探究ADC的临床格局

抗体
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今天分享的文章，分析了ADC的临床格局，包括已经获批的ADC、正在临床试验的以及在临床阶段终止的ADC。然后进一步分析了这些ADC的靶点、连接子、毒素选择、临床进展阶段以及终止的ADC的缺陷。最后也讨论了如何对ADC进行优化提高治疗窗口以增加临床成功的可能性。

从1997年第一款ADC进入临床至2022年底有多达267个ADC进入临床而只有12款ADC在FDA获批上市，而其中10个还是近6年获批。虽然ADC经历了多年的沉寂不过随着Enhertu的成功给ADC药物带来新的发展方向。

ADC的前景

影响ADC活性的因素

ADC与传统化疗相比有如下优点：1）准确的将细胞毒素递送至靶细胞，2）与系统给药相比ADC可以使用毒性更大的毒素，3）可以降低on target/off tumor毒性。理想的ADC药物可以增加化疗药物的治疗窗口。

分析ADC药物的临床数据需要对它们发挥生物活性的因素有基础的了解，如ADC释放毒素到细胞的过程，首先抗体结合到细胞表面的抗原，然后抗原-ADC复合物被受体介导的内吞作用内吞进细胞，最后受体-ADC复合物在溶酶体内被降解并释放出细胞毒素。下图描述了影响上述过程的因素，如靶点选择、抗体的功能、偶联化学、连接子、毒素活性以及毒素对适应症肿瘤细胞的杀伤。

ADC的前景

靶点选择

  1. 需要靶点有较高表达水平，并且有较强的内吞活性

  2. 靶点在肿瘤相对正常组织有较高的表达，减少on target/off tumor毒性

抗体

  1. 抗体的表位对ADC的活性有较大的影响，如影响内吞

  2. 亲和力会影响抗体与抗原的结合、内吞以及肿瘤穿透能力

偶联方式

  1. 非定点偶联会导致产品的异质性

  2. 定点偶联的产物更加均一，且可以提高PK和安全性表现

连接子

  1. 可裂解连接子的裂解方式包括酸解、硫醇还原、酶解以及糖化等，除了可以在细胞中释放毒素，一些可裂解的连接子也能在胞外发生断裂将毒素释放到肿瘤微环境

  2. 不可裂解的连接子只有在ADC被溶酶体降解后才会释放毒素，一般这些毒素没有旁观者效应

  3. 链接子的亲水性会影响ADC的PK

有效载荷

根据毒素的作用机制，可以分成3类：

  1. 微管抑制剂

  2. DNA损伤剂

  3. 拓扑异构酶抑制剂

除了毒素的选择，ADC的功能还会受到如下因素的影响，1）DAR值，2）MDR耐药机制，3）毒素的旁观者效应，4）毒素的清除

适应症

  1. 异质性高且靶点表达较低的肿瘤会比较困难，但是使用具有旁观者效应的毒素分子能克服。

  2. 多药排出泵表达广泛的肿瘤更容易产生耐药

进入临床的ADC分析

截至2023年有267个ADC进入临床评估，开展了超过1200个临床试验，在这其中54个临床试验终止38个ADC被移出公司管线。

ADC的前景

临床ADC肿瘤靶点总结

下图总结了临床阶段ADC的靶点，目前总共有106个靶点在进行ADC开发。大部分的靶点都有数个ADC在开发中比较热门的靶点包括HER2、TROP-2、CLDN18.2和EGFR，也有一些双特异性ADC进入临床开发阶段。

ADC的前景

其中10个靶点共有11个ADC产品上市，其中5个是血液瘤靶点，6个是实体瘤靶点。

ADC的前景

临床ADC连接子总结

连接子主要由两类组成：可裂解和不可裂解。进入临床的ADC中54%使用可裂解的连接子，上市的ADC中有10个使用的是酶降解的连接子；临床上披露的使用不可裂解连接子的ADC占16%(因为剩下的未披露)，只有一款使用不可裂解连接子的ADC上市。

ADC的前景

临床ADC有效载荷的总结

ADC的毒素分成：微管抑制剂、DNA损伤剂、拓扑异构酶抑制剂和靶向小分子。其中微管抑制剂占57%，上市的ADC中有7个使用的毒素为微管抑制剂(有一个退市了)；DNA损伤剂是第二大毒素类型占17%，有26个ADC使用这类毒素中的PBD，使用PBD的目前只有一个ADC上市，另外两个上市ADC使用的是卡奇酶素；使用拓扑异构酶1抑制剂的ADC占7%目前有两款上市的ADC使用此类毒素。除了使用化药做毒素以外，还有一些ADC使用靶向小分子Bcl-xL抑制剂或者使用免疫调节剂TLR和STING做成ADC等，还有一些ADC的毒素并未披露。

ADC的前景

临床ADC偶联方式总结

267个临床阶段的ADC有111个使用非定点偶联，72个使用定点偶联，其中有两个获批的ADC Enhertu 和 Trodelvy被归为定点偶联，是因为他们的DAR值为8。

上市ADC总结

FDA共批准12款ADC上市，其中Mylotarg在2010年因为安全性因素被撤回，调整临床剂量后又于2017年被重新获批，Blenrep在2020年被FDA加速批准但在随后的III期试验未达到终点于2022年被撤。目前还有11款上市ADC药物，其中6个使用微管抑制剂、3个使用DNA损伤剂、两个使用拓扑异构酶1抑制剂。这些毒素的毒性覆盖范围从皮摩尔到纳摩尔不等，尽管样品有限但是似乎可以得到的结论是使用高毒毒素的ADC主要集中在血液瘤而使用低毒毒素的ADC主要在实体瘤。因为实体瘤需要提高药物的暴露量，而高毒性毒素的ADC的剂量一般很难提高。

ADC的前景

ADC的前景

处于临床阶段的ADC分析

目前仍有164个ADC处于临床阶段，其中7%处于3期临床，这些ADC以及靶点为：BCMA (belantamab mafodotin)，CEACAM5 (tusamitamab ravtansine)，c-Met (telisotuzumab vedotin)，HER2 (trastuzumab duocarmazine and trastuzumab rezetecan)，HER3 (patritumab deruxtecan)，NaPi-2b (upifitamab rilsodotin)和Trop-2 (datopotamab deruxtecan and SKB264)。

微管抑制剂为使用最广的毒素（54%），然后是DNA损伤剂（10%）、拓扑异构酶1抑制剂（9%）以及其他未披露毒素的ADC

ADC的前景

这些ADC的靶点分布16%为血液瘤，80%为实体瘤其余4%为实体瘤和血液瘤共表达靶点，比较热门的靶点包括HER2、TROP-2、CLDN18.2和EGFR。

临床终止的ADC分析

终止的原因主要有，1）不可耐受的毒性导致疗效不足，2）疗效与标准疗法相比无优势，3）其他商业考虑。（主要的细节都总结在文章中的表二中，有点长不过很有用，各位可以自己去看）

导致不可耐受毒性的因素包括：1）on target/off tumor毒性，2）对需要提高药物暴露量的靶点使用了高毒性毒素，3）连接子不够稳定导致毒素提前释放，4）非特异性脱靶毒性如ADC被细胞非特异性内吞所致，5）毒素被代谢成毒性更强的分子。大约有29%的ADC会由于此类因素而终止。

导致疗效不足的因素包括：1）靶点表达水平低或/以及靶点内吞较差，2）毒素毒性不够，3）ADC的DAR值分布不均无法达到最优剂量，4）毒素未在肿瘤部位释放或者在肿瘤部位释放不完全，5）ADC的PK较差被快速清除，6）与标准治疗相比疗效无优势，7）MRD导致的耐药。大约有47%的ADC会由于此类因素而终止。

对未来ADC设计的启示

开发下一代ADC提高治疗窗口是关键，优化的方向包括ADC的三个组成部分(抗体、连接子和毒素)和连接技术，根据适应症肿瘤的情况选择合适的毒素和高表达的靶点。

优化抗体

优化抗体除了筛选结合还需要，1）选择合适的表位以及亲和力让抗体发挥更大的内吞能力，2）优化亲和力降低与正常组织的结合，3）微调负电荷避免非特异性脱靶毒性。

抗体结合不同的表位会引起不同程度的内吞，与内吞弱的抗体相比内吞较强的抗体显示出更强的活性，双表位抗体和双特异性抗体可以提高ADC的内吞能力，特别是在抗原低表达的肿瘤也能发挥较强的抗肿瘤活性。除了表位抗体的亲和力也会影响抗体的内吞能力，低亲和力的抗体会导致ADC与细胞结合较弱且不容易内吞，不过高亲和力抗体会影响抗体的穿透以及引起对正常组织的特异性脱靶毒性。抗体携带的净电荷越高越容易有非特异性结合，优化抗体表面的负电荷区域会减少抗体的非特异性结合而避免ADC的非特异性脱靶毒性。

优化连接子

连接子的作用不仅仅是连接抗体和毒素，它还会影响ADC的稳定性、PK、毒素的装载效率以及毒素的释放效率等。早期的连接子不够稳定在外周就很容易发生断裂，增加连接子稳定性可以减少毒素分子在外周的释放从而提高PK。连接子的优化除了提高稳定性还有，1）遮蔽毒素，2）提高亲水性，3）使用支链连接子提高毒素分子装载量，4）串联降解连接子，5）双降解连接子。

优化连接子遮蔽疏水的毒素可以提高ADC的PK表现增加治疗窗口，提高低毒性毒素ADC活性的一个策略就是提高毒素的装载量，但是这么做的挑战就是高DAR值会增加ADC的疏水性从而导致ADC更容易聚集，体内的PK也更差；使用高亲水性的分支连接子可以在提高DAR值的同时不影响抗体的亲水性；使用连续降解的连接子可以避免毒素提前在外周释放的系统性毒性，同时保持毒素旁观者效应提高治疗窗口。

优化有效载荷

对毒素的优化可以提高ADC的治疗效果，1）基于前药的毒素可减轻肿瘤外毒性，2）使用亲水性的毒素分子，3）使用多种机制的毒素分子。

前药毒素利用肿瘤微环境的酸性、缺氧、高唾液酸化和富含蛋白酶的条件来触发毒素释放，最大限度地减少肿瘤外毒素释放引起的毒性。鉴定用于毒素释放的其他内体运输途径和溶酶体途径可能有助于设计下一代前体药物毒素。使用亲水的毒素可以在提高DAR值的同时保持ADC的亲水性，一个例子就是MMAU(β-D-glucuronyl-monomethylauristatin E)，这种糖苷毒素还有额外的好处，溶酶体酶除去糖基化后可以激活MMAE的细胞毒性和旁观者效应。

提高ADC抗肿瘤活性的另一个方法就是使用双重毒素，使用两种或多种不同毒素的ADC已被证明比携带单个毒素的ADC混合物具有更大的抗肿瘤活性，这可能是不同毒素之间的协同作用。

优化偶联方式

定点偶联可以使ADC的生产过程可控同时产物也更均一，临床前实验也证明定点偶联的ADC PK和安全性更优。目前定点偶联的方式包括：半胱氨酸改造、非天然氨基酸改造、天然存在的半胱氨酸、多肽、糖链定点偶联、酶促偶联、二硫键桥连偶联以及天然赖氨酸偶联等等。尽管选择不同位点进行定点偶联对ADC的PK以及稳定性没有太大影响，但是不同位点的偶联对ADC的肿瘤杀伤有较大的影响，这可能与毒素的释放效率有关，因此选择位点的时候需要经过仔细评估。

结论

分析临床失败ADC的缺点有助于为后续ADC分子的设计和筛选提供帮助，汲取各家的经验对抗体、连接子、毒素进行优化有望迎来下一波新的ADC批准。目前已经有很多新一代的ADC在临床前展示出更优的抗肿瘤效果。