抗体偶联药物是一种特定的创新型生物治疗药物，利用精心选择的连接化学反应将抗体与毒素进行化学连接，从而实现癌症的靶向治疗。抗体偶联药物也缩写为ADCs，其可将治疗载荷精确地靶向递送到癌细胞，减少对健康组织的损害。
本文以定期更新的形式综述ADCs领域的最新进展，涵盖抗体药物共轭物的所有主要方面，包括作用机理、偶联方法、连接子类型、细胞毒素选择、连接子-有效载荷选择、ADCs毒性机理、已获批准和正在进行临床试验的ADC、ADC偶联技术、已中止的ADCs项目以及ADCs领域的著名商业交易、兼并和收购。
尽管经历了包括多个项目的中止和临床撤消的众多挫折，诸如Enhertu®和Trodelvy®等第三代抗体偶联药物(ADCs)的获批为ADC在肿瘤领域的更广泛治疗应用带来了希望。值得注意的是，Enhertu®显著降低了HER2阳性转移性乳腺癌患者36%的死亡风险（Astrazeneca,PressRelease,Dec2022）。抗体偶联药物(ADCs)领域的复苏突出表现为，正在进行临床试验的ADCs（约233种）数量大幅增加（BeaconIntelligenceDatabase,Mar2024）、大量商业投资及并购浪潮的涌现（M&A）。就收入而言，2023年全球ADCs市场估计价值达97亿美元，预计2023年至2028年的复合年增长率将达到15.2%（MarketsandMarkets™，2023年10月）。
然而，在取得这些成就的同时，抗体偶联药物领域也面临着持续的挑战，特别是在多种载荷机制中观察到的高停药率，尤其是奥瑞他汀类衍生物（auristatins）、美登素类衍生物（maytansinoids）和PBD-二聚体。尽管已有14种ADCs获得批准并有多项临床研究正在进行中，但仍有68个ADCs项目被中止，还有几个项目处于非活跃状态，这反映出ADC开发的复杂性。异位毒性导致的严重不良事件将剂量限制在最佳抗癌疗效所需的水平以下。即使是FDA批准的ADC，也有相当一部分接受治疗的患者需要支持性护理来控制ADC相关毒性，这往往会导致剂量减少、治疗延迟或停药。传统的"通用的"或"复制粘贴"方法侧重于对已确立的靶点和连接剂-载荷组合进行再利用，但这种方法往往不会成功。考虑到该领域的一系列进步和资源，探索新的药物靶点和连接子-载荷选择是明智之举。过去二十年来，位点特异性偶联技术和创新性有效载荷-连接子策略的出现，再加上新靶点化合物的发现，推动了ADCs的发展，并帮助该领域取得了第二代和第三代的成功。
要应对项目失败率高的挑战，"数据驱动方法"至关重要。透彻了解ADCs领域的作用机制、进展和障碍，对于做出明智决策和取得有效进展至关重要。行业内的当务之急是，在多年研究数据的基础上采用创新方法，并利用技术进步开发下一代 ADCs。
在这篇综述中，我们深入探讨了本领域的最新进展，其涵盖了一些重要方面，如作用机制、已批准药物和正在进行的临床研究摘要、ADCs毒性的基本机制、当前的研究趋势以及对ADCs商业前景的见解。这里讨论的技术进步有望解决药物发现方面的挑战，并推动成熟和新兴治疗领域的ADCs开发。
单克隆抗体与细胞毒性有效载荷相结合，可将特定化疗药物优先输送到癌细胞，同时在很大程度上保护正常细胞。精心设计的 ADCs 可通过限制细胞毒性药物的系统循环来降低毒性，同时又不影响其在肿瘤组织中的活性，从而提高治疗效果。总之，这种方案最终可以治疗那些因副作用大而不能耐受全身化疗的患者。ADC 由三个元素组成（下图 1）：抗体、连接子和细胞毒素（有效载荷），此三者对于获得最佳疗效都很重要。下文将讨论 ADCs设计的重要方面及其要素。
有人会问，从零起步如何开始开发ADC？起点是抗原，其被抗体识别，抗体则用于递送细胞毒素。与正常细胞相比，癌细胞表达多少抗原？这些癌细胞上有多少个拷贝？ADC的内化速度如何？适应症是血液瘤还是实体瘤？抗原是在100%的癌细胞上表达，还是只在50%的癌细胞上表达？所有这些问题都有助于指导ADC单个元素的选择。
下文图2描述了产生ADC活性的基本步骤。首先，ADC必须有足够高的血浆浓度才能进入肿瘤组织。其次，ADC必须有足够的结合、内化和处理过程，才能释放出足够的活性代谢产物，导致细胞凋亡。这听起来很简单，但实际开发起来却复杂得多。考虑到这一机制，可以对不同的元素进行优化，以找到活性与毒性之间的适当平衡。
下面将重点讨论 ADCs 的连接和连接子-载荷部分，而不是抗体本身的设计。ADC 中使用的抗体可以进行各种不同的修饰，以调节 ADC 的活性，如延长半衰期、结合两种不同的表位、经设计的连接位点等。我们将首先讨论偶联，然后讨论连接子和细胞毒素，最后讨论整个 ADC 结构。
将连接子负荷附着到抗体上看似简单，但有许多不同的考虑因素和方法需要仔细权衡。第一个概念是测量抗体上发生了多少次连接。制备的任何ADC都会有一个药物抗体偶联比（DAR），即每个抗体上发现的细胞毒素的平均数量（图3）。该比率可通过多种分析技术进行测量，这些技术通常都能得出相似的结果，但几乎不可能得出相同的数字。随机偶联的分布通常被称为异质性分布，即根据不同偶联比产物的混合分布（DAR0-8）得出平均DAR（如DAR4），或选取主要为一个物种时的同质性分布（如主要为DAR2）。
最常见的抗体连接方法是利用抗体上的天然亲核氨基酸，其中赖氨酸和半胱氨酸是目前最常用的两种残基。赖氨酸连接通常通过将抗体与活化酯混合来实现。赖氨酸偶联的优点是操作简单，可在抗体和连接子负载物之间形成稳定的酰胺键。然而，连接子与赖氨酸的连接会改变抗体的整体电荷。基于赖氨酸的偶联当平均偶联比DAR设定目标为3.5时，其DAR分布在0到9之间。
其他用于偶联的亲核氨基酸是链间半胱氨酸，这需要对抗体进行前处理。活性硫醇作为链间二硫化物被保护在重-轻链和重-重链之间，必须用还原剂（如TCEP、DTT）将其释放。一旦抗体被还原，硫醇就可以与亲电试剂（如马来酰亚胺或卤代乙酰胺）发生反应。在还原阶段，DAR受还原剂用量的控制。使用半胱氨酸进行标准共轭的目的是使IgG1抗体的DAR值设定在4左右，DAR值分布在0-8之间。半胱氨酸偶联快速、可靠，不会改变抗体的电荷，但在某些基团中会发生逆反应，将连接子载荷释放到血液循环中。目前，大多数 ADC 采用半胱氨酸偶联来连接连接子-载荷。
多年来，许多新技术和新方案被开发用于构建具有均一DAR的ADC。这些技术的例子包括工程化半胱氨酸、非天然氨基酸、桥接连接基团以及使用酶来控制连接基团负载的分布。这些技术可提高抗体偶联药物的临床前治疗效果，下文将就此详细讨论。
细胞毒素一般没有可连接的基团，因此必须添加一个间隔物（spacer）或连接部件才能使细胞毒素与抗体连接。这种间隔物被称为连接子，一般有两种类型：可裂解（可释放）和不可裂解（不可释放）。
不可裂解连接子不含任何生物或化学不稳定键，抗体完全降解后会释放出活性代谢产物。其所释放的代谢产物将含有抗体中的氨基酸，而抗体中的氨基酸与连接子-负载偶联。非可分解连接体产生的代谢产物不会被动地穿过细胞膜，因此不会在生理组织内分布。最常用的两种非可分解连接体是马来酰亚胺酰（Mc）和反式-4-（马来酰亚胺甲基）环己烷-1-羧酸琥珀酰亚胺酯（SMCC）。一般来说，非可分解连接剂的耐受性较好，但有效性欠佳。
可裂解连接体有种类繁多的模体和释放机制，但都有一个专门设计的键，其可以在较低的 pH 值、酶的作用下或在硫醇存在的情况下断开。可裂解连接体会释放出具有细胞膜渗透性的代谢产物。这种膜渗透性通常意味着细胞毒素具有旁观者活性，即具有通过被动扩散杀死邻近细胞的能力。
最常用的连接子是可被蛋白酶裂解的连接子，它含有一个缬氨酸-瓜氨酸-对氨基苄基氨基甲酸酯分子（vc-PABC）。
许多二肽、三肽和四肽序列都会被蛋白酶裂解，改变序列可以促进连接体-载荷的合成，改善ADC构建物的特性。这是一种无残留连接子，可以释放含胺的细胞毒素。许多二肽、三肽和四肽序列都会被蛋白酶裂解，改变序列可以促进连接体载荷的合成，从而改善 ADC 的成药特性。可裂解连接体的优点是血浆稳定性好，在各种细胞系和临床前模型中活性强。
释放细胞毒素的另一种方法是利用肿瘤微环境和溶酶体中的酸性环境。肼和碳酸盐是两种常用的 pH 值敏感连接体。这些酸性连接子会在循环中脱落细胞毒素，但仍然是功能强大的连接体基团。
最后，我们要讨论的最后一种可裂解连接子是含有还原键的连接子。它们通常通过二硫键来识别，二硫键在半胱氨酸或谷胱甘肽的作用下会断裂成两半。二硫键的优点是释放动力学可由立体体积控制。
目前已知，多种不同的细胞毒素可与不同的连接子进行组合和匹配。ADC 细胞毒素通常通过破坏微管蛋白、损伤 DNA、抑制拓扑异构酶和阻止其他重要的细胞过程等方式，表现出亚纳摩尔范围的活性。这些细胞毒素具有不同的效力、渗透性和疏水性。如何选择准确的细胞毒素取决于连接子类型以及肿瘤对活性代谢物的敏感程度。细胞毒素主要有以下几类：奥瑞他汀类（auristatins）、美登素类（maytansinoids）、卡里霉素类（calicheamicins）, 吡咯并苯二氮卓类（ pyrrolidinobenzodiazepines, PBDs), 苯二氮平类(indolinobenzodiazepines, IGNs), 倍癌霉素(duocarmycins), 喜树碱类（camptothecins）, α-鹅膏蕈碱（alpha-amanitins），及蛋白降解物（protein degraders）。在已获批准的 ADC 中，经过验证的细胞毒素包括卡里霉素类美登素类、奥瑞他汀类和喜树碱类，所有这些细胞毒素都可以进一步衍生，以期获得最佳有效性。
到了这一步，现在的重要问题是如何选择连接子、细胞毒素、偶联方法和DAR。这通常需要数轮优化，但了解生物学特性有助于确定最佳起始点。例如，若肿瘤在整个组织中的表达一致，那么可以考虑使用不可裂解连接子来降低毒性。如果存在异质性表达，那么产生膜渗透性分解物（具有旁观者活性）的可裂解连接子将是有利的。了解每个细胞的内化率和抗原数量有助于确定所需细胞毒素的效力值。如果肿瘤细胞的抗原表达量高，则可以使用药效较弱的细胞毒素。但如果抗原表达量低，则需要使用强效细胞毒素。有了这些信息，我们就可以开始测试成功几率最大的连接子负载，并开始根据生成的数据改进ADC。另一种广泛使用的连接子负载选择方法是从具有代表性的模型开始，筛选所有先进的连接子负载。标准的连接子载荷包括MC-MMAF、MC-VCPAB-MMAE、SMCC-DM1、SPDB-DM4、Dxd(1)、CL2A-SN38、Tesirine和DGN549。这些细胞毒素可从商业渠道获得，其临床剂量也已确定。
在选择整个偶联技术路线时，涉及到 DAR、疏水性和药代动力学的优化，这将取决于预期的临床剂量是多少。为了克服肿瘤抗原屏障，最大限度地提高肿瘤穿透力，增加肿瘤组织对正常组织的吸收，应将剂量控制在线性 PK 范围内作为目标。毒性是由连接子-负载物而不是靶点引起的，因此选择合适的连接子-负载物平台非常重要。
总之，ADC 需要优化的参数有很多，没有硬性规定可循。本文仅强调了有助于指导连接剂-载荷选择的注意事项。设计精良的 ADC 可以为临床带来巨大的益处，但终究不会是一体适用的通用方法。
尽管抗体偶联药物（ADCs）被设计即是旨在提高对特定癌细胞的靶向输送毒性药物的能力，但它们依旧经常面临与毒性相关的挑战。第一代ADC的数据显示，只有极小部分（约0.003-0.08%）的注射剂量能够到达目标肿瘤细胞，这导致大量细胞毒素分布在非目标组织，并随之引发不良事件。
与ADCs相关的毒性可以分为靶向毒性和非靶向毒性。靶向毒性发生在ADC结合到健康细胞上预期的细胞表面蛋白时，导致不良反应（图5A）。非靶向毒性涉及非特异性内吞作用、ADC与Fc/C型凝集素受体的结合，或通过细胞膜的被动扩散使游离载荷内化（图5B和5C）。当ADCs的载荷被切割，导致游离载荷扩散到邻近的健康细胞时，可以观测到旁观者毒性效应。
尽管具有相同类别的载荷-连接子的ADCs具有相似的毒性特征，但使用相同的ADC治疗不同类型的癌症可能会导致不同的毒性。在晚期临床试验和市场上的ADCs中（列于下表一），常见的不良事件在严重程度上有所不同，有些甚至达到3级或更高。在常用的载荷类别中，报告最常见的毒性是外周中性粒细胞减少或血小板减少，其次是外周神经病变、肝毒性、皮疹、眼部毒性和胃肠道毒性。
为了应对这些挑战并减少与ADC相关的毒性，最近探索了各种策略。这些策略包括修改偶联技术或载荷-连接子化学、进行抗体修饰、调整剂量方案，以及实施反向靶向策略。
目前，已有多个抗体偶联物药物(（ADCs）已经获得批准或正在进行临床试验，如表2和表3所总结。首个获得市场批准的ADC药物，吉妥珠单抗奥扎米星（ gemtuzumab ozagamicin），由辉瑞公司在2001年首次推出，2010年撤市，2017年与依诺珠单抗奥扎米星（inotuzumab ozogamicin）一起重新上市。第二个上市的ADC药物，本妥昔单抗维多汀（Brentuximab vedotin），由Seagen和Millennium Pharmaceuticals/武田制药在2011年推出，2023年第三季度销售额达到了7.51亿美元。第一三共公司推出的曲妥珠单抗德鲁替康和罗氏公司推出的注射用德曲妥珠单抗（Trastuzumab deruxtecan，T-DXd，DS-8201），持续着重磅炸弹的市场地位，其2023年的销售额分别为25.56亿美元和22.2亿美元。2019年至2022年间，又有额外的ADC药物获得批准，使得获批的ADC药物总数达到14种，如表2所总结。ADC作为关键治疗方式的重要性，通过它们在临床和市场上的成功，以及ADC业务交易的规模和数量，在后面的章节中有所描述。
在ADC药物开发中，最常用的偶联方法是化学随机偶联，这涉及对抗体表面的天然赖氨酸或由抗体链间二硫键部分还原产生的半胱氨酸进行随机修饰。然而，这种方法通常会导致产生具有广泛分布的药物-抗体比(DAR)的异质混合物，这是通过平均不同物种来测量的。这种异质性可能导致形成DAR低于最佳值的亚群体，从而降低疗效，以及DAR高于最佳值的另一个亚群体，这可能会增加副作用/毒性问题。由于这些产生的亚群体具有不同的药代动力学(PK)和疗效特性，因此在临床试验期间很难预测所有不同物种的效果。由于广泛的抗体修饰，可能会引起结构变化，从而影响其生物功能，因此这样产物中的一小部分可能会产生观察到的大部分毒性。
为了应对这些挑战，已经开发了几种位点特异性偶联技术。这些策略可以创造出更加均匀的ADC群体，提高血浆稳定性、增强肿瘤摄取和提高结合效率。在临床中实现均匀ADC的案例涉及对每个链间二硫键(DAR8)进行修饰，实现精确和位点特异性偶联，如射用德曲妥珠单抗（Trastuzumab deruxtecan，T-DXd，DS-8201）所展示的。这一进步允许了更加一致的DAR和改善的治疗结果。在过去几年中，已经开发了许多位点特异性偶联技术。表4提供了开发具有改善均匀性和治疗指数的ADC结构的常用策略的概述。
尽管ADC领域在过去几年取得了许多成功和新批准，但仍有许多中止的项目提供了重要信息。这些ADC大多数因为缺乏更优的治疗效果而中止，换言之，即在可接受的剂量下缺乏疗效。一些ADC也因管线的重新优先排序或竞争格局而中止。大多数ADC使用了基于auristatin和maytansinoid的ADC，而在许多情况下，可能为适应症选择了错误的药物-连接子体系。一些针对Her2+癌症的抗体没有在临床上取得进展，或者与trastuzumab emtansine相比没有显示出有意义的改善，但是仔细选择新的药物-连接子体系导致了非常有前景的新ADC fam-trastuzumab deruxtecan-nxki的出现。表5显示了已经进入临床但未继续进行的目标和ADC，利用这些知识可以开发新一代的ADC。
截至目前，ADC领域的交易活动正在如火如荼地进行，其再次成为关注的领先领域。这些交易展示了ADC所能提供的价值，ADC平台正成为重要的治疗方式。从2020年9月吉利德以210亿美元收购Immunomedics，到2023年辉瑞以430亿美元收购Seagen，以及多项许可协议和战略合作，ADC交易涵盖了从早期到晚期再到上市产品的各个阶段，包括多种肿瘤靶点和适应症。
下面的表格总结了ADC领域近期的合作伙伴关系交易、风险投资融资事件和成功的IPO。表6列出了自2020年1月以来ADC领域的主要许可交易和并购(M&A)。表7列出了自2020年1月以来ADC领域的主要风险投资融资事件和IPO。
总之，ADC 已成为一类重要的治疗药物，可为各种癌症的治疗带来新的机遇。ADC 领域最近取得的重大科学和临床进展突出表明，这是一个需要继续研究和投资的重要领域。
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