揭秘“生物导弹”ADC药物进阶之路：如何击败大BOSS“连接子”

创新药研发向来不易，ADC更是如此。

从1913年ADC理论初现雏形，到第一款ADC药物获批，经历了近90年时间。然而第一款ADC药物的获批，并未成功开启属于ADC的时代，还因为副作用太大于2010年退市。

直到2019年，FDA批准了三款ADC药物，ADC药物才初见曙光。

ADC从理论出现到药物落地，时间跨度如此之久，足以说明ADC的研发难度之大。毕竟ADC药物的制备，要素太多。

从抗体筛选到毒素选择再到连接子和连接方式的选择，这些要素环环相扣，牵一发而动全身。

如果将这整个过程想象成打怪兽通关的话，那么，抗体和子弹头的制备只是小case，连接子才是大boss。

由于连接子连接着弹头和抗体，如果连接子不结实就容易提前断裂，误伤正常细胞，但太结实又可能达到战场也不断裂，放不下弹头，又会达不到杀伤效果，影响药物的治疗窗口。

因而，既要连接子在血液中不能断裂，又要连接子进入肿瘤细胞后马上断裂。这看似矛盾的要求也成了连接子开发过程中的主要挑战。

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张弛有度的理想连接子

ADC由三部分构成，抗体+连接子+毒素。在毒素和抗体制备完成后，连接子将二者连接在一起，最终构成一个完整的ADC。

虽说连接子既不像抗体一样能直接靶向肿瘤，也不像毒素一样能攻打肿瘤，但它的重要性并不亚于二者。

因为，再强的武器瞄错了敌人也是徒劳。如果没有稳定的连接子将抗体和毒素稳定连接，就可能会出现抗体和毒素中途掉落的情况，这会导致，不仅干不掉肿瘤细胞，反而还会误伤了人体的正常细胞。

因此选择一个合适的连接子对于制备一款成功的ADC来说至关重要。理想情况下，连接子需要同时具备以下三种特性:

第一，连接子在血液中具备稳定性。

因为ADC药物的半衰期比较长，所以需要连接子的性质稳定，这样才能防止连接子在血液中被分解提前释放毒素。

如果连接子在血液中不够稳定，就会导致ADC在进入肿瘤细胞之前就被分解，药物对肿瘤的打击作用就会降低，甚至会误杀其它细胞。想想看，还没到达战场，武器就丢得七七八八，仗还怎么打？

第二，连接子能准确在目标位置释放弹头。

ADC就像携带核弹头的导弹，讲究必须一击即中，打歪了不是闹着玩的。

试想一下，作为抗体导航和毒素弹头的连接器，如果连接子到达指定位置却无法释放弹头，那便无法精准杀伤肿瘤。反过来，如果连接子提早断裂，弹头便会打入友军阵营，给自身带来极强的副作用。

第一款上市的ADC药物Mylotarg，就是因为连接子不能选择性释放，出现脱靶问题，产生了很强的肝毒性，加上药效一般而在2010年被退市。虽然2017年Mylotarg又恢复上市，但FDA对它打上了黑框警告其毒性。

第三，连接子要有一定的亲水性。

ADC的疏水性越高，被清除率也越高。这是因为毒素多为疏水性，疏水性的连接子与疏水的毒素结合后会促进ADC的聚集。聚集后的ADC很容易被免疫系统发现，当作异物被迅速清除，这会导致进入肿瘤细胞发挥作用的ADC数量减少，药效降低。

总的来说，除了具备亲水性，还需要连接子张弛有度，当稳则稳，当断则断。这一看似矛盾的要求，使连接子的研发面临极大的挑战，也一度导致在第一代ADC后出现断层，近十年没有新ADC药物的问世。

不过，随着技术的进步，连接子种类增多，也越来越强，接近于理想状态。

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连接子的三次迭代

围绕着连接子，ADC进行了三代升级，逐渐分化出了可裂解连接子和不可裂解连接子这两种流派。

先来看可裂解连接子。顾名思义，就是进入细胞后可以裂解的连接子。根据裂解机理不同分为，化学裂解连接子和酶裂解连接子。其中，化学裂解连接子包括腙键和二硫键，酶裂解连接子主要包括葡萄糖键和多肽键。

以Mylotarg为代表的第一代ADC选用的，多为酸依赖性断键的可裂解连接子。其作用机制说起来很简单，根据血液和肿瘤细胞内PH值的不同，而进行选择性断键，典型的例子是腙键。

Mylotarg使用的腙键，理想状态下只对酸性环境敏感，一旦ADC转运到溶酶体内（pH4.8），在酸性环境下就会通过水解断键，使得毒素释放。

但实际情况却与想象不同。在体循环中（pH 7.4），尽管处于碱性环境，腙键也会缓慢水解，从而导致毒素在血液中缓慢释放，产生脱靶毒性。

为解决这一问题，第二代ADC选择了不可裂解连接子。

相较于可裂解连接子，不可裂解连接子不会发生脱靶，稳定性要强很多。

使用不可裂解连接子的ADC药物被肿瘤细胞内吞后，进入溶酶体进行降解，抗体被蛋白酶降解为氨基酸，而连接子不会被降解，最终形成氨基酸-连接子-小分子毒物复合物。

硫醚连接子是不可裂解连接子的最常用的。第二代ADC的代表药物，T-DM1采用的就是硫醚连接物(SMCC)。

虽然相比第一代ADC，第二代ADC得到了加强，但其仍然存在不足，即不可裂解连接子无法发挥旁杀效应。

可裂解的连接子在ADC药物被裂解后，释放出来的小分子毒药物可以穿透细胞膜，并杀死周围的肿瘤细胞，这就是旁观者效应。

与此相反，不可裂解的连接子，抗体部分即使被蛋白酶降解，仍有氨基酸残基与连接子和细胞毒物相连，这种带电荷的降解产物无法穿过细胞膜，自然也就无法发挥旁杀效应。因此，这类ADC药物虽然稳定性高，但肿瘤杀伤力比较逊色。

到了第三代ADC，兜兜转转又选择了可裂解连接子。不过与第一代可裂解连接子的机制不同，第三代连接子选择了酶依赖性连接子。

也就是根据肿瘤内和血液中酶的不同，选择肿瘤细胞内特有的酶来使得连接子断裂。相比酸依赖性连接子，酶依赖性连接子的稳定性要更强。

Val-Cit（缬氨酸-瓜氨酸）二肽是ADC中最常用的可裂解连接子，它可以被溶酶体内的组织蛋白酶所剪切。肿瘤细胞溶酶体内的组织蛋白酶含量远高于血液中溶酶体含量，所以这种连接子在血液中有比较好的稳定性。

ADC药物Polivy使用的就是Val-Cit连接子，不过由于本身疏水性较强，造成ADC聚集和沉淀，导致它很难有高DAR（药物抗体比）。

每个抗体上连接的细胞毒药物的个数即为药物抗体比。从下图中可以看出，当DAR越大时，ADC药物的药物代谢速率增加，半衰期降低，全身毒性也会随之增加。

但也并非越大越好。DAR过大，ADC药物就很容易在血浆中聚集进而被清除；DAR过小，ADC药物可能无法达到理想的治疗效果。研究普遍认为，DAR在2-4之间是ADC药物的最优选。而连接子的主攻方向，也主要围绕着如何提高它的亲水性和DAR。

DS-8201的出现，是一个颠覆性的变化。核心在于，它的连接子不只满足于稳定不脱落，还朝着追求药效的方向改善。

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ADC快速发展，

连接子还需要更强

第一三共的DS-8201之所以受到如此高的认可，新的小分子毒素和旁观者效应很重要，但最关键的还是连接子的进步。

DS-8201采用的是GGFG四肽连接子，很好地解决了DAR过低的问题。

这种可切割的亲水多肽连接子既阻止了聚集体的产生，还打破了以前DAR在2-4之间的限制。

DS-8201的DAR最高可以达到8，同时DS-8201还有很强的旁杀者效应，这也是为什么DS-8201能够在头对头的临床试验中战胜T-DM1的原因之一。

当然，除了前述连接子外，还有许多连接子处于研发路上，例如磷酸酶和焦磷酸酶连接子、-半乳糖苷酶连接子、硫酸酯酶连接子等。

随着连接子问题的解决，ADC的发展步入黄金时代。目前全球获批ADC药物已有14款，其中9款都是近3年获批上市。

不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海。ADC的进步也不仅仅归功于某一方面的进步，而是抗体、毒素、连接子、连接方式等多方面技术的积累而成。

从第一代ADC到第三代ADC，跨越了20余年，经过数次技术升级，最终才迎来ADC的高光时刻。尽管如此，但不得不承认的问题是，已经上市的ADC仍然存在着未解决的问题。

一方面，目前连接子还不能做到完全稳定，毒素仍然会在正常组织中部分释放。

这也导致了ADC药物的不良反应较多，无论是第二代ADC药物T-DM1，还是第三代ADC药物DS-8201都存在着诸多全身不良反应。

不良反应也导致了ADC药物的治疗窗较为狭窄。这意味着用药剂量或血药浓度一旦出现小的差异，就可能导致治疗失败或严重的不良反应，这极大地限制了ADC的治疗潜力。

另一方面，有限的连接子不能满足快速扩展的有效载荷的需求。

随着技术手段的进步，ADC将不仅仅作用于治疗癌症，还可以治疗微生物感染、免疫调节等。

因此ADC的有效载荷也将不局限于毒素，新型载荷可以是抗炎剂、抗病毒剂等。随着有效载荷的更新换代，做为配套设施的连接子也需要同步更新。

我们仍然需要更多更强的连接子，以锻造出更强的ADC。