ADC的“构效关系”

前言

ADC药物是一类极具潜力的抗肿瘤药物，正处于快速发展中，虽已有14个ADC正式获批，但ADC结构复杂，开发和优化新的ADC药物仍是一项不小的挑战。研究ADC药物的“构效关系”、了解ADC药物疗效/安全性与ADC改造之间的内在联系，将有利于指导和加速ADC药物开发。

作者 | betaloc

肿瘤相关抗原HER2在近30%的乳腺癌及部分实体瘤中高表达，是重要的肿瘤药物开发靶点。HER2单抗trastuzumab（Tz）于1998年首次获批，已被广泛用于HER2靶向的ADC药物开发。目前已有3款HER2靶向的ADC药物获各国监管机构批准，即Kadcyla、Enhertu及维迪西妥单抗（RC48），另有多款HER2靶向ADC正处于晚期临床的开发中，并已获得FDA的快速通道/突破性疗法认定资格。

在小分子药物的开发中，经常需要经过有效的构效关系（SAR）研究才能最终找到临床前的候选化合物，而在ADC药物的开发中，同样可以找出属于ADC药物的构效关系，以指导和加速ADC药物的开发。对于ADC来说，能够影响最终疗效的关键因素包括毒素分子的性质（如IC50，疏水性等）、药物抗体比DAR、连接子的性质（稳定性、是否可裂解、连接位点）。

毒素分子性质

影响肿瘤穿透和杀伤能力

毒素分子在ADC药物的肿瘤杀伤中起核心作用，最早开发的ADC毒素分子效力较低（IC50高于100 nM），因此临床疗效不佳，后来则转向更高毒性的毒素分子（IC50在nM到pM级）如奥利斯他汀、美登素等，由此收获了更佳的临床疗效并成功获批。

毒素分子的疏水性则可影响旁观者效应的强弱，疏水性强的毒素分子如MMAE（cLogP为3.13）在细胞内释放后还可通过被动扩散渗透到邻近肿瘤细胞，而MMAF（cLogP为1.49）因带有羧基难以透膜扩散至邻近肿瘤细胞，故MMAE的ADC在体外表现更为强效，尤其是应用于抗原表达少、异质性强的肿瘤时。

然而，疏水性太强也可能导致ADC在体内聚集、被吞噬以及发生非特异性的结合，为了减少这些问题的发生，则可对疏水性强的毒素分子进行前药修饰，改善ADC的PK/PD和全身毒性，同时又可在体内释放出原药，保持其旁观者效应。

ADC常用毒素分子的生化性质

DAR影响肿瘤杀伤能力和安全性

ADC药物的药效主要取决于肿瘤细胞中毒素分子的浓度，因此药物抗体偶联比（DAR）是ADC药物药效的重要影响因素。增加DAR可以提高肿瘤细胞内毒素分子的浓度，增强肿瘤杀伤能力。在Tz-MMAE的体外试验中，DAR值1-4的ADC其IC50分别为0.12 nM、0.07 nM、0.05 nM 和 0.04 nM，游离MMAE的IC50为0.22 nM。而体内试验中则呈现DAR依赖的肿瘤抑制能力，且DAR为4的时候可将肿瘤完全消除。

不同DAR的Tz-MMAE活性比较

但随着DAR的增加也可能带来聚集、对正常组织毒性增强、清除加快等问题，尤其是携带疏水性强的毒素分子时。对Tz-MMAE 的分析发现，DAR为2时，2周后有0.7% 的ADC发生聚集，DAR为4时，聚集比例上升到4.7%，DAR进一步增大时，聚集比例则呈指数增长。通常而言，理想的DAR为2-4。

连接子性质影响安全性和有效性

连接子不仅可以将毒素分子连接到抗体上，对其进行改造还可优化ADC的PK/PD。理想的连接子应在血液循环中保持稳定，以减少脱靶毒性。不可裂解连接子的血浆稳定性强，体外试验发现采用不可裂解SMCC连接子的ADC在7天后仍有75%保持完整，而采用可裂解SPDP连接子的ADC在3天后就已经完全裂解。体内试验则表明，稳定性的提升能够提升ADC的安全性，相较不可裂解的SMCC，可裂解的SPDP连接子在小鼠身上表现出了显著的体重减轻副作用。

采用不可裂解连接子的ADC失去旁观者效应，肿瘤杀伤能力有所削弱，因此更高代数的ADC多采用可裂解连接子以提升药物疗效，与此同时，对连接位点的特异性进行调节以尽可能获得均一性更好的ADC，以增强其安全性。传统的随机偶联方式导致ADC药物异质性较高，导致体内分布和药效有很大的差异。后期则开发了定点偶联技术，运用基因工程在抗体分子中引入具有活性基团的氨基酸，通过氨基或巯基上定点偶联毒素分子，实现对于DAR及产品均一性的有效控制，并可转化为体内疗效和安全性的提升。

总结

基于曲妥珠单抗的不同ADC在乳腺癌SK-BR-3细胞系中的体外效力如下表所示，从上到下IC50依次增大，体外效力依次减弱。

通过比较可以发现，连接疏水性太强的毒素分子的ADC有效性较差，尤其是在高DAR值的情况下，比如Tz-MMAE就远比Tz-Do115有效，二者都是auristatin衍生物，但Dol15的疏水性要高一个数量级；

DS-8201体外效力接近最高，在HER2低表达人群中也十分有效，主要归功于其接近8的DAR，提高了肿瘤细胞内的Deruxtecan浓度，与此同时Deruxtecan分子疏水性一般，故较少引起聚集和非特异性结合。

表格的上半区活性最好的8个ADC中，有7个使用的是可裂解连接子，这体现了旁观者效应在肿瘤杀伤中的重要作用；所有负载MMAE或DM1等天然来源的毒素分子的ADC，即使DAR更小，活性也全部优于负载顺铂的ADC，进一步说明了强效毒素分子的重要性。

参考文献：

[1] Matikonda SS, McLaughlin R, Shrestha P et al. Structure-Activity Relationships of Antibody-Drug Conjugates: A Systematic Review of Chemistry on the Trastuzumab Scaffold. Bioconjug Chem. 2022 Jul 20;33(7):1241-1253.

[2] Sheyi R, de la Torre BG, Albericio F. Linkers: An Assurance for Controlled Delivery of Antibody-Drug Conjugate.Pharmaceutics. 2022; 14(2):396.

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