News

9款已上市ADC的“结构艺术”
2022-03-21 Source:   Browse:778
Share :

不同的ADC,这3个核心成分可能存在较大的差异,从而影响它们的药理学特性、有效性和安全性。要想深入了解ADC,就从了解它们的结构开始。本文基于Nat Rev Clin Oncol于2021年6月发表的一篇文献 [1],从已上市的9款ADC切入,带大家一探究竟。


ADC发展的简史
ADC概念的提出,可以追溯到20世纪初,科学家Paul Ehrlich构想出一种可以释放细胞毒性药物的“魔法子弹”。但是,ADC进入肿瘤临床试验始于20世纪80年代,未显示出生存获益的同时,却观察到了明显的毒性,这种情况持续了~20年,直至CD33靶向药物gemtuzumab ozogamicin的获批(2000年,首个适应症为复发或难治性急性髓细胞白血病),它也是美国FDA批准的第1个ADC。然而,其因不良反应于2010年退市。

图片来自网络

2011年,CD30靶向药物维布妥昔单抗(brentuximab vedotin)获批用于经典霍奇金淋巴瘤和系统性间变性大细胞淋巴瘤(ALCL)的治疗。不久之后在2013年,HER2靶向药物恩美曲妥珠单抗(adotrastuzumab emtansine,T-DM1)上市。自此,ADC研发的脚步逐渐加快。下表对已上市9款ADC做了个总结。
这9款ADC分别是:gemtuzumab ozogamicin,维布妥昔单抗,T-DM1,inotuzumab ozogamicin,T-DXd(DS-8201),polatuzumab vedotin,戈沙妥珠单抗,enfortumab vedotin,belantamab mmafodotin。

图片来自:Nat Rev Clin Oncol. 2021; 18(6): 327-344.

抗体(antibody)和靶点选择
免疫球蛋白G(IgG)是ADC中主要的抗体骨架。人IgG包含四个亚类:IgG1、IgG2、IgG3 和IgG4,它们的恒定结构域和铰链区有所不同。这些差异会影响单克隆抗体(mAb)的溶解度和半衰期,以及其对免疫效应细胞上表达的不同Fcγ受体(FcγR)的亲和力。
目前,大部分ADC使用IgG1为抗体骨架,少数使用IgG2或IgG4(例如:gemtuzumab ozogamicin和inotuzumab ozogamicin,两者都使用了IgG4)。与IgG2和IgG4相比,IgG1具有相似的血浆半衰期,但有更高的补体结合及FcγR结合率。IgG3可能是最具免疫原性的亚类,但因其循环半衰期较短,故在ADC设计中,通常避免使用这类抗体。

图片来自:Nat Rev Clin Oncol. 2021; 18(6): 327-344.

一个理想的mAb靶点,应在肿瘤细胞上高表达,而在正常细胞上不表达。ADC能将细胞毒性物质的载荷递送到任何表达靶抗原的细胞。因此,与正常细胞相比,在肿瘤细胞中优势表达的靶点,可以提供较宽的治疗窗,同时降低全身毒性的机会。
目前,获批用于实体瘤治疗的ADC靶点包括:HER2,TROP2,nectin-4。在血液系统肿瘤中,CD30是维布妥昔单抗的靶点,其在霍奇金淋巴瘤和ALCL的恶性淋巴细胞上表达,并且是其特征。同样,CD22、CD79b、B细胞成熟抗原(BCMA)均具有B细胞谱系高度特异性。
除了肿瘤特异性以外,还有其他因素可以影响ADC的疗效。例如,与HER2同质性表达的患者相比,肿瘤内或肿瘤间HER2异质性表达患者的T-DM1应答水平较差。此外,靶点周转率、内化率、溶酶体降解率等均会影响ADC的抗肿瘤活性。


连接子(linker)类型和工艺
随着时间的推移,连接子技术已经取得了长足的进步。连接子主要有两个功能:第一,是确保药物在血浆中循环时,细胞毒性的载荷(payload)仍牢固地附着在抗体部分上。连接子不稳定,可能会过早地在血浆中释放载荷,不仅会增加全身不良反应的严重程度,也会降低载荷在肿瘤部位的有效传递。第二,常通过竞争性作用,使载荷能够在肿瘤内(尤其是肿瘤细胞内)有效释放。

图片来自:Nat Rev Clin Oncol. 2021; 18(6): 327-344.
连接子大致分为两类:可切割型,不可切割型。当存在肿瘤相关性因素(例如:酸性环境,丰富的蛋白水解酶等)时,可切割型连接子能分解并释放ADC细胞毒性载荷。可切割型连接子有:PH敏感性腙连接子(例如:gemtuzumab ozogamicin),可还原性二硫键连接子,各种基于肽的连接子, 酶可切割型连接子(例如:维布妥昔单抗,polatuzumab vedotin,戈沙妥珠单抗,T-DXd等)。

但是,在实际应用中,可切割型连接子在血浆循环中的稳定性有所差异。例如,gemtuzumab ozogamicin使用的腙连接子,与其他可切割连接子相比,稳定性较差,生理PH下会发生一定程度的水解,这也可能部分解释了其脱靶毒性。
相比之下,不可切割连接子在血浆中更稳定,但是其抗体-连接子结构依赖溶酶体降解以释放载荷,常导致载荷上的带电氨基酸保留,这可能会影响药物疗效或细胞通透性。使用不可切割连接子的有:T-DM1,belantamab mafodotin。
值得注意的是,有临床前研究数据显示,细胞毒性载荷的细胞外释放可能是ADC活性的重要组成部分,因此接头稳定性的优化是一个复杂的问题,和靶点、载荷的选择、还有TME的特点均有关。


载荷(payload)
早期的ADC研究,使用的是传统化疗药物,例如:甲氨蝶呤、多柔比星、长春新碱等。但是,研究显示这些ADC并不比它们的传统模式更有效。此外,数据还显示,抗体靶向给药剂量中只有很小一部分能够到达肿瘤组织(~0.1%),提示需要具有更强细胞毒性的载荷才能达到治疗效果。
因此,后续的ADC研究针对更高效化疗药物来进行,例如:auristatins、calicheamicins、美登素(maytansinoids)、喜树碱衍生物(camptothecin analogues)等,这些药物在亚纳摩尔级浓度下就可显示出细胞毒性。

图片来自:Nat Rev Clin Oncol. 2021; 18(6): 327-344.
上面提到的获FDA批准的9个ADC中,单甲基auristatin E(MMAE)和单甲基auristatin F(MMAF)属于auristatins,是微管蛋白失稳剂。Ozogamicin属于calicheamicins,能导致双链DNA断裂。DM1属于美登素类化合物,能破坏微管蛋白的稳定性。最后,DXd和SN-38属于喜树碱衍生物,通过抑制拓扑异构酶I而导致DNA断裂。需要说明的是,这些载荷均不适合作为游离药物全身递送。
药物-抗体比例(drug-to-antibody ratio,DAR),是指每个mAb搭载的载荷的平均数量,这与ADC的药理学活性有关。目前获批ADC的DAR范围为2~8。一般来说,体外试验中,高DAR ADC的活性更高,但可能会更快地通过肝脏从血浆中清除。以维布妥昔单抗为例,其体外活性与DAR有关。在小鼠模型中,DAR为8的ADC版本,血浆清除速度比DAR为2的版本快5倍,但是其毒性增加的同时并没有显示出抗肿瘤活性的优势。
图片来自:Pharm Res. 2015; 32(6): 1907-19.
临床前研究显示,较高DAR和较快肝脏清除率之间的这种关系,与抗体-连接子复合物的疏水性增加有关,这可以通过使用亲水性结构来避免。对于药物结构和DAR不影响血浆清除率(例如:戈沙妥珠单抗)的ADC来说,更高的DAR与更高的体内抗肿瘤活性直接相关。


写在最后:今天的推文带大家了解了ADC的基本结构。基于对ADC结构的认识,能更好的理解ADC疗效、安全性、耐药性以及联合治疗的理论基础。科学家们会在药物设计和临床应用方面带来不断创新,让我们一起继续关注ADC的发展。

参考文献
1、Nat Rev Clin Oncol. 2021; 18(6): 327-344.