原创 | ADC：药物设计的登月计划（二）

虽然Enhertu的出现后让ADC成为一个热门领域，但多数上市ADC药物还只是小众产品、更有大量ADC药物在临床试验中因为毒性太大或疗效不足而失败。“魔法子弹”这个理念虽然读起来朗朗上口，但显然不能全面反映ADC复杂的工作机制。理想情况如果有大量比HER2表达量更高、特异性更好的肿瘤相关抗原，ADC的设计会非常容易、因为高丰度靶点会让肿瘤成为药物的分布洼地。同样如果毒素部分治疗窗口很宽、ADC设计也会很容易。事实上如果毒素部分有非常充裕的治疗窗口ADC这个概念都不会出现，因为不需要嘛。

但是我们不是生活在理想世界中。化疗药物70年的开发经验证明宽治疗窗口化疗药物发现非常困难，而比HER2更好的ADC靶点也几乎可以肯定没有了。要在资质一般靶点、用现有窗口较小毒素重复Enhertu水平疗效需要面对靶点和毒素都不理想的现实，充分理解ADC的结构与功能，设计上要做到颗粒归仓、榨取ADC平台的全部价值。那么ADC这个技术平台的本质是什么呢？

1. ADC改变毒素的体内分布

这是ADC的核心功能。ADC原始理念是选择性把毒素递送到表达肿瘤相关抗原（TAA）的肿瘤细胞，这本质上是通过改变药物在体内分布而改善治疗窗口、但ADC对药物分布的影响不仅限于这一个侧面。

ADC的杀伤能力围绕着小分子毒素，但ADC的药代性质却主要由抗体决定，因为抗体是毒素分子量的150倍左右、胳膊拗不过大腿。小分子毒素因为分子量小可以快速深度分布到人体各组织、而且可以与血浆和组织中高浓度蛋白如白蛋白结合，影响在组织和血液中药物的代谢、消除。毒素与抗体做成ADC后则嫁鸡随鸡、基本留在血液里。

因为不同组织蛋白量不同、与小分子结合力不同，所以各组织的药物总浓度可以相差很多，但根据“充分搅拌”理论全身各组织的自由药物浓度是一样的。这个假说是基于药物从循环系统向全身组织分布这个裸药需要遵循的次序，但ADC因为是一类在各个组织、尤其是疾病组织释放的前药所以这个次序是反过来的。即ADC需要先进入组织才能把毒素释放出口，然后毒素才可能从组织逃逸到循环系统。这个性质与小分子前药也是有本质不同的，多数小分子前药是在血液中激活的、当然有一些是胞内激活的。小分子分布过程因为没有化学反应发生所以能垒较低、基本可以认为是可逆的，但ADC这个独特毒素分布和释放机制仍为药物设计提供了一些新颖机会。

理论上在组织里比较稳定、但容易被肝代谢或被肾排泄的毒素可以因为ADC携带毒素这个特殊分布次序比小分子毒素窗口更宽，因为在组织里释放的毒素逃逸到循环系统的毒素也很快被动态清零，另外与组织释放的毒素可以与蛋白结合所以减慢毒素从组织向循环系统的逃逸速度，这两个因素共同维持一个远离平衡的组织/血液药物梯度。多数现在上市的ADC药物血液里毒素浓度经常低于组织里药物浓度、也低于毒素的IC50值，失败的ADC是否相反我不知道、但如果相反我也不会惊讶。设计新一下ADC毒素可能要把高蛋白结合率、高血浆清除率这些传统小分子药物的缺点作为优点来筛选和优化。

ADC能够改变小分子毒素药物分布的这个简单事实也可能带来严重后果，如果毒素活性很高那么任何微小的分布改变都可能带来新的毒性。从早期ADC如BR96-阿霉素，到近期的新毒素老抗体（HER2-STING）和老毒素新抗体（Dato-DXd）组合遇到的各种毒副反应都说明ADC还是一个危险的刀客。精准预测ADC的分布是不可能的，最好的风控策略是使用宽治疗窗口比较宽的毒素。

2. ADC是缓释载体

因为ADC需要链接子被切断后才能释放出活性毒素，所以ADC本质是个前药。药物化学的前药设计主要是为了解决小分子过膜性差、溶解度差、半衰期短等问题，ADC可能这些功能都存在。比如不能过膜的DM1被Kadcyla变成药物，但对于窗口狭小的毒素来说ADC的缓释功能尤其重要。

药物在两次给药之间会被代谢和排泄，所以血液浓度在下降。为了维持血药浓度在足够时间超过治疗浓度、但又不要长时间超过毒性浓度，药物需要以一定频率给药，以保证Cmin高于治疗浓度、Cmax低于毒性浓度（这是个简单描述，实际情况根据疾病会有出入）。半衰期越短药物给药频率得越高，极端情况像产后抑郁药Zuranolone需要连续静脉滴注5天，因为这个药物半衰期非常短。显然这种给药方式对患者来说非常不方便，最好是一日一次口服或打一针就能维持很长时间。早期小分子药物优化比较粗糙，一日多次给药很常见、以至于后来出现各种各样缓释制剂为这些错误埋单。

小分子药物与IgG抗体比通常半衰期要短很多，现在的链接子技术基本可以保证毒素在血液里脱落在可控范围内。所以ADC可以做到一两周内释放一半毒素，这是相当不错的缓释载体。Trodelvy与小分子前药伊利替康释放活性物质SN38的动力学很类似（当然给药频率不同），Enhertu对DXd的缓释也是拉低Cmax/Cmin扩大治疗窗口的一个原因、在抗体药物无法控制的中枢转移也有不错应答。

3. ADC是多功能分子

人体很多疾病都是多条信号通路失调所致、而很多通路被抑制后会有代替通路激活保持原功能，所以组合疗法是很多疾病治疗的主打策略。开发固定组分组合是个方向，前几天左手倒右手合并Revolution和EQRx的Borisy创立的第一家公司CombinatoRx就是开发新颖固定组分组合药物的。把两种药物分子融合在一个分子中也是一个久经考验的策略，小分子的多配体药物和大分子的双特异抗体都有多个产品上市。ADC是一类巨无霸分子，不仅仅是敢拉剧毒货物的老司机。抗体本身是一类很重要的药物，但现在很多ADC因为毒素毒性较高所以抗体部分达不到治疗剂量、这是一个失去的机会。

对于肿瘤来说即使同一患者同一病灶也是由多种克隆组成的，杀死一部分克隆并不能清除整个肿瘤组织、而只是帮助肿瘤黑社会重新划分地盘，原来弱小的克隆用药后变成了主流。有人从基因组的多样性预测通过杀伤这个简单策略没有可能治愈晚期肿瘤，现在成功的药物可能不仅是靠直接杀伤这个简单机制（见下）。即使杀伤一部分克隆只依靠单个机制也不可持续，几乎所有的肿瘤药物都会产生耐药、耐药机制千奇百怪。同时杀伤肿瘤又能防止耐药、或者同时杀伤多种克隆、或者杀伤与改变肿瘤微环境双机制的ADC可能更有效地控制肿瘤增长，当然这要求ADC在耐受剂量下能够同时达到抗体和毒素部分的治疗剂量。

抗体与毒素的协同作用也需要在设计和筛选层面有一定布局。多数抗体药物杀伤肿瘤是通过与免疫系统合作，如NK细胞介导的ADCC、巨噬细胞介导的ADCP效应，或阻断免疫检查点而放大T细胞活性，当然也有改变微环境的如血管生成抑制剂。化疗毒素则看上去头脑简单、只会打打杀杀，动物模型中几乎都会误伤一些免疫细胞。所以毒素要与抗体药物产生协同效应似乎有难度，但实际应用中多数抗体药物是要与化疗药物联用的。多数细胞毒化合物的确只会弯弓射大雕，但95%左右的细胞毒不能在临床试验中显示足够治疗窗口和疗效。胜出的5%通常粗中有细、工作机制十分复杂。一个假说是成功的化疗药物在耐受剂量下只能杀伤一部分肿瘤克隆，但在另一部分克隆虽然不能直接杀伤但足以诱导应激反应、尤其是肿瘤免疫反应，这可能是免疫疗法与化疗药物经常产生协同作用的生物学基础。

那么我们如何进一步提高ADC这个复杂平台的威力呢？

4． ADC私人定制毒素

ADC是个为提高已有药物或候选药物治疗窗口的一个相对新兴赋能技术，但这不等于我们不能专门为这个技术设计一些定制毒素。现在常用的ADC毒素通常经过系统优化，但优化目的是为了单独能成药、并不是与抗体配合组成ADC。治疗窗口不足可以在一定程度上通过ADC提高到成药水平，但您不能把什么窗口的毒素都拿来用。现在很多ADC药物其实更应该叫ATC（antibody toxin conjugate）、因为毒素部分的治疗窗口与药物相差甚远。系统寻找机理新颖、治疗窗口达不到但接近成药的毒素是ADC的一个有价值前沿。

前面讲过ADC是个优质缓释载体、而且毒素是从组织释放反向进入血液，这可能要求ADC毒素与传统小分子药物在药代性质上有所不同。容易被肝、肾、和其它器官代谢排泄的毒素反而是个优势（但化学稳定性要好），因为离开疾病组织的毒素会被很快清洗。同样高蛋白结合率也可能在一定程度上成为优势，因为在组织释放的毒素会被蛋白留在组织而减慢毒素从疾病组织的逃逸。

不可过膜是小分子靶点不可成药的最主要原因，磷酸酶抑制剂、PROTAC等制药界认为生物功能诱人但成药较差的药物可以通过ADC改善成药性。对于非肿瘤ADC个策略尤其有吸引力，比如我们做过的一类蛋白酶抑制剂能促进某个肿瘤免疫佐剂的分泌。这个分子不能通过细胞膜，通过ADC进入细胞后释放活性物质。因为活性物质离不开细胞、又不能杀死所在细胞，所以被关在这些细胞中长期工作、不断释放微环境里急需的免疫佐剂。

5. TME抗原/肿瘤特异释放链接子

毒素是由科学家设计的，但抗原却是肿瘤决定的。现在看比HER2表达量更大、特异性更高的TAA很可能是不存在的，在HER2以外抗原实现Enhertu的疗效肯定挑战更大，当然如果能从上面提到这些方面精雕细琢还是有可能的。

另一个可能是靶向TME里的非TAA抗原。肿瘤组织里面其实肿瘤细胞并不是大多数，更多的是基质细胞、免疫细胞等支持生命的通用细胞类型。这些细胞不仅数量更大，也表达很多高丰度抗原、尤其是应激状态下。偶联核药因为不需要被内吞就可以杀伤肿瘤，所以不少偶联核药靶向的抗原不是TAA、比如表达在活化成纤维细胞的FAP是个很热门靶点。也有一类所谓非内吞ADC可以通过TME中任何抗原被导航到肿瘤，然后在胞外释放毒素、通过毒素的旁观者杀伤机制杀死肿瘤细胞。也有通过微环境中胞饮能力比较强的巨噬细胞内吞、释放毒素的ADC，比如APOMAB因为靶标抗原SSB只有在肿瘤细胞死亡后才能与之结合、所以无法被肿瘤细胞内吞。但这个ADC可以高效被肿瘤组织里的巨噬细胞内吞并释放毒素，通过旁观者杀死也可以有效清除肿瘤。因为巨噬细胞对多数抑制有丝分裂的细胞毒不敏感所以不会给巨噬细胞带来损伤。

现在主流的链接子释放机制是通过溶酶体内组织蛋白酶降解，但组织蛋白酶在很多种类细胞、包括胞外有表达。肿瘤微环境有很多区别于正常组织的特征，如强酸、缺氧，都可以作为链接子断裂触发因素。肿瘤内部也高表达一些蛋白酶，可以在链接子中加入这些酶的底物增加释放特异性。

小结

ADC是一类显著改变小分子毒素体内分布的缓释多功能、高活性药物，深度挖掘ADC平台价值需要平衡多种因素。多数ADC参与者坚信HER2不常有而Enhertu常有，如何实现让我们拭目以待。