近年來，ADC用于腫瘤的靶向治療，受到了制藥界極大的關(guān)注；其中以美登素衍生物作為細胞毒性成分的ADC藥物，更是備受研究者的青睞，且已經(jīng)取得了一系列的突破性進展。那么，美登素從數(shù)十年研究過程中的不可成藥，到現(xiàn)今ADC三大核心中的合金彈頭，是如何逐漸發(fā)展起來的呢？請看本稿件。
ADC的三大組件及作用機制
100多年前，即有研究者提出抗體靶向治療癌癥的“魔術(shù)子彈”的概念，而隨著抗體技術(shù)的不斷成熟，近年來全球已掀起了ADC的研發(fā)熱潮。ADC是由“抗體”、“連接子”和“彈頭分子”三個主要組件構(gòu)成，能夠特異性識別腫瘤抗原，并形成ADC-抗原復合物通過受體介導的胞吞作用進入靶細胞內(nèi)部，進一步釋放出高活性的彈頭分子，從而完成對腫瘤細胞的選擇性殺傷。
圖1.1 ADC作用機制示意圖
（Bioorg. Med. Chem. Lett. 24 (2014) 5357-5363）
彈頭分子如何選擇？
在設(shè)計代抗體藥物偶聯(lián)物時，研究者曾嘗試將傳統(tǒng)的化療藥物偶聯(lián)在抗體；但發(fā)現(xiàn)，這類ADC無法達到預期的抗腫瘤活性，甚至低于化療藥物本身的療效；進一步分析發(fā)現(xiàn)，主要原因在于ADC經(jīng)注射后富集于靶部位的劑量低，且化療藥物本身的活性不夠強，從而療效大大減弱；基于此，開始在植物、海洋生物和微生物等天然來源的化合物中尋找新型高效細胞毒性化合物，發(fā)現(xiàn)某些化合物在體外對多種腫瘤細胞的抑制活性比傳統(tǒng)化療藥物高100~1000倍，IC50值可以達到pM水平；且這些細胞毒素由于治療安全窗范圍較窄，不能作為藥物單獨使用，故可以考慮用來做ADC的彈頭分子發(fā)揮作用。綜上，ADC彈頭分子通常具備以下特點：1）作用機制明確；2）細胞毒作用極高（通常是pM級別）；3）可被修飾，可與linker鏈接；4）具備一定的水溶性。
圖2.1 ADC三大組件的合理設(shè)計
（Acta Pharmaceutica Sinica B 2020;10(9):1589e1600）
為何選擇了美登素？
美登素，為天然生物堿，1972年從卵葉美登木中首先分離得到存在于衛(wèi)茅科美登木屬及其親緣植物中。美登素機制明確，作用于微管及微管蛋白，通過抑制細胞微管的解聚來阻斷細胞有絲分裂過程中紡錘體的形成，具有極強的抑制腫瘤細胞增殖的能力。美登素是個具有抗腫瘤活性的安莎大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，它對于鼻咽癌腫瘤細胞KB細胞(EC50=8pM)、鼠類淋巴細胞性白血病P-388細胞(EC50=0.6pM)和鼠白血病L1210細胞(EC50=2pM)均具有很強的殺傷活性，且同時具有良好的穩(wěn)定性和溶解性。由于美登素治療窗窄以及缺乏選擇性帶來的毒副作用，如神經(jīng)毒性和胃腸道反應等，使其單用時并不能成為一種真正的腫瘤化療藥物，臨床上已被禁止直接用于人體治療。不過，美登素的高細胞毒性恰好可滿足ADC對毒素的要求，這使得美登素及其衍生物在ADC的研發(fā)中得到了廣泛應用并獲得成功。
圖3.1 美登素及其衍生物結(jié)構(gòu)
（Bioorg. Med. Chem. Lett. 24 (2014) 5357-5363）
修飾后，正式登上臨床舞臺
如上，美登素及其衍生物的結(jié)構(gòu)可知，美登素衍生物主要含有巰基，并通過linker同單克隆抗體進行連接，形成抗體藥物偶聯(lián)物；DM-1和DM-4是目前臨床實際應用中最常用的2個美登素類ADC效應分子，可通過發(fā)酵得來的安絲菌素還原成美登醇，C3位再與連有二硫鍵的酸縮合，最終還原成末端巰基得到。
以美登素類作為彈頭分子的ADC一般采用與抗體賴氨酸殘基偶聯(lián)的方式，DM1型ADC通常使用不可裂解型雙功能連接子SMCC，在細胞內(nèi)經(jīng)溶酶體降解為Lys-SMCC-DM1形式。DM4型ADC一般使用可裂解型連接子為SPDB或SPP，在細胞內(nèi)首先分解為Lys-SPDB/SPP-DM4，再經(jīng)內(nèi)源性谷胱甘肽還原，二硫鍵斷裂成SH-DM4，直接發(fā)揮作用或部分甲基化發(fā)揮更強的抗腫瘤作用。
另，美登素衍生物的抗腫瘤活性評價數(shù)據(jù)表明，DM1、DM4相比于美登素細胞活性有所下降，可能是由于巰基在體內(nèi)易被氧化成帶有電荷的基團而難以進入細胞。另一方面，DM1和DM4在代謝過程中巰基發(fā)生甲基化產(chǎn)生的衍生物和通過自身分子間縮合形成的二聚體，均具有與美登素相當或更高的活性。
圖4.1 美登素類細胞毒藥物
（Bioorg. Med. Chem. Lett. 24 (2014) 5357-5363）
美登素已上市藥物Kadcyla及其他在研品種
Kadcyla（Trastuzumab Emtansine，T-DM1），即曲妥珠單抗-SMCC-DM1，由羅氏旗下的基因泰克開發(fā)；2013年美國FDA通過優(yōu)先審查程序批準Kadcyla用于治療HER-2陽性的晚期（轉(zhuǎn)移性）乳腺癌患者；這是個被批準上市的基于美登素衍生物的ADC藥物。隨后，2014年4月，Trastuzumab Emtansine在日本獲批上市，用于治療HER2陽性的不可手術(shù)或復發(fā)性乳腺癌患者；2019年5月，F(xiàn)DA批準Trastuzumab Emtansine用于HER2陽性早期乳腺癌的輔助治療；2019年12月，EMA批準該藥物用于輔助治療HER2陽性早期乳腺癌，接受基于紫杉烷類和HER2靶向治療的新輔助治療后乳腺和/或淋巴結(jié)有殘留浸潤性疾病的患者；2020年8月，日本批準用于輔助治療HER2陽性早期乳腺癌的申請。全球銷售額方面，該產(chǎn)品自2013年上市，于2018年突破10億美元，2020年突破18億美元，預計未來5年的銷售額將在22~30億美元之間。
基于上述美登素為彈頭的Trastuzumab Emtansine的臨床表現(xiàn)和市場表現(xiàn)，現(xiàn)已有多款美登素ADC藥物進入到臨床II/III期，且彈頭仍集中于DM1/DM4；而靶點進一步擴展到FOLR1、CD37、CD56、CD19、CD138、Mesothelin、CA6，等；適應癥也進一步擴展到卵巢癌、子宮內(nèi)膜癌、肺癌、彌漫性B細胞淋巴瘤、濾泡性淋巴瘤、非霍奇金淋巴瘤、多發(fā)性骨髓瘤、白血病、胰腺癌，等等。
圖5.1 部分處于III期和II期開發(fā)的ADC
（Acta Pharmaceutica Sinica B 2020;10(9):1589e1600）