術(shù)的市場(chǎng)和前景

       1 市場(chǎng)

       1、如今ADC藥物的研發(fā)處于一個(gè)井噴式的狀態(tài)，相關(guān)專利數(shù)、研發(fā)項(xiàng)目數(shù)和臨床藥物實(shí)驗(yàn)數(shù)等都呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

       圖19. 1987-2018年全球ADC藥物專利申請(qǐng)情況，來源：中信建投證券

       2、其未來市場(chǎng)預(yù)期也呈現(xiàn)一個(gè)高發(fā)展勢(shì)態(tài)。根據(jù)數(shù)據(jù)模型估算，全球ADC藥物市場(chǎng)規(guī)模巨大，總銷售額到2026年將超164億美元。

       圖20. 2019-2026年全球ADC藥物銷售市場(chǎng)預(yù)期，來源：Nature Reviews Drug Discovery

       2 研發(fā)前景

       1、靶點(diǎn)多樣化

       目前ADC研發(fā)出現(xiàn)了靶點(diǎn)選擇的高重復(fù)現(xiàn)象，多數(shù)藥物都集中在幾個(gè)熱門靶點(diǎn)上，尤其是HER2靶點(diǎn)在研藥物遠(yuǎn)超其它。但實(shí)際上全球處于研發(fā)狀態(tài)的有二百多個(gè)靶點(diǎn)，選擇十分多樣化，靶點(diǎn)潛力有待進(jìn)一步挖掘。

       圖21. 全球在研及上市ADC藥物重點(diǎn)布局靶點(diǎn)，來源：中信建投證券

       2、適應(yīng)癥再選擇

       就適應(yīng)癥而言，ADC藥物在疾病研究領(lǐng)域高度集中，基本面向?qū)嶓w腫瘤。但是，相關(guān)研究顯示ADC藥物非癌適應(yīng)癥潛力不小，在自身免疫疾病、細(xì)菌感染類疾病、肝纖維化、病毒感染等方面都有所藥力發(fā)現(xiàn)，這為其研發(fā)開拓了新的方向。

       關(guān)于筆者

       尋藥真理團(tuán)

       他們是南京大學(xué)新藥研發(fā)策略課程的學(xué)生，本文為該課程中11組的呂靜雯、馬杉池、談曦、王彥4位同學(xué)共同完成。

       他們朝氣蓬勃、他們斗志昂揚(yáng)，他們腳踏實(shí)地學(xué)習(xí)新藥研發(fā)知識(shí)，他們堅(jiān)信吾愛吾師吾更愛真理。

       他們是新一代醫(yī)藥行業(yè)接班人，他們是新藥研發(fā)領(lǐng)域的未來之光！

       參考文獻(xiàn)：

       [1]ADCs inspire large pharma investments.[J]. Nature reviews. Drug discovery, 2020。

       [2]Peters C , Brown S . Antibody-drug conjugates as novel anti-cancer chemotherapeutics[J]. Bioscience Reports, 2015, 35(4).

       [3]Diamantis N, Banerji U. Antibody-drug conjugates—an emerging class of cancer treatment[J]. British journal of cancer, 2016, 114(4): 362-367.

       [4]Seattle Genetics Inc. v. ?sterreichisches Patentamt Regulation (EC) No 469/2009, 13 A . “Seattle Genetics”[J]. IIC-International Review of Intellectual Property&Competition Law, 2016.

       [5]Dan N . Antibody-Drug Conjugates for Cancer Therapy: Chemistry to Clinical Implications[J]. Pharmaceuticals, 2018, 11(2):32-.

       [6]Mckertish CM, Kayser V. Advances and Limitations of Antibody Drug Conjugates for Cancer. Biomedicines. 2021 Jul 23;9(8):872. doi: 10.3390/biomedicines9080872. PMID: 34440076; PMCID: PMC8389690.

       [7]中國(guó)抗癌協(xié)會(huì)腫瘤藥物臨床研究專業(yè)委員會(huì), 國(guó)家抗腫瘤藥物臨床應(yīng)用監(jiān)測(cè)專家委員會(huì), 國(guó)家腫瘤質(zhì)控中心乳腺癌專家委員會(huì). 等. 抗體藥物偶聯(lián)物治療惡性腫瘤臨床應(yīng)用專家共識(shí)[J]. 中華腫瘤雜志, 2021, 43(1):78-91. DOI:10.3760/cma.j.cn112152-20201112-00981.

       [8]do Pazo C, Nawaz K, Webster RM. The oncology market for antibody-drug conjugates. Nat Rev Drug Discov. 2021 Aug;20(8):583-584. doi: 10.1038/d41573-021-00054-2. PMID: 33762691.

       [9]平安證券.生物醫(yī)藥行業(yè)深度報(bào)告：創(chuàng)新藥研發(fā)專題系列：ADC：從模仿轉(zhuǎn)型創(chuàng)新之路

       [10]財(cái)通證券.醫(yī)藥生物之抗體偶聯(lián)藥物ADC專題報(bào)告

       [11]https://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404405874675286019

       [12]https://zhuanlan.zhihu.com/p/69903303

       [13]https://zhuanlan.zhihu.com/p/266669469

       [14]https://zhuanlan.zhihu.com/p/371400304

       [15]https://broadpharm.com/web/products.php?category1=adc-linkers