ADC到底是什么？（十五）毒素的修養

2024年8月2日 | Filed under: 制藥工業(yè),制藥企業(yè),抗腫瘤藥,藥物化學(xué),新藥研發(fā),制藥常識,文獻綜合 | Posted by: 路人丙

ADC的復雜結構有時(shí)如同戰斗機一樣看起來(lái)超級酷，但真正殺敵的還是里面坐著(zhù)的那位不太顯眼的飛行員。ADC本質(zhì)是個(gè)改變毒素分布的技術(shù)，毒素是核心。ADC毒素既要有基本成藥性質(zhì)，比如要有足夠化學(xué)穩定性、溶解度等，也要遵循小分子藥物的基本規律，比如在腫瘤細胞內的游離藥物濃度要超過(guò)殺傷濃度，而在任何正常細胞內的游離藥物濃度要低于在該類(lèi)細胞的毒性濃度。但是ADC對毒素分布的影響非常深刻，所以ADC毒素和小分子化療藥物也有一些本質(zhì)區別。今天主要從活性、機制、PK這幾個(gè)角度講一講ADC毒素需要具備的素質(zhì)。

1.高活性的負擔

早期A(yíng)DC設計因為沒(méi)有預料到大部分毒素會(huì )在正常組織釋放、以及每個(gè)抗體藥物只能攜帶少量毒素，所以高活性是一個(gè)主要門(mén)檻。但是后來(lái)發(fā)現由于各種已知未知原因，99%以上ADC毒素是在正常組織里釋放的。這是個(gè)巨大分布負擔，要求ADC毒素不能把所有安全問(wèn)題都交給抗體導航、而是自己也應該有一定安全窗口。否則因為多數時(shí)間在正常組織中游蕩難免惹出是非，即使HER2這樣的高密度抗原如果毒素使用不當也經(jīng)常失敗。不要把抗體導航想成博爾特的雙腿，安在任何人身上都能拿奧運金牌。而是把它當作一款優(yōu)質(zhì)跑鞋，只能讓職業(yè)運動(dòng)員增加一點(diǎn)獲勝幾率。

因為高活性幾乎總是與高毒性同行（這也是ADC技術(shù)誕生的原因），所以高活性毒素還有一個(gè)負擔就是ADC耐受劑量可能過(guò)低。低劑量令ADC進(jìn)入腫瘤微環(huán)境效率下降，進(jìn)一步加劇了毒素在正常組織的釋放。劑量太低還有一個(gè)不良后果就是抗體部分因為無(wú)法達到治療劑量，失去了與毒素一起圍剿腫瘤的機會(huì )。現在的ADC毒素活性盡量能讓抗體部分接近治療劑量，絕對劑量能夠達到3-5mpk以上、以保證浸潤腫瘤微環(huán)境能力。

2.殺傷機制是核心

腫瘤殺傷機制是毒素設計的最關(guān)鍵考慮，當然這是超越ADC、所有藥物的設計核心。絕大多數抗腫瘤新機制在患者無(wú)法實(shí)現足夠治療窗口，即使在臨床篩選到的成功抗癌藥真正工作機制也不是我們設計的。理論上毒素最好能與抗體形成合成致死局面、即抗體和毒素效應同時(shí)存在才會(huì )有殺傷，這樣會(huì )顯著(zhù)降低脫靶毒性這個(gè)ADC藥物最主要的毒性來(lái)源，比如通過(guò)Fc受體內吞釋放的毒素因為沒(méi)有抗體介導效應就不會(huì )有毒性。但是這樣的機制很難尋找和驗證，即使找到也會(huì )限制適用人群。

另一個(gè)選擇毒素工作機制需要考慮的事情是胞內靶點(diǎn)濃度。因為ADC通常只能遞送較低量毒素進(jìn)入細胞，所以靶點(diǎn)濃度是個(gè)現實(shí)問(wèn)題。靶點(diǎn)蛋白濃度最高不能超過(guò)胞內毒素濃度，否則毒素不可能完全控制靶點(diǎn)（除非是PROTAC這樣的降解技術(shù)）。這與抗原的要求相反、抗原密度越高越好。比如HER2作為ADC抗體靶點(diǎn)非常理想，但作為ADC毒素靶點(diǎn)則很不稱(chēng)職，因為胞內濃度太高即使不可逆抑制劑也會(huì )漏掉一些靶點(diǎn)。

另一個(gè)考慮是毒素機制否容易產(chǎn)生耐藥。幾乎所有的抗癌藥都會(huì )產(chǎn)生耐藥，但程度還是有差別的。比如激酶抑制劑各個(gè)會(huì )耐藥，但免疫療法則因為免疫記憶會(huì )有一些超長(cháng)期應答。另一個(gè)可靠避免耐藥的策略是快速斬草除根，少數晚期腫瘤也是可以治愈的。組合療法殺傷更徹底，所以現在有人做雙彈頭ADC。一些非化療殺傷機制如核藥、光動(dòng)力療法、免疫ADC（ISAC）也是前沿，但是這些技術(shù)也是各有各的難念經(jīng)。

PROTAC是現在小分子藥物的一個(gè)熱門(mén)領(lǐng)域，因為可以徹底降解靶點(diǎn)蛋白所以可以終止靶點(diǎn)所有生物學(xué)功能、而抑制劑通常只能阻斷催化功能。理論上催化劑量PROTAC即可有效，所以胞內遞送通量壓力較小、也可以降解高濃度靶點(diǎn)。PROTAC通常過(guò)膜性較差、口服吸收不好，而半衰期較短因此注射依從性有問(wèn)題。這些性質(zhì)似乎令PROTAC成為一個(gè)理想ADC毒素，因為PROTAC主要缺陷都可以通過(guò)與抗體偶聯(lián)得到彌補。

但是PROTAC ADC也有一些理論上的劣勢。比如你ADC都已經(jīng)進(jìn)入敵人大本營(yíng)了就不用那么文明了，你殺的這么斯文一是沒(méi)有必要、二是容易產(chǎn)生耐藥。一個(gè)可能場(chǎng)景是只殺傷PROTAC靶點(diǎn)表達的細胞，這樣即使ADC誤闖無(wú)靶點(diǎn)的正常細胞也不會(huì )造成殺傷或殺傷慢很多。但腫瘤特異靶點(diǎn)很罕見(jiàn)，如果有的話(huà)不需要抗體導航也基本能成藥。即使有這樣靶點(diǎn)，PROTAC也選擇性要足夠高、否則脫靶毒性同樣搞死你。

當然也有磷酸酶這樣不可成藥靶點(diǎn)，磷酸酶PROTAC沒(méi)有輔助過(guò)膜技術(shù)根本沒(méi)機會(huì )見(jiàn)到靶點(diǎn)、或許做成ADC有一定機會(huì )。不過(guò)磷酸酶所有細胞里都有，而且高選擇性磷酸酶PROTAC不僅很難設計、就連評價(jià)體系都不完整，安全窗是個(gè)難題。這類(lèi)PROTAC因為過(guò)膜性極差，所以無(wú)論進(jìn)入腫瘤還是正常細胞都沒(méi)有留出逃跑路徑、屬于破釜沉舟式殺傷，這對正常組織損傷會(huì )比DXd這樣可以自由進(jìn)出細胞的毒素更大。如同孫悟空找芭蕉扇鉆進(jìn)你肚子里，不把你折騰個(gè)半死是不會(huì )出來(lái)的、但多數時(shí)候折騰的并不是鐵扇公主。這類(lèi)PROTAC基本不會(huì )有旁觀(guān)者殺傷，所以對抗原陰性細胞、藥物不可及細胞和病灶無(wú)能為力，在一定程度上變成一個(gè)靜脈給藥的局部療法。

3.“反成藥”的特殊藥代

小分子化療藥物成藥性我們已經(jīng)有大量經(jīng)驗，比如半衰期不能太短等。但ADC毒素只要連在抗體上就可以過(guò)著(zhù)太平日子，不用考慮排泄、甚至肝代謝問(wèn)題。ADC理論上在腫瘤釋放毒素，離開(kāi)腫瘤后就不再參與腫瘤殺傷（但實(shí)際上有些ADC在治療劑量下毒素的血藥濃度是達到或超過(guò)毒素自己的殺傷濃度的），所以毒素藥代性質(zhì)與作為小分子化療藥單獨使用要求不同了、有時(shí)截然相反。比如毒素失去抗體靠山后最好經(jīng)過(guò)肝腎等器官就立刻被代謝失活或徹底從機體排出，類(lèi)似上回說(shuō)到的軟藥設計。現在也有人在開(kāi)發(fā)毒素中和抗體，把健康組織和循環(huán)系統中的毒素都中和掉、對毒素來(lái)說(shuō)相當于人造腎臟。

以前講過(guò)毒素要平衡在腫瘤微環(huán)境滯留時(shí)間與過(guò)膜能力以最大化旁觀(guān)者殺傷效率，因為這兩個(gè)性質(zhì)經(jīng)常是相互矛盾的（增加滯留時(shí)間的結構改造會(huì )降低過(guò)膜能力）。毒素也要平衡胞內停留時(shí)間與腫瘤殺傷速度，這些藥代性質(zhì)與毒素的理化性質(zhì)、腫瘤細胞外排泵活躍程度、腫瘤對毒素敏感性、微環(huán)境組織結構等因素有關(guān)，紙上說(shuō)起來(lái)容易、實(shí)際優(yōu)化難度很大。還有一些細節比如毒素進(jìn)到胞內后要先到溶酶體挨一百殺威棒，有多肽特征的毒素如Carfilzomib在溶酶體內會(huì )被降解失活所以不適合當ADC毒素。

還有一些毒素過(guò)度設計沒(méi)有考慮到ADC殺傷如同阿湯哥偷襲敵人指揮部，雖然超級大黃蜂可以把你送進(jìn)去、但是你只有很短時(shí)間完成核心任務(wù)，如果工作機制過(guò)于復雜很可能還沒(méi)有搭好工作臺就已經(jīng)被擊落了。毒素必須能與抗體能和平共處，主要是不要造成抗體形成聚合物，這個(gè)優(yōu)化目標可以通過(guò)調節毒素本身或者鏈接子的理化性質(zhì)實(shí)現。

4. 小結：“it's not the plane, it's the pilot”

總之毒素是ADC殺傷的操盤(pán)手、是坐在戰斗機里的真正殺手。ADC毒素與小分子化療藥物分布完全不同，因此產(chǎn)生了新穎藥理毒理效應。毒素之所以顯得沒(méi)有那么重要是因為大師兄畫(huà)的保護圈、即臨床篩出優(yōu)質(zhì)毒素附近的化學(xué)空間基本都可用。我們離理性設計和評價(jià)全新機制ADC毒素還有距離，這雖然有點(diǎn)傷自尊但也是行業(yè)一個(gè)重要機遇。

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