ADC藥物簡介
抗體藥物偶聯(lián)物 (Antibody-Drug Conjugate, ADC) 是一種將高選擇性的單克隆抗體 (Monoclonal Antibody,mAb) 和強(qiáng)細(xì)胞毒性的小分子化學(xué)藥物即有效載荷 (Payload) 通過連接子 (Linker) 偶聯(lián)而獲得的藥物(圖1)。ADC結(jié)合了單抗對腫瘤細(xì)胞的靶向性以及細(xì)胞毒性藥物的強(qiáng)大腫瘤殺傷力,且克服了單抗的細(xì)胞毒性弱和細(xì)胞毒性藥物系統(tǒng)毒性大的問題,具有1+1>2的治療優(yōu)勢。
ADC的作用機(jī)制復(fù)雜,通常需要藥物內(nèi)化,然后進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)處理和有效載荷釋放。ADC作用的典型模型假設(shè)如下:抗體與目標(biāo)抗原的結(jié)合,隨后內(nèi)化,經(jīng)內(nèi)體運(yùn)輸進(jìn)入溶酶體,在溶酶體中ADC的連接子或抗體部分降解并釋放出有效載荷,有效載荷則進(jìn)一步發(fā)揮作用產(chǎn)生細(xì)胞毒性進(jìn)而殺死腫瘤細(xì)胞。但實(shí)際情況更為復(fù)雜,并且ADC之間存在明顯差異(圖2)。
ADC藥物設(shè)計要素
1、靶抗原(Target Antigen)
ADC藥物設(shè)計起始于靶抗原,其選擇需滿足:
(1)特異性,腫瘤細(xì)胞高表達(dá)、正常細(xì)胞低表達(dá)或不表達(dá);
(2)為腫瘤細(xì)胞表面抗原;
(3)能高效誘導(dǎo)內(nèi)化過程等。
靶點(diǎn)蛋白的選擇直接關(guān)系到ADC的靶向性、治療效果以及安全性。愛必信深耕靶點(diǎn)蛋白研發(fā)領(lǐng)域,擁有超過 2800 種高質(zhì)量靶點(diǎn)蛋白資源庫,其中ADC熱門靶點(diǎn)蛋白全覆蓋,廣泛應(yīng)用于免疫原制備、高通量抗體篩選、細(xì)胞信號通路研究及功能機(jī)制驗(yàn)證等場景。
大部分ADC藥物的療效主要基于內(nèi)化后藥物釋放,即抗體與腫瘤細(xì)胞表面抗原結(jié)合形成的ADC-抗原復(fù)合物,需有效誘導(dǎo)內(nèi)化,進(jìn)入腫瘤細(xì)胞并經(jīng)細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)和降解,實(shí)現(xiàn)小分子藥物釋放。通過細(xì)胞免疫熒光將ADC內(nèi)化情況可視化(圖3),DT3C含量檢測定量內(nèi)化效率(圖4)。DT3C(Diphtheria Toxin Fragment A and Streptococcus Protein G C1, C2,C3)是一種重組表達(dá)的融合蛋白,該蛋白能夠與抗體的Fc端高度親和,與抗體結(jié)合的DT3C分子在抗體被內(nèi)吞時一同進(jìn)入細(xì)胞。DT3C可以與任何lgG型抗體結(jié)合,因此可用于檢測來自不同物種的抗體內(nèi)化效率。
2、抗體(Antibody)
ADC藥物中的抗體需要滿足:高特異性、強(qiáng)靶點(diǎn)結(jié)合能力、低免疫原性、低交叉反應(yīng)活性,以達(dá)到腫瘤細(xì)胞對ADC藥物更高效的攝入和ADC藥物在血清中更長的半衰期。
免疫球蛋白G (IgG) 是ADC中使用的主要抗體骨架。所以,臨床和臨床前研究的ADC藥物通常選擇IgG作為靶向目的抗原的抗體。IgGs可分為四個亞型:IgG1、IgG2、IgG3和IgG4 。其中,IgG1由于能夠較好地平衡長血液半衰期和強(qiáng)免疫激活的關(guān)系,并且有著較高的自然豐度,是被研究和采用最多的ADC抗體。IgG4由于較低的免疫激活效應(yīng)也經(jīng)常被采用在一些對免疫原性反應(yīng)要求較高的ADC藥物設(shè)計中。
圖5 不同IgG對比[2]
3、有效載荷(Payload)
ADC所攜帶的細(xì)胞毒性載荷藥物即有效載荷是其最重要的效應(yīng)成分。目前,常用的細(xì)胞毒性分子包括微管生成抑制劑、DNA 損傷因子和DNA轉(zhuǎn)錄抑制劑等。
選擇小分子藥物時,需要滿足:
(1)IC50值低至納摩爾級別甚至皮摩爾級別;
(2)在與抗體偶聯(lián)后不易引起ADC藥物發(fā)生聚集,以保證在體內(nèi)擁有較長的循環(huán)時間;
(3)本身以及形成后的ADC藥物需具有較低的免疫原性;
(4)在水溶液(血液)中足夠穩(wěn)定且具有合適的反應(yīng)位點(diǎn)通過連接子與抗體偶聯(lián),偶聯(lián)后仍然能夠保證其生物活性;
(5)可以通過相對具有經(jīng)濟(jì)效益的過程合成。
4、連接子(Linker)
連接子(Linker)在ADC結(jié)果中起著至關(guān)重要的作用,其會影響ADC的藥代動力學(xué)參數(shù)、治療指數(shù)和藥效。Linker可維持ADC復(fù)合物在血流中的穩(wěn)定性,并最大限度地減少非靶向效應(yīng)。而且,在腫瘤細(xì)胞內(nèi)化ADC的過程中,Linker應(yīng)能夠快速釋放細(xì)胞毒性藥物。
根據(jù)可裂解性質(zhì)Linker分為可裂解Linker和非可裂解Linker,可裂解Linker可進(jìn)一步分為腙、二硫化物和肽Linker三種類型(表1)。非可裂解Linker包括不可降解的硫醚或馬來酰亞胺己?;∕aleimidocaproyl,MC),其在ADC中Payload內(nèi)化至靶癌細(xì)胞后經(jīng)溶酶體酶降解。合理選擇和優(yōu)化Linker及其與Payload的偶聯(lián)策略可有效提高ADC的治療效果和減少脫靶效應(yīng)。
類型 | 特征 |
腙 | 酸敏感性腙Linker在癌細(xì)胞內(nèi)體和溶酶體的低pH(4-6)下容易發(fā)生酸水解,這有利于有效釋放Payload。 |
二硫化物 | 二硫鍵Linker在血液循環(huán)中具有良好的穩(wěn)定性,它們利用癌細(xì)胞內(nèi)較高濃度的谷胱甘肽進(jìn)行釋放。癌細(xì)胞富含谷胱甘肽,這與腫瘤細(xì)胞生長和缺氧所導(dǎo)致的高度應(yīng)激狀態(tài)相關(guān)。 |
肽 | 溶酶體蛋白酶敏感肽如:組織蛋白酶B可作用于在腫瘤細(xì)胞內(nèi)切割A(yù)DC的二肽鍵的腫瘤特異性蛋白酶;纈氨酸瓜氨酸是一種組織蛋白酶B敏感型二肽;β-葡萄糖醛酸酶是一種在許多腫瘤中過量表達(dá)的酶,β-葡萄糖醛酸對該酶較敏感,可被其降解和水解,故可將β-葡萄糖醛酸作為蛋白酶敏感的Linker用于選擇性地釋放Payload。 |
5、偶聯(lián)技術(shù)
偶聯(lián)技術(shù)將抗體與有效載荷相連,和最終的藥物抗體比率(Drug to Antibody Ratio, DAR)密切相關(guān)。DAR 為每個 mAb 連接的有效載荷平均數(shù)量,可經(jīng) HPLC - MS 等測得,對藥物藥理學(xué)和活性影響顯著,是 ADC 研發(fā)后期關(guān)鍵參數(shù)。因腫瘤細(xì)胞攝入 ADC 數(shù)量有限,較高 DAR 有利于提高效力,但小分子藥物疏水性強(qiáng),DAR 過高會使 ADC 聚集,縮短體內(nèi)循環(huán)半衰期且增加毒副作用,故臨床前和臨床用DAR 通常在 2 - 8 之間。
偶聯(lián)方式主要分為非定點(diǎn)偶聯(lián)和定點(diǎn)偶聯(lián)。早期使用的是非定點(diǎn)偶聯(lián)法,主要由賴氨酸或半胱氨酸偶聯(lián)。定點(diǎn)偶聯(lián)方式即通過基因工程位點(diǎn)進(jìn)行特異性偶聯(lián),實(shí)現(xiàn)更均一的ADC,能在特定位點(diǎn)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞毒素的連接。
酶學(xué)偶聯(lián)法
Sortase A(abs05842)通過識別目標(biāo)蛋白上的特定肽序列,通常是LPXTG(X可以是任何氨基酸),并在蘇氨酸(T)和甘氨酸(G)殘基之間進(jìn)行切割(圖6)。Sortase A介導(dǎo)的抗體偶聯(lián)(SMAC)技術(shù)允許在抗體上預(yù)先設(shè)定的位點(diǎn)上高效地將毒素偶聯(lián)到抗體上,獲得DAR值均一且高度穩(wěn)定的偶聯(lián)產(chǎn)物。
圖 6 轉(zhuǎn)肽酶/分選酶(Sortase)及轉(zhuǎn)肽反應(yīng)
基于氮葡聚糖工程技術(shù)的偶聯(lián)策略
采用基于β-1,4-半乳糖基轉(zhuǎn)移酶(β-1,4-galactosyltransferase,GalT)和α-2,6-唾液酸轉(zhuǎn)移酶(α-2,6-sialyltransferase,SialT)的氮葡聚糖(N-Glycan)工程技術(shù)進(jìn)行偶聯(lián)。在體外,可利用半乳糖基和唾液酸轉(zhuǎn)移酶的酶促反應(yīng)引入末端唾液酸。這些唾液酸可經(jīng)高碘酸鹽氧化產(chǎn)生醛基,并進(jìn)一步通過肟鍵與Payload共價偶聯(lián)。該技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)在于:無論N-Glycan的異質(zhì)性如何,該策略皆具有較高的可重復(fù)性,因此可用于含各種N-Glycan的任何mAb與Payload的偶聯(lián)。
愛必信ADC毒素抗體定點(diǎn)偶聯(lián)試劑盒(abs580253)操作簡便,無需抗體工程化等復(fù)雜操作,可快速實(shí)現(xiàn)單抗的定點(diǎn)偶聯(lián)。偶聯(lián)產(chǎn)物均一、穩(wěn)定。適用于偶聯(lián)階段定點(diǎn)偶聯(lián),ADC早期偶聯(lián)研究。
偶聯(lián)原理:
(1)抗體疊氮化修飾
首先使用糖苷酶(EndoS)暴露單抗恒定區(qū)的保守N糖鏈上的乙酰葡糖糖胺(藍(lán)色方塊),然后使用牛半乳糖轉(zhuǎn)移酶突變體(b.GalTY298L)將帶有疊氮官能團(tuán)的乙酰半乳糖胺(黃色方塊-N3)連在乙酰葡萄糖胺上。
(2)毒素分子連接
隨后可使用無銅催化的炔疊氮化物環(huán)加成反應(yīng)(如SPAAC)將生物素、熒光素或毒素分子(如:endo-BCN-PEG4-Val-Cit-PAB-MMAE,abs823512)等連在單抗上。
驗(yàn)證數(shù)據(jù)
ADC工藝開發(fā)、CMC和臨床前研究
ADC 藥物生產(chǎn)涵蓋抗體、細(xì)胞du藥物/連接子、ADC 原料藥及制劑三大模塊,各模塊均需工藝開發(fā)與驗(yàn)證,且要制定工程細(xì)胞、起始原料及試劑的質(zhì)控要求。偶聯(lián)生產(chǎn)用中間體質(zhì)控靈活,考驗(yàn)工藝與質(zhì)控體系研發(fā)能力,抗體和細(xì)胞毒素性質(zhì)差異使生產(chǎn)挑戰(zhàn)大,工藝表征研究對后續(xù)批次意義重大。CMC 研究有 4 部分:1. 抗體;2. 載荷-連接子中間體;3. ADC原料藥;4. 制劑部分。同時,還應(yīng)引入藥物抗體比率、連接位點(diǎn)、藥物負(fù)載分布等特殊質(zhì)控指標(biāo),并控制游離載荷和抗體,研究其對結(jié)合效力及血漿穩(wěn)定性的影響。
由于ADC的復(fù)雜性和多樣性,以及生物樣本中釋放的細(xì)胞du藥物含量較低等原因,對藥代動力學(xué) (PK) 和藥效學(xué) (PD) 表征提出了du特的挑戰(zhàn)。此外,在安全性評價中生物分析方法的選擇和檢測的準(zhǔn)確性也是考量要素。
在藥代動力學(xué) (PK) 和藥效學(xué) (PD) 研究中, 我們提供全面的實(shí)驗(yàn)試劑和技術(shù)服務(wù)支持(液相芯片(Luminex)檢測服務(wù)、超敏電化學(xué)發(fā)光(MSD)、DSP空間多組學(xué)),產(chǎn)品和服務(wù)覆蓋了從基礎(chǔ)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)到復(fù)雜組織分析的全流程,為藥理學(xué)和毒理學(xué)研究提供一站式解決方案。
參考文獻(xiàn)
[1] Kyoji Tsuchikama, et al. Antibody-drug conjugates: recent advances in conjugation and linker chemistries. Protein Cell. 2018Jan;9(1):33-46
[2] Joshua Z Drago, et al. Unlocking the potential of antibody-drug conjugates for cancer therapy. Nat Rev Clin Oncol. 2021 Jun;18(6):327-344.
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