撰文丨顾津明
编纂丨于靖
话说造药界，十年河东，十年河西。
2000年由辉瑞研发的第一代ADC药物Mylotarg获FDA批准上市，但末因毒副感化于2010年退市。
十年前，Seattle Genetics（现已改名为Seagen）以及Immunogen的2代ADC药物Adcetris及T-DM1（Kadcyla）先后上市，开启了ADC治疗的新纪元。其时那两家Biotech无疑是ADC范畴的龙头企业，引来浩瀚Big Pharma与之合做。
彼时，在ADC范畴，第一三共仍是一家默默无闻的企业。而今天，第一三共凭仗其DS-8201冷艳的临床数据让业界服气，成为当之无愧的第三代ADC的霸主。
往后再推十年后，我们能不克不及看到第四代ADC药物的获批上市？要答复那个问题，我们无妨先预测一下四代ADC长什么样、需要到达如何的治疗效果。
ADC从素质上来说是一种靶向化疗药，其目标是为了扩大治疗窗（Therapeutic Index; TI）（图1）。以既往ADC的TI来看，治疗窗呈现显著递增的趋向（表1），从第一代的不到2倍进步到现在第三代的12倍，由此揣测（以Her2为靶点的）第四代ADC的治疗窗应该会到达20倍以上。
图1. ADC增大化疗药物治疗窗表1. 差别代ADC比力若是说更大的治疗窗是为了使更多的患者受益（更高的ORR），那么，如何使患者更长时间受益则是药物研发的更高目的，最末将癌症变成一种可控的慢性疾病。
然而，目前几乎所有的药物（化疗、靶向和免疫药物），跟着患者利用时间的耽误，癌症会对药物产生耐药，使得药物对癌细胞的感化停行。癌细胞的耐药性是癌症治疗失败的次要原因之一，那可能招致癌症很快复发/疾病停顿，最末形成患者灭亡。
以DS-8201治疗无法切除或转移性HER2低表达（HER2-low）乳腺癌患者为例，在HR+和总人群中，治疗组的mPFS别离为10.1和9.9个月，TPC对照组别离为5.4个月和5.1个月；mOS别离为23.9和23.4个月，TPC对照组别离为17.5个月和16.8个月。虽然DS-8201已经有了很大进步，但是间隔将癌症变成可控的慢性疾病还相距甚远。因而，若何进一步耽误mPFS以及mOS是四代ADC胜利的关键。
01 ADC耐药机造及应对战略要想设想出有更大TI，更长mPFS以及mOS的四代ADC，或答应以从ADC的耐药机造动手。研究表白，ADC至少有以下8种差别的耐药机造[1]。
（1）靶点抗原改动
肿瘤是一种高度异量性的组织，存在基因与表型的不不变性，同时肿瘤微情况中表达各类差别的卵白酶会对肿瘤外表抗原停止剪切，从而使靶点抗原与ADC的连系表位缺失。
此外，有些靶点抗原与ADC的连系表位同时也连系配体或其它卵白，若是此类卵白表达升高则会与ADC构成合作连系靶点抗原。
癌细胞还能够间接通过基因程度下调以至封闭靶点抗原的表达。
利用高效的傍观者杀伤效应（Bystander Killing）的第三代ADC，或靶向统一抗原的2个差别表位，或共表达在统一细胞上的2个差别抗原的双抗ADC，能够在必然水平上处理那一耐药问题。
（2）内吞路子改动
目前的ADC几乎都依赖于细胞外表抗原介导ADC内吞进入细胞，然后经由胞内体（Endosome）抵达溶酶体（Lysosome）实现ADC降解释放出毒素杀伤细胞。
有研究表白，癌细胞可通过改动某些参与内吞转运的卵白（如小窝卵白Caveolae）的表达从而改动ADC内吞的道路使其无法抵达溶酶体而产生耐药，针对那种耐药机造，目前Pyxis Oncology正在研发一种不需要内吞、靶向细胞外基量靶点Oncofetal Fibronectin Extradomain-B（EDB）的ADC，其Payload通过组织卵白酶（Cathepsin）剪切释放然后进入细胞停止杀伤。
（3）溶酶体的改动
很多在研ADC的Linker操纵pH敏感型水解形式在溶酶体的酸性（pH4.8）情况下发作水解释放毒素，而有些癌细胞可以升高溶酶体的pH从而使毒素无法释放。若是可以找到一种在胞内体的弱酸（pH6.5）情况中发作水解的Linker则能躲避那种耐药问题。
（4）药物外排泵表达及活性增加
相当数量的肿瘤高表达ATP连系盒式卵白（ATP-binding cassette transporter，ABC），那是一类ATP驱动泵，能将小分子药物从细胞中排出，从而按捺药物的细胞毒性感化。包罗MMAE在内的许多ADC Payload是ABC的底物，因而ABC的高表达也能引起那类ADC的耐药。
处理办法次要有2种：选择非ABC底物的毒素做为Payload或将ADC与响应的ABC按捺剂联用。
（5）细胞周期改动
因为现有的Payload的杀伤机造大多基于细胞周期调控，而癌细胞能够通过调理细胞周期而对Payload的杀伤产生逃逸。关于此类耐药问题，选择可杀伤静息形态细胞的Payload（好比PBD）能够处理。
（6）DNA损伤修复（DDR）通路改动
关于通过DNA损伤产生杀伤感化的Payload，癌细胞能够通过DNA损伤修复通路的改动产生耐药。针对此类耐药机造，能够选择与DNA损伤修复通路的响应按捺剂联用的办法，好比Topotecan联用ATR按捺剂在小细胞肺癌（SCLC）中就获得了不错的疗效。
（7）凋亡通路改动
Payload毒素要想杀伤细胞最末都要依赖于细胞凋亡通路，而癌细胞的凋亡通路有时因异于一般细胞而不克不及阐扬感化，好比高表达抗凋亡卵白 BCL-2 和 BCL-XL从而引起ADC耐药，业内已有选择BCL-XL按捺剂做为ADC Payload或将BCL-XL按捺剂与ADC联用的测验考试。
（8）下流信号通路改动
PI3K/AKT做为癌细胞重要的信号通路节点卵白，在相当数量的癌症患者中发作突变，对细胞周期、凋亡都产生重要影响从而招致癌细胞对ADC耐药，已有报导显示PI3K/AKT的按捺剂与ADC联用闪现出必然药效。
02 第四代ADC分子设想（1）抗体
在第二、三代ADC中，抗体部门并没有做太大的改动，好比T-DM1与DS-8201均利用Herceptin，因而第四代ADC抗体部门还有很大的提拔空间。
若是是确定靶点的单抗ADC，起首要评估该靶点在肿瘤组织及一般组织的表达差别，挑选适宜的抗体亲和力及内吞效率以期到达抗体能有效的连系癌细胞并内吞但对表达该靶点的一般细胞连系较弱、内吞较少。那种挑选战略能够借鉴TeneoBio挑选CD3抗体的办法，在能激活T细胞的前提下尽量减小细胞因子释放从而获得更大的平安窗。
此外还能够将单抗做成Conditional Antibody，只在肿瘤微情况中才被激活从而进步治疗窗。Cytomx、BioAlta、Adagene等公司已经在做那方面的测验考试。
若是是双抗ADC，问题则要复杂得多。从目前市场上的研发情况来看次要能够分为2大类：一类是靶向统一抗原的2个差别连系表位（Epitope），以加强亲和力及内吞，代表药物如再生元的cMet/cMet双抗ADC（REGN5093-M114）及Zymeworks的Her2/Her2双抗ADC（ZW49）；另一类是靶向统一癌细胞上的2个差别抗原，以加强癌症组织靶向特异性及内吞，代表药物如德国默克/Sutro的EGFR/MUC1双抗ADC（M1231）。
第一类双抗ADC在加强对癌细胞的亲和力及内吞的同时也有可能加强对一般细胞的亲和力及内吞，因而治疗窗能否可以增大存在疑问，好比阿斯利康的Her2/Her2双抗ADC（MEDI4276）因毒性原因已行步于I期临床。
后一类双抗ADC在靶点选择方面需要隆重，仅仅是癌细胞共表达2个抗原不克不及做为双抗ADC的立项根据。
以EGFR/MUC1为例，虽然EGFR在多种肿瘤中高表达，但因为其在上皮细胞中也高表达，招致EGFR-ADC无法供给足够的治疗窗。而MUC1在肿瘤中呈现异常糖基化可被抗体识别，因而MUC1-ADC可供给更大的治疗窗。
若是仅考虑EGFR/MUC1共表达那一方面，那么MUC1-ADC显然具有比EGFR/MUC1双抗ADC更明显的平安优势。双抗ADC必需要供给比单抗ADC更大的治疗窗才有开发的意义。要挑选到具有更大治疗窗的双抗ADC，则需要通过适宜的体外尝试挑选2个抗体的亲和力、选择适宜的双抗Format（1:1, 2:1, 2:2），最初通过体内药效及毒性尝试确定其治疗窗。
（2）Payload
纵不雅差别研发阶段的Payload大致能够分为4类（表2）。
此中，以MMAE、DM1为代表的微管按捺剂是第二代ADC的典范Payload，目前仍被普遍利用；以喜树碱衍生物DXd为代表的Topo异构酶按捺剂是第三代ADC的明星Payload；以PBD为代表的DNA损伤剂也是典范的ADC Payload，已履历了20多年的研究改良，除了2021年获批上市的ADC Therapeutics 的Loncastuximab Tesirine-lpyl（CD19-PBD）外，还有多款ADC目前在临床阶段；其它还有一些小寡的ADC Payload近来也逐步进入各人的视线，如德国公司Heidelberg Pharma研发的RNA Pol II按捺剂α-鹅膏蕈碱（α-Amanitin）及美国公司Mersana研发的STING激活剂Payload ImmunoLock。
越来越多研究表白，因为差别肿瘤存在庞大差别，没有一种Payload能够对所有癌种有效，因而在靶点及抗体确定以后挑选Payload也是第四代ADC设想的要素之一。
如第一三共并没有行步于获得庞大胜利的DXd，而是又开发了PBD做为其另一Payload。此外，双Payload ADC也正从尝试室的概念走向工业界摸索[2]，但是因为其高研发成本及高手艺难度使得大大都企业望而却步。
表2. 差别Payload比力另一种开发第四代ADC Payload的思绪，是将Payload做成前药（Prodrug），即只在进入癌细胞内才被激活释放产生杀伤感化，从而进一步加强药物特异性及治疗窗。韩国公司LegoChemBio研发的dPBD就是那方面的代表分子，目前那家公司已有2款ADC在临床阶段，其临床治疗成果值得等待。
目前业内关于Payload的研发有2个标的目的：一是高DAR值中低毒素，另一是低DAR值高毒素，若何选择不克不及一概而论而需要按照详细尝试数据决定。
（3）Linker
Linker按其感化机造能够分为Cleavable（可剪切）和Non-Cleavable（不成剪切）。目前业内的共识是针对实体瘤Cleavable Linker可更好的供给傍观者杀伤效应。而傍观者杀伤机造也是DS-8201获得庞大胜利的法宝。
Cleavable Linker按其化学构造或剪切机造能够分为3类（表3）。一类是依赖于酸水解的腙键Linker；第二类是依赖于细胞内谷胱甘肽（GSH）停止复原剪切的二硫键Linker；另一类是由多个氨基酸构成的肽段的酶降解Linker。已有的数据显示，酶降解Linker若是选择肿瘤细胞溶酶体高表达酶的底物能够供给额外的特异性进而增大治疗窗。
表3. 差别Linker比力抱负的Linker在整个ADC分子中起到平衡感化，它平衡Payload的疏水性、加强Linker-Payload以及整个ADC分子的不变性，Linker-Payload即便在血液中从抗体上脱落也很难进入细胞形成毒性。因而，设想Linker必然是要与Payload一路综合考虑。
（4）Conjugation
ADC的偶联体例从最早的随机偶联到半胱氨酸半定点偶联再到如今的定点偶联，手艺日趋成熟，ADC产品的均一性也在不竭进步。定点偶联获得的产品均一性高可降低杂量带来的毒性及不不变性，因而估计将成为第四代ADC的标配。
比力成熟的定点偶联能够分为四类（表4）：工程化半胱氨酸（THIOMAB）偶联、非天然氨基酸（nnAA）偶联、N297糖基偶联和抗体轻链（或重链）C端毗连短肽偶联。
此中，非天然氨基酸偶联办法手艺难度更高，目前次要是Ambrx及Sutro在利用。工程化半胱氨酸偶联因为需要引入非配对的半胱氨酸可能引起抗体聚集，因而给CMC带来挑战。N297糖基偶联目前是最被业界承受的定点偶联体例，该手艺的代表公司Synaffix已向多家ADC公司让渡了其N297糖基偶联手艺GlycoConnect。值得一提的是，第一三共在DS-8201中利用了半胱氨酸偶联，但其近期公开的专利显示其已开发出本身的N297糖基定点偶联手艺用于下一代ADC的开发。
表4. 差别定点偶联办法比力03 总结第四代ADC需具备更大的治疗窗及（部门）处理3代ADC的耐药问题，就得从抗体、Payload、Linker、偶联、联用等多方面动手并停止综合革新优化，对ADC某一部门的革新或许已不克不及实现迭代，好比刚刚被GSK重金买入的XMT-2056固然还不克不及称为第四代ADC，但临床前数据表白XMT-2056+DS-8201有叠加效果，临床上能否能进一步耽误患者的保存时间尚待验证。
第三代ADC DS-8201给癌症治疗范畴，出格是针对Her2低表达/Her2突变的癌症治疗带来了革命性的打破。等待有更多新手艺加持的第四代ADC，连系恰当的转化医学研究为癌症患者带来更好更耐久的治疗效果。
参考文献：
Novel ADCs and Strategies to Overcome Resistance to Anti-HER2 ADCs. Cancers (Basel). 2021;14(1):154.Antibody-drug conjugates with dual payloads for combating breast tumor heterogeneity and drug resistance. Nature Communications. 2021;12:3528