Nature綜述:開發下一代抗體-藥物偶聯物(ADC)的策略和挑戰

抗體-藥物偶聯物（ADC）由重組單克隆抗體（mAb）通過合成接頭共價結合細胞毒性化學物質（稱為彈頭）組成，不僅具有高度細胞毒性的小分子藥物的抗腫瘤效力，也結合了mAb的高選擇性，穩定性和有利的藥代動力學特徵。在本綜述中，討論了ADC開發中的抗原靶標選擇，臨床階段ADC中使用的彈頭，接頭的設計和優化，抗體的選擇和優化，位點特異性和替代共軛化學，以及增強效力的策略，包括非腫瘤學ADC 。

1. 抗原靶標選擇

開發癌症ADC的一個主要問題是確定和驗證mAb組分的足夠的抗原性靶標。抗原選擇中需要考慮幾個因素。首先，理想的目標抗原在腫瘤中具有高表達水平，在正常組織中很少或沒有表達，或至少表達限於給定組織類型，以減少ADC靶內毒性及導致可接受的治療指數。第二，目標抗原應存在於細胞表面，以便循環的mAb可進入。第三，目標抗原應該是內在抗原，使在結合後，ADC被轉運到細胞中，細胞毒性劑可以發揮其作用。

然而，非內部ADC在某些情況下可能會顯示重要的毒性，會經常引起強烈的「旁觀者效應」。未來設計必須考慮細胞毒性藥物和抗體在整個ADC的抗腫瘤活性和毒性特徵中的相對作用。

2. 用於臨床ADC的彈頭

目前正在進行臨床試驗的ADC，大多數靶向DNA或微管，並且已經高效優化。由於腫瘤細胞表面上抗原數量有限（每個細胞約5,000-106個抗原）且ADC的平均藥物與抗體比（DAR）僅限於3.5-4，即ADC轉入腫瘤細胞的藥物量很低，合併細胞毒性藥物的ADC可能因此造成臨床失敗。

通過抑制微管蛋白裝配而起作用的auristatin和美登木素生成素是目前ADC最常用的彈頭。其他使用的彈頭基於吡咯並苯並二氮雜（PBD）、二氫吲哚並噻二氮雜、Tubulysins、卡奇黴素、伊立替康衍生物、多卡莫黴素、喜樹鹼類類似物、腎上腺素和多柔比星等等。事實上，由於競爭激烈，在早期臨床試驗研究中越來越多的ADC，沒有披露抗原靶和/或彈頭和接頭的化學結構。

3. 連結器的設計和優化

循環中藥物過早釋放可導致全身毒性和較低的治療指標。有效的連結器設計必須平衡在循環中的幾天內的良好穩定性以及在遞送到靶細胞時的高效裂解。為增強ADC的溶解度和DAR，並克服由化學治療劑輸送出細胞外的蛋白質（如MDR1）誘導的抗性，正在研究幾種策略：目標細胞的細胞質中藥物的有條件釋放（可拆卸和不可切割的接頭）；旁路效應的增強和限制，是通過是否能夠跨越生物膜的接頭-藥物代謝產物實現的；極性接頭提高溶解度和降低MDR。

4. 抗體的選擇和優化

裸抗和ADC都強制性地提高抗體的同質性和可開發性，以降低候選藥物的流失率。液相色譜，電泳和質譜法等分析技術，不僅有助於選擇具有合適糖基化特徵的最佳抗體的克隆，還用於研究領域和潛在臨床候選物的全面結構鑑定，也用於鑑定可能對穩定性以及藥代動力學和藥理學性質有害的抗體上的「熱點」。質譜法也有助於從製藥的角度優化下一代mAb的結構，從而允許開發具有降低的CMC負荷和更好的藥物性質的候選藥物（OptimAb）和ADC（OptimADC）。抗體的選擇包括嵌合，人源化和人體抗體的選擇以及同種型選擇。

5. 新型偶聯策略

第二代ADC均為不同藥物負載物質的受控混合物，典型平均DAR為3.5或4。DAR大於4的物種顯示較低的耐受性，更高的血漿清除率和降低的體內功效。目前大多數ADC具有共同的結構特徵，如通過硫醇和烷基的馬來醯亞胺反應形成的硫代琥珀醯亞胺連接。但大多數ADC長時間流通期間會導致可測量的馬來醯亞胺消除，這些可通過位點特異性偶聯和替代共軛化學來解決：如工程半胱氨酸、非天然胺基酸工程、酶輔助連接、糖重組和糖結合、氨基末端工程絲氨酸、與Fab核苷酸結合位點連接、天然半胱氨酸再橋接、避免retro-Michael 解體以及高負載ADC。

6. 提高ADC的效能

提高ADC功效的附加策略，設計時可考慮避免對彈頭的潛在阻力，通過使用較小的蛋白質支架來增強腫瘤的滲透，或通過將ADC與最近批准的基於mAb的免疫檢查點抑制劑結合來提高功效。

7. ADC用於非腫瘤學指徵

針對非細胞毒性藥物的ADC研究較少。如針對C-X-C趨化因子受體4型的ADC，是在血清細胞上選擇性表達的抗原。如針對細胞內金黃色葡萄球菌的抗體-抗生素綴合物。

8. 結論和未來方向

ADC的發展受益於治療性mAb的設計的一般改進，也受益於可增強同質性的偶聯物合成方法的特定改進。連接策略和彈頭的多樣化為改善藥物在腫瘤中的轉運提供了新的機會，同時也減少了藥物暴露於正常組織的機會。事實上，重要的是要更好地了解ADC的毒性決定因素，是作為單一藥物還是與其他療法組合使用。為增加治療指數，ADC需在細胞毒素劑的效力下降低最小有效劑量，或在腫瘤選擇性方面增加最大耐受劑量。下一代ADC，依賴於更同質性和穩定的ADC與具有藥物化學樣控制的大分子結構的合成和表徵。最近的ADC開發，重新引起了對細胞毒性天然產物的興趣，未來，ADC的功效突破可能涉及具有新型作戰機制的彈頭。此外，新的mAb的替代形式已出現，但在毒性，功效和藥代動力學等治療指標方面須與全mAb比較。