抗体药物偶联物*
曹刚1 黄祚刚1 程杰飞2＊＊姜标1，3，4＊＊
( 1．中国科学院上海高等研究院上海201210;2．大冢( 上海) 药物研究开发有限公司上海201203;3．
中国科学院上海有机化学研究所上海200032;4．上海科技大学免疫化学研究所上海200031)
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摘要单克隆抗体(单抗)药物是发展最为迅速的一个领域，在过去25年间大约有近30个单抗药物面世，主要用于抗癌和炎症; 最近一种新的抗体药物偶联物(antib o d y-dru g c o nju g ate，AD C)技术取得了极大的成功。AD C 是通过一个特殊的化学单元将单抗和小分子药物连接起来，充分利用抗体原有的亲合性和选择性，以及小分子药物的强药效，来降低小分子药物的毒性或延长小分子化合物的半衰期。随着一些链接技术的成熟和AD C 药物上市，未来AD C 将成为治疗疾病的重要手段。为了成功研制出一个新的AD C，需要对单抗、小分子药物和链接进行不断优化。一些新技术的问世也将极大促进AD C 的发展。
关键词抗体药物偶联物链接单抗小分子药物cheer
2013年陕西高考中图分类号: Ｒ91文献标识码: A文章编号: 1005-281X( 2014) 02/3-0467-11
A n t i b o d y-D r u g C o n j u g a t es*
C a o G ang1H uang Zu o gang1 C h e ng J i e f e i2＊＊Jiang B ia o1，3，4＊＊
( 1． S han g hai Ad v ancedＲearch Institute，C hine Academ y of S ciences，S han g hai201210，C hina; 2．Otsuka S han g haiＲearch Institute，S han g hai201203，C hina; 3． S han g hai Institute of Or g anic C hemistr y，C hine Academ y of S ciences，S han g hai200032，C hina; 4． S han g hai Institute fo r Ad v anced Immun o chemical S tudies，S han g hai T ech Uni v ersit y ，S han g hai200031，C hina)
A b s t r a c t O v er35m o n o cl o nal antib o d y dru g s ha v e been marketed since the appr ov al of f irst m o n o cl o nal antib o d y dru g in1986，makin g the antib o d y dru g de v el o pment o ne of the m o st e x citin g f ields．Antib o d y -dru g c o nju g ate( AD C) ，w h ich c o mbines a m o n o cl o nal antib o d y ( mAb) w ith a c y t o t ox ic ( dru g) m o lecule thr o u g h a linker and thereb y the name，is a ne w class of hi g hl y p o tent bi o pharmaceutical dru g s desi g ned as a tar g eted therap y．AD C takes ad v anta g e of the hi g h bindin g s peci f icit y o f mAbs and superi o r e ff icac y o f c y t o t ox ic m o lecules，w h ile a vo idin g the d o -limitin g t ox icit y of c y t o t ox ic m o lecules． T he f irst AD C，My l o tar g，w as appr ov ed in2000，w h ich w as late w ithdra w n b y the manu f acture due t o the lack of appr o priate stabilit y of the linker． So f ar，there are t wo appr ov ed AD C s in the market fo r cancer therap y and ov er t w
mpeg 4ent y AD C s in v ari o us sta g es of clinical trials． C reatin g a success f ul antib o d y dru g c o nju g ate requires care f ul lecti o n of the dru g，antib o d y and linker． L inker has a g reat in f luence o n a c o nju g ate’s bi o l og ical characteristics，such as stabilit y in circulati o n and dru g relea a t the tar g et site．AD C s ha v e been pr ov en t o be e ff ecti v e w eap o ns a g ainst cancers and w ill certainl y bec o me u f ul therapeutics a g ainst o ther dias．
K ey wo r d s antib o d y -dru g c o nju g ate( AD C) ; linker; mAbs; c y t o t ox ic m o lecules
收稿: 2013 年6 月，收修改稿: 2013 年10 月，网络出版: 2014 年2 月25 日
* 国家自然科学基金项目(N o． 20832007)资助
The wo rk w as supp o rted b y th e Nati o nal Natural S cien ce F o un dati o n of China (N o． 20832007)
＊＊C o rresp o ndin g auth o r e-mail:jian g b@ sari． ac．cn;ja y． chen g@o sri．o tsuk a． c o m
http: / / ww w． pr o g ch em． ac． cn Pr o g ress in Chemistr y，2014，26( 2 /3): 467 ～ 477
C o n t e n t s
1Intr o ducti o n
1.1Appr ov ed AD C
1.2AD C in clinical trials
2C h oo the ri g ht antib o d y
3C h oo the ri g ht c y t o t ox ic small m o lecule
4C h oo the ri g ht linker
4.1C hemical labile linker
4.2En zy me labile linker
4.3N o nclea v able linker
4.4Other linkers
5Co nclusi o ns and o utl oo k
1引言
抗体药物偶联物( antib o d y-dru g c o nju g ate，AD C) 是通过一个化学链接将具有生物活性的小分子药物连接到单抗上，单抗作为载体将小分子药物靶向运输到目标细胞中［1］( 图1) 。单抗和小分子本身都是药物，都可以单独用来治疗疾病，AD C 的设计思路是利用两者的长处来弥补可能的不足或者缺陷。单抗具有很高的专一性，但是通常药效不强，往往需要与小分子药物治疗并用; 小分子药物活性强，缺点是专一性较差，从而可能存在毒性，受副作用和剂量的影响较大; 有些小分子药物，特别是肽类药物在血液中的半衰期过短，通过和单抗结合，可以改善这方面的缺陷。AD C 将两者结合，在到达目标细胞时将小分子药物释放出来，这不仅能灵敏地区分出健康和疾病组织，限制与非目标细胞的作用，降低毒性，还能够明显改善药代动力学和向目标组织的传递［2］。
图1 ADC 示意图(抗体连接的药物类型主要有小分子
药物、放射性核素和蛋白毒素［3］，本文讨论仅限于小分
子药物)
F ig． 1 S chematic illustrati o n of an ADC
如何将AD C 安全有效地靶向运输到目标组织中，整个过程充满了各种挑战，需要解决一系列如下问题。
( 1) 稳定性: 链接在血液循环中必须稳定以减少对健康组织的损伤，过早的裂解会将尚未到达目标组织的小分子药物释放出来。
( 2) 非特异性免疫反应: AD C 必须保持很高的免疫亲合性，将小分子药物结合到单抗不能破坏单抗本身的特异结合能力。
( 3) 内化和药物释放: 一般AD C 都是通过单抗与目标细胞结合后再内化，将小分子药物在细胞内释放，当细胞内小分子药物达到一定的有效浓度时才能发挥作用，这就要求每个单抗上要有足够数量的小分子药物，但又不能太多，以免引起单抗性质发生变化。控制小分子数目恒定也极富挑战性。另外，细胞表面的抗原数量和抗体抗原结合模式也可能影响AD C 的内化过程。
( 4) 药物作用: 释放出来的小分子药物需要在
很低的浓度下( 皮摩尔级) 也要能够杀死目标细胞，因此，小分子药物的活性是一个需要充分考虑的因素。
通过调节在单抗上连接的药物分子的数量可以
控制所需要达到的药效。根据( 3) 和( 4) ，为了获得unlock
足够的药物活性，一个单抗上需要连接多个药物分子，但如果连接了过多的药物分子，AD C 就会加快
聚合，失去对抗原的亲合性，在体内也会被识别成有
设计类考研害物质并被很快清除，这样就达不到( 1) 和( 2) 的要求。药物分子取代的程度同样也会影响药代动力学，实验表明，一般情况下，每个单抗连接2～4个药
物分子可以平衡各方面的利弊，具有最佳的治疗窗［4，5］。此外，为了避免干扰抗原识别，药物分子应该连接在单抗的重链区，这部分不影响单抗与抗原的结合( 满足条件( 2) ) 。可裂解的链接能够在目标细胞内将药物分子以完整的形式释放出来，这样就获得了药物分子的完整药效( 满足条件( 4) ) 。影响
AD C 结构的稳定性是这种链接的最大缺点，因此，必须在血液稳定性和有效释放药物之间寻找到一个
平衡。free love
1.1已经上市的AD C
通过近三十年的努力，2000年FDA快速审查批准了由惠氏(现属于辉瑞) 公司研制的第一个AD C 药物My l o tar g (G emtu z umab ozog amicin) ，这个药物是将小分子药物C alicheam icin连接到抗C D33 的单克隆抗体的重链上。C alicheamicin是从细菌M i cro m o n ospor a ec hin ospor a 中分离出来，属于烯二炔
类抗生素，该化合物通过B er g man环化反应产生双
自由基对DNA进行切断，具有非常强的细胞毒性，与C D33结合后减少了与正常细胞的作用，降低了
毒性，在这个AD C 中应用了化学裂解链接。
My l o tar g 主要用来治疗A ML ( 急性髓细胞性白血病) 。由于上市后临床实验表明该AD C 的链接不稳定，在血液循环中提前断裂释放出小分子药物C alicheamicin，造成患者患肝小静脉闭塞病的概率提高，2010年辉瑞公司主动放弃了这个药物［6 ～8］。CMC-544(I n o tu z umab ozog amicin) 是M a y l o ta g 的改良版［9］，为C alicheamicin与抗C D22结合的AD C，可与抗C D20的单抗Ｒitu x imab联合用药。但是在早期的实验中，CMC-544的活性对多重耐药性肿瘤细胞的活性比非耐药性细胞差。另外第三期试验的参加人数也不如预期。中途结果分析表明该药物没有作用。辉瑞在2013年5月宣布停止该AD C 的III 期随机、开放标签和双组临床试验。
FDA批准的第二个AD C 药物是Adcetris ( B rentu x imab v ed o tin) ，Adcetris包含三个部分: 人源C D30特异性的嵌合型I g G1抗体cA C10，微管破坏剂单甲基MM AE( m o n o meth y l auristatin E) ，和一个能够将cA C10和MM AE连接的蛋白酶裂解链接［10］，每个单抗上平均连有4个MM AE。Adcetris 公司是由S eattle Genetics公司和M illennium Pharmaceuticals( 现属于武田制药) 共同开发，用于治疗霍奇金淋巴瘤以及A LCL( 系统性间变性大细胞淋巴瘤) 。
T rastu z umab emtansine ( Ad o-trastu z umab emtansine，T-D M1) 是最近获得FDA批准的第三个AD C( 2013年2月) ，它通过一个非裂解链接将T rastu z umab( Herceptin) 和一个美登素的衍生物( a deri v ati v e of M a y tansine，D M1 ) 连接起来，每个单抗连有0～9个D M1，平均链接数为3.5。抗体T rastu z umab本身是FDA批准的药物，其靶标是乳腺癌和胃癌细胞的HEＲ2受体( 人表皮生长因子受体2) ，含有巯基的D M1是抗有丝分裂剂，能抑制微管蛋白聚合。T-D M1由基因泰克( Genentech，现属于罗氏) 公司研究开发，用于治疗乳腺癌［11］。
1.2处于临床期的AD C
2009～2010年有7个AD C 进入临床测试，而2011～2012年达到了17个，仅仅从数量上看就有一个很大的飞跃，现在约有30个AD C 处于临床期，表1列举了一些处于临床试验的AD C。
最初AD C 的研究都是针对血液肿瘤，主要是因为AD C 更容易识别这些肿瘤细胞。前两个获批的AD
C My l o tar g 和Adcetris分别用于治疗白血病和淋巴瘤。临床二期和三期的AD C 约60%都是用于治疗血液肿瘤。D LBCL( 弥漫性大B 细胞淋巴瘤) 是
恶性非霍奇金淋巴瘤和A LL ( 急性淋巴细胞白血病) 最常见的形式，在AD C 领域，D LBCL 的研究最为热门。
基因泰克公司在2010年和2011年分别将Pinatu z umab v ed o tin( ＲG-7593) 和ＲG-7596推入临床，ＲG-7593的靶标也是C D22，而ＲG-7596的靶标是CC D79b，这个抗原只有在B 细胞表达，因此这个靶标非常具有吸引力。基因泰克公司推动了两个亚组实验来比较ＲG-7593和ＲG-7596，这两个AD C 都与Ｒitu x imab联合用药用于治疗滤泡性非霍奇金淋巴瘤和D LBCL。这个实验包括一个交叉选项，当病情恶化，病人将会接受另外一个AD C 治疗。这种设计加上活组织样品检查将会对耐药性机理提供一些信息。
赛诺菲公司的二期临床AD C S AＲ-3419靶标是
表1处于临床实验的AD Cs［12，13］
Tab le1AD Cs in clinical trial［12，13］
ADCs c o mp an y lead indicati o ns tar g et pa y l o ad pha
Gemtu z umab o zo g ami cin (My l o tar g)W y eth m y el o id leukemia CD33 Calicheamicin FDA appr ov ed 2000，
w ithdra w n 2010
Brentu x imab v ed o tin (Adcetris)S eattle Gen etics hemat o l o g ic mali g nancies;H o d g kin's
l y mph o ma
CD30 M M AE FDA appr ov ed
Trastu z u mab emtansin e
(T-D M1)
Ｒo che breast cancer HEＲ2D M1 FDA appr ov ed
In o tu z umab o zo g amicin (C M C-544)W y eth a gg ressi v e n o n-H o d g kin’s l y mph o ma;
acute l y mph o blastic leuk aemi a
CD22 CalicheamicinⅢ
ＲG-7596Genentech DLBCL;fo llicular n o n-H o d g ki n’s
l y mph o ma
CD79b M M AEⅡ
Pinatu z umab v ed o tin (ＲG-7593)Genentech DLBCL;fo llicular n o n-H o d g ki n’s
l y mph o ma
CD22 M M AEⅡ
Glembatumu mab v ed o tin Cellde x breast cancer GPN M B M M AEⅡ S AＲ-3419S an of i DLBCL;acute l y mph o bl astic leukaemia CD19 D M4 Ⅱ L o r vo tu z u mab mertansine Immun o G en small-cell lun g can cer CD56 D M1 Ⅱ (I M GN-901)
BT-062Bi o Test multiple m y el o ma CD138 D M4 ⅡP SM A-ADC pr og enics pr o state can cer P SM A M M AEⅡ
ABT-414 AbbVie g li o blast o ma;n o n-small-cell lun g
can cer;s o lid tum o u r
M ilatu z umab d o xo rubicin Immun o medics chr o nic l y mph o c y tic leukaemi a; multiple
m y el o ma;n o n-H o d g ki n’s l y mph o ma EGFＲn o t discl o dⅠ/ ⅡCD74 D oxo rubicinⅠ/ Ⅱ
I M M U-132Immun o medics s o lid tum o ur TAC S TD2 Irin o tecanⅠ
M et ab o lite
Labetu z umab-S N-38Immun o medics cancer;c o l o rectal cancer CEA Irin o tecanⅠ
M et ab o lite
I M GN-853Immun o Gen ov arian tum o ur;s o lid tum o ur F o lat e recept o r
1
D M4 Ⅰ
I M GN-529Immun o Gen B cell l y mph o ma; chr o ni c l y mph o c y tic
全面质量管理的特点leukaemia;n o n-H o d g kin’s l y mph o ma
CD37 D M1 ⅠＲG-7458Genentech ov arian tum o ur mucin 16M M AEⅠＲG-7636Genentech melan o ma end o th elin
recept o r ETB
M M AEⅠ
ＲG-7450Genentech pr o state can cer S TEAP1M M AEⅠ ＲG-7600Genentech ov arian tum o ur;pancreatic tum o u r n o t discl o d n o t discl o d Ⅰ ＲG-7598Genentech multiple m y el o ma n o t discl o d n o t discl o d Ⅰ
ＲG-7599Genentech n o n-small-cell lun g cancer;ov arian
tum o ur
S GN-CD19A S eattle Gen etics acute l y mp h o blastic leu kaemia;
a gg ressi v e n o n-H o d g kin’s l y mph o ma
V o rtu z umab ma f o d o tin S eattle Gen etics n o n-H o d g kin’s l y mph o ma;renal cell
carcin o ma n o t discl o d n o t discl o dⅠCD19 M M AEⅠCD70 M M AF Ⅰ
A S G-5M E A g ens y s can cer;pan creatic tum o ur;st o mach
tum o ur S LC44A4
(AG S-5)
M M AEⅠ
A S G-22M E A g ens y s s o lid tum o ur nectin 4M M AEⅠAG S-16M8F A g ens y s can cer;ren al cell carcin o ma AG S-16M M AF ⅠM LN-0264M illennium g astr o int estinal tum o u r;s o lid tum o u r g uan y l y l
c y cl a C
M M AEⅠS AＲ-566658S an of i s o lid tum o ur mucin 1D M4 Ⅰ A M G-172Am g en can cer;ren al cell carcin o ma CD70 n o t discl o d Ⅰ A M G-595Am g en g li o ma EGFＲvⅢD M1 Ⅰ BAY-94-9343 Ba y er can cer;mes o theli o ma mes o th elin D M4 Ⅰ
B 细胞系标志物
C D19，该A
D C 用于治疗A LL 和D LBCL，最新的结果将在2013年下半年发布。
T-D M1的成功证明AD C 也可以用于治疗实体瘤。但是对于实体瘤，目前需要寻找合适的诊断策略来找到高表达的抗原。
C ellde x 公司处于临床二期的A
D C Glembatumumab v ed o tin就是一个很好的例子，该AD C 靶向高表达的GPN MB，使得表达GPN MB 的三阴性乳腺癌患者存活率提高了一倍。
Immun o Gen公司研发用于治疗小分子肺癌的AD C Lo r vo tu z umab mertansine ( I M GN901 ) 选择的是另外一种策略，该AD C 靶向C D56，而小分子肺癌90%都表达该靶标，所以就不需要花费很大的资源来找区分病人的方法。该AD C 二期临床的数据将会在2013年下半年发布。另外，该药治疗多发性骨髓瘤的研究也已进入一期临床试验( 约70%的多发性骨髓瘤有C D56表达) 。
jow第三个针对实体瘤的AD C 是Pr og enics公司的P SM A-AD C，用于治疗前列腺癌，P SM A( 前列腺特异性膜抗原) 是一种跨膜蛋白，在前列腺癌中广泛表达，该AD C 在2012年9月进行临床二期试验，预期在2014年5月完成。
同时，临床一期试验的AD C 也透露出AD C 发展的新趋势。例如，Am g en公司的AD C A M G-595 靶向EGFＲvⅢ( 表皮生长因子受体Ⅲ型突变体) ，该靶标是在多形性胶质母细胞瘤中高表达的细胞表面受体的变异形式，靶向受体的变异形式能够提高癌组织的特异性。
AD C 中小分子药物部分只有很少( 低于1.5% ) 能够到达需要的地方，所以不仅需要寻找能够在细胞表面高表达和特异性的靶标，还要保证AD C 的抗体部分能够和抗原的最优片段结合。
基因泰克公司的AD C ＲG-7458靶向卵巢癌抗原M U C16，从靶向M U C16重复抗原决定簇和非重复抗原决定簇的效果来看，前者能够将更多的小分子药物输送到癌细胞。
并不是所有的AD C 都能成功，如果一个AD C 获得批准，用于治疗相同疾病的其他AD C 的市场就会萎缩。AD C 所使用的单抗和小分子药物在临床中的表现也造成了一些不确定性。
AD C 的最大问题在于能否和小分子药物、单抗或者其他AD C 联合用药。AD C 虽然比小分子药物毒性小，但是比单抗毒性要大，有可能会引起血小板减少、中性粒细胞减少等现象，这就大大缩小了AD C 的治疗范围。
AD C 的发展已经进入一个很好的时期，但是研究出一个临床成功的AD C 非常具有挑战性。为了达到治疗效果，抗体、小分子药物和链接这三个部分都必须精心挑选。其中最富有挑战性的是链接部分的选择。
2 选择合适的抗体
一般情况下，单抗需要对抗原具有很高的亲合性和选择性，这样才能使AD C 更容易辨别和进入目标细胞，可以最大程度发挥药效。所选单抗应该是针对目标细胞上高表达的抗原，最好是人源抗体，这样可以使目标细胞结合更多的AD C 而增强药效，身体其他部位的浓度相对降低而降低毒副作用［14］。还需要的其他性质包括较长的半衰期、免疫效应功能和对目标细胞的抑制作用［2］。vitaminc
目前约15%的AD C 使用的是处于临床期的抗体，使用较多的还有双特异性抗体和抗体片段等修饰抗体。AD C 也鼓舞了对非热门抗体的研究，T- D M1使用了一个非常成功的乳腺癌抗体。许多正在研发的AD C 也拯救了许多临床前的抗体，这些抗体在单独使用时对细胞没有足够的活性，可能是由于它们针对的抗原对于细胞的存活并不是必要的。一旦这些抗原内化，作为导向的抗体就要重新选择。虽然一些新的抗体也在使用，但是新老抗体之间并没有冲突，对于AD C 来说，任何抗体都是潜在有用的。
3 选择合适的小分子药物
在小分子药物开发领域，对同一个靶标的研究竞争非常激烈。AD C 将可研究的靶标范围进一步扩大，常见的有C D19，C D22，C D70和EGFＲ( 表皮生长因子受体) ，而越来越多的公司却更加专注于没有竞争的范围更广的靶标。虽然一些靶标的生物节点已经建立，如HEＲ2和EGFＲ，很多靶标依
然没有相应的小分子药物。例如，赛诺菲公司的AD C S AＲ-566658是抗M U C1( 黏蛋白1) ，但在这之前，抗M U C1小分子药物的研发都遭遇了挫折。由此可见，AD C 使得一些靶标的研究焕发新生。
早期的AD C 使用的小分子有D oxo rubicin、M eth o tre x ate或者Vinca alkal o ids，临床实验结果不尽人意，部分是由于这些小分子在低浓度的活性不高［15］。AD C 所使用的小分子药物要在皮摩尔级的浓度下仍然具有很高的活性。
