Cancer Discovery综述丨抗体偶联药物（ADC）的历程：40年发展的经验教训

撰文丨菠萝西瓜

抗体偶联药物（ADC） 是肿瘤学领域发展最快的治疗方法之一，FDA已批准11种ADC上市，目前正在临床试验中的ADC超过210种。40多年来，ADC临床开发加深了人们对此类治疗药物多方面作用机制的理解。

近日，来自美国Dana-Farber Cancer Institute的Paolo Tarantino教授和加拿大Zymeworks公司的Raffaele Colombo博士联合在Cancer Discovery杂志上发表综述文章The Journey of Antibody-Drug Conjugates: Lessons Learned from 40 Years of Development。在本文中，主要讨论了有关ADC的毒性、功效、稳定性、分布和命运的关键见解。此外，还强调了与其临床优化、合理用药顺序策略的开发以及预测性生物标志物的识别相关的持续挑战。

近一个世纪以来，全身性癌症治疗依赖于化学疗法，即能够抑制细胞有丝分裂并诱导细胞死亡的分子。抗代谢物、烷化剂、蒽环类药物、抗微管和多种其他细胞毒素构成了治疗武器库，它们延长了癌症患者的生存期并提高了治愈率。然而，这些药物的毒性和反应之间的治疗窗口很窄，限制了可以安全给药剂量的抗肿瘤功效。其副作用主要包括脱发、中性粒细胞减少、恶心、呕吐和腹泻，这反映了它们的作用机制，并与它们对快速分裂细胞 （如毛囊、骨髓和胃肠道） 的影响有关。20世纪70年代末，对更有效、更耐受的化疗的追求以及抗体制造技术的进步促成了ADC的临床试验，该技术旨在将单克隆抗体的肿瘤靶向性与其有效载荷药物的细胞毒性结合起来。ADC可以增加药物的最大耐受剂量，同时降低其最低有效剂量的想法变得广为流传。

近40年来，ADC代表了发展最快的抗癌治疗方法之一。目前已有370多种新型ADC进入临床（图1）；迄今为止，FDA已批准11种ADC上市。ADC在临床上对实体和血液系统恶性肿瘤的治疗成功正促使其前所未有的扩张，目前有多种ADC正在III期试验中进行测试，作为单一疗法或各种组合，还有更多新型ADC进入药物开发的早期阶段。然而，重大挑战已经出现，从迄今为止超过150种ADC的临床停用可以看出（图1）。尽管ADC被设计为具有肿瘤选择性，但它的毒性既与化疗相似，又与化疗不同。显著且通常剂量受限的毒性主要与药物连接子有关，而不是与抗体或靶标有关。此外，由于大多数ADC目前使用具有相同作用机制的有效载荷 （即微管抑制剂、拓扑异构酶I抑制剂（TOPO1i）和DNA作用剂） ，人们担心具有类似有效载荷的ADC之间存在交叉耐药性，这可能会限制ADC的顺序使用。最后，预测它们的活性已被证明非常复杂，对于几种ADC来说，更高的疗效与更高的靶标表达有明显的相关性。然而，其他临床试验的亚组分析未能发现靶标表达与疗效之间的明确关系。在这里，本文将深入回顾ADC的作用机制、其在癌症治疗中的当前和预期临床作用，以及应对常见ADC挑战以改善其发展的策略。

图1 ADC研发现状

ADC的作用机制

自20世纪80年代以来，包括ADC在内的抗体疗法被誉为“魔法子弹”，该药物就像一颗“魔法子弹”，可以毫无差错地击中目标，并且不会造成附带损害。ADC有时被定义为“生物导弹”、“特洛伊木马”和“智能化疗”，每个定义都强调了其治疗潜力的不同方面。然而，随着我们对这类疗法的了解不断加深，这种观点越来越被认为过于理想化。“魔法子弹”的叙述助长了这样一种观点：ADC只会将细胞毒性药物输送到肿瘤细胞，而不会影响正常细胞，有时，这种误解阻碍了ADC的发展。例如，几十年来，ADC的主要趋势之一是“追求效力”，专注于体外效力亚纳摩尔至皮摩尔的新型有效载荷，特别是在细胞毒性太大而无法开发为小分子化疗药物的药物背景下。另一方面，使用效力不足的有效载荷，如甲氨蝶呤、乙酰美法仑、多西他赛、阿霉素、长春花生物碱等，对ADC的发展构成了重大挑战。在此期间，该领域还面临着连接子和抗体不理想的问题。随着时间的推移，对提高效力的重视可能已经过度，导致ADC具有超强的负载，导致在低于有效剂量的情况下产生难以控制的毒性。目前，人们越来越重视将负载的作用机制、效力和特性与抗体靶标和特定适应症相匹配。

ADC也受到ADC剂量不理想时毒性的影响，部分 （但不完全） 与负载在循环中的自发释放和长时间暴露有关。因此，人们付出了大量努力来稳定抗体和负载之间的联系，以避免过早释放药物并提高ADC选择性。尽管连接子技术的进步促进了当前ADC的成功，但专注于更稳定的连接子也面临一些缺点，包括意外的毒性，这些毒性在稳定性较差的ADC中没有观察到或不明显，这可能是由于正常组织对抗体偶联药物的暴露增加而引起的。最后，ADC的主要分布源于正常组织摄取，这是“魔法子弹”概念所低估的一个因素。尽管很复杂，但ADC代表了最有效的化疗药物之一。深入了解其细微机制并应对新出现的挑战有望促进并维持不断发展的ADC领域的进步。

ADC的最大耐受剂量

从其最初的原理来看，ADC通常被认为通过选择性地将有效载荷递送至肿瘤来增加最大耐受剂量 （MTD） 并降低其有效载荷的最低有效剂量，临床前数据通常支持这一概念。在患有肿瘤的小鼠中，ADC始终表现出比未结合有效载荷的药物更好的疗效，并且某些ADC在毒理学研究中表现出比其未结合药物更好的耐受性。然而，临床观察结果与临床前模型并不一致，表明ADC不会显著增加常规化疗的MTD。为了使用熟悉的单位 （即mg/kg） 将ADC剂量转换为有效载荷剂量，与ADC结合的有效载荷的标准化细胞毒素含量计算如下：有效载荷剂量=ADC剂量×DAR×MW有效载荷/MWADC，其中DAR是药物与抗体的比例，MW是分子量。因此，ADC标准化的细胞毒素含量反映了总细胞毒性有效载荷剂量，其中同时考虑了ADC DAR和抗体剂量。将ADC MTD、推荐的II期剂量、最大给药剂量或剂量扩展剂量转换为每千克细胞毒素含量的毫克数 （即按结合有效载荷量标准化的ADC剂量） 表明ADC具有与达到临床开发的相关未结合药物相似的MTD。

ADC与相关小分子化疗的疗效比较

在临床上，当剂量达到或接近其MTD时，多种ADC已证明比相关小分子化疗具有更好的疗效，这一点从有ADC和小分子数据的交叉试验比较中可以看出。更引人注目的是，某些ADC对以前对相关小分子化疗没有显著或有意义的反应率的肿瘤类型的患者表现出疗效。到目前为止，还没有头对头随机试验比较ADC与其作为小分子化疗药物直接给药的有效载荷。最接近的例子是DESTINY-Gastric01随机II期试验，其中接受携带TOPO1i有效载荷DXd的曲妥珠单抗德鲁替康 （T-DXd） 治疗的患者的总反应率 （ORR） 为42%，而接受医生选择的化疗的患者的总反应率仅为12%。其中超过90%的患者接受了医生选择的伊立替康 （SN38前药） 。与DXd一样，SN38是一种喜树碱衍生物，尽管它们具有显着的结构差异。

ADC关键成分及其作用机制

稳定性

循环中的连接子不稳定性 （也称为过早释放有效载荷） 通常被认为是限制ADC治疗的重要因素。连接子稳定技术在改善治疗窗口的策略中占有突出地位。显然，如果药物未附着在ADC上，则抗体无法将其直接递送到肿瘤细胞中。此外，未结合的药物会导致全身毒性。然而，这种观点过于简单，忽略了ADC在正常组织中的分布，其中只有一小部分注射剂量到达肿瘤部位。

连接子的类型

传统的ADC作用机制包括靶标结合、内化和分解代谢，释放出一种在细胞内发挥作用的药物。设计用于释放未修饰药物的连接子被指定为可裂解的，而那些需要ADC完全分解代谢才能释放修饰的有效载荷的连接子则被认为是不可裂解的。大多数有效载荷在结构修饰时会失去活性，因此人们更加关注前一种策略。可裂解的连接子通常根据用于释放有效载荷的分解代谢途径 （蛋白水解、还原、pH、糖苷水解酶等） 进行划分。目前，除trastuzumab emtansine外，所有FDA批准的ADC都具有可裂解的连接子。

不稳定性类型

连接子不稳定性可细分为连接子-药物不稳定性，其中药物在到达其预期代谢位点之前随时间释放，以及抗体-连接子不稳定性，其中整个连接子-药物从抗体中释放出来。大多数可裂解连接子都存在一定程度的连接子-药物不稳定性，因为它们是为通过化学或酶刺激释放药物而设计的，但循环中的裂解程度各不相同。抗体-连接子不稳定性取决于所用的结合化学。例如，通过酰胺键与赖氨酸结合非常稳定，而马来酰亚胺与半胱氨酸残基结合则具有不同的稳定性。

稳定ADC

从理论上讲，改善抗体-连接子和连接子-药物在循环中的稳定性可以减少未结合药物的量、限制毒性并提高疗效。然而，这种ADC治疗的观点忽略了两个重要点。首先，未结合的游离药物可以达到药理学相关的血液水平，并可能显著有助于抗肿瘤作用。其次，稳定化可能会增加健康组织对结合药物 （即ADC） 的暴露。如果每个抗体携带更多的有效载荷 （如具有稳定连接子的ADC） ，则ADC的组织分布和代谢位点非常重要，特别是因为注射的ADC剂量大部分是在正常组织中代谢的，而不是在肿瘤部位。ADC的处置不仅受稳定性的支配；然而，根据ADC代谢的首选位点，稳定化可能导致向特定器官输送更多的有效载荷。

ADC的命运

ADC的复杂结构和分解代谢使我们对有效载荷递送的理解变得复杂。随着时间的推移，DAR、结合和未结合抗体、白蛋白结合物、未结合有效载荷和有效载荷代谢物都具有高度动态性。ADC的处置主要通过代谢过程进行，与小分子疗法常见的直接排泄途径形成对比。然后，释放的有效载荷和/或有效载荷代谢物又通过典型的小分子途径消除。与所有其他基于抗体的疗法一样，ADC主要分布在正常组织中，导致主要的肿瘤外摄取和清除。对于在正常组织中广泛表达的某些靶点，靶向非肿瘤摄取 （除非特异性摄取外） 有助于ADC分布。靶向 （肿瘤内和肿瘤外 ）和脱靶ADC分解代谢在组织中产生游离有效载荷和/或有效载荷代谢物 （包括肿瘤中的一小部分） ，然后在循环中重新分布（图2）。

图2 ADC在人体内的利用

用于治疗实体瘤的ADC临床开发

按照传统的药物开发模式，ADC最初在晚期、接受过大量治疗的肿瘤患者中进行了测试，与SOC相比，其结果通常有显著改善。例如，T-DM1是第一个在接受过HER2阳性治疗的转移性乳腺癌患者中表现出总生存期 （OS） 改善的ADC。与小分子化疗相比，SG可使接受过大量治疗的三阴性乳腺癌患者的OS翻倍，并改善激素受体阳性 （HR+） 疾病患者的OS。SG在接受过治疗的转移性尿路上皮癌中表现出活性，但验证性3期研究未达到其在意向治疗人群中OS获益的主要终点。在SACI-IO HR+的II期研究中，与单独使用SG相比，SG与派姆单抗联合治疗在HR+、HER2-转移性乳腺癌患者中未显示出无进展生存期 （PFS） 的统计学显著改善。另一种TROP2 ADC sacituzumab tirumotecan使用与SG相同的抗体、类似的pH不稳定连接体，但TOPO1i有效载荷不同 （KL610023，一种贝洛替康衍生物） ，与医生选择的化疗 （艾日布林、长春瑞滨、卡培他滨或吉西他滨） 相比，在接受过治疗的转移性TNBC患者中显示出更好的PFS和OS。

ADC在临床开发和利用方面的挑战

尽管已经取得了巨大成功，但ADC的临床开发在过去几十年中也面临着重大挑战。一个关键挑战是毒性特征，如前所述，其特征通常与传统化疗相似。第二个挑战涉及按顺序使用ADC，这仍然存在争议，因为抗体或有效载荷靶标的改变可能会产生交叉耐药性。最后，识别ADC的预测性生物标志物已被证明很困难，目前批准的几种ADC都没有伴随生物标志物。

ADC的毒性

ADC已实现改善化疗抗肿瘤活性的目标；然而，在大多数情况下，与非结合化疗相比，它们尚未实现提高抗癌治疗安全性的目标。事实上，大多数ADC的毒性与非结合化疗相当或更差，分析结果显示，ADC的治疗相关不良事件总体发生率超过90%，其中46%为3级或更高。如上所述，ADC的高脱靶毒性率至少部分与这些化合物的药理学有关，这些化合物主要由正常组织代谢。与任何其他肿瘤药物一样，在ADC的耐受剂量和有效剂量之间找到适当的平衡一直是一项挑战。目前正在部署多种策略来改善ADC毒性特征，包括优化剂量和时间表、开发毒性生物标志物、实施远程监控以及早期识别某些毒性的教育。ADC工程方法 （包 括位点特异性结合、稳定连接子和/或抗体掩蔽技术） 也已用于尝试降低副作用的发生率和严重程度并增加ADC肿瘤特异性和摄取。到目前为止，这些工程解决方案尚未在临床上显示出显著的改进，ADC的开发仍然主要是经验性的。

ADC的顺序给药

ADC可实现的相关抗肿瘤活性的观察推动了这些化合物用于治疗所有癌症类型的快速发展。随着众多ADC即将进入临床，一个关键问题是，当在患者体内连续使用时，交叉耐药性是否会妨碍其活性。目前，三种ADC已获得FDA批准用于治疗乳腺癌：T-DM1、T-DXd和SG。T-DM1和T-DXd共享完全相同的针对HER2的抗体，但不同的有效载荷、连接子和DAR。此外，T-DXd和SG具有不同的抗体和连接子，但具有相同的有效载荷TOPO1i作用机制。近年来进行的几项前瞻性和回顾性研究可以推断出T-DM1、T-DXd和SG之间重叠特征 （相同抗体靶标或相同有效载荷作用机制） 的含义。两种ADC共用HER2靶标但作用机制不同，其顺序使用大多不会产生显著的交叉耐药性。而转化乳腺癌研究联盟正在开展一项前瞻性注册和三项II期临床试验，试图前瞻性地回答具有相似有效载荷的ADC排序的重要问题。确认这些ADC之间存在显著的交叉耐药性将加强对有效载荷进行区分的必要性。事实上，尽管有200多种新型ADC正在开发中，但大多数仍然依赖于三种作用机制来发挥其有效载荷：微管抑制、TOPO1抑制和DNA烷基化。将有效载荷管道扩展到其他细胞毒性类别预计会对这些化合物的活性产生积极影响，尽管毒性特征可能有所不同，但在未来的ADC开发中仍应考虑这一点。

ADC的预测性生物标志物

ADC领域的第三个关键挑战是识别能够有效预测ADC活性和毒性的生物标志物。理论上，考虑到ADC的靶向作用机制，人们会预期抗体靶标在肿瘤细胞上的表达越高，化合物的活性就越高。事实上，某些ADC在靶标表达高的患者中表现出优异的疗效，如ORR、PFS和OS所示。这适用于仅获批用于HER2阳性乳腺癌患者的T-DM1或仅获批用于叶酸受体α表达高的铂耐药卵巢癌患者的mirvetuximab soravtansine。与HER2水平较低的患者相比，T-DXd对HER2阳性 （IHC 3+或IHC 2+/FISH+） 患者的疗效有所改善，但HER2水平较低甚至极低的患者也观察到了显著的益处。然而，对于大多数ADC，缓解率与靶标表达之间没有明确的相关性。例如，SG （TROP2 ADC） 用于转移性TNBC、HR+/HER2−乳腺癌、子宫内膜癌和尿路上皮癌；tisotumab vedotin （组织因子ADC） 用于宫颈癌；enfortumab vedotin （nectin-4 ADC） 用于尿路上皮癌、HR+/HER2−乳腺癌和TNBC；brentuximab vedotin （CD30 ADC） 用于T细胞和B细胞非霍奇金淋巴瘤；polatuzumab vedotin （CD79b ADC） 用于弥漫性大B细胞淋巴瘤；和B细胞非霍奇金淋巴瘤中的loncastuximab tesirine （CD19 ADC） 。因此，大多数这些ADC无需事先测试相应的抗原表达即可获得批准。

下一个站点

目前肿瘤导向ADC的批准速度清楚地表明，这项技术正在经历前所未有的扩张。2000年，第一个ADC获得批准，经过了约20年的研究，第二个ADC获得批准又花了10多年时间。相比之下，仅在过去5年内就有8种新型ADC获得批准。对ADC技术的兴趣、研究、资金和信心的扩大，推动了目前处于I期测试的200多种新ADC的引入，并启动了多个III期注册试验，预计未来几年将有更多ADC获得批准。这种扩展与ADC组合的成熟相吻合，其中最突出的是包括免疫检查点抑制剂 （ICI） 和ADC的组合：一种ADC/ICI组合已获批用于转移性尿路上皮癌的一线治疗，多种此类组合已显示出令人鼓舞的早期数据。因此，设想ADC在肿瘤学中的未来将涉及既定主题的进一步进展：更多携带TOPO1i、微管抑制剂和DNA损伤剂的ADC；在未探索的适应症中测试已获批准的ADC；以及评估与ICI和其他抗癌药物的组合。

结论

四十年的临床发展已将ADC从一种假设的治疗方式转变为一种成熟且快速扩展的治疗各种癌症的策略。除了帮助实现这类药物的巨大潜力之外，过去四十年一直是揭示ADC作用机制复杂性的关键，而这种机制仍然只是部分被理解。在这种情况下，焦点已逐渐从到达肿瘤的1%结合物转移到到达身体其他部位的99%。更好地了解注射ADC的这一大成分如何导致毒性和抗癌活性，有望为下一代ADC的开发提供信息，包括那些具有成熟和/或创新形式的ADC。能够选择性杀死肿瘤细胞同时不伤害正常细胞的药物的“魔力子弹”概念仍然是最终目标：为了实现这一目标，必须接受该领域的失败和成功，并继续努力在ADC的每个复杂而迷人的药理学特征中寻求适当的平衡。

https://doi.org/10.1158/2159-8290.CD-24-0708

制版人：十一

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