EN
【技术】目标坚定,一路生花—浅谈ADC药物的最新进展
2024-05-06 13:24

早在20世纪之初,诺贝尔奖获得者——德国科学家保罗·埃尔利希(Paul Ehrlich)首次提出Magic bullets(魔法子弹)的设想[1]:药物能够精确瞄准目标微生物(后扩展到癌细胞)的结构靶点,从而实现在不伤害正常细胞的前提下精准杀死病原微生物(后扩展到癌细胞)的目的。这一设想奠定了精准医学、靶向治疗的理论基础,也使得抗肿瘤治疗方法,从常规的手术治疗、放疗、化疗,进入到了分子靶向治疗的时代。而抗体偶联药物(Antibody conjugated drug,ADC)基于抗原抗体的特异性结合,将药物(payload)靶向递送到肿瘤细胞,实现了“Magic bullets(魔法子弹)”的设想,使越来越多的肿瘤患者从中获益。

ADC的产生不仅基于以上设想的提出,更得益于抗肿瘤药物的研发进程,以及单克隆抗体技术、抗体人源化技术的诞生和进步。通过特异性识别肿瘤细胞表面抗原(或基质),从而能够将细胞毒性药物递送至肿瘤细胞内,从而杀伤肿瘤细胞,达到抗肿瘤治疗的目的。

ADC作为新兴的分子靶向疗法,以显著的临床获益已经开启了癌症治疗的新时代。


  一  、ADC的作用机制[2]

ADC是将能靶向肿瘤细胞表面特定抗原(受体)的单克隆抗体(mAb),通过可裂解或不可裂解的连接子(linker)与细胞毒性药物(payload)偶联而成。ADC药物的这种设计也决定了它的作用机制(MOA)(图1)。

图1.png

 图1 ADC药物作用机制[2]

注:

(A)ADC药物的主要作用机制,涉及靶向药物递送、细胞内ADC处理和细胞毒素释放后的肿瘤细胞杀伤。

(B)亲脂渗透的payload可能被动地从ADC靶向的肿瘤细胞中扩散到周围细胞,导致受体非依赖性细胞死亡或“旁观者死亡”。

(C,D)ADC药物的mAb可以保留其活性特征:如1)拮抗剂功能,并干扰受体下游信号传导以阻止肿瘤细胞生长,或2)参与抗体Fc段介导的与免疫细胞(巨噬细胞和自然杀伤细胞等)/补体成分的相互作用,通过ADCP、ADCC或CDC效应触发抗肿瘤免疫。

缩写:ADCP,抗体依赖的细胞吞噬作用;ADCC,抗体依赖的细胞毒性作用;CDC,补体依赖的细胞毒性作用。

ADC的抗体(mAb)与细胞表面抗原(多为受体)结合后,通过抗原介导的内吞作用内化到细胞内,进入溶酶体后,ADC释放细胞毒性药物(payload)(通常包括DNA损伤剂、DNA转录抑制剂或微管蛋白抑制剂)破坏肿瘤细胞,最终导致肿瘤细胞死亡。

而亲脂性payload也可以从内化的靶细胞扩散到相邻的肿瘤细胞,并对其进行杀伤。这种杀伤与肿瘤细胞的靶抗原表达与否或表达量多少无关。这种作用被称为“旁观者效应”,不仅增强了ADC的抗肿瘤毒性,而且能够杀伤靶点异质性表达的肿瘤细胞,从而扩大ADC可治疗的肿瘤瘤种范围。

值得注意的是,携带可裂解连接子的ADC可以不依赖于抗原结合和内化,通过“旁观者效应”的替代机制,在细胞外释放payload杀伤肿瘤细胞[3-6]这种“旁观者效应”的替代机制同样可以不受肿瘤细胞表面抗原表达情况以及高效内吞作用的限制,同样可以扩大ADC的适应症。因此,针对肿瘤微环境(TME)成分(如细胞外基质蛋白、基质或新生血管系统)的非内化ADC,或许可以治疗更多的瘤种(尤其是基质紧密型肿瘤),目前这类ADC也成为受关注热点之一[ 3,4]

除了payload外,mAb成分还可以通过抗体自身作用促进ADC的抗肿瘤活性[7],包括:

1)通过Fab段(抗原结合域)与肿瘤细胞表面受体结合后,起到拮抗剂的封闭作用,从而抑制所结合受体下游信号通路传导,抑制细胞增殖、转移及存活,实现抗肿瘤作用;

2)或者通过Fc段直接与固有免疫细胞或补体结合,介导杀伤肿瘤细胞,如抗体和补体依赖的细胞毒性作用(ADCC和CDC)和抗体依赖的细胞吞噬作用(ADPC)。

从这个角度来看,基于工程化Fc段的mAb,可以通过上述机制促进ADC的抗肿瘤活性,已经获批的brentuximab vedotin (Blenrep®)就是其中之一[8,9]


  二  、ADC已上市产品[2]

自2000年美国食品药品监督管理局(FDA)批准首个ADC药物Mylotarg成功上市以来,20多年里全球已批准15种ADC产品,其中13种目前仍在临床应用(表1)。其中,Belantamab mafodotin (Blenrep®)因III期验证性试验失败而退出,而Moxetumomab Pasudotox (Lumoxiti®)因销售不理想而退出。此外,由于严重静脉闭塞性疾病的安全性问题,Gemtuzumab ozogamicin (Mylotarg®)也曾从主要市场退出,但通过补充研究数据等,在2017年重新获批上市。

从表1可见,最初大多数ADC被批准用于血液系统恶性肿瘤,但HER2ADC仍然主要用于治疗实体瘤,尤其是乳腺癌。在过去十年中,靶点多样化和ADC设计方面的重大进展快速拓宽了肿瘤治疗的适应症范围。有七种ADC,可用于治疗乳腺癌以外的各种实体瘤,其中四种在过去五年中获得了加速批准,分别是靶向凝集素-4、肿瘤相关钙信号转导子2(Trop-2)、组织因子(TF)和叶酸受体α(FRα)。

表1 截至2023年3月批准上市的ADC[10]

图2.png

三 、ADC的关键点

在2000年首款ADC药物获批后,直到2016年ADC临床研究才蓬勃发展,2022年,全球有46种新型ADC进入临床试验。尽管在中国,直到2014年第一个ADC才进入临床试验,但此后新型ADC的临床研究数量急剧增加,尤其是2020—2022年,分别有9个、23个和34个新型ADC药物进入临床试验(图2A)[10]

除了15种获批的ADC药物外,目前全球还有189种ADC正在临床研究中,全球和中国的大多数(>80%)新型ADC仍处于早期临床开发阶段(IND,I期和I/II期)(图2B)[10]


图3.png

图2 ADC药物临床开发趋势[10]

注:

(A)2011年至2022年,全球和中国进入临床试验的新ADC产品数量。

(B)处于不同临床开发阶段的ADC数量:全球(左图)和中国(右图)。

1、靶点

HER2‐ADC、TROP2‐ADC和EGFR‐ADC仍然是最常见的三种类型,并且多种ADC药物已经进入II/III期临床试验阶段。在中国,除了国家药品监督管理局(NMPA)批准的HER2-ADC(荣昌生物的维迪西妥单抗)外,TROP2-ADC SKB264和EGFR-ADC MRG003也已进入III期临床试验,并在I/II期试验中显示出良好的抗肿瘤效果。在非小细胞肺癌(NSCLC)和头颈部鳞状细胞癌(HNSCC)患者中的客观反应率(ORR)分别为44%和40%。

Claudin 18.2也是具有前景的靶点,基于该靶点也有12种新型ADC药物处于临床研究阶段,数量仅次于HER2 ADC药物(图3)。First-in-class的Claudin 18.2-ADC(CMG901),在经过强化预处理的胃/胃食管交界处癌(G/GEJ)患者群体中表现出良好的抗肿瘤效果及可控的安全性,这为Claudin 18.2-ADC药物的进一步临床开发奠定了基础。

图4.jpg

图3 目前临床在研ADC药物的TOP 10靶点[10]

注:CLDN 18.2:claudin 18亚型2;c-Met,细胞间质上皮转换因子;EGFR,表皮生长因子受体;FRα,叶酸受体α;HER2,人类表皮生长因子受体2;TROP2,滋养层细胞表面抗原2。

此外,c‐Met‐ADC药物中还有8种新药物处于临床试验阶段,其中1种已进入III期临床试验。

相比之下,尽管已有2款靶向CD22的ADC药物获批上市,但目前临床在研的新型CD22-ADC药物只有3种。

针对TOP 10靶点的ADC药物约占全球新型ADC药物开发格局的近一半(48%),而中国63%新开发的ADC药物靶点集中在TOP 10(图4)。其中,中国近四分之一(23%)的新型ADC药物以HER2为靶点,这表明HER2-ADC的开发竞争十分激烈。

图5.png

图4 目前临床在研ADC靶点多样性比较(全球 vs.中国)[10]

2、细胞毒性药物(payload)

就payload而言,新型ADC最常用的仍然是微管蛋白抑制剂,其在全球范围内占45%,在中国占49%(图5)。偶联拓扑异构酶I抑制剂的新型ADC在研究药物中占20%,比偶联DNA损伤药物的ADC的占比(9%)高。此外,具有新型payload的ADC,如光敏剂、免疫调节剂和RNA聚合酶II抑制剂,正在进行临床研究并获得积极结果。

图6.png

图5 目前临床在研ADC payload多样性的比较(全球 vs.中国)[10]

3、单克隆抗体(mAb)

理想的单克隆抗体(mAb)应在偶联形成ADC后仍保持其半衰期和生物学特征,并尽可能减少免疫原性。

在临床获批上市和临床研究的ADC药物中的mAb,最常见的是血浆免疫球蛋白IgG,尤其是IgG1亚型。虽然IgG1与IgG2/IgG4亚型具有相似的血清半衰期(约21天),但IgG1能更有效地诱导产生ADCC、ADCP和CDC效应。IgG2、IgG3和IgG4亚型不能作为理想选择的原因分别可能为增加聚集风险、快速血清清除(半衰期~7天)和异常的Fab段活性改变[11]

4、药靶比值(drug–antibody ratio,DAR)和连接子(linker)

创新的连接技术现在可以提高构建体的稳定性、旁观者杀伤效果和高DAR。

事实上,DAR值通常保持在4以下,以确保最佳治疗指数及限制疏水性诱导的ADC聚集所产生的消极影响(如快速清除和全身毒性)。新型稳定连接子允许更高的DAR值,而低效payload也需要更高的DAR值,而DAR值的增加会导致药物暴露量增高。linker技术的进步降低了对payload效力的限制,使得中等效力的payload——拓扑异构酶1(topo-1)抑制剂进入ADC制药领域。自2019年以来,两种基于拓扑异构酶1的高偶联(DAR=8)ADC获得批准,即德曲妥珠单抗(Enhertu®)和戈沙妥珠单抗(Trodelvy®)[9,13]

细胞毒性payload与mAb连接的连接子是影响ADC治疗指数和药代动力学(PK)的另一个关键因素,因为它决定了payload的血浆稳定性和释放特性[7,11,14,15]。大多数ADC药物包含可裂解的和不可裂解两种类型的连接子。虽然在临床前和临床研究中都被证实是安全的,但目前在ADC领域可裂解的连接子占据主导地位。针对可裂解的连接子,由于它的细胞外裂解特点,在产生肿瘤杀伤作用的同时,也存在对正常组织细胞的破坏,因此,在临床开发中需要注意这类ADC药物可能产生的脱靶效应。

5、耐药性及安全性

已获批以及临床在研的ADC药物中已经获得临床有效性数据,但仍存在不良事件(AE)、肿瘤穿透力不足、复杂PK和耐药性等问题。

已批准上市的ADC药物最常见的剂量限制性血液毒性是血小板减少症和中性粒细胞减少症[8,16,17],主要是因脱靶所致。可能是Fc受体表达细胞(如血小板)的非特异性摄取,或通过胞吞过程,或由于不稳定的连接子导致payload过早释放到循环系统所致。

ADC发展的另一个问题是耐药性[7,16,18,19]。根据已有的临床前数据,ADC药物导致的耐药要比其他靶向药物(例如酪氨酸激酶抑制剂)耐药机制更复杂,可能是因为ADC这类药物机制的复杂性所致。产生ADC耐药的可能原因:

1)长期暴露于ADC后,抗原表达下降;

2)细胞内信号通路的改变;

3)对payload耐药。

综上可见,尽管ADC药物的出现是一个重大进步,但仍有需要改进和优化的问题,比如如何设计和组合ADC的各个部分以获得最佳抗肿瘤效果。关于体内效应和代谢过程、靶标选择、药物结构、识别位点和连接子类型等,任何变化都可能导致药物疗效、毒性、药代动力学和精准释放的显著差异。所有这些因素都对CMC、临床前研究和随后的临床试验构成了严重挑战。因此,抗体设计、linker技术、payload和连接过程,以及各种生物技术和制药公司的技术平台,已成为ADC药物开发的主要决定因素。


四、ADC临床开发的差异化

对于竞争日趋激烈的ADC赛道,结合临床未被满足的需求,在做好ADC药物设计的基础上,从临床前和临床开发有机结合的角度,做好ADC产品的差异化开发,显得尤为重要。

在基于临床需求所做的靶点设计所涵盖的适应症范围内,结合已上市的ADC产品以及所涉及疾病的诊疗现状及开发格局,差异化的选择合适的适应症,可能为在研的ADC产品找到突破点,找寻后来者居上的机会。

在基于ADC药物设计的基础上,结合payload的特点,尤其是针对现有产品或者竞品的耐药问题提出合理的差异化解决方案,可以使ADC药物治疗后耐药的患者从新的ADC药物治疗中获益。可能会将获批ADC药物所覆盖的适应症领域转变为新药的适应症领域,增加在研ADC的临床应用可能性。

已获批的ADC药物多为单药治疗,但是目前临床研究中除了单药治疗还有联合治疗,尤其是根据ADC药物和其他药物的作用机制来开发联合抗肿瘤治疗。目前联合治疗的临床研究数量已经超过ADC单药治疗的研究数量。当获得新型ADC药物单药治疗的有效性数据后,开展联合治疗时,设计好差异化的联合治疗方案,可以为ADC药物全线抗肿瘤治疗提供更多机会。


  五、ADC药物的未来展望

目标坚定,一路生花。ADC药物的开发及产品的逐步上市,开启了万物皆可偶联的创新药物研发新时代。作为靶向治疗产品中“自带导航且携带杀伤性武器”的“magic bullet”,期待ADC继续优化,为更多的肿瘤患者带来获益。


   参考文献  

1. Strebhardt K, Ullrich A. Paul Ehrlich's magic bullet concept: 100 years of progress. Nat Rev Cancer. 2008;8(6):473-480. doi:10.1038/nrc2394.

2. Metrangolo, Virginia, and Lars H Engelholm. “Antibody-Drug Conjugates: The Dynamic Evolution from Conventional to Next-Generation Constructs.” Cancers. vol. 16,2 447. 20 Jan. 2024, doi:10.3390/cancers16020447.

3. Staudacher, A.H.; Brown, M.P. Antibody drug conjugates and bystander killing: Is antigen-dependent internalisation required? Br. J. Cancer 2017, 117, 1736–1742.

4. Ashman, N.; Bargh, J.D.; Spring, D.R. Non-internalising antibody-drug conjugates. Chem. Soc. Rev. 2022, 51, 9182–9202.

5. Dal Corso, A.; Gébleux, R.; Murer, P.; Soltermann, A.; Neri, D. A non-internalizing antibody-drug conjugate based on an anthracycline payload displays potent therapeutic activity in vivo. J. Control Release 2017, 264, 211–218.

6. Cazzamalli, S.; Corso, A.D.; Neri, D. Linker stability influences the anti-tumor activity of acetazolamide-drug conjugates for the therapy of renal cell carcinoma. J. Control Release 2017, 246, 39–7. Fu, Z.; Li, S.; Han, S.; Shi, C.; Zhang, Y. Antibody drug conjugate: The "biological missile" for targeted cancer therapy. Signal Transduct. Target. Ther. 2022, 7, 93.

8. Esapa, B.; Jiang, J.; Cheung, A.; Chenoweth, A.; Thurston, D.E.; Karagiannis, S.N. Target Antigen Attributes and Their Contributions to Clinically Approved Antibody-Drug Conjugates (ADCs) in Haematopoietic and Solid Cancers. Cancers 2023, 15, 1845.

9. Conilh, L.; Sadilkova, L.; Viricel, W.; Dumontet, C. Payload diversification: A key step in the development of antibody–drug conjugates. J. Hematol. Oncol. 2023, 16, 3.

10. Ruan, Dan-Yun et al. “Development of antibody-drug conjugates in cancer: Overview and prospects.” Cancer communications (London, England) vol. 44,1 (2024): 3-22. doi:10.1002/cac2.12517.

11. Baah, S.; Laws, M.; Rahman, K.M. Antibody-Drug Conjugates-A Tutorial Review. Molecules 2021, 26, 2943.

12. Conilh, L.; Sadilkova, L.; Viricel, W.; Dumontet, C. Payload diversification: A key step in the development of antibody–drug conjugates. J. Hematol. Oncol. 2023, 16, 3.

13. Wang, Z.; Li, H.; Gou, L.; Li, W.; Wang, Y. Antibody–drug conjugates: Recent advances in payloads. Acta Pharm. Sin. B 2023, 13, 4025–4059.

14. Gogia, P.; Ashraf, H.; Bhasin, S.; Xu, Y. Antibody-Drug Conjugates: A Review of Approved Drugs and Their Clinical Level of Evidence. Cancers 2023, 15, 3886.

15. Sheyi, R.; de la Torre, B.G.; Albericio, F. Linkers: An Assurance for Controlled Delivery of Antibody-Drug Conjugate. Pharmaceutics 2022, 14, 396.

16. Drago, J.Z.; Modi, S.; Chandarlapaty, S. Unlocking the potential of antibody–drug conjugates for cancer therapy. Nat. Rev. Clin. Oncol. 2021, 18, 327–344.

17. D’Arienzo, A.; Verrazzo, A.; Pagliuca, M.; Napolitano, F.; Parola, S.; Viggiani, M.; Caputo, R.; Puglisi, F.; Giuliano, M.; Del Mastro, L.; et al. Toxicity profile of antibody-drug conjugates in breast cancer: Practical considerations. EClinicalMedicine 2023, 62, 102113.

18. Joubert, N.; Beck, A.; Dumontet, C.; Denevault-Sabourin, C. Antibody-Drug Conjugates: The Last Decade. Pharmaceuticals 2020, 13, 245.

19. Abelman, R.O.; Wu, B.; Spring, L.M.; Ellisen, L.W.; Bardia, A. Mechanisms of Resistance to Antibody-Drug Conjugates. Cancers 2023, 15, 1278.

我们如何帮您呢?凯莱英临床(凯诺)专业团队为您尽快提供服务