ADC：藥物設計的登月計劃（二）

2023年8月7日 | Filed under: 制藥工業,制藥企業,抗腫瘤藥,藥物化學,新藥研發,制藥常識,文獻綜合 | Posted by: 路人丙

雖然Enhertu的出現后讓ADC成為一個熱門領域，但多數上市ADC藥物還只是小眾產品、更有大量ADC藥物在臨床試驗中因為毒性太大或療效不足而失敗。“魔法子彈”這個理念雖然讀起來朗朗上口，但顯然不能全面反映ADC復雜的工作機制。理想情況如果有大量比HER2表達量更高、特異性更好的腫瘤相關抗原，ADC的設計會非常容易、因為高豐度靶點會讓腫瘤成為藥物的分布洼地。同樣如果毒素部分治療窗口很寬、ADC設計也會很容易。事實上如果毒素部分有非常充裕的治療窗口ADC這個概念都不會出現，因為不需要嘛。

但是我們不是生活在理想世界中。化療藥物70年的開發經驗證明寬治療窗口化療藥物發現非常困難，而比HER2更好的ADC靶點也幾乎可以肯定沒有了。要在資質一般靶點、用現有窗口較小毒素重復Enhertu水平療效需要面對靶點和毒素都不理想的現實，充分理解ADC的結構與功能，設計上要做到顆粒歸倉、榨取ADC平臺的全部價值。那么ADC這個技術平臺的本質是什么呢？

1. ADC改變毒素的體內分布
這是ADC的核心功能。ADC原始理念是選擇性把毒素遞送到表達腫瘤相關抗原（TAA）的腫瘤細胞，這本質上是通過改變藥物在體內分布而改善治療窗口、但ADC對藥物分布的影響不僅限于這一個側面。

ADC的殺傷能力圍繞著小分子毒素，但ADC的藥代性質卻主要由抗體決定，因為抗體是毒素分子量的150倍左右、胳膊拗不過大腿。小分子毒素因為分子量小可以快速深度分布到人體各組織、而且可以與血漿和組織中高濃度蛋白如白蛋白結合，影響在組織和血液中藥物的代謝、消除。毒素與抗體做成ADC后則嫁雞隨雞、基本留在血液里。

因為不同組織蛋白量不同、與小分子結合力不同，所以各組織的藥物總濃度可以相差很多，但根據“充分攪拌”理論全身各組織的自由藥物濃度是一樣的。這個假說是基于藥物從循環系統向全身組織分布這個裸藥需要遵循的次序，但ADC因為是一類在各個組織、尤其是疾病組織釋放的前藥所以這個次序是反過來的。即ADC需要先進入組織才能把毒素釋放出口，然后毒素才可能從組織逃逸到循環系統。這個性質與小分子前藥也是有本質不同的，多數小分子前藥是在血液中激活的、當然有一些是胞內激活的。小分子分布過程因為沒有化學反應發生所以能壘較低、基本可以認為是可逆的，但ADC這個獨特毒素分布和釋放機制仍為藥物設計提供了一些新穎機會。

理論上在組織里比較穩定、但容易被肝代謝或被腎排泄的毒素可以因為ADC攜帶毒素這個特殊分布次序比小分子毒素窗口更寬，因為在組織里釋放的毒素逃逸到循環系統的毒素也很快被動態清零，另外與組織釋放的毒素可以與蛋白結合所以減慢毒素從組織向循環系統的逃逸速度，這兩個因素共同維持一個遠離平衡的組織/血液藥物梯度。多數現在上市的ADC藥物血液里毒素濃度經常低于組織里藥物濃度、也低于毒素的IC50值，失敗的ADC是否相反我不知道、但如果相反我也不會驚訝。設計新一下ADC毒素可能要把高蛋白結合率、高血漿清除率這些傳統小分子藥物的缺點作為優點來篩選和優化。

ADC能夠改變小分子毒素藥物分布的這個簡單事實也可能帶來嚴重后果，如果毒素活性很高那么任何微小的分布改變都可能帶來新的毒性。從早期ADC如BR96-阿霉素，到近期的新毒素老抗體（HER2-STING）和老毒素新抗體（Dato-DXd）組合遇到的各種毒副反應都說明ADC還是一個危險的刀客。精準預測ADC的分布是不可能的，最好的風控策略是使用寬治療窗口比較寬的毒素。

2. ADC是緩釋載體
因為ADC需要鏈接子被切斷后才能釋放出活性毒素，所以ADC本質是個前藥。藥物化學的前藥設計主要是為了解決小分子過膜性差、溶解度差、半衰期短等問題，ADC可能這些功能都存在。比如不能過膜的DM1被Kadcyla變成藥物，但對于窗口狹小的毒素來說ADC的緩釋功能尤其重要。

藥物在兩次給藥之間會被代謝和排泄，所以血液濃度在下降。為了維持血藥濃度在足夠時間超過治療濃度、但又不要長時間超過毒性濃度，藥物需要以一定頻率給藥，以保證Cmin高于治療濃度、Cmax低于毒性濃度（這是個簡單描述，實際情況根據疾病會有出入）。半衰期越短藥物給藥頻率得越高，極端情況像產后抑郁藥Zuranolone需要連續靜脈滴注5天，因為這個藥物半衰期非常短。顯然這種給藥方式對患者來說非常不方便，最好是一日一次口服或打一針就能維持很長時間。早期小分子藥物優化比較粗糙，一日多次給藥很常見、以至于后來出現各種各樣緩釋制劑為這些錯誤埋單。

小分子藥物與IgG抗體比通常半衰期要短很多，現在的鏈接子技術基本可以保證毒素在血液里脫落在可控范圍內。所以ADC可以做到一兩周內釋放一半毒素，這是相當不錯的緩釋載體。Trodelvy與小分子前藥伊利替康釋放活性物質SN38的動力學很類似（當然給藥頻率不同），Enhertu對DXd的緩釋也是拉低Cmax/Cmin擴大治療窗口的一個原因、在抗體藥物無法控制的中樞轉移也有不錯應答。

3. ADC是多功能分子
人體很多疾病都是多條信號通路失調所致、而很多通路被抑制后會有代替通路激活保持原功能，所以組合療法是很多疾病治療的主打策略。開發固定組分組合是個方向，前幾天左手倒右手合并Revolution和EQRx的Borisy創立的第一家公司CombinatoRx就是開發新穎固定組分組合藥物的。把兩種藥物分子融合在一個分子中也是一個久經考驗的策略，小分子的多配體藥物和大分子的雙特異抗體都有多個產品上市。ADC是一類巨無霸分子，不僅僅是敢拉劇毒貨物的老司機。抗體本身是一類很重要的藥物，但現在很多ADC因為毒素毒性較高所以抗體部分達不到治療劑量、這是一個失去的機會。

對于腫瘤來說即使同一患者同一病灶也是由多種克隆組成的，殺死一部分克隆并不能清除整個腫瘤組織、而只是幫助腫瘤黑社會重新劃分地盤，原來弱小的克隆用藥后變成了主流。有人從基因組的多樣性預測通過殺傷這個簡單策略沒有可能治愈晚期腫瘤，現在成功的藥物可能不僅是靠直接殺傷這個簡單機制（見下）。即使殺傷一部分克隆只依靠單個機制也不可持續，幾乎所有的腫瘤藥物都會產生耐藥、耐藥機制千奇百怪。同時殺傷腫瘤又能防止耐藥、或者同時殺傷多種克隆、或者殺傷與改變腫瘤微環境雙機制的ADC可能更有效地控制腫瘤增長，當然這要求ADC在耐受劑量下能夠同時達到抗體和毒素部分的治療劑量。

抗體與毒素的協同作用也需要在設計和篩選層面有一定布局。多數抗體藥物殺傷腫瘤是通過與免疫系統合作，如NK細胞介導的ADCC、巨噬細胞介導的ADCP效應，或阻斷免疫檢查點而放大T細胞活性，當然也有改變微環境的如血管生成抑制劑。化療毒素則看上去頭腦簡單、只會打打殺殺，動物模型中幾乎都會誤傷一些免疫細胞。所以毒素要與抗體藥物產生協同效應似乎有難度，但實際應用中多數抗體藥物是要與化療藥物聯用的。多數細胞毒化合物的確只會彎弓射大雕，但95%左右的細胞毒不能在臨床試驗中顯示足夠治療窗口和療效。勝出的5%通常粗中有細、工作機制十分復雜。一個假說是成功的化療藥物在耐受劑量下只能殺傷一部分腫瘤克隆，但在另一部分克隆雖然不能直接殺傷但足以誘導應激反應、尤其是腫瘤免疫反應，這可能是免疫療法與化療藥物經常產生協同作用的生物學基礎。

那么我們如何進一步提高ADC這個復雜平臺的威力呢？

4． ADC私人定制毒素
ADC是個為提高已有藥物或候選藥物治療窗口的一個相對新興賦能技術，但這不等于我們不能專門為這個技術設計一些定制毒素。現在常用的ADC毒素通常經過系統優化，但優化目的是為了單獨能成藥、并不是與抗體配合組成ADC。治療窗口不足可以在一定程度上通過ADC提高到成藥水平，但您不能把什么窗口的毒素都拿來用。現在很多ADC藥物其實更應該叫ATC（antibody toxin conjugate）、因為毒素部分的治療窗口與藥物相差甚遠。系統尋找機理新穎、治療窗口達不到但接近成藥的毒素是ADC的一個有價值前沿。

前面講過ADC是個優質緩釋載體、而且毒素是從組織釋放反向進入血液，這可能要求ADC毒素與傳統小分子藥物在藥代性質上有所不同。容易被肝、腎、和其它器官代謝排泄的毒素反而是個優勢（但化學穩定性要好），因為離開疾病組織的毒素會被很快清洗。同樣高蛋白結合率也可能在一定程度上成為優勢，因為在組織釋放的毒素會被蛋白留在組織而減慢毒素從疾病組織的逃逸。

不可過膜是小分子靶點不可成藥的最主要原因，磷酸酶抑制劑、PROTAC等制藥界認為生物功能誘人但成藥較差的藥物可以通過ADC改善成藥性。對于非腫瘤ADC個策略尤其有吸引力，比如我們做過的一類蛋白酶抑制劑能促進某個腫瘤免疫佐劑的分泌。這個分子不能通過細胞膜，通過ADC進入細胞后釋放活性物質。因為活性物質離不開細胞、又不能殺死所在細胞，所以被關在這些細胞中長期工作、不斷釋放微環境里急需的免疫佐劑。

5. TME抗原/腫瘤特異釋放鏈接子
毒素是由科學家設計的，但抗原卻是腫瘤決定的。現在看比HER2表達量更大、特異性更高的TAA很可能是不存在的，在HER2以外抗原實現Enhertu的療效肯定挑戰更大，當然如果能從上面提到這些方面精雕細琢還是有可能的。

另一個可能是靶向TME里的非TAA抗原。腫瘤組織里面其實腫瘤細胞并不是大多數，更多的是基質細胞、免疫細胞等支持生命的通用細胞類型。這些細胞不僅數量更大，也表達很多高豐度抗原、尤其是應激狀態下。偶聯核藥因為不需要被內吞就可以殺傷腫瘤，所以不少偶聯核藥靶向的抗原不是TAA、比如表達在活化成纖維細胞的FAP是個很熱門靶點。也有一類所謂非內吞ADC可以通過TME中任何抗原被導航到腫瘤，然后在胞外釋放毒素、通過毒素的旁觀者殺傷機制殺死腫瘤細胞。也有通過微環境中胞飲能力比較強的巨噬細胞內吞、釋放毒素的ADC，比如APOMAB因為靶標抗原SSB只有在腫瘤細胞死亡后才能與之結合、所以無法被腫瘤細胞內吞。但這個ADC可以高效被腫瘤組織里的巨噬細胞內吞并釋放毒素，通過旁觀者殺死也可以有效清除腫瘤。因為巨噬細胞對多數抑制有絲分裂的細胞毒不敏感所以不會給巨噬細胞帶來損傷。

現在主流的鏈接子釋放機制是通過溶酶體內組織蛋白酶降解，但組織蛋白酶在很多種類細胞、包括胞外有表達。腫瘤微環境有很多區別于正常組織的特征，如強酸、缺氧，都可以作為鏈接子斷裂觸發因素。腫瘤內部也高表達一些蛋白酶，可以在鏈接子中加入這些酶的底物增加釋放特異性。

小結

ADC是一類顯著改變小分子毒素體內分布的緩釋多功能、高活性藥物，深度挖掘ADC平臺價值需要平衡多種因素。多數ADC參與者堅信HER2不常有而Enhertu常有，如何實現讓我們拭目以待。

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