傳統(tǒng)的化療手段除手術(shù)外,治療腫瘤的主要方法通常為鉑類藥物、烷化劑及紫杉醇類等細(xì)胞毒分子。雖然這些化療藥物可有效阻止或減緩惡性腫瘤生長,以至如今仍被廣泛作為臨床一線治療方案使用,但是很大一部分化療藥物并不具備靶向識別腫瘤細(xì)胞的能力,通常伴有全身毒性,有較大不良反應(yīng)。

如何在降低副作用的同時提高療效?偶聯(lián)藥物技術(shù)或許是一個解決方式。通過偶聯(lián)技術(shù),在細(xì)胞毒分子基礎(chǔ)上,將其與具有腫瘤靶向性的成分偶聯(lián),產(chǎn)生一個由多個分子鏈接在一起的復(fù)合物,制成細(xì)胞毒分子靶向治療藥物,可有效解決上述問題。

偶聯(lián)技術(shù)的關(guān)鍵在于特定靶向衍生化的蛋白質(zhì)、DNA、RNA及碳水化合物等新型靶向分子的開發(fā)。偶聯(lián)技術(shù)在腫瘤治療、疾病診斷、高效篩選等方向具有廣泛應(yīng)用,是一個擁有廣闊前景的研究領(lǐng)域。

其中,偶聯(lián)藥物是近年來發(fā)展的熱門領(lǐng)域。說到偶聯(lián)藥物,人們提得最多的是抗體偶聯(lián)藥物(antibody-drug conjugate,ADC)。但除了抗體偶聯(lián)外,多肽(peptide-drug conjugate,PDC,多肽偶聯(lián)藥物)、核酸適體(aptamer-drug conjugate,ApDC,核酸適體偶聯(lián)藥物)和聚合物(polymer-drug conjugate,聚合物偶聯(lián)藥物)與毒性分子的偶聯(lián)物在介導(dǎo)藥物靶向遞送中均有良好且廣闊的應(yīng)用前景。

今天,我們就來詳解如今發(fā)展如火如荼的ADC,共話冉冉升起的PDC,以及了解和展望其它新興偶聯(lián)藥物。

ADC:百年厚積薄發(fā),這發(fā)“魔術(shù)子彈”市場超百億美元

說到偶聯(lián)藥物,怎能不說ADC?

這項古老的藥物研究技術(shù)可以追溯到一百多年前。

1913年,諾貝爾獎得主Paul Ehrlich提出使用抗體靶向治療疾病的“魔術(shù)子彈”(magic bullet)概念。該理論表明,借助這些“子彈”可將藥物輸送到特定部位,被認(rèn)為是ADC的最初設(shè)想。

ADC發(fā)展歷程,根據(jù)公開資料整理

發(fā)展至今,ADC研究歷史已過百年。技術(shù)也幾經(jīng)更替,目前為止,ADC研發(fā)歷程已經(jīng)到第三發(fā)展階段。

三代ADC發(fā)展對比,根據(jù)公開資料整理

第一代ADC以輝瑞制藥的Mylotarg為代表,具有抗原特異性低、毒/副性強、接頭不穩(wěn)定、半衰期短等缺點;

第二代ADC以Seattle的Adcetris和羅氏制藥的Kadcyla為代表。與第一代ADC相比,第二代ADC具有抗原特異性強,藥效較高,免疫原性較低等優(yōu)點,但是還是存在毒副作用較強,耐藥性,高DAR(drug-to-antbody ratio,抗體的載藥率)值等問題;

第三代ADC通過位點特異性偶聯(lián),采用新靶點,可擁有均質(zhì)單一性ADC,細(xì)胞毒性分子更有效,精準(zhǔn)度更高、毒性更低。

從ADC歷代技術(shù)更替中,我們不難看出,ADC藥物發(fā)展技術(shù)與5個要素息息相關(guān)。

一是靶點的選擇。ADC藥物主要應(yīng)用于腫瘤治療領(lǐng)域,因此要求抗原靶標(biāo)能夠在腫瘤細(xì)胞高表達,在正常組織中低表達或不表達,或僅在特定組織中有表達。此外,還要確保目標(biāo)抗原存在于細(xì)胞表面,以便抗體可識別進入,抗原靶標(biāo)還應(yīng)具有一定的內(nèi)吞能力,觸發(fā)抗原抗體復(fù)合物轉(zhuǎn)運到細(xì)胞內(nèi)。

但腫瘤細(xì)胞表面抗原數(shù)量有限,抗原抗體復(fù)合物的內(nèi)化過程效率通常較低。所以,靶點的選擇具有一定挑戰(zhàn)性。

二是抗體的選擇。ADC藥物中抗體應(yīng)具備高親和力和高特異性。早期的ADC使用鼠源抗體或嵌合抗體,免疫原性較強;現(xiàn)在ADC開發(fā)均采用人源化抗體或全人源化抗體,親和力較高。

此外,抗體還應(yīng)具有低免疫原性、低交叉反應(yīng)性、適當(dāng)?shù)倪B接結(jié)合特性、較長半衰期等特征。目前已有的ADC抗體均為IgG分子,該分子對靶點抗原具有高親和力,在血液中有較長的半衰期。

三是細(xì)胞毒素分子的選擇。細(xì)胞毒素分子是決定ADC殺傷力的關(guān)鍵,除需具有極高的毒性外,還需具有足夠的水溶性及血清中的穩(wěn)定性。目前臨床使用的細(xì)胞毒素藥物根據(jù)作用機制可分為微管抑制劑和DNA損傷劑兩類。

其中,微管抑制劑主要是奧瑞他汀類衍生物auristatins(如MMAE、MMAF、MMAD)、關(guān)登素及關(guān)登素類衍生物(如DM1、DM4)等;DNA損傷劑主要是Calichemicin、Duoarmycins、阿霉素類、卡奇霉素等。

四是連接子(Linker)的選擇,目前主要分為可裂解連接子和不可裂解連接子。連接子是ADC能否有效遞送細(xì)胞毒性藥物的基礎(chǔ),因此連接子必須在血液循環(huán)中保持穩(wěn)定,在進入腫瘤細(xì)胞能夠快速釋放有效細(xì)胞毒藥物以殺死癌細(xì)胞。

五是偶聯(lián)方式的選擇,主要分為非定點偶聯(lián)和定點偶聯(lián)。早期使用的是非定點偶聯(lián)法,產(chǎn)生的ADC差異極大。定點偶聯(lián)方式為目前常用,即通過基因工程位點進行特異性偶聯(lián),該方式產(chǎn)生的ADC更均一。

除了需考慮上述5個關(guān)鍵因素外,抗體的DAR值問題、藥物劑量的確定、體內(nèi)藥動學(xué)研究、ADC的組織穿透能力等,也都是需要不斷優(yōu)化的問題。

此外,由于我國ADC藥物研發(fā)起步較晚,所以存在靶點及適應(yīng)癥研發(fā)扎堆的現(xiàn)象。從研發(fā)靶點來看,目前我國HER2靶點競爭最為激烈,但也不乏c-Met、EGFR、Trop-2、CD20、BCMA等靶點的藥物研發(fā);從適應(yīng)癥來看,與國外ADC藥物適應(yīng)癥類似,聚焦于腫瘤領(lǐng)域的藥物開發(fā)。

總體來看,目前全球已有13個ADC藥物獲批上市。國內(nèi)從事相關(guān)賽道的企業(yè)也已超過40家,包括有榮昌生物、東曜藥業(yè)、樂普生物、康諾亞、嘉和生物、百奧泰、浙江醫(yī)藥、多禧生物、科倫博泰、交聯(lián)藥物、美雅珂生物、恒瑞醫(yī)藥、豪森藥業(yè)、百濟神州、上海醫(yī)藥、復(fù)旦張江、復(fù)宏漢霖、普眾發(fā)現(xiàn)等藥企,整體一派欣欣向榮。

從市場體量來看,根據(jù)《Nature》預(yù)測,2020年以前上市的10款A(yù)DC產(chǎn)品到2026年銷售總額將超過164億美元。國內(nèi)ADC市場在2020年啟動,預(yù)計2024年及2030年分別達到74億及292億人民幣的規(guī)模,2024年至2030年復(fù)合年增長率為25．8%。

從發(fā)展趨勢來看,根據(jù)智慧芽(PatSnap)發(fā)布的報告預(yù)計,全球ADC藥物創(chuàng)新已逐步進入黃金發(fā)展期,ADC藥物已成為全球創(chuàng)新藥企布局的重點方向,未來3-5年可能會迎來新的高峰。

由此看來,不斷創(chuàng)新與突破才是這片黃金領(lǐng)域未來的破局點。

PDC另辟蹊徑,是否為ADC接力者?

相較于目前已經(jīng)有紅海趨勢的ADC市場,PDC領(lǐng)域還是一片等待發(fā)掘的潛力股之地。與ADC藥物相比,PDC藥物具有腫瘤穿透性更強、免疫原性較低、生產(chǎn)成本較低、易合成易優(yōu)化等優(yōu)點。

PDC的基本組成元素有3個:多肽,細(xì)胞素毒物以及連接子。

首先是多肽的選擇。近年來隨著蛋白質(zhì)組學(xué)、噬菌體展示和多肽固相合成等技術(shù)的快速發(fā)展,越來越多的新型多肽被發(fā)現(xiàn)和被合理設(shè)計,極大促進了PDC的發(fā)展。

用于PDC的多肽分子一般可分為細(xì)胞穿透肽(cell penetrating peptides,CPPs)和細(xì)胞靶向肽(cell targeting peptides,CTPs),前者能跨越細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運藥物,后者能特異性地與靶細(xì)胞上的受體結(jié)合。有文獻報道,CPP-藥物偶聯(lián)物可通過轉(zhuǎn)運作用或受體介導(dǎo)的與能量無關(guān)的非內(nèi)吞轉(zhuǎn)運途徑進入細(xì)胞。

常用CPPs有包括轉(zhuǎn)錄反式激活因子(trans-activator of transcription,TAT)、transportan、penetratin 及其衍生物或其它具有穿膜能力的肽。常用CTPs包括精氨酸-甘氨酸-門冬氨酸(RGD)恒定系列肽、黃體生成素釋放激素(LHRH)類似肽、通過噬菌體展示技術(shù)篩選出來的新型腫瘤靶向肽等。

再是細(xì)胞毒藥物的選擇。用于PDC偶聯(lián)的細(xì)胞毒藥物通常是化療藥物,如紫杉醇、DOX、CTP等,它們通過干擾或阻斷細(xì)胞增殖過程而發(fā)揮抗腫瘤作用。但經(jīng)典的常用化療藥物因選擇性不高、對腫瘤靶向能力差,易導(dǎo)致正常細(xì)胞和組織的損傷。形成PDC后可提高這些藥物對腫瘤組織的靶向性、減少在正常組織中的分布,從而減輕不良反應(yīng)。

然后是連接子的選擇。連接子是連接多肽和藥物的有效橋梁,連接子將會影響多肽或藥物的功能。與ADC類似,PDC連接子分為不可斷裂型和可斷裂型。理想連接子應(yīng)具備低分子、適當(dāng)長度、合適的穩(wěn)定性和極性等特征。

基于以上三要素,PDC具備如下優(yōu)勢。

在技術(shù)方面,PDC是一種新型偶聯(lián)藥物,它的設(shè)計原理部分與ADC類似,主要用于藥物遞送和腫瘤靶向,不同之處在于ADC中的抗體成分被可作為靶向配體的多肽分子所取代。

也正是由于PDC將抗體換成了多肽,與ADC相比,PDC具有較小的分子量,所以PDC藥物有更好的血管、組織和細(xì)胞的通透性,易滲透到腫瘤深處,且不會引起免疫原性反應(yīng)。

此外,PDC藥物還能快速被腎臟消除,對骨髓和肝臟的毒性更低;另一方面,與運輸藥物專用的噬菌體、腺病毒或其他微生物不同,PDC藥物的轉(zhuǎn)載不含有傳染性物質(zhì)。

在工藝方面,PDC靠10個氨基酸左右的肽鏈靶向腫瘤細(xì)胞,通過控制肽鏈的氨基酸序列改變共軛疏水性和電離,這兩者都影響著體外和體內(nèi)的生物利用度。

與抗體生產(chǎn)的復(fù)雜工藝過程相比,PDC可利用固相合成法進行大規(guī)模制備,PDC的合成與純化、貯存和質(zhì)控也都相對容易,體內(nèi)外穩(wěn)定性更好,可有效降低大規(guī)模生產(chǎn)的成本。

截至目前,全球已有兩款PDC藥物上市。

2018年1月,諾華子公司Advanced Accelerator Applications S．A的Lutathera獲FDA批準(zhǔn)上市。Lutathera是全球首款PDC藥物,是一款用于治療生長抑素受體陽性的胃腸胰腺神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤肽的受體放射性核素治療(PRRT)藥物。

2021年2月,Oncopeptides公司宣布Pepaxto(melphalan flufenamide,也稱為melflufen)獲FDA批準(zhǔn)上市。melflufen是一款用于治療多發(fā)性骨髓瘤的靶向氨肽酶抗癌PDC藥物,可將烷化劑與靶向氨肽酶的多肽偶聯(lián)在一起。氨肽酶存在于所有人類細(xì)胞中,在多種腫瘤中過度表達,包括多發(fā)性骨髓瘤。

如今,PDC藥物領(lǐng)域已吸引了部分生物醫(yī)藥公司的布局,其中既包括諾華、阿斯利康、羅氏等在內(nèi)的大型醫(yī)藥公司,也有盛諾基醫(yī)藥、主流生物、同宜醫(yī)藥、泰爾康生物等多家中國公司。

全球來看,PDC藥物在適應(yīng)癥方面的選擇,主要為重大難治性腫瘤,包括腦瘤、轉(zhuǎn)移性非小細(xì)胞肺癌、多發(fā)性骨髓瘤、胰腺腫瘤、晚期實體瘤等。國內(nèi)在研PDC藥物的適應(yīng)癥則主要為復(fù)發(fā)性腫瘤、消化道癌、前列腺癌、肺癌、消化系統(tǒng)癌、乳腺癌等。

總的來說,隨著篩選靶向肽或具有靶向功能的穿透肽技術(shù)的發(fā)展,PDC在技術(shù)和應(yīng)用方面的發(fā)展也會更加廣闊。期待PDC在ADC發(fā)展的盛況下另辟蹊徑,壯大偶聯(lián)藥物的榮光。

萬物皆可偶聯(lián):SMDC、RDC、ISAC、FDC…

數(shù)十種新型偶聯(lián)藥物百花齊放

除了人們較為熟知的ADC、PDC等發(fā)展較快、普及較多的偶聯(lián)藥物外,還有一些不為人熟知的偶聯(lián)藥物也在快速發(fā)展。

小分子偶聯(lián)藥物(SMDC)、放射性核素偶聯(lián)藥物(RDC)、抗體免疫刺激偶聯(lián)藥物(ISAC)、抗體片段偶聯(lián)藥物(FDC)、抗體片段偶聯(lián)藥物(FDC)、抗體細(xì)胞偶聯(lián)藥物(ACC)、病毒樣藥物偶聯(lián)物(VDC)、抗體寡核苷酸偶聯(lián)物(AOC)、抗體生物聚合物偶聯(lián)物(ABC)、抗體降解偶聯(lián)藥物(ADeC)、前藥偶聯(lián)藥物(Pro-DC)、納米顆粒偶聯(lián)藥物、雙環(huán)肽偶聯(lián)藥物等數(shù)十種偶聯(lián)藥物新技術(shù)如雨后春筍般紛紛冒出,在偶聯(lián)藥物這座花園中競相開放。

以下僅列舉幾種查閱公開資料整理的偶聯(lián)藥物。

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SMDC:尚無產(chǎn)品獲批上市但國內(nèi)企業(yè)已有布局

小分子偶聯(lián)藥物(Small molecule-drug conjugates,SMDC)是由小分子的靶向配體與細(xì)胞毒藥物偶聯(lián)所得。

與ADC結(jié)構(gòu)部分類似,構(gòu)成的關(guān)鍵因素有三點:小分子靶向配體、細(xì)胞毒分子和連接子。其作用機制也與ADC類似,但SMDC能更快速均勻地分散到腫瘤組織中,且成本低、無免疫原性。

目前SMDC仍未有上市藥物,其研發(fā)難點主要是小分子配體難以獲得,限制了其發(fā)展。

2014年,默沙東公司與Endocyte公司合作的SMDC藥品vintafolide(長春堿-葉酸偶聯(lián)物)曾獲得有條件上市,但是其Ⅲ期臨床試驗失敗(并未公布具體原因),默沙東與Endocyte從歐盟撤回vintafolide的有條件上市許可申請。

直至今日,SMDC藥物研發(fā)的歷史并不算長,國內(nèi)外也只有少數(shù)幾家公司在該領(lǐng)域有所布局,國外代表性公司有Endocyte、Tarveda、Bind Therapeutics,國內(nèi)僅博瑞生物有公開信息顯示布局SMDC藥物研發(fā)。

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RDC:利用核素顯像或治療,有望成為腫瘤診斷新趨勢

放射性核素偶聯(lián)藥物(Radionuclide Drug Conjugates,RDC)主要由靶向配體、連接子、螯合物和細(xì)胞毒/成像因子(放射性同位素)組成。

RDC與ADC和SMDC的最大差異在于藥物載荷。RDC荷載的不再是小分子,而是放射性核素,使用不同的醫(yī)用核素,可以具備顯像或治療等不同功能,部分核素兼?zhèn)鋬煞N功能�；�于這些功能,RDC將有可能成為腫瘤診斷、成像以及治療的新技術(shù)。

目前,國外布局該領(lǐng)域的由諾華、拜耳、加尼福尼亞大學(xué)、RadioMedix和Curium等企業(yè)或機構(gòu);國內(nèi)的企業(yè),則有遠(yuǎn)大醫(yī)藥在這一賽道有較多的布局。

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ISAC:信達、恒瑞、百濟均有布局

2021年8月,信達生物與Bolt(納斯達克股票代碼: BOLT)達成合作,宣布引入Bolt公司的抗體-免疫刺激偶聯(lián)物(Immune-stimulating Antibody Conjugate ,ISAC)技術(shù),共同開發(fā)三款候選藥物。

ISAC是一類在功能上與ADC部分類似的偶聯(lián)藥物,它的不同之處在于可以驅(qū)動先天免疫和特異性免疫,還可通過TLR激活CD4/CD8 T細(xì)胞將冷腫瘤轉(zhuǎn)化為免疫熱腫瘤。ISAC通過調(diào)節(jié)腫瘤的免疫微環(huán)境和免疫刺激,達到治療腫瘤疾病的目的。

目前,國外布局該領(lǐng)域的研發(fā)公司有諾華、Bolt Biotherapeutics、Silverback Therapeutics、Mersana Therapeutics;國內(nèi)除了信達生物通過合作進行研發(fā)外,恒瑞醫(yī)藥和百濟神州通過自主研發(fā)也在積極布局該領(lǐng)域。

寫在最后

不管是近幾年聲名大噪的ADC,還是初露頭角的PDC,或是其它不曾常見的“X-偶聯(lián)藥物”,偶聯(lián)藥物大家族隨著技術(shù)的發(fā)展,展現(xiàn)出了它在重大疾病領(lǐng)域的治療能力。

未來,也許會出現(xiàn)“萬物皆可偶聯(lián)”的盛況。我們期待偶聯(lián)藥物遍地開花結(jié)果,人類疾病治療得到更優(yōu)解的未來。

參考文獻:

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作者:周秋寒