ADC药物研发的关键四要素及发展趋势

02ADC药物发展史看核心四要素的变迁

肿瘤药物的开发可追溯至二十世纪中期，人们发现氮芥通过靶向快速分裂的癌细胞来破坏个体的骨髓和淋巴组织。这类药物包括叶酸和嘌呤类似物（甲氨蝶呤和6-巯基嘌呤），微管聚合抑制剂/促进剂（长春花生物碱和紫杉烷类）和DNA破坏剂（蒽环类和氮芥类）[2]。由于早期的肿瘤治疗药物不仅靶向癌细胞而且对体内所有的分裂细胞都具有杀伤作用，导致患者发生严重的副作用，这大大限制了给药剂量，药物的治疗指数（最大耐受剂量/最小有效剂量）很低，疗窗口狭窄。ADC药物可能实现选择性地将有毒化合物递送至特异性的癌细胞。

2.1 第一代ADC药物

在第一代ADC药物中，丝裂霉素C，伊达比星，蒽环类，N-乙酰马法兰，阿霉素，长春花生物碱和甲氨蝶呤等抗肿瘤药物主要通过不可裂解的连接物（酰胺或琥珀酰亚胺）与鼠单抗偶联。

2000年美国FDA批准首款抗体偶联药物Gemtuzumab Ozogamicin（商品名Mylotarg，惠氏，辉瑞子公司），靶点为CD33，Gemtuzumab Ozogamicin由三部分构成：1）重组人源化IgG4 kappa型单抗Gemtuzumab；2）具有细胞毒性的N-乙酰基γ卡奇霉素；3）由4-(4-acetylphenoxy)-butanoic acid (AcBut) 和3-methyl-3-mercaptobutane hydrazide (dimethylhydrazide) 组成的酸裂解型双功能Linker分子。Linker分子将卡奇霉素共价连接到单抗，药物抗体比率ADR平均为2~3。该药物被靶细胞内吞后，通过水解linker释放卡奇霉素，诱导双链DNA断裂，致使细胞周期停滞并凋亡。该药用于治疗CD33阳性的急性骨髓性白血病。

随后发现，与其它抗癌药物比较Gemtuzumab Ozogamicin没有显著的临床优势，而且具有严重的肝毒性。2010年，Gemtuzumab Ozogamicin上市10年后，主动撤出市场。Gemtuzumab Ozogamicin潜在的治疗缺陷包括，连接物具有不稳定性，约48小时释放50%的化学药物；药物中的卡奇霉素具有高度疏水性，与单抗结合率为50%，毒性高，CMC较差。此外，也有研究证明单抗Gemtuzumab可通过外排泵（MDR1和MRP1）从细胞中清除出去，与其它抗癌药物比较没有显著的临床疗效。

2.2 第二代ADC药物

经过近10年单抗药物的迅猛发展，以及更有效的抗癌小分子药物被陆续发现（100-1000倍）。第二代ADC药物比第一代具有更好的CMC特性。第二代药物代表包括Brentuximab vedotin，Ado-trastuzumab emtansine，InotuzumabOzogamicin。

然而，第二代药物存在治疗窗口狭窄的问题，主要原因在于低脱靶毒性，与非结合小分子药物的抗体竞争肿瘤靶点。第二代具有不同药物抗体比率（DAR）0-8。通常DAR超过4，会显示低耐受性，血浆清除效率高和体内作用效能低[3]。例如Brentuximab vedotin为4，Ado-trastuzumab emtansine为3.5，InotuzumabOzogamicin为6。

1）Adcetris

Brentuximab vedotin（商品名Adcetris）由Seattle Genetics和Millennium（武田制药的子公司）联合研发，2011年8月获美国FDA批准上市，靶点为CD30，由三部分构成：1）靶向CD30的嵌合型IgG1 kappa单抗Brentuximab；2）微管抑制剂MMAE（monomethyl auristatin E ）；3）蛋白酶裂解型linker分子maleimidocaproyl-valyl-citrullinyl-p-aminobenzyloxycarbonyl（mc-val-cit-PABC）。Linker通过半胱氨酸残基将MMAE共价偶联到单抗，药物单抗比率DAR平均为3~5。Brentuximab vedotin被靶细胞内化后，通过蛋白酶裂解下来的MMAE可结合微管蛋白并破坏细胞的微管网络，导致细胞周期停滞和细胞凋亡。适应症为霍奇金淋巴瘤、系统性间变性大细胞淋巴瘤、套细胞淋巴瘤和蕈样真菌病。

图5 Brentuximab vedotin结构式，来源：药渡数据库

2）Kadcyla

Ado-trastuzumab emtansine（商品名Kadcyla）由基因泰克（罗氏的子公司）研发，2013年2月获得美国FDA批准上市，靶点为HER2，由三部分构成：1) 靶向HER2的曲妥珠单抗；2) 稳定的硫醚类连接物MCC（4-[N-maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate）；3) 美登素衍生物类型的微管抑制剂DM1。MCC-DM1复合物称之为emtansine。药物抗体比率DAR平均值为3.5。Ado-trastuzumab emtansine通过抑制HER2信号通路和破坏微管网络诱导细胞周期停止和凋亡。适应症为HER2阳性且之前至少接受过曲妥珠单抗、taxane单独或联合治疗的转移性乳腺癌。

图6 Ado-trastuzumab emtansine结构式，来源：药渡数据库

3）Besponsa

Inotuzumab Ozogamicin（商品名Besponsa）由辉瑞公司和优时比联合开发， 2017年6月获得欧洲药物管理局（EMA）批准上市，2017年8月获美国FDA批准上市，靶点为CD22，由三部分组成：1）重组人源化IgG4 kappa型单抗Inotuzumab；2）可引起胞内双链DNA断裂的N-乙酰-γ-卡里奇霉素（N-acetyl-gamma-calicheamicin）；3）酸不稳定性的可裂解型 linker分子，即由 4-(4-acetylphenoxy)-butanoic acid (AcBut) 和3-methyl-3-mercaptobutanehydrazide (也称为dimethylhydrazide) 形成的缩合物。linker分子将载荷N-乙酰-γ-卡里奇霉素偶联到单抗上，每个单抗的平均有效载荷为6个，分布范围为2~8个。当Inotuzumab Ozogamicin结合于B细胞上的CD22抗原时，它被内化至细胞，其中的细胞毒性剂被释放从而破坏细胞。适应症为单一疗法用于治疗成人的复发或难治性CD22阳性的B细胞前体急性淋巴细胞白血病（ALL），适用于至少接受过一种酪氨酸激酶抑制剂（TKI）治疗失败的患有费城染色体阳性（Ph +）的复发性或难治的B细胞前体急性淋巴白血病（ALL）的成人患者。

图7 Inotuzumab Ozogamicin结构式，来源：药渡数据库

2.3 第三代ADC药物

第三代药物的关键是位点特异性结合，可确保具有明确DAR的抗体偶联药物，另外在抗体优化，连接物，结合小分子药物方面可以显著改善ADC药物的治疗作用。代表药物分别是Polatuzumab vedotin，Enfortumab vedotin，Fam-trastuzumab deruxtecan。通过小分子药物与单抗特异性结合，从而开发DAR值为2或4的抗体偶联药物，没有增加药物毒性和未结合的单抗，显著改善药物的稳定性和药代动力学，增加药物活性和对具有较低抗原水平细胞的结合活性。

1）Polivy

Polatuzumab vedotin（商品名，Polivy），2019年6月获美国FDA批准上市，最初由基因泰克（罗氏的子公司）和Seattle Genetics共同开发，之后日本中外制药（罗氏控股）获得药物的研发授权。靶点为CD79b，由三部分构成：1）靶向CD79b的重组人源化IgG1 kapppa单抗Polatuzumab；2）可裂解型mc-val-cit-PABC（maleimidocaproyl-valyl-citrullinyl-paminobenzyloxycarbonyl）类Linker；3）小分子药物MMAE（一甲基奥瑞他汀E）。抗体和MMAE经Linker共价偶联在半胱氨酰上， DAR平均值为3~4，被批准与苯达莫司汀与利妥昔单抗联合使用，用于治疗难治的弥漫性大B细胞淋巴瘤成人患者。

图8 Inotuzumab Ozogamicin结构式，来源：药渡数据库

2）Padcev

Enfortumab vedotin（商品名，Padcev）由Agensys（安斯泰来的子公司）和Seattle Genetics共同研发， 2019年12月获美国FDA批准上市。靶点为结合素4（NECTIN4），Enfortumab vedotin由三部分组成：1）重组全人源IgG1 kappa型单抗enfortumab；2）可裂解型mc-val-cit-PABC的Linker分子，即maleimidocaproyl-valyl-citrullinyl-p-aminobenzyloxycarbonyl型；3）小分子药物MMAE，一甲基澳瑞他汀E。MMAE通过Linker偶联到单抗的半胱氨酰上，药物单抗比率DAR平均为3.8:1。被批准用于既往接受过PD-1或PD-L1抑制剂和含铂化疗的局部晚期或转移性尿路上皮癌的成人患者。

图9 Enfortumab vedotin结构式，来源：药渡数据库

3）Enhertu

Fam-trastuzumab deruxtecan（商品名，Enhertu），2019年12月获美国FDA批准上市，由第一三共开发。Fam-trastuzumab deruxtecan是一种靶向于HER2的抗体偶联药物，由三部分构成：1）重组人源化IgG1 kappa型抗HER2单克隆抗体trastuzumab；2）组织蛋白酶B可裂解的四肽GGFG分子型Linker；3）有效负载为拓扑异构酶I抑制作用的喜树碱衍生物。有效负载通过linker偶联到单抗的半胱氨酰上，平均 DAR值为8。被批准用于既往接受至少2种抗HER2治疗的不可切除或转移性HER2阳性乳腺癌成人患者的治疗。

图10 Fam-trastuzumab deruxtecan结构式，来源：药渡数据库

2.4 已上市的ADC药物

目前全球已上市的ADC药物如表2所示。

表2 全球上市ADC药物

数据来源：药渡数据库，药渡咨询整理分析

03ADC药物的技术发展趋势

当前ADC开发领域火热非常，2019年FDA批准上市3款ADC药物，这与ADC抗体靶标范围拓展，linker技术优化以及payloads创新开发等三个领域的进展紧密相关。

ADC技术发展的难点在于linker技术。传统的linker技术一般通过将抗体链间二硫键还原，将payloads偶联至半胱氨酸或赖氨酸上。赖氨酸偶联会导致每个抗体偶联0-8个药物分子，肽图实验显示偶联位点一般发生在重链和轻链的大约20个赖氨酸残基上（一个抗体上约有40个赖氨酸），因此，此种偶联方式将会产生数百万计的不同形式的ADC药物分子。另外，ADC混合物在药物分子载量和偶联位点的不同也会使异质多样性数目翻番。不同位点偶联的多样异质ADC在体内PK动力学性质也不同，后期工业化生产难度将增加，批次间样品一致性将面临非常大的生产挑战。

很多ADC技术公司纷纷开发自己独立知识产权的位点特异的linker技术。位点特异linker技术能保证将一定数目药物分子定点偶联至抗体的特定位点，很大程度上在生产上保证药物同质性和批量生产稳定性。另外DAR值也可以精确控制在2-或4。、

目前位点特异性ADC技术一般通过工程化改造半胱氨酸位点，非天然氨基酸，硒代半胱氨酸和酶（谷氨酰胺，糖工程，FGE）偶联等技术将药物分子特异偶联至靶向抗体上，位点特异性偶联技术优劣势分析和主要提供者见表3。

表3 ADCs偶联技术[4]

位点特异性ADCs技术不仅使得在不同位点进行偶联对ADC药效影响的研究成为可能，而且可以广泛应用于其他分子如核素，免疫毒素，蛋白，前体酶等分子与抗体的偶联药物开发上，大大提高这些偶联药物的治疗效果和应用。

04全球ADC抗体药物的研发动态