靶向治疗新利器：深入解析抗体偶联药物(ADC)的组成与机制

引言：靶向药ADC——精准抗癌的新利器

在癌症治疗领域，靶向药以其精准打击癌细胞的特性，为无数患者带来了新的希望。其中，抗体偶联药物（Antibody-Drug Conjugate, ADC）作为一种创新的靶向治疗手段，正受到越来越多的关注。ADC药物巧妙地结合了单克隆抗体的靶向能力和小分子化疗药物的强大杀伤力，旨在将“化疗炸弹”精准投送到癌细胞内部，从而提高疗效并减少对正常组织的损伤。

一个典型的ADC药物由三个核心部分构成：

抗体（Antibody）：负责识别并特异性结合癌细胞表面的特定抗原，是ADC实现精准靶向的关键。
有效载荷（Payload）：通常是具有极强细胞毒性的小分子药物，负责杀死癌细胞。由于其毒性高，需要通过抗体携带才能安全使用。
连接子（Linker）：将抗体与有效载荷连接起来的分子，它必须保证ADC在血液循环中稳定，同时在进入癌细胞后能够有效释放有效载荷。

ADC通过抗体与癌细胞表面抗原结合后，被细胞内吞进入。在细胞内部（通常是溶酶体）经过降解或酶切，有效载荷被释放出来，发挥其细胞毒性作用，导致癌细胞死亡。释放的有效载荷可能还会影响周围的癌细胞（旁观者效应），但这同时也可能带来全身毒性。因此，如何选择合适的抗体、有效载荷以及设计理想的连接子和偶联技术，是开发高效低毒ADC药物的关键挑战。

一、有效载荷：ADC的“弹头”

有效载荷是ADC中负责杀伤癌细胞的部分，通常选择毒性极强的药物，因为它们只需少量进入癌细胞即可发挥作用。根据作用机制，常用的有效载荷可分为几类：

1. 微管破坏药物：

这类药物干扰细胞骨架的重要组成部分——微管的形成或解聚，从而阻碍癌细胞分裂，诱导细胞凋亡。

金盏花素（Auristatins）：如MMAE和MMAF，是ADC中常用的有效载荷。已上市的ADC药物Adcetris和Polivy就使用了MMAE。目前有多种以金盏花素为有效载荷的ADC处于临床试验阶段。研究人员不断探索金盏花素的结构修饰和连接策略，以提高ADC的稳定性和效力。
美登素衍生物（Maytansinoid derivatives）：如DM1和DM4，是另一类有效的微管抑制剂。它们通过二硫键连接子与抗体偶联，在细胞内还原性环境中释放。Kadcyla使用的就是DM1作为有效载荷。研究人员也在开发新型美登素衍生物和连接策略，以提高疗效和旁观者效应。
微管溶素（Tubulysins）：这类天然产物是极强的微管聚合抑制剂，能迅速破坏细胞骨架并诱导细胞凋亡。研究人员探索了微管溶素的不同连接点，以优化其作为ADC有效载荷的性能。
隐粘菌素（Cryptomycins）：一类具有抗肿瘤活性的六元大环二肽，因其高毒性需要通过ADC进行靶向递送。研究人员通过引入新的基团来解决其偶联位点缺乏的问题。
抗有丝分裂EG5抑制剂：EG5（KIF11）是参与细胞分裂的重要蛋白。抑制EG5可以阻断有丝分裂。研究人员探索了将EG5抑制剂偶联到抗体上，以实现靶向抗肿瘤效果。

2. DNA损伤药物：

这类药物通过直接损伤癌细胞的DNA来发挥杀伤作用。

吡咯苯并氮卓类（PBD）和吲哚氯苯并氮卓类（IBD）：这类天然产物通过烷基化DNA小凹槽来发挥作用，毒性极强。研究人员探索了不同的连接点和连接策略，以将其用于ADC。Loncastuximab tesirine就使用了PBD二聚体作为有效载荷。
杜卡霉素（Duocarmycins）：通过其高活性的环丙烷环与DNA结合并烷基化腺嘌呤。SYD985（曲妥珠单抗-杜卡霉素）使用了杜卡霉素衍生物作为有效载荷。连接策略通常集中在其苯酚官能团。
喜树碱（Camptothecins）：拓扑异构酶I抑制剂，通过稳定DNA-拓扑异构酶复合物导致DNA双链断裂。伊立替康是其水溶性前药，SN-38是其活性代谢物。Enhertu（曲妥珠单抗-deruxtecan）使用了喜树碱衍生物DXd作为有效载荷，显示出对HER2阳性癌症的巨大潜力。研究人员探索了不同的羟基或氨基连接点。
卡奇霉素（Calicheamicins）：一类烯二炔类抗生素，通过伯格曼环化反应产生二自由基，导致双链DNA断裂。已上市的Mylotarg和Besponsa使用了卡奇霉素衍生物作为有效载荷。其释放通常涉及酸敏感的腙键裂解和二硫键还原。
研究人员也在探索新型烯二炔类天然产物如uncialamycin作为潜在的ADC有效载荷。

3. 创新药物：

除了传统的细胞毒药物，一些靶向特定信号通路或诱导细胞凋亡的新型小分子也被探索作为ADC的有效载荷。

凋亡诱导剂（如Bcl-xL抑制剂）：通过阻断癌细胞的抗凋亡机制来诱导细胞死亡。将这类抑制剂偶联到靶向抗体上，可以提高其在癌细胞中的浓度并减少全身毒性。
泰兰司他丁及其类似物（Thailanstatin and analogs）：靶向剪接体，干扰RNA剪接，是一种有前景的靶向治疗策略。研究人员正在克服其偶联困难和反应性问题，探索其作为ADC有效载荷的潜力。
鹅膏毒素（Amatoxins）：这类天然产物是转录抑制剂，毒性极强。将其用于ADC是一种相对较新的方法，研究人员探索了不同的附着点以提高稳定性和效力。HDP-101是一种基于鹅膏毒素的代表性ADC。
烟酰胺磷酸核糖转移酶（NAMPT）抑制剂：NAMPT在多种癌症中发挥重要作用，其抑制剂具有抗肿瘤活性，但全身毒性限制了其应用。将其偶联到抗体上可以实现靶向递送。
卡马霉素（Carmaphycins）：这类蛋白酶抑制剂对肺癌和结肠癌细胞株具有很强的细胞毒性，但选择性较差。作为ADC的弹头可以提高其耐受性。

二、连接子：ADC的“桥梁”与“开关”

连接子是连接抗体和有效载荷的关键分子，它不仅提供共价连接，更像是一个智能的“开关”，控制着有效载荷的释放。理想的连接子应在血液循环中保持稳定，避免药物过早释放导致全身毒性，同时在进入癌细胞后能够有效、快速地释放活性药物。

连接子主要分为两类：

1. 不可切割连接子：

这类连接子在血液中非常稳定，药物的释放依赖于ADC被内吞后，抗体在溶酶体中被蛋白酶完全降解。释放的药物通常是带有连接子残基的有效载荷，其细胞膜通透性较差，因此不可切割连接子偶联的ADC通常不具备显著的旁观者效应。Kadcyla使用的SMCC连接子就属于此类。

2. 可切割连接子：

这类连接子包含一个特殊的切割位点，可以在特定的肿瘤微环境或细胞内条件下被酶或化学环境触发裂解，释放活性有效载荷。这使得药物释放不再完全依赖抗体降解，且释放的药物通常是游离的有效载荷，可能具有更好的膜通透性，从而产生旁观者效应，杀伤周围未表达靶抗原的癌细胞。

可切割连接子又可细分为：

化学依赖性连接子：
二硫键连接子：利用癌细胞内高浓度的谷胱甘肽（GSH）等硫醇类物质进行还原裂解。尽管在血液中也存在硫醇，但细胞内的浓度差异使得药物在癌细胞内优先释放。这类连接子常用于美登素类有效载荷。
腙连接子：在酸性环境下（如内体和溶酶体）不稳定，会发生水解释放药物。Mylotarg和Besponsa使用了腙连接子，但其血浆稳定性相对较差。
酶依赖性连接子：
组织蛋白酶-B敏感连接子：组织蛋白酶B在溶酶体和许多癌细胞中过度表达。设计特定的肽序列（如Val-Cit或Val-Ala）作为组织蛋白酶B的底物，连接到药物上。进入溶酶体后，组织蛋白酶B切断肽链，释放药物。Val-Cit二肽连接子是目前应用最广泛的可切割连接子，Adcetris和Polivy均使用了mc-VC-PABC连接子。Val-Ala连接子在连接亲脂性药物（如PBD）时显示出优势。
四肽Gly-Gly-Phe-Gly也是一种有效的可切割连接子，Enhertu就使用了此类连接子，实现了高药物抗体比（DAR）和良好的疗效。
磷酸酶和焦磷酸酶敏感连接子：利用溶酶体中选择性表达的磷酸酶和焦磷酸酶来裂解连接子释放药物。这类连接子通常包含磷酸或焦磷酸基团，可以提高ADC的溶解性。
β-葡萄糖醛酸酶敏感连接子：β-葡萄糖醛酸酶在溶酶体和肿瘤微环境中高表达。含葡萄糖醛酸的连接子可被该酶裂解。这类连接子亲水性好，有助于实现高DAR。
β-半乳糖苷酶敏感连接子：β-半乳糖苷酶主要存在于溶酶体中。利用该酶裂解的连接子可以提高药物释放的特异性。
硫酸酯酶敏感连接子：硫酸酯酶在多种癌症中过度表达，利用该酶裂解的连接子也显示出潜在的选择性。

三、生物偶联技术：如何将“弹头”精准连接到“导弹”上

生物偶联技术是将有效载荷连接到抗体上的化学过程，它对抗体的稳定性、药物抗体比（DAR）以及最终ADC的药代动力学和疗效至关重要。不同的偶联技术会产生不同性质的ADC。

1. 基于化学的天然抗体修饰：

利用抗体天然存在的氨基酸残基（如赖氨酸、半胱氨酸）进行偶联。这种方法相对简单，但由于这些氨基酸在抗体上分布广泛，容易产生药物分布不均一的ADC混合物，DAR也可能不固定。已获批的Mylotarg、Besponsa和Kadcyla最初都使用了赖氨酸偶联。为了提高均一性，研究人员也在探索位点特异性的天然氨基酸修饰方法。

与内源性氨基酸的偶联：最常见的是利用赖氨酸的氨基与药物上的活性基团反应。虽然简单，但导致ADC产物不均一。新的研究正在开发位点特异性修饰赖氨酸或组氨酸的方法。
二硫化物重桥接策略：抗体中存在链间二硫键（由半胱氨酸形成），还原这些二硫键可以产生游离的巯基，用于偶联。传统的半胱氨酸偶联（如Adcetris）通常产生DAR为4或8的混合物。重桥接技术旨在用一个双功能连接子重新连接还原后的两个半胱氨酸，从而实现更均一的DAR（通常为4）。
聚糖偶联：利用抗体Fc区天然存在的聚糖作为偶联位点。聚糖远离抗原结合区域，偶联不易影响抗体活性，且其化学组成允许位点特异性修饰，有助于获得均一的ADC。

2. 工程化抗体的位点特异性生物偶联：

通过基因工程对抗体进行改造，在特定位置引入反应性氨基酸（天然或非天然），从而实现高度均一、位点精确的药物偶联。这是新一代ADC开发的重要方向。

酶法：在抗体序列中引入特定的肽标签，利用酶（如转谷氨酰胺酶MTG、转肽酶SrtA、酪氨酸酶）识别并催化药物在标签位置的偶联。这种方法可以实现精确的DAR控制（如DAR=2或4）。
半胱氨酸工程（硫单抗技术）：在抗体非关键位置引入额外的半胱氨酸残基，这些工程化的半胱氨酸具有反应性硫醇基团，可用于偶联。与随机半胱氨酸偶联不同，这种方法可以控制偶联位点和DAR，提高ADC的均一性和稳定性。
与工程化非天然氨基酸的生物偶联：在抗体序列中引入具有独特化学结构的非天然氨基酸，这些氨基酸可以与特定的连接子进行化学选择性反应，实现高度精确的位点特异性偶联，产生化学结构均一的ADC。