高精尖抗体偶联药物缘何成为抗癌抗体研发领域的明珠
医学的世界里，理论上的效果越美好，现实里实现的难度往往就越大，至少这个定律在抗癌战场上适用。比如说，抗体偶联药物（ADC）这颗“魔法子弹”，想要实现“比靶向更强力，比化疗更精准”，但它要超越的，可不是一般角色。
就拿单克隆抗体类靶向药说，这可是实实在在的巨人，赫赛汀、美罗华和安维汀们哪个不传奇呢？但现在，却已经有60多种进入临床阶段，上百种临床前的在研ADC。这只说明了一点：抗体偶联药物，有希望做到抗体加药物做不到的事。
想知道哪些巨头在ADC领域竞争？抱歉，数不过来了……
（图片来源：基因泰克）
有一些科学家把抗体类药物的研发，比作是爬树摘苹果[1]，现在大家还像是在树底下，而ADC却在苹果树顶。想摘下这个苹果，就得攻克一个个复杂艰深，甚至是前所未见的难关，为什么？ADC的独特结构和设计，决定了这一切。
虽说抗体偶联药物的原理，完全可以简单一句话概括：药物通过化学链接，偶联到靶向癌细胞的单克隆抗体上，但就这一句话里，抗体、连接子、药物这三部分，每一个展开细说都有许多的奥秘。外行看热闹，各位可得看门道。
要载体，还是要抗体？
从原理上说，抗体偶联药物使用的抗体，结合到癌细胞表面的靶点时，要能够诱导胞吞作用，让癌细胞吞下自取灭亡的化疗“毒酒”；抗体本身必须得有偶联化疗药物，搭载弹头的能力。但除了这两条，似乎也找不出什么通用的原则了。
说好的复杂艰深呢？不是老师要求不严，实在是抗体偶联药物的研制千姿百态，几乎每种药物都有自己的特殊性。想找共同点，绝对是难为奇点糕……
举个例子吧，虽然追求“比靶向更强力”，但现在获批的5种抗体偶联药物里，只有恩美曲妥珠单抗，也就是T-DM1使用的曲妥珠单抗，能够单独杀伤癌细胞。另外4种药物用的抗体，基本是作为药物的载体，单独杀伤效果非常有限[2]。
像曲妥珠单抗这样，不用多改动，就可以用于ADC开发的成功平台，在单抗类药物中并不多见。更难得的是，挂载药物后的T-DM1，仍然保留了单抗原有的杀伤力，这使它成为了ADC开发的明星抗体，有至少10种基于曲妥珠单抗的ADC进入了临床试验阶段[3]。
猜猜，一款在研ADC的转让价格被炒到多少了？
（图片来源：Clinical Cancer Research）
而靶向药物往往要求的抗原高表达，到了抗体偶联药物的领域也不是绝对的了，T-DM1之外的另外4种ADC治疗血液系统癌症时，癌细胞表面抗原的表达水平，就不一定与疗效有正相关性，这和单纯的单抗靶向药很不一样[4]。
就连决定抗体与抗原结合能力的亲和力指标，也不是越高越好。已经有研究显示，靶向同一个位点的抗体中，亲和力弱的抗体，虽然被癌细胞的内吞速度慢，但穿透实体肿瘤却更彻底[5]。穿透和内吞之间，显然要找到一个最优的平衡点。
抗体分子大小、是否完全人源化等问题，同样对ADC的疗效影响复杂，所以选择ADC使用的合适抗体，现在还有些雾里看花，只能根据“高度识别、保证胞吞”两个原则，综合各种因素考虑，很难照着理想型去研发。
新一代抗体偶联药物，在抗体上又玩出了不少新花样，比如多一个识别抗原位点，从而结合更准确的双特异性抗体（Biparatopic mAb）[6]。不过它们的表现，还需要时间来验证。
“亲密关系”如何建立？
说完抗体，再说说连接子、连接体、偶联臂……抱歉，Linker这个词的中文翻译五花八门，但反正说的都是一种东西——把细胞毒性药物和抗体连接在一起的化学结构。别小看这个结构，抗体偶联药物的方方面面，都要受到它的影响。
小小的连接子可不好标出来……绿的那块，能看到吗？
（图片来源：AAPS Advances in the Pharmaceutical Sciences Series）
抗体有两大原则，连接子也可以总结出两大原则：偶联稳定，释放迅速。前半句指的是偶联需要经受住血液循环，在到达目标前不提早放出药物；后半句，当然就是药物被内吞入癌细胞后，偶联能被快速解体，释放出癌细胞的“催命符”。
不过连接子里的门道，可远远不止这两大原则，要说清楚，得先介绍点基本原理才行。目前抗体偶联药物使用的连接子，主要是利用抗体上原有的半胱氨酸或赖氨酸残基，与药物间偶联形成化学键。
比如之前提到的T-DM1，连接选用的是赖氨酸残基，而同属二代ADC的本妥昔单抗（Brentuximab Vedotin），则选择了半胱氨酸残基。这样的设计胜在一个简单，因为抗体上的可用残基数量很多，制备ADC时，不需要特意去改动结构[7]。
对了，这两种药物的连接子还有一个区别：T-DM1使用的是不可断裂的连接子，药物被癌细胞内吞后，抗体部分经过溶酶体降解，才能释放出DM-1；本妥昔单抗使用的则是可断裂连接子，它被蛋白水解后，就能释放出搭载的药物。
虽然类型不同，但目的上还是殊途同归，这两种二代ADC的连接子，都达到了稳定性好、释放效率高的要求。但连接子决定的，还不只是这两个指标。第一代ADC吉姆单抗/奥佐米星的退市，其实就是倒在了小小的连接子上。
补充一句，连接子一般都是被溶酶体降解呦
（图片来源：Cancer Cell）
连接子本身结构不稳定，容易在酸性环境下被水解，导致药物提早释放产生严重的副作用是一方面；而抗体与药物的偶联不充分，偶联比例（drug-to-antibody ratio, DAR）不合适，同样是吉姆单抗/奥佐米星连接子的致命缺点。
从理论上说，每个抗体上大约有80-100个可偶联的氨基酸残基，实际上偶联的药物数量，一般不超过8个，但抗体和药物的充分结合，却不那么容易实现。吉姆单抗/奥佐米星当中，就有50%的抗体是没有结合任何药物的裸单抗[7]。
裸单抗太多，显然会使疗效大打折扣，不过一个抗体上搭载的药物少了不行，多了也不行。搭载过多的药物，会影响ADC使用抗体的稳定性，导致药物代谢和安全性上的问题。
二代ADC在连接子上最明显的进步，就是改进了偶联充分性和比例问题。T-DM1和本妥昔单抗的裸单抗比例大约只有5%，远比吉姆单抗/奥佐米星要低，DAR值则分别是3.5和4。3.5-4的黄金比例，也给后来的许多在研新药提供了参考。
但二代ADC的连接子也还不完美，比如在抗体上的具体结合位置相对随机，也没有彻底解决裸单抗的问题。通过改造抗体，实现更可控和高效的特定位点偶联（Site-Specific Conjugation），是现在连接子技术最主要的探索方向之一[8]。
位点特异性结合，仍然不会太倾向于挂过多的药物到抗体上，三四个就好
（图片来源：Antibody Therapeutics）
技术日新月异，就会创造更多的可能。比如一家公司基于曲妥珠单抗，设计出了抗体和药物比例高达1:20的新型ADC[9]，遗憾的是由于效果不稳，这种“印度摩托车”式的ADC研发被早早终止了。T-DM1们的黄金比例，还是很有道理的。
抗体和药物的“亲密关系”，真是不好经营啊，估计生娃养娃也就这么难了。那么作为ADC家庭里必不可少的伴侣，细胞毒性药物又得满足些什么要求呢？
精挑细选的“核武器”
提到细胞毒性药物时，科研论文很多时候的用词是弹头（Warhead）。这可不是子弹，是搭载导弹的那种弹头，几十万吨TNT当量的那种。药物，才是绝大多数ADC中发挥杀伤功能的主角。
虽然在ADC诞生前，科学家就已经找到了形形色色的各种化疗药，但这些化疗药直接用来开发ADC的结果都不怎么好。首先药物得有连接抗体的合适位点，其次得在体内循环下相对稳定，这算是两大基础要求吧。
但最关键的要求，还是弹头要强力，足够强力，要多强力有多强力，按数字的话，至少得比传统化疗药强力100-1000倍！（此处请脑补对设计师大吼放大的场景）如果说传统化疗药是炸弹，那抗体偶联药物选择的绝对是核弹。
Boom！Boom！Boooooooom！
（图片来源：Pixabay）
选择强力弹头，是因为抗体偶联药物作用机制的特殊性。虽然搭载到抗体上，让化疗药物的选择性更强，但最终也只有大约1%的药物，能够被癌细胞成功内吞[10]，而不被内吞的药物，对癌细胞的杀伤力就很有限了。
所以搭载到抗体上的药物，得做到“少而精”，像科幻小说里的浓缩炸弹一样威力惊人，在癌细胞里面制造大爆炸。传统的化疗药不仅威力本身偏弱，搭载到抗体上甚至还可能降效，这就让弹头的挑选更难了[11]。
目前获批的5种抗体偶联药物，使用的弹头分为三类：卡奇霉素类（Calicheamicins）、奥瑞他汀类（Auristatins）和美登素类（Maytansinoids），而在后续研发的新药中，占比最大的还是后两种。
就拿T-DM1使用的美登素类，也就是曲妥珠单抗（T）后面的DM-1，来更进一步讲讲弹头里面的门道吧。美登素最早是从非洲的一种植物中提取出来的化疗药，但T-DM1的研发，为什么相中了它呢？
从化疗原理上说，美登素是一种微管蛋白活性抑制药，它能使癌细胞在有丝分裂时，不能正常形成纺锤丝，从而使分裂停止，对癌细胞造成杀伤。没错，在乳腺癌治疗中广泛应用的紫杉醇类药物，起效机制就是这么回事。
一些小说里经常会说什么“神秘的非洲毒药”，对吧？
（图片来源：Pixabay）
机制相同，不代表美登素也能单独缔造辉煌。虽然在实验室里展示了100倍、1000倍的杀伤力，但缺乏对癌细胞的选择性，让它在早期临床试验中导致了严重的副作用，最终没能实际应用[12]。
但在基因泰克那支开发了曲妥珠单抗的传奇团队看来，拿美登素作为基于曲妥珠单抗的ADC用药，再合适不过了。和紫杉醇一脉相承的原理，更强大的杀伤力，副作用和选择性问题，搭载到抗体上后也会减少。总之一个词，天作之合。
不过T-DM1使用的弹头，其实应该叫“美登素类似物”，因为它经过了人工的结构改造和半合成。这原本是为了解决美登素天然来源有限、缺乏连接抗体的位点和稳定性的三大问题，但科学家们发现，改造还增强了美登素的杀伤力[11]！
搭载到曲妥珠单抗上，则让美登素类似物真正实现了扬长避短，杀伤力得到了充分的发挥，再配合上曲妥珠单抗本身的抗癌效果，这种黄金搭档，不成功都难。临床试验的结果，也验证了科学家们思路的成功。
这一点，在HER2乳腺癌二线治疗的试验中体现最明显。对比HER2靶向药拉帕替尼+化疗，T-DM1不仅在生存期等疗效指标上胜出，治疗导致的严重副作用发生率也下降了16%[13]。抗体偶联>靶向+化疗的理论优势，真正转化到了现实。
不做临床，永远想不到会有什么样的惊喜或者……惊吓？
（图片来源：FreeRange）
有很多科学家说，抗体偶联药物是抗癌药物发展最迅速的领域，也是知识更新速度最快的领域。现有ADC们的成功，更像是万里长征第一步。但这些前辈们，靠智慧和心血积累出的“技术壁垒”，也不能被小看。
要实现那些宏大的目标，比如靠ADC改造免疫微环境、杀伤肿瘤间质细胞的广谱抗癌，就得对抗体、连接子、药物弹头继续升级，虽说这每一部分看似都有无限的挖掘空间，但科学探索不是摸黑，也有逻辑和内在规律。
就算是T-DM1这种来自传奇团队的手笔，也是一步一步稳扎稳打，刷完实验室的癌细胞，再去挑战患者身上的大BOSS们，这么按部就班杀出来的。老话说得对，学会飞之前，得先学走。
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