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,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

ADC的復雜結構有時如同戰斗機一樣看起來超級酷，但真正殺敵的還是里面坐著的那位不太顯眼的飛行員。ADC本質是個改變毒素分布的技術，毒素是核心。ADC毒素既要有基本成藥性質，比如要有足夠化學穩定性、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區別。今天主要從活性、機制、PK這幾個角度講一講ADC毒素需要具備的素質。

1.高活性的負擔

早期ADC設計因為沒有預料到大部分毒素會在正常組織釋放、以及每個抗體藥物只能攜帶少量毒素，所以高活性是一個主要門檻。但是后來發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。這是個巨大分布負擔，要求ADC毒素不能把所有安全問題都交給抗體導航、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質跑鞋，只能讓職業運動員增加一點獲勝幾率。

因為高活性幾乎總是與高毒性同行（這也是ADC技術誕生的原因），所以高活性毒素還有一個負擔就是ADC耐受劑量可能過低。低劑量令ADC進入腫瘤微環境效率下降，進一步加劇了毒素在正常組織的釋放。劑量太低還有一個不良后果就是抗體部分因為無法達到治療劑量，失去了與毒素一起圍剿腫瘤的機會。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法實現足夠治療窗口，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存在才會有殺傷，這樣會顯著降低脫靶毒性這個ADC藥物最主要的毒性來源，比如通過Fc受體內吞釋放的毒素因為沒有抗體介導效應就不會有毒性。但是這樣的機制很難尋找和驗證，即使找到也會限制適用人群。

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

另一個考慮是毒素機制否容易產生耐藥。幾乎所有的抗癌藥都會產生耐藥，但程度還是有差別的。比如激酶抑制劑各個會耐藥，但免疫療法則因為免疫記憶會有一些超長期應答。另一個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、光動力療法、免疫ADC（ISAC）也是前沿，但是這些技術也是各有各的難念經。

PROTAC是現在小分子藥物的一個熱門領域，因為可以徹底降解靶點蛋白所以可以終止靶點所有生物學功能、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。PROTAC通常過膜性較差、口服吸收不好，而半衰期較短因此注射依從性有問題。這些性質似乎令PROTAC成為一個理想ADC毒素，因為PROTAC主要缺陷都可以通過與抗體偶聯得到彌補。

但是PROTAC ADC也有一些理論上的劣勢。比如你ADC都已經進入敵人大本營了就不用那么文明了，你殺的這么斯文一是沒有必要、二是容易產生耐藥。一個可能場景是只殺傷PROTAC靶點表達的細胞，這樣即使ADC誤闖無靶點的正常細胞也不會造成殺傷或殺傷慢很多。但腫瘤特異靶點很罕見，如果有的話不需要抗體導航也基本能成藥。即使有這樣靶點，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，磷酸酶PROTAC沒有輔助過膜技術根本沒機會見到靶點、或許做成ADC有一定機會。不過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、就連評價體系都不完整，安全窗是個難題。這類PROTAC因為過膜性極差，所以無論進入腫瘤還是正常細胞都沒有留出逃跑路徑、屬于破釜沉舟式殺傷，這對正常組織損傷會比DXd這樣可以自由進出細胞的毒素更大。如同孫悟空找芭蕉扇鉆進你肚子里，不把你折騰個半死是不會出來的、但多數時候折騰的并不是鐵扇公主。這類PROTAC基本不會有旁觀者殺傷，所以對抗原陰性細胞、藥物不可及細胞和病灶無能為力，在一定程度上變成一個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有大量經驗，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著太平日子，不用考慮排泄、甚至肝代謝問題。ADC理論上在腫瘤釋放毒素，離開腫瘤后就不再參與腫瘤殺傷（但實際上有些ADC在治療劑量下毒素的血藥濃度是達到或超過毒素自己的殺傷濃度的），所以毒素藥代性質與作為小分子化療藥單獨使用要求不同了、有時截然相反。比如毒素失去抗體靠山后最好經過肝腎等器官就立刻被代謝失活或徹底從機體排出，類似上回說到的軟藥設計。現在也有人在開發毒素中和抗體，把健康組織和循環系統中的毒素都中和掉、對毒素來說相當于人造腎臟。

以前講過毒素要平衡在腫瘤微環境滯留時間與過膜能力以最大化旁觀者殺傷效率，因為這兩個性質經常是相互矛盾的（增加滯留時間的結構改造會降低過膜能力）。毒素也要平衡胞內停留時間與腫瘤殺傷速度，這些藥代性質與毒素的理化性質、腫瘤細胞外排泵活躍程度、腫瘤對毒素敏感性、微環境組織結構等因素有關，紙上說起來容易、實際優化難度很大。還有一些細節比如毒素進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在溶酶體內會被降解失活所以不適合當ADC毒素。

還有一些毒素過度設計沒有考慮到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去、但是你只有很短時間完成核心任務，如果工作機制過于復雜很可能還沒有搭好工作臺就已經被擊落了。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，這個優化目標可以通過調節毒素本身或者鏈接子的理化性質實現。

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

總之毒素是ADC殺傷的操盤手、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，因此產生了新穎藥理毒理效應。毒素之所以顯得沒有那么重要是因為大師兄畫的保護圈、即臨床篩出優質毒素附近的化學空間基本都可用。我們離理性設計和評價全新機制ADC毒素還有距離，這雖然有點傷自尊但也是行業一個重要機遇。

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