抗體藥物運用新知

抗體藥物運用新知
近年來,抗體藥物技術迅猛發展,除了我們熟悉的單抗藥物,抗體-藥物偶聯物(antibody–drug conjugate ,ADC)、雙特異性抗體等抗體創新策略為抗體藥物領域注入了諸多新鮮血液,逐步展現廣闊的前景和疾病治療的潛力,成為該領域未來突破創新,取得更廣泛發展的重要支柱。
其中ADC藥物從2010年至今僅十餘年間,已經有10款產品獲得FDA批准上市,用於包括血液腫瘤和實體瘤在內的多種癌症治療。值得一提的是,目前上市的10款ADC藥物中,有7款是獲批於最近三、四年。這樣密集的獲批,強勁的激發著ADC領域迎來新一輪熱潮,從而成為了國內外藥企爭相佈局的焦點。據相關報導統計,在2020年一年內,圍繞ADC藥物完成的交易達到近400億美元,其中阿斯利康在短短的一年半內先後斥資130億美元,兩度佈局第一三共的多款核心ADC藥物,吉利德210億美元收購Immunomedics等大型藥企的重磅交易更是在行業內引來廣泛關注。
ADC藥物廣泛應用仍然面臨著諸多阻礙,這也是研究者們未來需要突破的方向。在Nature Reviews Clinical Oncology於2月8日發佈的綜述報告中,就圍繞ADC藥物設計、作用機理和臨床功效的現狀,ADC藥物的局限性,以及最大化ADC藥物抗癌潛力的策略探索等方面進行了全面且深度的討論。
ADC:免疫療法與
靶向化療的結合
作為腫瘤學中增長最快的藥物類別之一,抗體-藥物偶聯物(ADC)代表了一個獨特的化學免疫治療藥物家族,其利用專門的化學接頭(linker)將單克隆抗體與細胞毒性小分子藥物(有效載荷)偶聯,主要目的在於,通過限制抗腫瘤藥物全身遞送至表達目標抗原的細胞來提高其治療指數(therapeutic index)。簡單來說,ADC將免疫療法與靶向化療相結合,借助單抗的高度特異性,將具有強大殺傷作用的小分子藥物精確地遞送至到腫瘤細胞內,理論上可以增強腫瘤的靶向殺傷,同時避免正常組織殺傷,從而最大化療效和最小化全身毒性。而自ADC誕生以來,其設計和構建的基本方法一直保持不變,所有ADC均具有三個核心成分:與腫瘤相關抗原結合的抗體,細胞毒性有效載荷和連接接頭。ADC的臨床特性也取決於這三個元件的特性,而每一個元件在不同ADC之間可能存在很大差異,都可能會嚴重影響其藥理和臨床特性。

ADC模組化元件示意圖抗體為綠色,連接子為藍色,有效載荷為黃色;典型的ADC的藥物-抗體比(DAR)為4
合成生物化學方法的進步,包括單抗生產、連接劑技術和新型有效載荷的發現,為新一代ADC鋪平了道路,具有改善前幾代ADC活性和毒性的潛力;儘管其廣泛應用仍受到各種挑戰的限制,包括全身毒性、用於患者選擇的生物標誌物不足、與標準治療相結合的臨床獲益未知以及對耐藥途徑的瞭解甚少。新的證據表明,不同於單獨的抗體或小分子藥物,ADC的療效取決於特定抗體、連接子和有效載荷組分與腫瘤及其微環境複雜的相互作用,其中包括多方因素的協調輔助,而所有這些都具有重要的臨床意義,同時也賦予了ADC藥物設計的複雜性。抗體的選擇、抗原靶點的選擇、連接子的種類和偶聯策略、小分子藥物活性是影響ADC成功的四個主要因素。
ADC的體內作用機制
ADC整合了抗體和細胞毒性藥物的作用,因此表現出獨特的作用機制和藥代動力學。臨床中ADC活性作用的微妙之處才剛剛開始被理解。ADC作用的典型模型假設如下:單抗與靶抗原結合,隨後內化,最後連接子破裂和細胞內有效載荷釋放。這是ADC作用的基本框架,但事實上ADC產生作用的過程則更為複雜,而且不同ADC之間也有明顯的差異。與腫瘤學中使用的許多標準療法不同,ADC在腫瘤上起作用時,它們本身往往需要被腫瘤細胞作用才能獲得最佳效果。從這個角度來說,ADC可以被看作一種前藥(prodrugs),它們需要靶細胞的處理和代謝才能夠最終實現全部活性。

ADC的作用機制

給藥後,ADC藥物配方在人體血液迴圈中包含三個主要成分:偶聯物(占絕大多數)、裸抗體和游離的有效載荷;這與產品製造過程中的純化程度、連接子的穩定性、或代謝等原因有關。不同類型的ADC之間,這三種成份的相對比例大不相同,而且隨著ADC在人體中的代謝,三種成份的體內比例也會出現動態的變化。這些發現表明,ADCs以動態混合物形式存在於體內迴圈中,使得藥理學建模複雜化並影響這些藥物的臨床特性。儘管如此,ADC藥代動力學和/或藥效學建模的幾次嘗試已經取得成功,突出了這些模型的前景和在這一領域進一步探索的必要性,以針對這種特徵建立藥代動力學和/或藥效學模型來確定ADC的臨床特徵。與傳統的細胞毒性療法不同,單克隆抗體是大分子,這一特性限制了其向腫瘤內的滲透。此外,腫瘤中血管解剖、基質組織等可能高度複雜且異常,也形成了ADC穿透腫瘤的初始屏障。已經有研究表明,輸入體內的ADC中只有百分之一能實際到達腫瘤細胞,這也再次強調了ADC設計中考慮有效載荷毒性強度的必要性。
抗原結合後,ADC-抗原複合物的內化被認為是ADC有效載荷遞送的關鍵步驟。ADC內化可通過抗原依賴的內吞過程(endocytosis )或不依賴抗原的胞飲過程(pinocytosis)進行,以網格蛋白介導的內吞為主要攝取方式。內化後,ADC抗原複合物運輸至內體和/或溶酶體途徑,這一過程似乎依賴於細胞器酸化程度的不同。使用酸裂解連接子連接的有效載荷很可能在早期內體中被釋放,而那些使用被設計成需要特定蛋白酶或者蛋白降解的連接子連接的有效載荷則會在晚期內體或溶酶體中釋放。
而無論有效載荷的釋放途徑如何,一些ADC都能對鄰近細胞產生“旁觀者效應”,即不管是否表達靶點抗原,膜滲透性有效載荷都能進入這些鄰近細胞,也可以殺死這些細胞。對於內化的ADC,這種特性需要親脂性載荷通過細胞膜擴散,並被認為是ADC對靶點抗原表達具有高度異質性的腫瘤產生活性的重要組分。因此,釋放不帶電荷的有效載荷分子的可裂解連接子似乎是“旁觀者效應”發生所必需的,而具有不可裂解連接子的ADC釋放的帶電荷的有效負載更可能保留在細胞內。在臨床前研究中,增加共培養中靶抗原陽性細胞與抗原陰性細胞的比例也會增加後者旁觀殺傷效應的相對水準,這表明需要抗原陽性細胞來處理ADC並釋放細胞毒性有效載荷。
ADC的臨床表現
ADC活性的複雜性引出了關於ADC分子結構與臨床觀察到的宏觀活性和毒性之間關係的問題。對ADCs治療癌症的成功與失敗的研究揭示了這些關係,並提供了可以指導藥物和臨床試驗設計的經驗教訓。報告中從ADC在難治性癌症中的活性、ADC的毒性問題和耐藥性三個主要方面闡述了ADC的特性在臨床上如何表現。目前ADC批准使用的實體腫瘤適應症中,大多都用於治療難治性癌症患者,這是基於ADC在這些患者群體中顯示的療效,在對與ADC具有相同靶標或主要作用機制的藥物產生抗性的癌症中能觀察到ADC活性。而ADC的臨床活性並不是由單一方面決定的,藥物效力,作用機制和向腫瘤遞送的實際有效劑量的共同變化等都可能是促成因素。另外,ADC雖然可通過旁觀者效應產生額外的活性,但這種潛在益處還須與毒性風險的潛在增加相權衡。對於ADC的毒性問題,使用ADC時,靶抗原的表達方式會影響細胞毒性藥物的分佈及其積累的位置,這有時會導致顯著的“on-target, off-tumour”毒性,而這些毒性不一定取決於有效載荷。儘管如此,大多數現有ADC的毒性特徵似乎以“off-target, off-tumour”不良事件(AEs)為主導,這種脫靶毒性可能歸因於有效載荷在循環系統,非腫瘤組織或TME中的釋放以及有效載荷對相關非惡性組織的後續影響。這些複雜的因素使ADC的安全性難以僅憑其成分來預測,而這些挑戰凸顯了在這些藥物的臨床試驗中需要密切監測,謹慎選擇劑量以及勤勉的報告AE及其屬性。還有必要對ADC毒性機制進行更深入的臨床前和轉化研究。
ADC的耐藥性機制目前尚未定論,但深刻理解腫瘤耐藥性的產生能夠為藥物作用的根本機制提供見解,目前初步證據顯示,腫瘤能夠通過多種方式逃避ADC的活性,包括靶抗原的下調、ADC內化和處理(改變細胞內運送通路或溶酶體藥物分解)以及對載荷產生耐藥性。這些潛在機制目前已經在臨床前的體外和動物研究中得到驗證,但其臨床證據仍然有限。

ADC的潛在耐藥機制

最大化ADC抗癌潛力

• 基於ADC藥物設計的策略
ADC本身的三個組成部分(單克隆抗體、連接子和有效載荷)種,任何一個進行替換都有潛力提高ADC的效力這意味著通過對這三個部件中任何一個進行改變都有可能提高ADC的效力。目前通常比較同一單抗與不同連接子和有效載荷之間進行組合的效果,報告中則提出,這可能錯失改變抗體的藥代動力學特徵的機會。而基於其它臨床應用優化的單克隆抗體未必是作為ADC骨架的最好選擇,因為考慮到越來越多的證據表明,ADC內化和在細胞內的運輸途徑在ADC的細胞毒性活性中起到關鍵作用。一些ADC-like策略已經放棄了傳統的抗體骨架,而是選擇將有效載荷偶聯在分子量更小的多肽片段或單鏈可變區片段上。另外,利用ADC靶向腫瘤組織中出現的突變蛋白,可最大限度地提高其靶向性,並可能帶來顯著的臨床應答。而雙特異性抗體技術的出現與發展也為ADC的創新設計提供了更多思路。對於有效載荷的選擇,目前的選擇已經不僅僅局限於標準的細胞毒性藥物,而開始包括靶向藥物和免疫藥物,因此在這方面仍然大有創新的機會。
• 基於ADC藥物設計之外的策略
報告中,ADC藥物設計之外的策略主要包括:(1)發現最可能受益於ADC療法的患者群,(2)理性開發ADC的組合療法。
改進ADC療法的預測性生物標誌物對於指導ADC治療,篩選潛在收益患者尤為重要。另外,除了量化靶點表達水準,開發代表腫瘤對ADC敏感度的其它生物標誌物對這一領域也將具有更實際的意義。ADC的組合療法開發方面,目前已經有超過20項臨床研究正在進行,旨在檢測ADC與已獲批或在研免疫療法聯用的效果。ADC介導的細胞死亡可能激發免疫反應,募集腫瘤浸潤淋巴細胞,從而促進免疫效應細胞對“冷”腫瘤的識別,是支持這一聯合策略的理論基礎。此外,多項早期臨床試驗中,也通過刺激靶標抗原的過表達或促進其降解來改變靶標抗原的動態平衡,從而增強腫瘤細胞對於ADC的易感性。但所有的組合療法的臨床研究都應考慮這種方式帶來潛在毒性,以及是否能帶來更多獲益,其研究設計應最大限度地基於臨床前資料,不能只是將兩款單獨有效藥物的簡單組合。

增強ADC活性的合理聯合治療策略
隨著技術的不斷探索和進步,ADC的開發將不斷創新,這一極具前景的治療策略將惠及國內外更多的癌症患者。報告中也指出,ADC和腫瘤之間相互作用的微妙之處在很大程度上仍未被探索,如能對其有更好的理解和利用,可能將進一步釋放這一技術的真正潛力。

參考來源:1.https://www.nature.com/articles/s41571-021-00470-82.https://jhoonline.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13045-019-0786-63.https://www.adcreview.com/the-review/antibody-drug-conjugates/what-are-antibody-drug-conjugates