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01 引言
ADCs现在是肿瘤学中增长最快的药物类别之一，因为它们结合了单克隆抗体和小分子药物的最佳特性，创造了一个高度特异性和细胞毒性的单一实体。这些治疗实体被认为是癌症治疗的“制导导弹”，由三个关键要素组成：一种选择性地结合肿瘤细胞表面抗原的单克隆抗体，一种细胞毒性药物有效载荷，以及一个可切割或不可切割的连接子。
这些组成部分中的每一个在ADCs之间都可能存在很大差异，导致整体结构具有巨大的多样性，进而影响ADC的药理和临床特性。ADCs被设计为将毒性有效载荷选择性地递送到表达靶抗原的细胞。因此，可以优先在肿瘤与非恶性细胞中表达的靶抗原可以被利用以获得更大的治疗窗口，并减少与系统性给予传统化疗药物相关的脱靶效应风险 。ADCs的出现因此引发了化疗有效载荷的复兴，这些有效载荷由于其极强的效力和随之而来的毒性特征而无法进行系统性给药 。
许多ADCs已显示出对难治性癌症的令人印象深刻的活性，导致它们被批准用于血液系统恶性肿瘤和实体瘤适应症。在这里，我们对FDA批准的一些ADC做简要的概述。
02 一、Mylotarg
来自惠氏/辉瑞的Mylotarg®（gemtuzumab ozogamicin）是首个进入市场的ADC。它由重组人源化抗CD33 mAb（IgG4κ抗体 hP67.6）通过pH敏感的腙连接子共价连接到卡奇霉素衍生的有效载荷（N-乙酰-γ-卡奇霉素 1,2-二甲基肼二氯化物）组成 。
突显ADC疗法起步艰难的是，Mylotarg®在2000年获得了针对复发性CD33+急性髓系白血病（AML）的加速批准，但在2010年自愿从市场撤出，因为批准后研究未能证实生存获益，并且显示出比单独化疗更高的致命毒性发生率 。尽管如此，Mylotarg®于2017年由FDA重新批准，采用了替代的给药方案（之前为单次给药9 mg/m²）为三次给药3 mg/m²，并引入了不同的患者群体 。这些变化降低了最大血浆浓度，从而改善了作为单药治疗或联合方案时的安全性和反应率。
Mylotarg®的抗肿瘤活性源于半合成的有效载荷，一种卡奇霉素衍生物（N-乙酰-γ-卡奇霉素 1,2-二甲基肼二氯化物），通过微生物发酵然后进行合成修饰生产。该有效载荷由四个糖苷单元、一个完全取代的碘苯甲酸酯部分和一个苷元组成。高度反应性的hex-3-ene-1,5-diyne亚单元可以很容易地通过Bergman环化反应触发芳构化，生成苯-1,4-双自由基 。这种芳构化过程产生一个双自由基，可以从DNA骨架上夺取两个氢原子，导致不可修复的双链（ds）DNA断裂，随后是细胞周期停滞和凋亡性细胞死亡。
成功构建ADC的一个关键特征是与mAb的连接子-有效载荷的偶联化学。在Mylotarg®中，双功能的4-(4-乙酰苯氧基)丁酸部分通过酰胺键连接到mAb的表面暴露赖氨酸残基，连接子与有效载荷形成酰基腙连接。Mylotarg®被认为是第一代ADC，因为它利用N-羟基琥珀酰亚胺化学将卡奇霉素偶联到抗体表面暴露的赖氨酸残基，产生具有不同药物-抗体比率（DARs）的异质混合物 。每个mAb上连接的卡奇霉素衍生物数量从零到六不等，平均药物负载为每个抗体2到3个卡奇霉素分子。
酸可切割的腙连接子被设计为在循环期间遇到的中性pH条件下稳定，然而，在CD33+靶细胞内的溶酶体酸性环境（pH -4.5–5.0）下很容易发生水解。二甲基二硫部分保留了卡奇霉素的天然二硫键触发机制，而甲基取代基增加的位阻保护了二硫键在循环期间不被还原。
与所有人源化抗体一样，互补决定区（CDR）移植被用于Mylotarg®中使用的抗CD33鼠源抗体hP67.6的人源化 。所得抗体是一种基因工程化的IgG4κ抗体，包含源自鼠源抗体的序列，但与人类自然产生的抗体变体具有更高的相似性。虽然IgG4抗体同种型在所有同种型中具有最长的循环半衰期，但它最不可能参与免疫介导的机制，例如补体固定和抗体依赖性细胞介导的细胞毒性（ADCC）。尽管抗体效应功能，如ADCC、补体依赖性细胞毒性和抗体依赖性细胞吞噬作用（ADCP），有可能增强抗肿瘤活性，但参与Fcγ受体也可能导致脱靶和剂量限制性毒性增加 。因此，几款下一代ADCs已经利用抗体工程来增强或削弱免疫效应功能。
证明失败或许只是迈向成功的一步，这款第一代ADC的缺陷和局限性为未来ADC研究的改进提供了几个关键教训。
03二、Adcetris
来自Seagen（前Seattle Genetics）的Adcetris®（brentuximab vedotin），包含与单甲基奥瑞他汀E（MMAE）偶联的CD30特异性mAb，于2011年获得FDA批准，成为第二个进入肿瘤市场的ADC 。它在美国、欧洲和日本被批准用于霍奇金淋巴瘤（HL）和系统性间变性大细胞淋巴瘤（sALCL）。
Adcetris®的抗癌活性源于MMAE与微管蛋白的结合。这破坏了细胞内的微管网络，随后诱导细胞周期停滞和凋亡性细胞死亡 。此外，可能由于IgG1抗体同种型，体外数据提供了ADCP抗肿瘤活性的证据。从第一代ADCs中，我们了解到大约0.1%的注射ADC剂量到达靶肿瘤部位，因此需要增加细胞毒性剂的效力和/或DAR以改善治疗活性。Adcetris®通过采用更具细胞毒性的有效载荷MMAE（一种微管蛋白靶向剂，属于奥瑞他汀家族药物有效载荷，对多种癌症类型的细胞毒性在低纳摩尔至亚纳摩尔范围内）解决了这两个要求。此外，与DAR为2至3的Mylotarg®相比，Adcetris®每个抗体分子上大约连接了四个MMAE分子 。
Mylotarg®中酸可切割的腙连接子导致的药物过早释放的缺陷在第二代ADC Adcetris®中通过使用蛋白酶可切割的“mc-vc-PABC-MMAE”连接子-药物组合得到了解决。这种连接子构建体利用了硫醇反应性的马来酰亚胺己酰（mc）间隔基、缬氨酸-瓜氨酸（vc）二肽和可自分解的对氨基苄氧羰基（PABC）间隔基。mc间隔基被用于与mAb的半胱氨酸残基偶联，PABC间隔基允许连接子连接到MMAE的仲胺上。由于有效载荷的位阻，PABC间隔基还促进酶接近，使vc基团能够被组织蛋白酶B识别。组织蛋白酶B是一种半胱氨酸蛋白酶，在健康哺乳动物中几乎只存在于溶酶体区室，并在多种癌症类型中过度表达。它负责切割瓜氨酸-PABC酰胺键。蛋白水解切割后，所得的PABC取代的MMAE形成一个不稳定的中间体，该中间体自发进行1,6-消除反应，失去p-亚氨基醌甲基化物和二氧化碳，释放出游离药物。
与使用IgG4抗体的Mylotarg®相比，Adcetris®中使用的IgG亚类是IgG1。这是ADCs最常见的亚类，因为虽然它们具有与IgG4相似的血清半衰期，但它们具有更强的补体固定和FcγR结合效率。
尽管Mylotarg®利用mAb上的赖氨酸残基进行连接子-有效载荷偶联，但Adcetris®采用基于半胱氨酸的偶联。由于可用的半胱氨酸偶联位点数量有限以及硫醇的独特反应性，这种方法能够改善ADC物种的均一性和更可控的药物负载。半胱氨酸偶联依赖于部分或完全还原四个链间二硫键以产生平均数量（例如，二、四、六或八）的游离亲核硫醇，同时保持链内二硫键完整。链间二硫键通常对结构稳定性不关键且具有更高的溶剂可及性，使其成为理想的目标。它们通常在偶联前使用试剂如三(2-羧乙基)膦（TCEP）、二硫苏糖醇（DTT）或2-巯基乙胺（2-MEA）进行还原 。一旦生成游离硫醇，它们就可以与具有合适亲电基团的连接子-有效载荷复合物反应。马来酰亚胺化学一直是与半胱氨酸连接的主要方法，所有含奥瑞他汀的ADCs都使用马来酰亚胺己酰（mc）连接到抗体 。
虽然比赖氨酸偶联有所改进，但这种方法仍然产生异质的ADC物种混合物，这可能对药代动力学、耐受性和疗效等参数产生负面影响。
04 三、Kadcyla
2013年，由Genentech/Roche开发和销售的Kadcyla®（ado-trastuzumab emtansine）通过成为首个被批准用于实体瘤治疗的ADC，彻底改变了ADC领域。它被指定为HER2+早期乳腺癌患者在接受曲妥珠单抗（Herceptin®）和紫杉醇（单独或联合）后作为辅助（手术后）治疗 。
这一批准标志着ADC开发的一个里程碑成就，因为之前使用此类疗法有效治疗实体瘤构成了一个巨大的挑战。首先，在Kadcyla®之前，用ADCs治疗实体瘤效果不佳，原因是肿瘤微环境中的众多生物屏障（例如，血管化不良、通过致密基质的扩散、克服肿瘤间质液压力）限制了药物渗透。其次，与血液系统恶性肿瘤不同，谱系特异性抗原表达的概念不适用于实体瘤，对于实体瘤，表达的抗原主要是“肿瘤相关”而非“肿瘤特异性” 。这意味着既存在靶上/脱瘤毒性，也减少了肿瘤内药物递送。Kadcyla®由人源化抗HER2 IgG1抗体曲妥珠单抗与抗有丝分裂剂DM1连接组成 。DM1是一种强效的美登素衍生物，属于美登木素生物碱家族天然产物。虽然由于缺乏反应性官能团，美登素难以偶联，但DM1包含一个硫代丙酰基，而不是天然的N-乙酰基，允许通过不可还原的硫醚连接子，马来酰亚胺甲基环己烷-1-羧酸酯（MCC）进行赖氨酸-抗体偶联 。
与前两款提到的FDA批准的ADCs相比，Kadcyla®由一个不可切割的硫醚连接子组成。不可切割的连接子往往比可切割的连接子更稳定，但它们依赖于整个抗体-连接子构建体的溶酶体降解来释放有效载荷。这通常导致在有效载荷上保留带电氨基酸，这可能影响其作用或细胞渗透性。在人血浆中，已检测到Kadcyla®的代谢产物MCC-DM1、赖氨酸结合的恩坦辛（Lys-MCC-DM1）和DM1水平较低。Kadcyla®的细胞毒性作用源于含DM1的代谢产物（主要是Lys-MCC-DM1）与微管蛋白结合，从而破坏微管网络，在亚纳摩尔浓度下诱导细胞周期停滞和凋亡性细胞死亡 。此外，体外研究表明Kadcyla®介导ADCC。
毫无疑问，Kadcyla®在2013年获批是瑞士制药商罗氏的一大胜利。2019年，年销售额超过10亿美元，使Kadcyla®成为首个达到重磅炸弹地位的ADC 。
05 四、Besponsa
Besponsa®（inotuzumab ozogamicin (Pfizer/Wyeth)）于2017年获得FDA批准，用于靶向CD22+ B细胞急性淋巴细胞白血病（B-ALL）。它基于与Mylotarg®类似的ADC平台。Besponsa®中使用的重组人源化单克隆IgG4抗体（G544）对成熟B-ALL患者和>90%的前体B-ALL患者B细胞上表达的CD22具有选择性。此外，临床前研究表明，Besponsa®可以耐受约6的更高DAR（对比Mylotarg®的2-3），而不会发生显著聚集 。
06 五、Polivy和Padcev
Polivy®（polatuzumab vedotin-piiq）和Padcev®（enfortumab vedotin-ejfv）都拥有与Adcetris®相同的mc-vc-PABC-MMAE连接子-x药物构建体。这两款ADC均于2019年获得FDA批准。
Polivy®是一种抗CD79b ADC，由Genentech/Roche使用Seagen开发的专有技术开发 。它与苯达莫司汀和利妥昔单抗联合用于治疗至少接受过两种先前疗法的复发或难治性弥漫性大B细胞淋巴瘤（DLBCL，一种侵袭性非霍奇金淋巴瘤）成人患者 。该适应症基于完全缓解率获得了加速批准。Polivy®每个抗体上大约连接了3.5个MMAE分子 。
Padcev®由Astellas Pharma Inc.和Seagen生产和销售，是一种Nectin4靶向的ADC 。它于2019年首次获得加速批准，用于治疗先前接受过程序性死亡受体-1（PD-1）或程序性死亡配体1（PD-L1）抑制剂以及含铂疗法的局部晚期或转移性尿路上皮癌成人患者。2021年，该适应症获得了常规批准，并且Padcev®获得了加速批准，用于不符合顺铂化疗条件且先前接受过一种或多种先前治疗的患者 。Padcev®由CHO细胞生产的完全人源化抗Nectin4 IgG1κ mAb（AGS-22C3）组成，DAR约为3.8。
07 六、Enhertu
由Daichi Sankyo/AstraZeneca开发的Enhertu®（fam-trastuzumab deruxtecan-nxki）于2019年12月获得FDA加速批准，用于治疗接受过两种或多种先前抗HER2方案的不可切除或转移性HER2+乳腺癌成人患者 。此外，2020年，FDA授予该ADC突破性疗法认定，用于治疗接受过铂类疗法后的转移性HER2突变非小细胞肺癌（NSCLC）患者，并授予其用于治疗HER2+转移性胃癌或胃食管结合部腺癌的优先审评资格。展示Enhertu®的持续前景，2021年该ADC在美国获批用于第二个肿瘤适应症：治疗先前接受过基于曲妥珠单抗方案的局部晚期或转移性HER2+胃癌或胃食管结合部腺癌成人患者 。
该ADC由抗HER2抗体、蛋白酶可切割的四肽基连接子和作为药物有效载荷的DXd组成。DXd是一种使用Daiichi Sankyo专有ADC技术设计的新型依沙替康衍生物。它属于喜树碱类药物有效载荷类别，通过抑制拓扑异构酶I（TOP1）酶发挥其细胞毒性作用。TOP1在高等真核生物中是必需的，因为它负责松弛由转录、复制和染色质重塑产生的DNA超螺旋 。因此，抑制该酶会导致DNA损伤和凋亡性细胞死亡，从而破坏HER2+肿瘤细胞 。
除了强效的弹头外，几项生化改进将Enhertu®与先前获批的抗HER2 ADC Kadcyla®区分开来。首先，Enhertu®的DAR更均一，大约是Kadcyla®的两倍（8 vs. 3–4），从而增加了靶肿瘤细胞内的药物浓度。其次，药物和抗体通过一种新型的组织蛋白酶可切割的肽连接子连接。连接子通过马来酰亚胺己酰基团连接到抗体的半胱氨酸残基上，由氨基酸序列甘氨酸-甘氨酸-苯丙氨酸-甘氨酸组成的四肽部分通过酰胺键连接到专有有效载荷上。这种有效载荷的疏水性改善了细胞膜通透性，从而最大限度地提高了ADC的旁观者杀伤效应，并使其对HER2阴性细胞有效 。
继Enhertu®初步成功后，Daiichi Sankyo和AstraZeneca签署了一项60亿美元的交易，以基于相同技术开发和商业化其他ADCs。
08 七、Trodelvy
2020年10月，Gilead Sciences支付了210亿美元收购Immunomedics及其批准的ADC Trodelvy®（sacituzumab govitecan-hziy）。2020年4月，Trodelvy®获得FDA加速批准，用于治疗至少接受过两种转移性疾病先前疗法的局部晚期或转移性三阴性乳腺癌（mTNBC）患者。展示其商业成功，Trodelvy®上市前两个月销售额达到2000万美元，2020年第四季度和全年（包括Gilead完成对Immunomedics收购之前的时期）销售额分别为6400万美元和1.37亿美元。2021年4月，FDA授予该适应症常规批准，同年，Trodelvy®获得加速批准用于第二个适应症：治疗接受过含铂化疗以及PD-1或PD-L1抑制剂后的局部晚期或转移性尿路上皮癌。
Trodelvy®由完全人源化的hRS7 IgG1κ抗体组成，靶向TROP2，通过酸敏感的可水解连接子CL2A与SN-38（伊立替康的活性代谢物）偶联。这款ADC是另一款具有高DAR的ADC的例子，每个抗体大约包含7.6个SN-38分子，这并不影响其结合和药代动力学。体外研究发现，与伊立替康相比，这种ADC靶向递送到人癌异种移植物的SN-38高达136倍 。此外，由于Trodelvy®以最活跃的、非葡萄糖醛酸化的形式递送SN-38，这可能解释了改善的毒性特征，如严重腹泻的发生频率低于伊立替康。聚乙二醇化和在连接子系统中掺入赖氨酸残基被认为可以减少ADC聚集。使用中等毒性有效载荷作为增加有效载荷浓度并克服高DAR ADCs稳定性和有效性挑战的方法正在进一步研究中 。
09 八、Blenrep
葛兰素史克的ADC Blenrep®（belantamab mafodotin-blmf）是首个获批的抗BCMA（B细胞成熟抗原）疗法。它于2020年8月获得FDA加速批准，用于治疗接受过至少四种先前疗法（包括抗CD38 mAb、蛋白酶体抑制剂和免疫调节剂）的复发或难治性多发性骨髓瘤成人患者。
Blenrep®由无岩藻糖基化的人源化IgG1 mAb通过不可切割的马来酰亚胺己酰连接子与微管蛋白抑制剂单甲基奥瑞他汀F（MMAF）偶联组成。除了MMAF诱导的凋亡外，通过ADCC和ADCP效应功能进行的肿瘤细胞裂解提供了次级抗肿瘤活性。除了Kadcyla®，这是目前另一款拥有不可切割连接子的FDA批准的ADC。该药物-连接子技术授权自Seagen，Fc工程化的无岩藻糖基化mAb使用授权自BioWa的Potelligent® Technology生产。Potelligent® Technology平台使用FUT8敲除的中国仓鼠卵巢细胞来消除抗体Fc区域中的岩藻糖 。众所周知，当抗体的糖链中岩藻糖含量降低时，它对FcγRIIIα的亲和力增加，因此与高度岩藻糖基化的常规抗体相比，表现出更高的ADCC活性 。迄今为止，Blenrep®是唯一一款拥有无岩藻糖基化Fc工程化抗体的FDA批准的ADC。
Blenrep®包含抗有丝分裂的奥瑞他汀有效载荷MMAF，其与MMAE的不同之处在于其C末端带有苯丙氨酸部分，而不是去甲麻黄碱。虽然MMAF也通过抑制微管蛋白聚合来阻止细胞分裂，但这种取代导致抗肿瘤活性减弱，其中MMAF的IC₅₀值在100–250 nM范围内，比MMAE高出100多倍。虽然MMAF的低细胞渗透性（由带电的苯丙氨酸残基导致）限制了如果游离药物从ADC过早释放时的毒性，但MMAF介导的杀伤仅限于靶细胞，因此不能引起旁观者杀伤。因此，MMAF ADCs需要靶抗原的高肿瘤表达才能有效，但在体外靶向内化抗原时比vc-MMAE ADCs更有效。
10 九、Zynlonta
由ADC Therapeutics开发的Zynlonta®（loncastuximab tesirine-lpyl）是一种CD19靶向ADC，适用于接受过两种或多种全身治疗（包括弥漫性大B细胞淋巴瘤（DLBCL）、非特指型DLBCL、由低级别淋巴瘤引起的高级别B细胞淋巴瘤）后复发或难治性大B细胞淋巴瘤成人患者的治疗 。它于2021年4月获得FDA加速批准用于医疗用途。
Zynlonta®由人源化IgG1κ mAb通过蛋白酶可切割的缬氨酸-丙氨酸连接子与细胞毒性吡咯并苯二氮卓（PBD）二聚体烷化剂SG3199偶联组成。SG3199对各种癌细胞类型的细胞毒性在皮摩尔范围，这意味着Zynlonta®拥有迄今为止上市ADC中细胞毒性最强的有效载荷。PBD二聚体是极其强效的化合物，通过选择性烷基化DNA的小沟，从而形成加合物以抑制核酸合成来发挥其细胞毒性作用。插入小沟后，通过鸟嘌呤N2对PBD上亲电C11位的亲核攻击形成胺缩醛键。在开发Zynlonta®时，ADC therapeutics使用PBD的N10位置通过氨基甲酸酯部分连接连接子。与PABC取代的MMAE类似，PABC取代的SG3199进行自发的1,6-消除反应以释放活性药物。由于这种有效载荷的亚皮摩尔效力和亲脂性，如果药物过早释放或ADC聚集，会增加毒性风险，因此每个mAb平均连接2.3个连接子-有效载荷分子，并使用了聚乙二醇化的间隔基。
11 10、Tivdak
2021年9月下旬，FDA授予Tivdak®（tisotumab vedotin-tftv）加速批准，用于治疗化疗期间或之后疾病进展的复发或转移性宫颈癌成人患者。这是Seagen第三款获得FDA批准的ADC，进一步巩固了其作为ADC技术行业领导者的主导地位。
Tivdak®是一种组织因子（TF）靶向的ADC，由人源抗TF IgG1κ抗体通过蛋白酶可切割的mc-vc-PABC连接子构建体与MMAE偶联组成，该构建体与Adcetris®、Polivy®和Padcev®中使用的相同。与这些先前讨论的ADCs一样，Tivdak®每个mAb平均携带四个MMAE分子。此外，体外研究表明，该ADC还介导ADCP和ADCC效应功能，从而提供多模式抗肿瘤活性。
参考资料：
An Insight into FDA Approved Antibody-Drug Conjugates for Cancer Therapy. Molecules. 2021 Sep 27;26(19):5847