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抗体偶联药物（Antibody–drug conjugates (ADCs)）可以定义为药物前体，抗体能够识别表达肿瘤抗原的靶点，并通过连接子与细胞毒素的“弹头”偶联形成针对肿瘤细胞的靶向递送系统。在理想状态下，该药物前体在系统给药时不具有毒性，而当ADC药物中的抗体与表达肿瘤抗原的靶细胞结合、整个ADC药物被肿瘤细胞内吞后，小分子细胞毒素组分将以高效活性形式被足量释放，从而完成对肿瘤细胞的杀伤。
图1. 抗体偶联药物结构模式
那么其实可想而知，一个理想的ADC药物需要四个部分的完美结合：
·抗体（靶点）的选择：针对肿瘤特异（相关）性抗原，较高的表达水平，良好的内吞效率、良好的抗原亲和力、无免疫原性、药物可及性；
·连接臂的选择：血液循环中保持稳定，在细胞内快速解体，高效释放毒物；
·连接方式：定点偶联，产生均一的抗体偶联物；
·毒素分子：一般要求毒素毒性足够强，达到单使用使IC50<1nmol；足够的水溶性及血清中的稳定性；毒物的作用靶点位于细胞内。
其实ADC药物这一构想早已经不是什么新鲜的事物。早在1960s，文献中就报道了动物模型中ADC药物的使用；1980s，就开始进行了基于小鼠免疫球蛋白G（IgG）分子的ADC的临床试验。终于在2000年，FDA批准了的第一个ADC药物——Mylotarg（Gemtuzumab ozogamicin，一种与卡奇霉素结合的抗CD33人源化单克隆抗体），用于治疗急性髓性白血病患者。
第一代抗体偶联药物—Mylotarg
像所有新技术发展的路径一样，大多数的第一代的产品因为有很多缺陷成了炮灰。在批准后一项研究中，Mylotarg（如下图1）与化疗相结合并未表现出比单独化疗更高的生存率和更高的致死毒性率，这导致辉瑞公司2010年自愿将此该药物从市场上撤出。背后的原因可能有以下几个：
图2. Mylotarg（Gemtuzumab ozogamicin）结构式
·第一代ADC药物Mylotarg采用的是利用抗体上的赖氨酸和活化的羧酸酯连接子通过酰胺键连接。但一个人源化抗体包括了80～90个赖氨酸，偶联的位置可能会发生在抗体轻链和重链上近40个不同赖氨酸残基上，而且通过赖氨酸偶联每个抗体会偶联上0～8个小分子药物, 因此这种方法生产出来的ADC药物其实是一组高度异质混合物，这严重影响药物的PK/PD和治疗窗口。
·另外Mylotarg的连接子和毒素分子利用腙键相连，腙键是一种对酸不稳定的基团，是一种可断开的连接键，一旦ADC转运到酸性内体（pH 5.0-6.0）和溶酶体（pH约4.8），就会通过水解释放游离药物。但实际上在体循环中（pH 7.4, 37°C）下也会缓慢水解，导致有毒有效负载的缓慢释放，产生未预期的off-target毒性。
因此无论是从连接子、连接方式来看，以Mylotarg为代表的第一代ADC药物都还存在着很多需要改进的地方。
第二代抗体偶联药物—Kadcyla
罗氏的Trastuzumab emtansine（Kadcyla）于2013年2月获得FDA批准，用于治疗之前接受过曲妥珠单抗和紫杉类化疗失败的HER2阳性乳腺癌患者。Kadcyla，是一个靶向HER2 抗体药物偶联物 (ADC)，含人源化抗HER2 IgG1曲妥珠单抗(Trastuzumab)和微管抑制剂DM1(美登素maytansine衍生物)，两者通过稳定硫醚连接物(MCC)共价连接，其结构如下图3所示：
图3. Trastuzumab emtansine（Kadcyla）结构式
相较于第一代ADC药物，Kadcyla有了以下方面的提高：
·Kadcyla采用了不可断裂的硫醚连接物(MCC)共价将抗体和毒素连接。研究表明，与二硫化物（可断开）连接的美登素构建体相比，在血液循环中稳定性较好，因此耐受性较好，明显的改善了细胞毒性药物的治疗指数。
·Kadcyla在靶细胞内吞后，抗体被水解为氨基酸，ADC药物的活性代谢产物为赖氨酸-MCC-DM1，因为其带电亲水性、靶细胞裂解后，不会对周围的细胞产生杀伤作用。
作为第二代的ADC药物，Kadcyla无疑是成功的，EMILIA临床试验表示：入组了991名已经至少接受过曲妥珠单抗、紫杉醇治疗后失败的晚期HER2阳性乳腺癌患者，一组接受T-DM1治疗，一组接受拉帕替尼+卡培他滨治疗。结果显示：T-DM1相比于拉帕替尼+卡培他滨，有效率更高（43.6% vs 30.8%）、中位无疾病进展时间PFS更长（9.6个月 vs 6.4个月），中位总生存期OS更长（30.9个月 vs 25.1个月），副作用更小（3-4级不良反应发生率为41% vs 57%）。
但Kadcyla并非是完美的，Kadcyla仍采用的是利用抗体上的赖氨酸和活化的羧酸酯连接子通过酰胺键连接。得到的仍然是0～8个载药量的处于不同位置的非均一ADC药物。这仍然极大的影响了药物的药代动性质和治疗窗口。
所以，解决上述问题就是下一代ADCs发展的目标，解决的问题策略是定点偶联，通过定点偶联才会得到均一的高质量的新一代ADCs。
第三代抗体偶联药物
目前经过研究者的大量的工作，已经开发出了多种方法可实现细胞毒性药物与确定位点和化学计量的抗体的偶联。笔者列举主要的几种方式如下：
1.Thiomab技术：Thiomab技术最早由Genentech公司的 Junutula等报道, 他们采用基因工程技术在曲妥珠单抗(trastuzumab)的轻链V110C 和重链A114C 特定位置处插入半胱氨酸残基, 然后将半胱氨酸上的巯基和单甲基 auristatin E (MMAE) 偶联，合成了位点专一的抗体−药物偶联物，其中药抗比为 2 的产物高达 92.1%。
2.ThioBridge技术：将单抗本身的二硫键还原，利用二溴（或二磺酸盐）试剂与还原的链间二硫化物反应，以提供重新桥接的mAb，得到主要的是药抗比为4的产物：
3.引入非天然氨基酸法：该方法使用一个进化过的可以特异性识别非天然氨基酸的酪氨酰-t RNA/氨酰-t RNA 合成酶, 通过中国仓鼠卵巢细胞(CHO) 转染以代替琥珀密码子的第21个氨基酸, 所得细胞即可用于合成带有基因译码——对乙酰苯丙氨酸残基的各种抗体，然后在于羟胺发生肟化反应，得到主要的是药抗比为2的产物：
4.酶催化法：如分选酶 A (Srt A)是一种具有膜结合巯基转肽酶催化功能的酶, 它能识别蛋白中的主要序列 LPETG, 裂解苏氨酸(threonine) 和甘氨酸间的肽键后形成一种稳定的中间体, 再通过硫酯键把 Srt A中的巯基连接到苏氨酸羧基上。
在笔者看来，ADC药物从设计的理念上来说，其实是为了改进化疗药物。因为传统的化疗药物不具备识别肿瘤特异性，而抗体将细胞毒性药物靶向递送至癌细胞增加了到达肿瘤的药物分子的百分比，从而降低化疗药最小有效剂量并增加最大耐受剂量。但第一代和第二代ADC药物因为连接子和连接方式的原因，仍然具有脱靶毒性和与不均一的抗体偶联物，使得这些他们的治疗窗口仍然很窄。如今，科学家们已经开发出了多种的定点偶联的方式、连接子、毒素分子， ADC药物的治疗窗口已经得到了极大的改善。
国内外ADC药物研发进展
截至目前FDA已经批准了四个ADC药物上市，有一款药物处于新药申请阶段，近10款药物处于临床III期，有超过60个药物针对多种靶点处于临床的不同阶段。IMMU-132在三阴乳腺癌和小细胞肺癌，enfortumab vedotin在晚期或转移性尿路上皮癌、Mirvetuximab soravtansine在治疗卵巢癌、以及GSK2857916在多发性骨髓瘤，等等这些在研的ADC药物都给研究者留下了深刻的印象。现将国外临床在研ADC药物的靶点、连接方式、毒素统计如下：
和国外相同的是，国内众多药企纷纷布局ADC药物领域，如：浙江医药（新码生物）、恒瑞、丽珠单抗、美雅珂（乐普）、复星医药、上海医药、科伦药业、华海药业、石药集团、嘉和生物、东曜药业、启德生物、同宜医药、天士力、特瑞思、百奥泰生物、齐鲁制药、荣昌生物等。但和国外不同的是，国内药企大多扎堆开发HER2这个靶点，主要是仿制已上市的Kadcyla，竞争十分激烈。国内药企ADC在研药物统计如下：
总结
ADC领域在过去几年一直处于低谷期，在2017年以前，全球仅有两款上市药物。但得益于定点偶联技术的发展、更有效的小分子细胞毒素、以及更加完善的抗体修饰技术，使得ADC领域开始逐渐回暖。从2017年开始，现有上市产品适应症逐步增加、曾经历退市的第一个ADC药物Mylotarg在调整了给药剂量、频率和适用患者，又重新上市，同时又有新的产品(辉瑞Besponsa)上市等。2018年5月，国家药监局在一个月内批准了六款ADC药物的临床试验申请，这些都给ADC药物研发领域打了一剂强心针。
本文着重讲了ADC药物从第一代到第三代的进阶之路，主要从linker的角度来阐述这一改进。目前的定点偶联技术和连接方式已经能保持毒素分子在血液中的稳定性和ADC药物的均一性。但实际上ADC药物的挑战还远不止于此，比如：
·新开发的ADC药物针对的疾病分子机理了解不足或者合适的动物模型比较欠缺。比如，有些以为是针对肿瘤特异性开发的靶点，但上了临床后，才发现部分的正常组织也表达，造成未预期的毒性。或者临床前动物模型对某个靶点的表达水平远远高于病人实际水平，导致临床前表现很好的药物上了临床后，缺乏有效性。
·目前作为ADC毒物小分子的选择不多。目前大约三分之二在临床试验阶段的只是两类：澳瑞他汀类和美登素类。选找合适的毒素挑战在于，要有足够高的有效性, 相对合适的亲水性，拥有合适的化学结构从而能连接到抗体，以及对于多药耐药蛋白(MDR1)-mediated外排的容忍度等等。
相对于目前炙手可热的肿瘤免疫治疗领域，ADC药物研发显得有些冷清。但经过蜂拥而至后的同质化竞争以及接二连三的肿瘤免疫联合治疗挫败之后，投资者和创业者也许会更加冷静。重新拾起像ADC这种技术已经成熟的研发路径进行创新，也未尝不是条可选之路。纵使还有很多的不完美，但科学的道路向来都是曲折中发展，眼前的诸多挑战也许对某些人来说就是未来的重大机遇！
参考文献：
1.Beck, Alain, et al. “Strategies and challenges for the next generation of antibody–drug conjugates.” Nature reviews Drug discovery 16.5 (2017): 315.
2.Sau, Samaresh, et al. “Advances in antibody–drug conjugates: a new era of targeted cancer therapy.” Drug discovery today (2017).
3.Nagayama, Aiko, et al. “Antibody–Drug Conjugates for the Treatment of Solid Tumors: Clinical Experience and Latest Developments.” Targeted oncology 12.6 (2017): 719-739.
4.Dan, Nirnoy, et al. “Antibody-drug conjugates for cancer therapy: chemistry to clinical implications.” Pharmaceuticals 11.2 (2018): 32.
5.Zhou, Qun. “Site-specific antibody conjugation for ADC and beyond.” Biomedicines 5.4 (2017): 64.
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