CDE专家说ADC药物PKPD研究要点和挑战

　　ADC 药物代谢机制和代谢产物研究需要体外研究和体内研究、动物研究和研究相结合，共同协作、多管齐下。

　　抗体偶联药物( Antibody － Drug Conjugate，ADC)由抗体、连接子和小分子毒素组成，在兼具高度靶向性和高细胞毒性优势的同时，由于其结构的多样性和复杂性，以及循环系统中释放的小分子毒素含量较低等特殊性，给其药代动力学研究带来了诸多挑战......

　　①靶点和抗体的选择是ADC 药物设计的起点，是药物适应症的决定性因素，选择的靶抗原通常应在肿瘤或疾病相关且高水平表达;

　　②连接子在ADC 的体内循环过程中应足够稳定，ADC 药物进入靶细胞后应能将小分子毒素以高效活性的形式快速释放;

　　③小分子毒素应对于肿瘤细胞具有高效的杀伤作用。靶点、抗体、连接子等因素均可对ADC药物的有效安全性造成影响，以下将对逐一进行讨论。

　　在确定了目标适应症后，首先需考虑的是哪些抗原在该类肿瘤细胞表面具有特异性且高水平的表达。理想情况下，选择的抗原应高度均匀地表达在靶细胞表面，且在正常组织或细胞表面不表达或少表达; 抗原应是不分泌型的，分泌型抗原可与体内循环系统中的ADC 药物或裸抗结合，从而导致与肿瘤细胞结合的ADC 药物减少，影响药物的疗效和安全性; ADC 药物与抗原结合以后，需要具有合适的内吞途径并具有一定的内吞速率，在细胞内通过酶降解释放小分子毒素。当前，缺乏疗效和脱靶毒性是ADC 药物面临的主要挑战，其中一个重要原因便是靶抗原的低水平表达和内化速率有限。

　　目前研究人员正在开发解决抗原低表达和内化速度低的方法，如采用抗肿瘤血管生成抗体或双特异性抗体设计非内化型的ADC 药物:

　　①采用抗血管生成抗体避免内化过程，但可能会出现脱靶效应而影响正常血管的生成，需要谨慎选择靶抗原和相应抗体;

　　在ＲOSSIN等设计的ADC 药物中，采用缺失Fc 区的双抗体靶向抗原，利用额外的化学激活剂在肿瘤细胞外切割连接子，从而释放出游离小分子药物并渗透到肿瘤细胞中，通过这种方式避免因肿瘤细胞的间质压和上皮屏障等造成的内化不足，从而提高抗肿瘤活性。双特异性抗体也可选择性结合肿瘤细胞上的两个不同抗原，从而降低脱靶毒性。

　　研究显示，一些ADC 药物可利用连接子的物理和化学特性以及肿瘤微环境释放游离的小分子毒素，从而杀伤相邻的抗原表达阴性的肿瘤细胞，这个过程即为旁观者杀伤效应。一些ADC 药物内化后可被代谢释放出不带电荷、可穿透细胞膜的细胞毒性代谢物，并杀伤临近的抗原表达阴性的癌细胞。旁观者杀伤效应对于抗原表达不均一的肿瘤细胞具有重要意义。

　　需要注意的是，即使是相同靶点，肿瘤类型不同也会影响ADC 的治疗效果，即，同一ADC 药物在不同适应症患者中可能会呈现出不同PK 特征和有效安全性。如，Besponsa是靶向CD22 的Inotuzumab 与烯二炔毒素Ozogamicin 的抗体偶联药物，2017 年被FDA批准用于复发难治B 细胞急性淋巴细胞白血病，但Besponsa在复发难治的非霍奇金淋巴瘤的Ⅲ期临床试验却因疗效不佳终止。

　　在免疫球蛋白G( IgG)类抗体中，通常会使用IgG1、IgG2 和IgG4 开发治疗用生物制品( 半衰期约18 ～ 21 d) ，IgG3 由于与FcＲn 的受体结合率较低，导致其清除速度较快( 半衰期约为7 d) 因而较少被应用。

　　目前很多ADC 药物使用的是IgG1 亚型，IgG1 亚型可以发挥抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用( Antibody Dependent Cellular Cytotoxicity，ADCC) 和补体依赖的细胞毒性作用( Complement Dependent Cytotoxicity，CDC) 进一步提高ADC 活性。但同时也存在一定的弊端，ADC 药物与效应细胞的结合可能会影响其靶向肿瘤细胞、减少药物在靶细胞的聚集、并阻碍药物分子进入靶细胞。同时，还需要考虑选择的抗体分子量大小，当抗体分子量太大时，难以透过毛细管内皮层和细胞外间隙，抗体的分子量太小可能会影响其在体内的半衰期。

　　总体而言，理想的抗体应具有良好的靶向功能，有效地将小分子药物递送到靶细胞中，同时具有较低的免疫原性，且抗体上需具有合适的连接位点与连接子偶联，抗体与抗原结合后可具有一定的内吞速度和有合适的内吞途径，所选择的抗体可保持裸抗的全部或部分功能。

　　如，首个获批的单药治疗实体瘤的ADC 药物恩美曲妥珠单抗( Kadcyla，T － DM1) ，是由曲妥珠单抗和小分子微管DM1( 美登素衍生物) 偶联而成，其中抗体部分为曲妥珠单抗，保持了其裸抗的ADCC 活性。

　　抗体的肿瘤穿透能力限制、抗原表达量低和内吞效率的限制等因素均可造成细胞内的小分子毒素药物浓度较低，因此小分子毒素需具有较高的细胞毒性。通常情况下，ADC 药物的小分子毒素的靶点位于细胞内，若ADC 药物无法转运至细胞内将会影响药物的有效性和安全性，且在细胞外或解离后可能会对旁边的正常细胞产生毒性。

　　另外，需要考虑小分子对ADC 药物整体性质的影响，如可能会影响ADC 药物的内吞效率、ADC 药物的极性以及免疫原性。同时，小分子毒素在水性缓冲溶液中通常需具有适当的溶解度，以便于与抗体偶联，偶联后的小分子毒素应具有一定的稳定性。目前采用的小分子毒素主要有美登素、奥利斯他汀、蒽环类药物和喜树碱类似物等。

　　所选择的连接子在血浆中需能稳定存在，以避免小分子毒素提前释放损伤正常的组织或细胞。当ADC 药物被内吞到靶细胞后，选择的连接子需能够快速释放有效的活性成分。另外，也应该考虑到选择的连接子的分子量和极性对ADC 药物整体性质的影响。

　　连接子可分为裂解型和非裂解型，裂解型的连接子可利用肿瘤微环境和正常生理环境的差异来释放可能透膜并产生旁观者效应的小分子毒素。非裂解型的连接子通常在抗原－ 抗体复合物进入胞内的溶酶体后，断开抗体和连接子的连接。两种类型的连接子分别具有其优缺点，非裂解型的连接子比可裂解的连接子更稳定，可减少脱靶毒性，改善多重耐药性( multi － drug resistance，MDＲ) 现象; 裂解型的连接子产生的代谢产物被动扩散更易进入胞内产生旁观者杀伤效应，对于靶抗原表达异质性的肿瘤有重要意义，但比非裂解型更易出现脱靶。与裂解型的连接子相比，采用非可裂解型的连接子在抗原选择上更为严格。

　　恩美曲妥珠单抗( Kadcyla) 采用非裂解型的硫醚连接子与美登素衍生物连接，由于ADC 在细胞内代谢产生了离子化的代谢产物、渗透性较差，对周围正常细胞的影响较小，Kadcyla表现出了可接受的安全性。连接子的性质会对药物在体内的代谢途径产生较大的影响，对ADC 药物的设计有重要的影响。

　　ADC 药物的药效主要取决于肿瘤细胞中小分子毒素浓度，因此药物抗体偶联比( Drug Antibody Ｒatio，DAＲ) 是ADC 药物药效的重要影响因素。目前多个研究致力于改善ADC 药物的DAＲ，以期增加药物在肿瘤细胞中的浓度。但研究发现，并非DAＲ 越高药效越好，这可能与小分子毒素的极性等因素相关，从安全性角度讲DAＲ 越高对正常组织的毒性也可能随之增加。在ZHANG 等的研究中，当DAＲ 提高到一定程度后ADC 药物的活性并未进一步增加。选择适宜的DAＲ 对于肿瘤细胞中有效浓度具有重要意义。

　　连接位点与ADC 药物的均一性相关，也是DAＲ分子设计的重要考量因素之一。抗体上的半胱氨酸( 8 个) 和赖氨酸残基( 80 个) 较易发生化学反应而被修饰，因此常作为与效应分子结合的位点。在早期ADC 的开发研究中，通常选择抗体上的赖氨酸作为结合位点，因每个抗体上的赖氨酸残基可达80 个，导致了很大的异质性。而每个抗体上只有8 个游离的半胱氨酸可通过二硫键与连接子连接，用半胱氨酸作为连接位点有助于降低ADC 的异质性。JUNUTULA等报道了一类新型的THIOMAB － 药物偶联物( TDC) ，用工程化的位点特异性半胱氨酸，具有更明确的DAＲ，异质性更小。

　　中国食品药品检定研究院2018－ 07 － 20 发布的《抗体偶联药物质量控制和临床前评价专家共识》中，药物主要偶联位点、DAＲ 和药物载药量分布是ADC药物质量控制的重要组成部分。

　　ADC 药物的吸收、分布、代谢和消除对其PK 和PK / PD 关系的理解至关重要，在药物研发过程中会影响候选分子的选择。由于ADC 药物的结构组成中同时包括大分子抗体和小分子毒素，其ADME 特性表征时可能需要混合的方法。因ADC 药物在临床上多通过静脉给药，在此不讨论其吸收特性。

　　从分子量大小和空间体积方面讲，ADC 药物结构中的主体主要是抗体，因此表现出诸多与裸抗类似的药代动力学特征，具有抗体药物的主要药代动力学特征及作用机制，如靶点介导的药物清除、FcＲn 受体循环及非特异性蛋白酶降解等。ADC 药物与小分子药物和抗体药物的主要PK 特征比较，见表1。总体而言，ADC 药物通常经过静脉给药，分布与抗体药物类似，同时具有抗体和小分子的代谢和清除途径，在低剂量下呈非线性、高剂量下表现出线性特征。

　　ADC 药物最重要的特征之一是其多样性。因抗体上所偶联的小分子毒素数量和/或结合位点的不同，导致ADC 是由多种不同分子组成的混合物，而当ADC 进入体内后，小分子毒素通过酶解或化学反应从ADC 药物上逐渐解离下来，进一步增加了ADC 药物在体内的多样性。这种不断变化的多样性是ADC 药物的PK 研究的重要挑战之一。

　　ADC 药物的空间结构主要由抗体构成，因此体内分布通常与未结合的抗体相似。ADC 药物给药后初期的分布主要局限在血管内，中央室的分布容积与血浆容积相似( ～ 50 mL·kg － 1 ) ，之后扩展到组织间隙中，稳态分布体积约为150 ～ 200 mL·kg － 1。与裸抗相似，ADC 药物难以穿过血管上皮细胞，组织分布程度较低，扩散缓慢，在血流量大的组织，如肝、肾、肺、脾和心脏中的分布程度更高。与裸抗相似，ADC药物的分布也同样会受到靶抗原表达和内化速率的影响。药物通过抗原的非特异性或特异性结合将裸抗分布到非靶标组织上通常不具有药理作用，但在ADC 药物中，由于后续会释放小分子毒素或其类似物，因此在相同组织中的分布和积累可能会产生具有临床意义的药理/毒性作用。了解ADC 药物的分布对于理解药理/毒性作用具有重要意义。

　　肿瘤细胞或正常组织可能会释放抗原进入循环系统中，与ADC 药物结合清除ADC 药物并影响其分布。ADC 药物与可溶性抗原结合后形成的复合物可被肝摄取并清除，并在此过程中在肝释放出大量的小分子毒素造成潜在的肝毒性。在啮齿类动物研究结果显示，抗体与单甲基金刚烷胺E( MMAE) 结合会影响其组织分布，与未结合的抗体相比，会增加肝的摄取; 其他研究中也看到了类似的现象，小分子毒素的结合对ADC 药物CMD － 193 在正常组织和肿瘤中的分布产生了显著影响: 肿瘤的摄取降低，更多地分布在肝中。

　　在上述案例中，ADC 药物的抗体分布研究采用的是标记抗体的方法。但同时，了解游离和结合的小分子毒素的组织分布也很重要，有研究者开展了在抗体和小分子毒素上进行双重放射性同位素标记研究，结果显示，小分子毒素MMAE 与抗体在多数组织中分布相似，但在肝中小分子毒素的浓度高于抗体。

　　与裸抗不同，ADC的代谢存在其独有的特点，可通过两种不同的途径( 解偶联和分解代谢) 释放细胞毒性代谢产物。

　　②分解代谢: ADC 药物中的抗体部分蛋白水解为多肽/氨基。