近期，华东师范大学朱书雷副研究员、吕伟研究员、余家会研究员团队在《Journal of Controlled Release》期刊2024年第369期上发表了题为“Enhancing SN38 prodrug delivery using a self-immolative linker and endogenous albumin transport”的研究论文。该团队针对羟基类有效载荷在药物偶联系统中的应用受限，设计优化了一种可用于多种羟基类有效载荷的广谱连接子。该连接子配有的马来酰亚胺侧链可供与患者内源性白蛋白共价结合，改善前药分子的代谢和分布性质。代表的β-葡萄糖醛酸酶响应性白蛋白共价结合前药J1148在小鼠血浆中具有极佳的稳定性，孵育7天释放出的活性药物不足2%，能有效降低脱靶毒性。在人结肠癌HCT116异种移植瘤模型中，J1148能有效抑制肿瘤生长，使肿瘤完全消退。
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图1. 前药J1148的作用机制
羟基类活性药物（或有效载荷）在前药体系或药物偶联体系中具有巨大应用潜力，但对适用于羟基类活性载荷的连接子（linker）的报道却很少。许多可裂解连接子对羟基类有效载荷的释放受限于药物本身的pKa值以及肿瘤微环境或肿瘤细胞器中酸性环境等条件，导致其无法在体循环中达到保持高稳定的同时实现肿瘤部位的快速释药。在已上市的基于羟基类活性药物的重磅ADC中，Trodelvy利用碳酸酯键与SN38相连；Enhertu则利用缩醛将DXd与四肽连接子连接。然而这两种连接方式均缺乏对羟基类有效载荷的普适性。
在传统PABE连接子中，羟基药物pKa值＞9.2时无法释药，在该连接子体系中，即使pKa值高达15.17的苯乙醇分子也能快速解离（pH 5.4下，t1/2 = 14.07±0.18 min），如图2所示。在pH为5.4的条件下，所有释药模型分子的释药半衰期均不超过15分钟，范围在7.75±0.21分钟到14.07±0.18分钟之间。即使是与pKa值高达15.17的苯乙醇相连的模型分子J1，释药半衰期仍然只有约14分钟。与唯一与pKa值低于9.2的2-萘酚相连的J3相比只相差了约7分钟（约两倍）。
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图2. 五种羟基类释药模型分子的释药曲线
在对该连接子的进一步评估中，研究人员合成了两种前药J1148和J996。其中J1148具有可与白蛋白在体原位结合的马来酰亚胺侧链，与白蛋白结合后可延长药物在体内的代谢半衰期。在药代动力学、体内分布实验中，前药J1148表现出更长的体内半衰期，血药浓度远高于J996组，最大浓度（Cmax）增加了7倍，曲线下面积（AUC）增加了16倍。这表明在体原位白蛋白结合策略和广谱连接子技术的集成可以显著延长前药的半衰期，从而增加了药物在肿瘤部位智能定点蓄积和释放的潜力（图3）。
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图3. 静脉注射J1148和J996后在小鼠体内的血药浓度曲线
进一步的体内药物分布实验结果显示，经尾静脉给药2 h后，J996在肿瘤中释放出的SN38和J1148给药组相当（图4 A）；给药6 h后，J996和J1148在肿瘤中的累积量开始表现出明显的差异，J996给药组迅速下降，J1148给药组在肿瘤中的累积量相较J996组高达6倍（图4 B），并且这种差量持续到24h（图4 C）。在给药48 h后，J1148组肿瘤中释放出的活性药物SN38依然保持较高的浓度，相较J996组高达18倍（图4 D），证实了在体原位白蛋白结合策略和广谱连接子技术集成可有效延长药物在肿瘤部位的蓄积时间并实现高效释药。
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图4. 静脉注射J1148和J996后（A）2 h；（B）6 h；（C）24 h和（d）48 h，肿瘤组织和主要器官中SN38的浓度
为了进一步评价该策略的抗肿瘤作用和机制，研究人员在结肠癌HCT116荷瘤鼠体内进行了抗肿瘤效果评价。结果表明J1148表现出远优于J996以及上市药物伊立替康的治疗效果，能够明显地抑制肿瘤生长并缩小肿瘤体积，部分小鼠的肿瘤完全治愈。在整个实验过程中，所有给药组均没有观察到与给药相关的小鼠体重下降的现象，表明了无论是J996还是J1148的治疗都未对小鼠造成明显的毒副作用。![]()
图5. （A）5组HCT116荷瘤小鼠的肿瘤体积；（B）图5 A部分放大图；（C）5组HCT116荷瘤小鼠的体重；（D）HCT116异种移植小鼠第37天（伊立替康给药组）和第40天（J996给药组和两种剂量的J1148给药组）的肿瘤体积
以上实验结果表明，该连接子完全具有成为一种可应用于前药、ADC、SMDC、PDC等多种“XDC”中递送羟基类药物的通用骨架的潜能，具有进一步开发为新药的前景。也充分论证了利用内源性白蛋白在体原位结合，可以作为提高药物在体循环中的代谢时间和抗肿瘤效果的有效策略。- 设计了一种由可修饰对羟基苯基醚和快速环化适配器组成的自裂解连接子，拓展羟基类有效载荷在药物偶联体系中的应用范围；
- 快速释药的连接子与白蛋白载体相互配合改善前药在体内的的分布。
Volume 369, May 2024, Pages 622-629https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2024.04.019
朱书雷，华东师范大学药学院副教授。目前从事抗肿瘤药物以及衰老疾病药物的设计与递送工作，致力于开发抗肿瘤药物和衰老相关疾病药物应用的新方法和新技术，解决药物脱靶与在靶毒性问题。通过构建新型酶前药疗法，成功开发出若干新型高效的临床候选药物，已与多个医药公司达成合作，实现科研成果转化。目前，共同设计开发的抗体偶联药物平台，已经获得多个临床批件。以第一/通讯作者在J. Control. Release, Asian J. Pharm. Sci., J. Med. Chem., Eur. J. Med. Chem.等期刊发表SCI论文19篇；申请国际、中国发明专利10项；主持和参与国家自然科学基金青年基金项目1项和企业横向合作项目若干项。余家会，华东师范大学化学与分子工程学院研究员，博士生导师目前从事抗肿瘤药物递释体系、分子影像对比剂、组织工程材料研究。主持参与科技部863，973计划项目、国家自然科学基金、教育部留学回国人员基金、上海市纳米专项项目、上海市国际合作项目等多项。发表研究论文100多篇，授权发明专利20多项，参与5部中、英文专著章节撰写。姜星，华东师范大学化学与分子工程学院2020级博士研究生，主要研究方向为抗肿瘤药物递送系统。
Xing Jiang, Lingyi Zhu, Qingyu Wei, Wei Lu, Jiahui Yu*, Shulei Zhu*, Enhancing SN38 prodrug delivery using a self-immolative linker and endogenous albumin transport, Journal of Controlled Release, 369, 622-629, 2024.
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