从已批准ADC药物和正在研发的候选药物情况来看,新一代ADC药物在特异性和细胞毒性方面相较前几代产品有了显著提升。然而,ADC药物的开发过程仍然面临诸多挑战,如药代动力学的复杂性、肿瘤靶向和有效载荷释放不足,以及耐药性等问题。
ADC药物具有复杂的药代动力学特征
在通过静脉注射给药后,ADC药物主要以完整偶联的ADC、裸抗体和游离有效载荷三种形式存在。由于在ADC的典型药代动力学特征中,偶联ADC和裸抗体的浓度随着ADC的内化和抗体的清除而持续下降,因此ADC的三种存在形式所占比例会随时间呈现动态变化。其中,抗体的清除受到多种因素影响,包括单核吞噬细胞系统和Fc受体(FcRn)介导的再循环。FcRn通过高亲和力与内吞的ADC结合,将其输出到胞外实现循环利用。因此,与传统的低分子药物相比,保持偶联的ADC和裸抗体通常具有更长的半衰期。而游离的有效载荷则主要在肝脏代谢,并通过肾脏(尿液)或粪便排出体外,对肝肾功能可能有一定损害,同时不同患者间存在高度差异性。因此,建立准确的药代动力学(PK)和药效学(PD)模型来描述ADC的临床特征难度很大,这给ADC的创新设计带来不小的挑战。
ADC药物不可避免的副作用
在已获批上市的十余种ADC药品中,最常见的严重副作用是血液毒性,包括中性粒细胞减少、血小板减少、白细胞减少和贫血。这些血液毒性以及可能出现的肝毒性和胃肠道反应,往往与有效载荷过早释放到血液循环中有关。这与常规化疗药物的副作用相似,因为它们都对快速增殖的健康细胞产生不良影响。此外,ADC的抗体部分也可能诱导免疫反应,引起继发性损伤,导致肾毒性。还有临床观察研究结果表明,在ADC治疗期间产生的以间质性肺疾病为代表的潜在肺毒性作用,应受到广泛重视,尤其是在靶向HER2的ADC中尤为多发。在ADC药物T-DM1和DS-8201的临床试验中,已被报道了几例与间质性肺疾病相关的死亡病例,但目前间质性肺疾病的详细作用机制还没有被解析清楚。有专家推测,这可能与健康肺细胞对ADC的不良摄取以及ADC释放的游离有效载荷有关。由于肺部的血流量最为丰富,药物在肺中的停留时间最长,ADC的不良摄取和血液中的游离有效载荷最常发生在肺中,从而可能诱发间质性肺疾病。因此,下一代ADC应在降低副作用风险上进行相应优化,同时,在用药期间的不良反应也应受到密切监测,以预防和及时给予治疗。
ADC的靶向性和有效载荷释放的优化
在设计ADC时,有效载荷的效力是一个关键考虑因素。与传统的细胞毒性药物相比,ADC的分子量要大得多,穿透肿瘤细胞的效率有限。同时也有研究表明,注射给药的ADC药物中只有一小部分能够顺利抵达肿瘤细胞。因此,提高有效载荷的效力有助于增强ADC的治疗效果。有效载荷的传递取决于通过抗原依赖性内吞作用形成的ADC-抗原复合体的内化,或是非依赖性的胞饮作用。内化后,根据细胞器酸化程度的不同,ADC-抗原复合体会被运送到内体或者溶酶体通路。通过酸裂解连接子连接的载荷可能在早期胞内体中被释放,而设计需要特定蛋白酶或者蛋白降解过程释放的载荷则会在晚期胞内体中释放。内化的ADC具有较高的靶抗原表达异质性,这被认为是影响ADC肿瘤活性的重要因素。同时,还有一些ADC具有“旁观者效应”,虽不表达靶抗原,但对周围的肿瘤细胞发挥细胞毒性作用。有效载荷穿过细胞膜是旁观者效应出现的前提,因此优选由可切割接头释放的非极性有效载荷,才能通过旁观者效应提高ADC的疗效。
ADC耐药性的改善
ADC开发的另一个挑战是如何克服耐药性。常用的小分子抗肿瘤药物酪氨酸激酶抑制剂(TKI)的耐药性通常涉及药物靶点的逃逸突变,但ADC的耐药机制还没有得到详尽解析。但从ADC的结构特性来看,我们可以推测其耐药性的产生的机制可能更加复杂和多样化。现有的研究证据表明,肿瘤可以通过多种途径对ADC产生耐药性,比如降低抗原的表达水平、改变细胞内的转运途径,以及对有效载荷产生耐受。这些潜在机制已在临床前体外和动物研究中得到验证,但证实这些机制的临床证据还尚不充足。例如,长期暴露于HER2靶向ADC,乳腺癌细胞系会减少HER2受体的表达,减少溶酶体酸化,引起蛋白质降解和代谢变慢;一些ATP结合盒(ABC)转运蛋白在将抗肿瘤药物从胞内排出到胞外的过程中起到载体作用,如在ADC中常用的有效载荷澳瑞他汀类似物和加利车霉素,都有可能通过ABC转运蛋白被排出肿瘤细胞,而引起耐药性。
下一代ADC的潜在解决方案
未来下一代ADC的改善方案包括利用突变蛋白、双特异性抗体、双有效载荷组合、多肽偶联物等创新技术。此外,在有效载荷选择方面也有很多创新机会。这些技术或方案不仅能够提高ADC的细胞毒活性,还有望克服传统ADC的局限性,为肿瘤患者带来更有效的治疗选择。
使用ADC靶向突变蛋白
目前的研究已经揭示了ADC内化和细胞内转运途径对其细胞毒的活性具有至关重要的影响。与野生型蛋白相比,突变蛋白通常表现出更高的泛素化水平,这使得它们更容易被细胞内化并随后被降解。这就意味着使用ADC靶向突变蛋白有望会带来更优异的临床反应。这一策略意味着靶向携带致癌突变蛋白(如某些EGFR突变体)的ADC能最大限度地提高治疗肿瘤的特异性。这种特异性甚至可以达到与某些选择性TKI(酪氨酸激酶抑制剂)相媲美的水平。
双表位或双靶点ADC
双特异性抗体技术的进步为ADC创新带来了更多可能。这些新型ADC设计可以改善抗体内化并提高肿瘤治疗的特异性。当前,许多疗法正在积极探索这一技术所带来的新机遇。特别是针对同一抗原上不同位点的双特异性ADC,其独特的设计能够改善受体聚集,促进靶标快速内化,从而加速药物在肿瘤细胞内的释放和作用。此外,双特异性ADC双靶向HER2和LAMP-3在临床前试验中显示出更好的溶酶体聚集和负载传递能力,进一步证明了这种技术在提高ADC疗效和安全性方面的潜力。
使用两种不同的有效载荷组合
使用两种不同的细胞毒剂作为有效载荷的双有效载荷ADC可以降低耐药性。通过准确控制两种药物的比例,双有效载荷ADC能够协同地将这两种药物递送到肿瘤细胞中,从而实现更为有效的治疗效果和更低的耐药发生率。例如,研究者们设计了一种均一的抗HER2 ADC,它同时包含了MMAE和MMAF两种细胞毒剂,这种具有双有效载荷的ADC在异种移植小鼠模型中展现出了比具有单一有效载荷的ADC更为显著的抗肿瘤活性。这一发现进一步证实了双有效载荷ADC在肿瘤治疗中的潜在优势。
选择多肽偶联物替换抗体
另一种ADC开发策略是摒弃传统单抗结构,选择将有效载荷与分子量较小的多肽片段偶联,来降低ADC的分子量,从而提高其穿透效率,实现有效载荷在肿瘤组织中的有效递送。以PEN-221为例,这款ADC由DM-1与靶向生长抑素受体2的多肽链结合而成,分子量仅为2 kDa,远低于传统ADC中150 kDa的IgG单抗分子。PEN-221虽实现较高的穿透效率,但在血浆中也易被快速清除,但若能够攻克这一障碍,这类ADC将在治疗常规治疗方法难以有效到达或治疗的肿瘤上展现巨大潜力,如位于大脑或脊髓等中枢神经系统部位的肿瘤,以及因血管和神经分布不足导致药物难以发挥治疗作用的肿瘤等。
开发非内化抗体,创新有效载荷
传统上,为了将药物的有效载荷成功递送到肿瘤细胞内,ADC需要使用具有高内化能力的单克隆抗体。受抗原屏障的影响,这些抗体通常难以穿透并进入实体肿瘤组织。因此,可以开发非内化新型抗体,并将其偶联形成ADC,来克服这一障碍。其原理是在肿瘤微环境中,有效载荷在还原条件下直接被释放到胞外,再通过扩散进入肿瘤细胞内部,最终杀死肿瘤细胞。此外,在有效载荷选择上也存在很多创新机会,不再局限于常规的细胞毒性药物,而开始向更多的靶向药物和免疫药物探索。如靶向B7-H3的ADC药物mirzotamab clezutoclax,采用能够促进细胞凋亡的新型BCL-XL抑制剂作为有效载荷,目前正在进行早期临床试验评估。
主要观点来源:
Signal Transduction and Targeted Therapy. Antibody drug conjugate: the “biological missile” for targeted cancer therapy
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