撰文丨菠蘿西瓜
抗體偶聯藥物（ADC） 是腫瘤學領域發展最快的治療方法之一，FDA已批准11種ADC上市，目前正在臨床試驗中的ADC超過210種。40多年來，ADC臨床開發加深了人們對此類治療藥物多方面作用機制的理解。
近日，來自美國Dana-Farber Cancer Institute的Paolo Tarantino教授和加拿大Zymeworks公司的Raffaele Colombo博士聯合在Cancer Discovery雜誌上發表綜述文章The Journey of Antibody-Drug Conjugates: Lessons Learned from 40 Years of Development。在本文中，主要討論了有關ADC的毒性、功效、穩定性、分佈和命運的關鍵見解。此外，還強調了與其臨床最佳化、合理用藥順序策略的開發以及預測性生物標誌物的識別相關的持續挑戰。
近一個世紀以來，全身性治療依賴於化學療法，即能夠抑制細胞有絲分裂並誘導細胞死亡的分子。抗代謝物、烷化劑、蒽環類藥物、抗微管和多種其他細胞毒素構成了治療武器庫，它們延長了癌症患者的生存期並提高了治癒率。然而，這些藥物的毒性和反應之間的治療視窗很窄，限制了可以安全給藥劑量的抗腫瘤功效。其副作用主要包括脫髮、中性粒細胞減少、噁心、嘔吐和腹瀉，這反映了它們的作用機制，並與它們對快速分裂細胞 （如毛囊、骨髓和胃腸道） 的影響有關。20世紀70年代末，對更有效、更耐受的化療的追求以及抗體制造技術的進步促成了ADC的臨床試驗，該技術旨在將單克隆抗體的腫瘤靶向性與其有效載荷藥物的細胞毒性結合起來。ADC可以增加藥物的最大耐受劑量，同時降低其最低有效劑量的想法變得廣為流傳。
近40年來，ADC代表了發展最快的抗癌治療方法之一。目前已有370多種新型ADC進入臨床（圖1）；迄今為止，FDA已批准11種ADC上市。ADC在臨床上對實體和血液系統惡性腫瘤的治療成功正促使其前所未有的擴張，目前有多種ADC正在III期試驗中進行測試，作為單一療法或各種組合，還有更多新型ADC進入藥物開發的早期階段。然而，重大挑戰已經出現，從迄今為止超過150種ADC的臨床停用可以看出（圖1）。儘管ADC被設計為具有腫瘤選擇性，但它的毒性既與化療相似，又與化療不同。顯著且通常劑量受限的毒性主要與藥物連線子有關，而不是與抗體或靶標有關。此外，由於大多數ADC目前使用具有相同作用機制的有效載荷 （即微管抑制劑、拓撲異構酶I抑制劑（TOPO1i）和DNA作用劑） ，人們擔心具有類似有效載荷的ADC之間存在交叉耐藥性，這可能會限制ADC的順序使用。最後，預測它們的活性已被證明非常複雜，對於幾種ADC來說，更高的療效與更高的靶標表達有明顯的相關性。然而，其他臨床試驗的亞組分析未能發現靶標表達與療效之間的明確關係。在這裡，本文將深入回顧ADC的作用機制、其在癌症治療中的當前和預期臨床作用，以及應對常見ADC挑戰以改善其發展的策略。
圖1 ADC研發現狀
ADC的作用機制
自20世紀80年代以來，包括ADC在內的抗體療法被譽為“魔法子彈”，該藥物就像一顆“魔法子彈”，可以毫無差錯地擊中目標，並且不會造成附帶損害。ADC有時被定義為“生物導彈”、“特洛伊木馬”和“智慧化療”，每個定義都強調了其治療潛力的不同方面。然而，隨著我們對這類療法的瞭解不斷加深，這種觀點越來越被認為過於理想化。“魔法子彈”的敘述助長了這樣一種觀點：ADC只會將細胞毒性藥物輸送到腫瘤細胞，而不會影響正常細胞，有時，這種誤解阻礙了ADC的發展。例如，幾十年來，ADC的主要趨勢之一是“追求效力”，專注於體外效力亞納摩爾至皮摩爾的新型有效載荷，特別是在細胞毒性太大而無法開發為小分子化療藥物的藥物背景下。另一方面，使用效力不足的有效載荷，如甲氨蝶呤、乙醯美法侖、多西他賽、阿黴素、長春花生物鹼等，對ADC的發展構成了重大挑戰。在此期間，該領域還面臨著連線子和抗體不理想的問題。隨著時間的推移，對提高效力的重視可能已經過度，導致ADC具有超強的負載，導致在低於有效劑量的情況下產生難以控制的毒性。目前，人們越來越重視將負載的作用機制、效力和特性與抗體靶標和特定適應症相匹配。
ADC也受到ADC劑量不理想時毒性的影響，部分 （但不完全） 與負載在迴圈中的自發釋放和長時間暴露有關。因此，人們付出了大量努力來穩定抗體和負載之間的聯絡，以避免過早釋放藥物並提高ADC選擇性。儘管連線子技術的進步促進了當前ADC的成功，但專注於更穩定的連線子也面臨一些缺點，包括意外的毒性，這些毒性在穩定性較差的ADC中沒有觀察到或不明顯，這可能是由於正常組織對抗體偶聯藥物的暴露增加而引起的。最後，ADC的主要分佈源於正常組織攝取，這是“魔法子彈”概念所低估的一個因素。儘管很複雜，但ADC代表了最有效的化療藥物之一。深入瞭解其細微機制並應對新出現的挑戰有望促進並維持不斷發展的ADC領域的進步。
ADC的最大耐受劑量
從其最初的原理來看，ADC通常被認為透過選擇性地將有效載荷遞送至腫瘤來增加最大耐受劑量 （MTD） 並降低其有效載荷的最低有效劑量，臨床前資料通常支援這一概念。在患有腫瘤的小鼠中，ADC始終表現出比未結合有效載荷的藥物更好的療效，並且某些ADC在毒理學研究中表現出比其未結合藥物更好的耐受性。然而，臨床觀察結果與臨床前模型並不一致，表明ADC不會顯著增加常規化療的MTD。為了使用熟悉的單位 （即mg/kg） 將ADC劑量轉換為有效載荷劑量，與ADC結合的有效載荷的標準化細胞毒素含量計算如下：有效載荷劑量=ADC劑量×DAR×MW有效載荷/MWADC，其中DAR是藥物與抗體的比例，MW是分子量。因此，ADC標準化的細胞毒素含量反映了總細胞毒性有效載荷劑量，其中同時考慮了ADC DAR和抗體劑量。將ADC MTD、推薦的II期劑量、最大給藥劑量或劑量擴充套件劑量轉換為每千克細胞毒素含量的毫克數 （即按結合有效載荷量標準化的ADC劑量） 表明ADC具有與達到臨床開發的相關未結合藥物相似的MTD。
ADC與相關小分子化療的療效比較
在臨床上，當劑量達到或接近其MTD時，多種ADC已證明比相關小分子化療具有更好的療效，這一點從有ADC和小分子資料的交叉試驗比較中可以看出。更引人注目的是，某些ADC對以前對相關小分子化療沒有顯著或有意義的反應率的腫瘤型別的患者表現出療效。到目前為止，還沒有頭對頭隨機試驗比較ADC與其作為小分子化療藥物直接給藥的有效載荷。最接近的例子是DESTINY-Gastric01隨機II期試驗，其中接受攜帶TOPO1i有效載荷DXd的曲妥珠單抗德魯替康 （T-DXd） 治療的患者的總反應率 （ORR） 為42%，而接受醫生選擇的化療的患者的總反應率僅為12%。其中超過90%的患者接受了醫生選擇的伊立替康 （SN38前藥） 。與DXd一樣，SN38是一種喜樹鹼衍生物，儘管它們具有顯著的結構差異。
ADC關鍵成分及其作用機制
穩定性
迴圈中的連線子不穩定性 （也稱為過早釋放有效載荷） 通常被認為是限制ADC治療的重要因素。連線子穩定技術在改善治療視窗的策略中佔有突出地位。顯然，如果藥物未附著在ADC上，則抗體無法將其直接遞送到腫瘤細胞中。此外，未結合的藥物會導致全身毒性。然而，這種觀點過於簡單，忽略了ADC在正常組織中的分佈，其中只有一小部分注射劑量到達腫瘤部位。
連線子的型別
傳統的ADC作用機制包括靶標結合、內化和分解代謝，釋放出一種在細胞內發揮作用的藥物。設計用於釋放未修飾藥物的連線子被指定為可裂解的，而那些需要ADC完全分解代謝才能釋放修飾的有效載荷的連線子則被認為是不可裂解的。大多數有效載荷在結構修飾時會失去活性，因此人們更加關注前一種策略。可裂解的連線子通常根據用於釋放有效載荷的分解代謝途徑 （蛋白水解、還原、pH、糖苷水解酶等） 進行劃分。目前，除trastuzumab emtansine外，所有FDA批准的ADC都具有可裂解的連線子。
不穩定性型別
連線子不穩定性可細分為連線子-藥物不穩定性，其中藥物在到達其預期代謝位點之前隨時間釋放，以及抗體-連線子不穩定性，其中整個連線子-藥物從抗體中釋放出來。大多數可裂解連線子都存在一定程度的連線子-藥物不穩定性，因為它們是為透過化學或酶刺激釋放藥物而設計的，但迴圈中的裂解程度各不相同。抗體-連線子不穩定性取決於所用的結合化學。例如，透過醯胺鍵與賴氨酸結合非常穩定，而馬來醯亞胺與半胱氨酸殘基結合則具有不同的穩定性。
穩定ADC
從理論上講，改善抗體-連線子和連線子-藥物在迴圈中的穩定性可以減少未結合藥物的量、限制毒性並提高療效。然而，這種ADC治療的觀點忽略了兩個重要點。首先，未結合的遊離藥物可以達到藥理學相關的血液水平，並可能顯著有助於抗腫瘤作用。其次，穩定化可能會增加健康組織對結合藥物 （即ADC） 的暴露。如果每個抗體攜帶更多的有效載荷 （如具有穩定連線子的ADC） ，則ADC的組織分佈和代謝位點非常重要，特別是因為注射的ADC劑量大部分是在正常組織中代謝的，而不是在腫瘤部位。ADC的處置不僅受穩定性的支配；然而，根據ADC代謝的首選位點，穩定化可能導致向特定器官輸送更多的有效載荷。
ADC的命運
ADC的複雜結構和分解代謝使我們對有效載荷遞送的理解變得複雜。隨著時間的推移，DAR、結合和未結合抗體、白蛋白結合物、未結合有效載荷和有效載荷代謝物都具有高度動態性。ADC的處置主要透過代謝過程進行，與小分子療法常見的直接排洩途徑形成對比。然後，釋放的有效載荷和/或有效載荷代謝物又透過典型的小分子途徑消除。與所有其他基於抗體的療法一樣，ADC主要分佈在正常組織中，導致主要的腫瘤外攝取和清除。對於在正常組織中廣泛表達的某些靶點，靶向非腫瘤攝取 （除非特異性攝取外） 有助於ADC分佈。靶向 （腫瘤內和腫瘤外 ）和脫靶ADC分解代謝在組織中產生遊離有效載荷和/或有效載荷代謝物 （包括腫瘤中的一小部分） ，然後在迴圈中重新分佈（圖2）。
圖2 ADC在人體內的利用
用於治療實體瘤的ADC臨床開發
按照傳統的藥物開發模式，ADC最初在晚期、接受過大量治療的腫瘤患者中進行了測試，與SOC相比，其結果通常有顯著改善。例如，T-DM1是第一個在接受過HER2陽性治療的轉移性乳腺癌患者中表現出總生存期 （OS） 改善的ADC。與小分子化療相比，SG可使接受過大量治療的三陰性乳腺癌患者的OS翻倍，並改善激素受體陽性 （HR+） 疾病患者的OS。SG在接受過治療的轉移性尿路上皮癌中表現出活性，但驗證性3期研究未達到其在意向治療人群中OS獲益的主要終點。在SACI-IO HR+的II期研究中，與單獨使用SG相比，SG與派姆單抗聯合治療在HR+、HER2-轉移性乳腺癌患者中未顯示出無進展生存期 （PFS） 的統計學顯著改善。另一種TROP2 ADC sacituzumab tirumotecan使用與SG相同的抗體、類似的pH不穩定連線體，但TOPO1i有效載荷不同 （KL610023，一種貝洛替康衍生物） ，與醫生選擇的化療 （艾日布林、長春瑞濱、卡培他濱或吉西他濱） 相比，在接受過治療的轉移性TNBC患者中顯示出更好的PFS和OS。
ADC在臨床開發和利用方面的挑戰
儘管已經取得了巨大成功，但ADC的臨床開發在過去幾十年中也面臨著重大挑戰。一個關鍵挑戰是毒性特徵，如前所述，其特徵通常與傳統化療相似。第二個挑戰涉及按順序使用ADC，這仍然存在爭議，因為抗體或有效載荷靶標的改變可能會產生交叉耐藥性。最後，識別ADC的預測性生物標誌物已被證明很困難，目前批准的幾種ADC都沒有伴隨生物標誌物。
ADC的毒性
ADC已實現改善化療抗腫瘤活性的目標；然而，在大多數情況下，與非結合化療相比，它們尚未實現提高抗癌治療安全性的目標。事實上，大多數ADC的毒性與非結合化療相當或更差，分析結果顯示，ADC的治療相關不良事件總體發生率超過90%，其中46%為3級或更高。如上所述，ADC的高脫靶毒性率至少部分與這些化合物的藥理學有關，這些化合物主要由正常組織代謝。與任何其他腫瘤藥物一樣，在ADC的耐受劑量和有效劑量之間找到適當的平衡一直是一項挑戰。目前正在部署多種策略來改善ADC毒性特徵，包括最佳化劑量和時間表、開發毒性生物標誌物、實施遠端監控以及早期識別某些毒性的教育。ADC工程方法 （包 括位點特異性結合、穩定連線子和/或抗體掩蔽技術） 也已用於嘗試降低副作用的發生率和嚴重程度並增加ADC腫瘤特異性和攝取。到目前為止，這些工程解決方案尚未在臨床上顯示出顯著的改進，ADC的開發仍然主要是經驗性的。
ADC的順序給藥
ADC可實現的相關抗腫瘤活性的觀察推動了這些化合物用於治療所有癌症型別的快速發展。隨著眾多ADC即將進入臨床，一個關鍵問題是，當在患者體內連續使用時，交叉耐藥性是否會妨礙其活性。目前，三種ADC已獲得FDA批准用於治療乳腺癌：T-DM1、T-DXd和SG。T-DM1和T-DXd共享完全相同的針對HER2的抗體，但不同的有效載荷、連線子和DAR。此外，T-DXd和SG具有不同的抗體和連線子，但具有相同的有效載荷TOPO1i作用機制。近年來進行的幾項前瞻性和回顧性研究可以推斷出T-DM1、T-DXd和SG之間重疊特徵 （相同抗體靶標或相同有效載荷作用機制） 的含義。兩種ADC共用HER2靶標但作用機制不同，其順序使用大多不會產生顯著的交叉耐藥性。而轉化乳腺癌研究聯盟正在開展一項前瞻性註冊和三項II期臨床試驗，試圖前瞻性地回答具有相似有效載荷的ADC排序的重要問題。確認這些ADC之間存在顯著的交叉耐藥性將加強對有效載荷進行區分的必要性。事實上，儘管有200多種新型ADC正在開發中，但大多數仍然依賴於三種作用機制來發揮其有效載荷：微管抑制、TOPO1抑制和DNA烷基化。將有效載荷管道擴充套件到其他細胞毒性類別預計會對這些化合物的活性產生積極影響，儘管毒性特徵可能有所不同，但在未來的ADC開發中仍應考慮這一點。
ADC的預測性生物標誌物
ADC領域的第三個關鍵挑戰是識別能夠有效預測ADC活性和毒性的生物標誌物。理論上，考慮到ADC的靶向作用機制，人們會預期抗體靶標在腫瘤細胞上的表達越高，化合物的活性就越高。事實上，某些ADC在靶標表達高的患者中表現出優異的療效，如ORR、PFS和OS所示。這適用於僅獲批用於HER2陽性乳腺癌患者的T-DM1或僅獲批用於葉酸受體α表達高的鉑耐藥卵巢癌患者的mirvetuximab soravtansine。與HER2水平較低的患者相比，T-DXd對HER2陽性 （IHC 3+或IHC 2+/FISH+） 患者的療效有所改善，但HER2水平較低甚至極低的患者也觀察到了顯著的益處。然而，對於大多數ADC，緩解率與靶標表達之間沒有明確的相關性。例如，SG （TROP2 ADC） 用於轉移性TNBC、HR+/HER2−乳腺癌、子宮內膜癌和尿路上皮癌；tisotumab vedotin （組織因子ADC） 用於宮頸癌；enfortumab vedotin （nectin-4 ADC） 用於尿路上皮癌、HR+/HER2−乳腺癌和TNBC；brentuximab vedotin （CD30 ADC） 用於T細胞和B細胞；polatuzumab vedotin （CD79b ADC） 用於瀰漫性大B細胞淋巴瘤；和B細胞非霍奇金淋巴瘤中的loncastuximab tesirine （CD19 ADC） 。因此，大多數這些ADC無需事先測試相應的抗原表達即可獲得批准。
下一個站點
目前腫瘤導向ADC的批准速度清楚地表明，這項技術正在經歷前所未有的擴張。2000年，第一個ADC獲得批准，經過了約20年的研究，第二個ADC獲得批准又花了10多年時間。相比之下，僅在過去5年內就有8種新型ADC獲得批准。對ADC技術的興趣、研究、資金和信心的擴大，推動了目前處於I期測試的200多種新ADC的引入，並啟動了多個III期註冊試驗，預計未來幾年將有更多ADC獲得批准。這種擴充套件與ADC組合的成熟相吻合，其中最突出的是包括免疫檢查點抑制劑 （ICI） 和ADC的組合：一種ADC/ICI組合已獲批用於轉移性尿路上皮癌的一線治療，多種此類組合已顯示出令人鼓舞的早期資料。因此，設想ADC在腫瘤學中的未來將涉及既定主題的進一步進展：更多攜帶TOPO1i、微管抑制劑和DNA損傷劑的ADC；在未探索的適應症中測試已獲批准的ADC；以及評估與ICI和其他抗癌藥物的組合。
結論
四十年的臨床發展已將ADC從一種假設的治療方式轉變為一種成熟且快速擴充套件的治療各種癌症的策略。除了幫助實現這類藥物的巨大潛力之外，過去四十年一直是揭示ADC作用機制複雜性的關鍵，而這種機制仍然只是部分被理解。在這種情況下，焦點已逐漸從到達腫瘤的1%結合物轉移到到達身體其他部位的99%。更好地瞭解注射ADC的這一大成分如何導致毒性和抗癌活性，有望為下一代ADC的開發提供資訊，包括那些具有成熟和/或創新形式的ADC。能夠選擇性殺死腫瘤細胞同時不傷害正常細胞的藥物的“魔力子彈”概念仍然是最終目標：為了實現這一目標，必須接受該領域的失敗和成功，並繼續努力在ADC的每個複雜而迷人的藥理學特徵中尋求適當的平衡。
https://doi.org/10.1158/2159-8290.CD-24-0708
製版人：十一
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