揭示抗体药物偶联物（ADC）在癌症治疗中的分子和免疫学驱动因素-抗体改造与修饰专题-泰克生物

揭示抗体药物偶联物（ADC）在癌症治疗中的分子和免疫学驱动因素

经过数十年的投资，抗体药物偶联物（ADC）终于展现出其潜力，这体现在临床批准数量的不断增加、在更早期治疗线的应用以及与包括免疫疗法在内的药物组合的整合。这一进展促使了对新型ADC的开发投资以及已获批ADC在临床实践中的应用拓展。ADC的设计十分复杂，涉及多个分子成分，这些成分与肿瘤和宿主组织微环境相互作用。本文探讨了影响ADC疗效和毒性的分子及免疫学因素。描述了ADC的分子成分如何决定其全身、组织和细胞分布，而这最终决定了治疗效果。这些相互作用还决定了毒性特征，并设定了最大剂量的限制。最后讨论了ADC治疗对免疫细胞的影响，强调了免疫原性细胞死亡、树突状细胞等免疫细胞的激活以及抗体-Fc相互作用等不同但相互关联的作用。这些机制对于超越载荷的直接细胞毒性作用来提高疗效至关重要。通过揭示抗体药物偶联物（ADCs）之间错综复杂的相互作用，旨在为合理设计联合疗法提供见解，并指导下一代临床有效的ADCs的开发。

抗体-药物偶联物（ADCs）的发展

经过数十年的投入和艰苦努力，抗体-药物偶联物（ADCs）在癌症治疗方面已开始展现出其全部的临床潜力。ADCs在临床实践和药物研发方面正产生广泛影响，改变了肿瘤学的格局。例如，一种针对人表皮生长因子受体2（HER2）的ADC与拓扑异构酶I抑制剂联合使用，即曲妥珠单抗德鲁替康，已在多种肿瘤类型和不同HER2表达水平的患者中显示出显著疗效，展示了其在癌症治疗方面的广泛影响。同样，一种针对nectin-4的ADC与微管抑制剂联合使用，即恩福替单抗维多汀，在与免疫检查点抑制剂联合使用时，能带来深度且持久的疗效。这些以及其他近期的成功案例引发了对该领域的巨大投资，并重塑了制药和临床格局。尽管使用单克隆抗体选择性地将化疗药物靶向至癌细胞这一概念简单明了，但其应用却极为复杂。本文目的在于涵盖抗体药物偶联物（ADC）在体内药代动力学、分布及疗效方面所涉及的多方面分子相互作用及机制，从而为设计下一波有效的治疗药物提供参考和启示。

抗体药物偶联物（ADCs）结构特征

抗体药物偶联物（ADCs）通常由一种单克隆抗体（主要为IgG格式）与一种小分子药物（通常是细胞毒性负载物）通过连接子连接而成（图1）。然而，这些组成部分并非孤立地发挥作用；ADC与人体各种组织（包括肿瘤）中的细胞之间复杂的相互作用最终决定了其疗效和毒性。

图1 抗体-药物偶联物的结构分析图

抗体药物偶联物（ADCs）偶联方法和全身性药代动力学

作为一种全身性给药疗法，抗体药物偶联物（ADCs）非常适合用于治疗转移性扩散性疾病，即使在患有脑转移的患者中也显示出良好的疗效。在静脉给药后，ADCs会迅速在血浆中分布，并被全身各处的组织吸收。由于抗体（约150千道尔顿）与载荷（通常约0.5千道尔顿）之间的大小差异，ADCs通常会以类似于单克隆抗体的方式分布。然而，早期人们就认识到，用多个载荷对抗体进行修饰会显著改变其分布和清除方式。在抗体表面连接多个（通常为脂溶性）载荷可以增加与细胞的非特异性相互作用，从而加速全身清除。同时，使用过少的载荷可能会无法提供足够的载荷以实现有效的细胞杀伤。这种平衡在历史上导致了许多ADC的常见药物抗体比（DAR）为，旨在优化疗效同时最小化（不希望出现的）药代动力学影响。

早期的抗体药物偶联物主要采用非特异性连接方法，例如将载药部分连接到赖氨酸上的游离胺上，或者通过部分还原铰链区域的二硫键来进行连接。目前大多数抗体药物偶联物采用铰链二硫键连接法，这种连接方式为铰链区域提供了半特异性连接，避免了对抗体功能域的干扰（图1）。近年来，特异性标记和连接化学方面的进展显著改进了抗体药物偶联物的连接技术。这些创新使得几乎可以在抗体的任何部位进行连接，尽管只有少数几个部位适合与药物进行稳定的连接，且对药代动力学的影响较小。使用亲水性连接体还可以提高连接体的稳定性，并改善抗体药物偶联物的循环，从而能够对药物的聚集度（DAR）进行微调，并优化抗体和载药部分的剂量，以实现更好的治疗效果。

一旦从抗体药物偶联物（ADC）中释放出来，自由载荷物的分布方式将与小分子药物类似，会经历诸如肝脏代谢和排泄等分布和清除过程。对ADC、未结合抗体和自由载荷物的单独追踪能够提供更详细的全身处理情况。全身循环中的自由载荷物主要来源于两个来源：在循环中发生的脱连接，特别是对于连接性不稳定的ADC来说；或者ADC在组织中的摄取，随后在这些细胞内释放载荷物，并随后以回流形式重新进入血液，这在连接性更稳定的ADC中更为常见（图2）。ADC在全身中的载荷水平与ADC的整体抗肿瘤疗效之间的相关性存在争议：这种贡献的大小很可能取决于每个ADC的特定特征（例如，连接物的稳定性和载荷的效力）以及关键的肿瘤相关因素（例如，靶标表达和所治疗肿瘤对载荷的敏感性）。

图2 系统性抗体-药物偶联物的药代动力学

肿瘤中的ADC分布

肿瘤内ADC的分布情况对于这类药物的疗效而言是一个极其重要的考量因素。众所周知，抗体在肿瘤中的分布是不均匀的，而最近使用荧光抗体的研究进展增强了我们以细胞水平分辨率可视化这些分布梯度的能力（图3a、b）。在某些情况下，例如胰腺癌，物理屏障可能会阻碍抗体进入组织。然而，药代动力学障碍普遍限制了其分布，因为抗体和ADC与它们的靶点的结合速度远远快于它们扩散进入肿瘤的速度，从而在血管周围固定了药物（图3b）。增加抗体的剂量可以饱和这些血管周围的区域，从而实现更深入的组织渗透。由于许多抗体即使在高剂量下也能被良好耐受（例如，针对margetuximab（单克隆HER2抗体）的剂量大于10毫克/千克，针对atezolizumab（单克隆PDL1抗体）的剂量，以及静脉注射免疫球蛋白（IVIG）治疗的剂量以克/千克计，这种方法可以克服生物制剂的扩散限制。然而，对于抗体药物偶联物（ADC）而言，药物的毒性主要决定了其剂量上限。因此，高药物聚集比率（DAR）或超强效的药物载体制约了ADC的使用剂量，从而减少了药物对肿瘤组织的渗透，降低了疗效。

图3 组织和细胞内抗体-药物偶联物的药代动力学

抗体药物偶联物的细胞处理

一旦抗体药物偶联物在肿瘤内分布，就会被细胞分解以释放其携带的物质。在大多数情况下，这一过程始于抗体药物偶联物与癌细胞表面的受体结合，随后进入内质网-溶酶体途径。在溶酶体中，载荷被释放出来，随后通过转运蛋白或被动扩散逃逸出去。一旦自由释放，载荷会靶向特定的细胞部位，如细胞核中的DNA或拓扑异构酶，或者细胞质中的微管。然而，抗体药物偶联物的整体疗效受到贯穿这一途径的多个相互关联且连续发生的过程的影响（图3c）。

ADC毒性：靶向毒性与非靶向毒性

据估计，大多数经体内施用的抗体药物偶联物（ADC）分子，即总剂量的99%以上，会在健康细胞内被分解代谢。尽管如此，与小分子化疗相比，ADC在肿瘤中更有效地传递并维持有效载荷浓度。这种摄取和分解代谢过程很可能代表了与ADC相关毒性的一个关键驱动因素，可能由以下两种主要机制介导：ADC与靶受体的结合（即“靶向”毒性）；或者通过不涉及靶受体的机制（例如非特异性内吞作用）将完整的ADC转化为细胞内物质。此外，脱连接的有效载荷的细胞摄取可能既导致ADC的毒性也带来其疗效（即旁观者效应）（图4）。

图4 导致抗体-药物偶联物毒性作用的机制

靶向毒性的作用性质和严重程度主要取决于健康细胞上靶受体的表达水平及其内化速率。为了将靶向毒性风险降至最低，抗体药物偶联物（ADC）的研发工作通常会侧重于细胞表面蛋白（例如CD33），这类蛋白在易受化疗毒性影响的健康细胞（例如快速分裂的细胞，如造血干细胞）上几乎不表达或表达极少。由于对“纯净”靶点的关注，与ADC相关的毒性主要与完整ADC的非靶向摄取或释放的药剂有关。然而，一些ADC的毒性可能由靶向机制驱动。例如，曲妥珠单抗和基于曲妥珠单抗的ADC在接受治疗的患者中导致的心脏毒性是一种罕见但严重的副作用，这表明抗体或ADC与HER2阳性心肌细胞的相互作用是这种毒性的主要驱动因素。另一个例子是味觉障碍，约40%接受恩福特马布维顿汀治疗的临床试验患者报告了这一症状。这种副作用可能与该靶点（nectin-4）在唾液腺中的表达有关。值得注意的是，味觉障碍和皮疹并非接受其他携带相同载荷的ADC（单甲基紫杉醇E（MMAE），一种抑制微管聚合的物质）治疗的患者常见的不良反应，这进一步支持了靶向机制是其发病原因的观点。具有更稳定连接子和更高效力载荷的ADC可能会加剧靶向介导的毒性，这突显了在ADC设计和开发过程中仔细考虑健康组织中靶点表达的重要性。

抗体药物偶联物（ADCs）的免疫调节作用

尽管抗体药物偶联物（ADC）的主要作用机制是通过负载物诱导癌细胞死亡，但这些疗法因其设计的独特性而能够通过激发强大的免疫反应来发挥作用，将免疫肿瘤学与ADC的开发联系起来。免疫系统持续监测并清除恶性细胞，以防止癌症的发展。细胞毒性CD8+T细胞专门识别肿瘤抗原，并建立持久的免疫记忆，这是适应性免疫系统的一个显著优势。然而，强大的且持久的抗肿瘤免疫反应也依赖于先天免疫系统，其中包括中性粒细胞、自然杀伤（NK）细胞以及诸如巨噬细胞和树突状细胞（DC）等抗原呈递细胞。

细胞毒性负载物和免疫原性细胞死亡

携带细胞毒性负载物的抗体药物偶联物（ADC）已显示出显著的免疫调节潜力。这些ADC在CD8+T细胞缺失或基因免疫缺陷的小鼠模型中疗效显著降低，这表明免疫调节实际上可能是其主要作用方式。ADC效力的免疫调节贡献程度仍在探索中，但正在进行的研究仍在揭示ADC与免疫途径相互作用的新型机制（图5）。

图5 抗体-药物偶联物在肿瘤微环境中产生的免疫相互作用

抗体药物偶联物（ADCs）是一种复杂的治疗手段，它将抗体的靶向精准性与小分子的强效作用相结合，将药物负载物集中于肿瘤微环境（TME）内。尽管其设计的复杂性带来了挑战，但这也为精细调整其分子特性以实现深度且持久的临床反应提供了机会。从抗体疗法、小分子药物开发以及免疫学中汲取的见解，若能合理运用，能够指导下一代ADC的设计。尽管ADC与免疫系统之间的众多相互作用看似繁杂，但并非所有这些机制在每种情况下都具有同等的重要性。通过优先考虑最具影响力的机制，例如优化ADC的摄取和在可耐受剂量下对肿瘤的分布，或者增强特定的免疫途径，可以设计出更有效的疗法。这种方法的潜力已经在临床结果中显现出来，证明了ADC在癌症治疗中的变革力量。

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参考文献

[1] Zippelius, A., Tolaney, S.M., Tarantino, P. et al. Unveiling the molecular and immunological drivers of antibody–drug conjugates in cancer treatment. Nat Rev Cancer (2025).

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