近几十年来， ADC药物发展迅速，并取得了巨大成功，目前已有十几种产品在全球获得批准（表1）。ADC的疗效取决于肿瘤摄取、分布、细胞靶向、内化、抗体降解和小分子payload释放之间的复杂相互作用。而实体瘤穿透差则大大限制了ADC在实体瘤的应用。虽然提高ADC药物的剂量可以改善其组织分布，提高肿瘤穿透性，但由于ADC中小分子payload的剂量限制性毒性，其给药剂量一般要比其母体抗体要低，进而限制了其在肿瘤中的穿透性。

 

表1. 获得批准的ADC药物

 

为了增加ADC药物在肿瘤中的穿透，近年来科研人员和制药工作者已做了大量的研究和探索。本文就近些年开发的增加ADC药物在实体瘤穿透的策略做一个总结和介绍。 

 

1

ADC和非偶联抗体的联合给药

 

克服实体瘤穿透障碍的一种策略是使用ADC和非偶联抗体的联合给药。

 

例如，Cilliers等人比较了 T-DM1（Kadcyla)与曲妥珠单抗(Herceptin)联合或不联合给药的情况。在NCI-N87肿瘤小鼠模型中，研究发现，T-DM1与曲妥珠单抗联合给药大大增加了T-DM1在肿瘤中的穿透性，联合给药可以使T-DM1渗透到血管周围区域以外的、离血管更远的肿瘤区域，而且还增加了其在肿瘤中的均匀分布（图1）。

 

 图1. T-DM1与曲妥珠单抗联合或不联合给药在NCI-N87肿瘤小鼠中的穿透性研究

 

最近的一项临床试验(NCT02415881)报告了通过与未偶联抗体共同给药而增加ADC渗透率的类似情况。在这项试验中，共有24例确诊的HNSCC患者在手术前接受了单剂治疗(0.3 mpk和2.6 mpk)，包含ADC panitumab-IRDye800CW及其相应抗体panitumab的组合。这项研究发现，在手术切除后， ADC及其相应抗体的联合可以改善ADC对肿瘤组织的渗透以及分布（图2）。另外，与肿瘤组织相比，ADC与未标记抗体联用导致正常肌肉组织对ADC的摄取减少，从而提高了ADC的治疗指数。这些数据支持了共同给药策略可以应用于ADC来提高其肿瘤穿透能力，以扩大治疗窗口。

 

图2. panitumab-IRDye800CW及其相应抗体panitumab联合给药时，panitumab-IRDye800CW在肿瘤中的空间分布更加均匀

 

ADC与抗体之间竞争性的结合肿瘤细胞外部组织被认为是可能的主要原因。

 

2

靶向在肿瘤微环境（TME）或

基质细胞中表达的抗原

 

另一种提高ADC对实体肿瘤穿透性的潜在方法是靶向肿瘤微环境(TME)或基质细胞中表达的抗原。这些抗原与ADC抗体结合后释放了有效载荷，其可以更好地扩散到肿瘤组织中，因此可以更好地穿透肿瘤块（图3）。

 

图3. ADC靶向肿瘤微环境(TME)或基质细胞中表达的抗原

 

一些ADC已经被用来测试靶向肿瘤细胞外基质(ECM)和间质屏障中表达的抗原，并发现非内化的抗原靶标可以作为ADC的潜在靶点。一些经典的非内在化ADC抗原有IV型胶原(实体瘤间质和基底膜细胞外基质的主要成分)、tenascin-C和fibronectin (在ECM中大量存在的糖蛋白)、Galectin-3结合蛋白(Gal-3BP，一种转移性癌症相关蛋白)和纤维蛋白凝块。

 

例如，Dal Corso等人在非内在化抗体的早期研究使用了F16抗体来靶向Tenascin-C的选择性剪接A1结构域。该靶抗原在基质细胞中高表达，在正常成人组织中很少表达，但在实体和血液瘤中都有表达。ADC构建体FI6-PNU159682由药物PNU-159682(一种蒽环类代谢物)与FI6抗体通过特定的半胱氨酸残基连接而成。当在A431移植瘤小鼠模型中以1 mg/kg和2 mg/kg的剂量(每隔3天一次和总共2次)与类似的针对对照抗原的ADC进行测试时，F16-PNU159682具有明显的抗肿瘤作用（图4）。F16-PNU159682肽连接子的切割是由组织蛋白酶B等酶介导的，其在肿瘤细胞死亡时可以释放到细胞外环境中，并在TME的酸性条件下激活。

 

 图4. F16-PNU159682的结构示意图、组织分布和抗肿瘤效果

 

Giansanti等人使用了靶向Gal-3BP的人源化1959抗体和thiol-maytansinoid 有效载荷 DM1-SH, DM3-SH 和DM4-SH偶联产生了三个没有连接子的、由TME酸性激活的ADC药物。其构建的1959-sss/DM3在A375荷瘤小鼠中显示出剂量依赖的抗肿瘤活性，剂量为10 mg/kg的小鼠在160天后100%存活（图5）。这项研究还发现，与正常组织相比，Gal-3BP在肿瘤细胞中的表达水平显著升高，表明了Gal-3BP有望成为非内化的ADC治疗靶点。

              

图5. 1959-sss/DM3的结构示意图和抗肿瘤效果

 

3

小尺寸ADC

 

ADC较差的PK/PD profiles是由于它们对作用部位的渗透缓慢(一般药物作用要在几天后才能看到)，以及由于其相对较大的尺寸[典型分子量(MW)>150 kDa]而从体内消除较慢。这使得其不仅会产生非靶标的细胞毒性，而且药物到达靶标位置的占比很低(<1%)。为了增加肿瘤穿透的能力，研究者也已开始探索具有更好穿透特性和更快药代动力学(PK)的小尺寸药物偶联形式，包括抗体片段、非抗体支架，以及多肽-药物偶联物等，旨在获得更宽的治疗窗口(图6)。

 

 

图6. 小尺寸ADC具有潜在更好的肿瘤穿透性

 

目前已有多种小尺寸的ADC药物得到开发，并已处于临床前和临床的不同阶段（表2）。然而，小尺寸ADC能否取得更好的实体瘤治疗效果还有待进一步的临床验证。

 

表2. 处于临床和临床前开发中的小尺寸ADC代表药物

 

4

选择合适的ADC结合抗原的亲和力

有助于其肿瘤穿透

 

一些研究发现较低的靶抗原结合亲和力可以使得ADC药物可以更深地渗透到肿瘤中。

 

例如，TSumura等人在Journal of Controlled Release 期刊上发表了题为“Influence of the dissociation rate constant on the intra-tumor distribution of antibody-drug conjugate against tissue factor”的研究，其建立了三种抗组织因子(TF)的ADC：低KD的1849ADC、中等kD的444ADC和高KD的1084ADC。这三种抗TF 的ADC的体外细胞毒性和药理生化特性基本相同，但结合动力学参数不同(表3)。

 

表3. 不同亲和力的抗TF ADC药物

 

在体内BxPC3小鼠肿瘤模型中，研究发现这三种不同亲和力的抗TF 的ADC对小型肿瘤具有相同的抗肿瘤作用。然而，在较大的BxPC3肿瘤上，低亲和力的1084ADC(高KD)比高亲和力1849ADC(低KD)具有更高的抗肿瘤活性（图7）。

 

图7. 不同亲和力的抗TF ADC药物在较大的BxPC3肿瘤上的抗肿瘤效果比较

 

通过免疫荧光染色显示，低亲和力的1084ADC分布于整个肿瘤组织，而高亲和力1849ADC主要定位于肿瘤血管附近（图8）。因此，具有低亲和力的ADC具有更强的抗肿瘤作用，因为它在整个实体瘤中穿透增加并且均匀分布。这些发现突出了抗体的亲和力在ADC设计中的重要性。

 

 图8. 不同亲和力的抗TF ADC药物在肿瘤中的免疫荧光染色

 

5

结语

 

尽管ADC药物在实体瘤中已取得巨大的进展，但肿瘤穿透能力依然较差依然是限制ADC药物在实体瘤中取得进一步突破的瓶颈之一。为了增加ADC药物在实体瘤中的穿透，近年来制药人员已经做了大量的工作，并取得了阶段性的成果，这无疑使ADC药物对治疗实体瘤取得更大的突破奠定了基础。

 

“路漫漫其修远兮”，提高ADC药物的实体瘤穿透依然需要更多的努力。但“艰难方显勇毅，磨砺始得玉成”。

 

参考文献

1.Global ADC Drug Development & China Opportunities（BCIQ 2023, MSQ Analysis）

2.Factors influencing the choice of monoclonal antibodies for antibody–drug conjugates.

3.An on-internalizing antibody-drug conjugate based on an anthracycline payload displays potent therapeutic activity in vivo.

4.Non-internalising antibody–drug conjugates.

5.Influence of the dissociation rate constant on the intra-tumor distribution of antibody-drug conjugate against tissue factor.

6.Secreted Gal-3BP is a novel promising target for non-internalizing Antibody-Drug Conjugates.

7.Small-Format Drug Conjugates: A Viable Alternative to ADCs for Solid Tumors?

8.Co-administered antibody improves penetration of antibody–dye conjugate into human cancers with implications for antibody–drug conjugates.

9.Thurber, Improved tumor penetration and single-cell targeting of antibody–drug conjugates increases anticancer efficacy and host survival.

 

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