药物偶联物简介

药物偶联物，特别是抗体药物偶联物（ADC），因其临床效果和潜在商业价值而受到广泛关注。而技术的进步导致了药物偶联物新旧理念的交织碰撞，甚至对现有的理念和技术提出了挑战。

如今，出现了多种新的缀合技术概念，包括肽药物缀合物（PDC）、小分子药物缀合物（SMDC）、免疫刺激抗体缀合物（ISAC）、抗体-寡核苷酸缀合物（AOC）、放射性核素药物缀合物（ RDC）、抗体片段-药物偶联物（FDC）、适体药物偶联物（ApDC）、抗体细胞药物偶联物（ACC）、病毒样药物偶联物（VDC）等。此外，新的技术形式如抗体降解剂偶联物（ ADeC）仍在不断涌现。本文简要介绍了几类药物偶联物的技术特点和代表性项目开发进展。

抗体药物偶联物 (ADC)

抗体药物偶联物（ADC）是目前最成功的药物偶联物类型，上市药物数量最多，具有良好的临床效益和商业价值。根据2021年《Nature Reviews Drug Discovery》发表的文章，到2026年全球ADC药物市场将达到164亿美元

ADC 旨在通过基于抗体靶向将细胞毒性药物引入癌细胞周围来减少全身暴露并提高安全性。该药物由三个主要成分组成：抗体（靶向）-连接器（将抗体与有效负载连接）-有效负载（杀死肿瘤细胞）。

图1|抗体-药物缀合物构建体。图片来源：参考文献1

ADC药物的开发最早，但随着基于更先进技术开发的药物临床验证数据的增加，其面临的挑战也最大。首先，人们普遍认为抗体靶标应该被很好地内吞，但免疫刺激抗体偶联物 (ISAC) 表明也许不需要靶蛋白内吞。其次，传统观点认为抗原必须过度表达，而正常细胞不表达或低表达，而今年 ASCO 会议上 disitamab vedotin 的亚组分析显示，它对几乎所有 HER2 阳性和 HER2 低表达乳腺癌都有益处，以及Enhertu 也适用于 HER2 阳性和 HER2 低表达的肿瘤物种。第三，弹头的品种已经丰富，并不一定需要细胞毒性，免疫刺激剂和调节剂（STING、TLR、Treg）、蛋白水解靶向嵌合体（Protac）、寡核苷酸等药物也在临床或临床前研究中显示出初步有效性。

截至2022年12月，全球已有15种ADC药物获批上市，以及超过400种已公布的在研ADC候选药物，主要集中在肿瘤、罕见病和血液学治疗领域。有 136 种候选药物专注于共同靶标，其中 53 种针对HER2。

放射性核素抗体偶联物 (RAC)

放射性核素药物偶联物 (RDC) 与 ADC 类似，它们使用抗体或小分子（包括肽）介导的靶向来精确靶向细胞毒性/成像因子（放射性核素放射性同位素），以避免全身暴露的潜在危险。不同之处在于RDC负载是放射性核素，可用于诊断和治疗功能。其成分也与ADC略有不同，需要添加螯合毒素的特定官能团结构（螯合剂）。一般来说，它仍然由配体-连接体-有效负载组成。

图 2. 放射性核素药物结合物 图片来源：imagingprobes

诺华2017 年以 39 亿美元收购了 Advanced Accelerator applications，其 RDC 药物 Lutathera（镥（177Lu）氧曲肽）自上市以来已成功商业化。 2018 年 10 月，以 21 亿美元收购 Endatory 后，又收购了其 PSMA 靶向放射性配体疗法 177Lu-PSMA-617。

表 1. 近五年 FDA 批准的 RDC

在今年的 ASCO 会议上公布 VISION 研究结果后，177Lu-PSMA-617 被FDA授予突破性疗法称号。在转移性去势抵抗性前列腺癌的治疗中，177Lu-PSMA-617 显着改善了中位影像学无进展生存期（8.7 vs. 3.4 m）并延长了 OS，并将影像学进展或死亡风险降低了 60%。

图 3 和图 4。Lutetium-177-PSMA-617，图像来源：ASCO 2021：

小分子药物偶联物 (SMDC)

小分子药物偶联物（SMDC）通常也由靶分子、接头和效应分子（细胞毒性分子、E3连接酶等）组成。

图 5. 小分子-药物缀合物，图片来源：Network of Cancer Research

事实上，目前药物偶联物的过度细分也导致了不同概念药物之间的交叉。例如，肽药物偶联物（PDC），通常仍然属于小分子药物偶联物。 Lutathera，177Lu-PSMA-617，虽然根据毒素被归类为RDC，但其靶向配体均属于小分子领域。最近，PEPAXTO获批上市，Oncopeptides将其定位为肽-药物缀合物，但其分子结构并不是药物缀合物组合物的通常形式，或者应该属于前药缀合物（Pro-DC）或前药，在癌细胞周围分解，达到烷化剂样的肿瘤杀伤作用。

图 6. PEPAXTO 的结构

因此，我们结合了小分子药物偶联物和肽药物偶联物的分析。小分子领域，Endatory产品Vintafolide有条件上市，但临床三期研究失败后撤市。

表 2. 正在调查的 SMDC 和 PDC

免疫刺激抗体偶联物 (ISAC)

免疫刺激抗体偶联物（ISAC）的技术要求与ADC非常相似，不同之处在于ISAC负载的是先天免疫激动剂或调节剂，能够将冷肿瘤转化为免疫热肿瘤。此外，其功能与肿瘤微环境激活药物偶联物（TMAC）部分相似，均通过调节免疫刺激和微环境来实现免疫杀伤激活和治疗增敏。

图 7. 免疫刺激抗体偶联物，图片来源：AACR2021

目前参与此类机制的药物主要有Toll样受体激动剂（TLR）型ISAC药物SBT6050、SBT6290、BDC-1001。 STING激动剂ISAC药物XMT-2056、Treg细胞调节ISAC药物ADCT-301等。不过，其中很多药物也被企业自己定义为ADC药物，或许也是因为两者在术语上并没有太多区别药物的外观性能和技术。

图 8. BDC-1001，图片来源：BOLT BIOTHERAPEUTICS

抗体降解剂偶联物 (AdeC)

2021 年 6 月 16 日，瑞士公司 Debiopharm 和韩国公司 Ubix Therapeutics 联合宣布开展研究合作，结合 Multilink 和 Degraducer 两个专有技术平台开发 Antibody Degraducer Conjugates (ADeC)。

图 9. 抗体-降解剂-缀合物

这种合作才刚刚开始，或许相关药物还没有被研究出来。然而，根据他们的平台技术，预计将开发的ADeC药物将是一种抗体药物缀合物，用降解分子取代有效负载，或许还携带其他有效负载以产生协同效应。 ETC。

ADeC的目的还在于将降解的分子携带至靶位点，避免全身暴露，甚至克服Protac分子的一些潜在成药性问题，如理化缺陷、特异性、PK等。

在 AdeC 领域，Orum Therapeutics 已开始临床前研究，并于最近完成了 8400 万美元的 B 轮融资，以继续推进其产品线。

图 10. Orum 疗法

Orum Therapeutics 的技术还结合了与抗体偶联的蛋白质降解剂，其概念与 Debiopharm 和 Ubix 的技术相似，特别是降解剂，两者都具有泛素酶降解作用机制。

然而，两者也有所不同，Orum Therapeutics 将类别定义为抗体 neoDegrader 缀合物 (AnDC)。

图 11. 抗体-neoDegrader-缀合物，来源：Orum Therapeutics

抗体片段-药物偶联物 (FDC)

抗体片段-药物偶联物（FDC），顾名思义，就是用较小的抗体片段（单链scFv）来替代较大的抗体分子。人们普遍认为抗体片段相对容易找到，并且可以通过生物工程实现更高的 DAR。

图12.抗体片段-药物偶联物（FDC），来源：antikor网站

FDC在技术上与ADC几乎相同，但使用更小的片段抗体有望提高肿瘤渗透性并最大限度地提高药物疗效。小碎片和缺乏 Fc 可以在正常组织和循环中快速清除，从而降低毒性。

适体药物偶联物 (ApDC)

适体药物偶联物 (ApDC) 是药物偶联物的一种形式，它使用结构化寡核苷酸序列作为相应分子的靶标。核酸适体被称为“化学抗体”，具有与抗体类似的靶向和靶点结合特性。与抗体相比，核酸适配体还具有稳定性高、免疫原性低、生产成本低、易于化学修饰等诸多优点。

图 13. 适体药物缀合物 (ApDC)，来源：分子疗法：核酸

由于ApDC药物使用寡核苷酸序列，因此它们在接头和缀合策略方面可能与ADC药物不同，但在药物成分、作用机制和有效负载方面与ADC药物没有太大区别。

病毒样药物偶联物 (VDC)

病毒样药物结合物（VDC）是药物结合物的一种形式，它使用设计为非感染性蛋白质纳米颗粒（病毒样颗粒（VLP））的病毒衣壳作为有效的递送载体。

图 14. 病毒样药物偶联物 (VDC)，来源：Aura 网站

Aura采用人乳头瘤病毒（HPV）衍生的VLP选择性附着在修饰的硫酸乙酰肝素蛋白聚糖（HSPG）表面，以实现与实体瘤细胞或转移瘤的结合，但不与正常组织结合。AU-001是该机制的VDC产物。病毒样成分选择性地与HSPG结合，结合的红外光激活细胞被激活，选择性地破坏肿瘤细胞，导致肿瘤细胞急性坏死，同时激活免疫系统产生抗肿瘤反应。

图 14.  AU-011，来源：  Aura 网站

抗体-寡核苷酸缀合物 (AOC)

抗体-寡核苷酸缀合物 (AOC) 是治疗性寡核苷酸利用抗体将siRNA（siRNA、PMO等）递送至特定细胞或组织，从而减少治疗患者疾病所需的药物量，并解决不可靶向和寡核苷酸递送的问题。寡核苷酸与靶向配体的缀合还可以改善寡核苷酸（治疗性RNA或DNA分子）的药代动力学特性并扩大其应用。与ApDC不同的是，AOC旨在实现寡核苷酸的靶向递送，阿斯利康已经对相关产品进行了研究。从技术上来说，AOC使用抗体作为传递介质，也可以假设小分子（包括肽）、蛋白质（酶）等也可以发挥相关功能。细分时，仅以寡核苷酸作为有效负载的药物也产生了各种概念产品。

图 15. 抗体-寡核苷酸缀合物 (AOC)，来源：avidity biosciences 网站

Avidity还基于此理念开发了AOC产品AOC1001，用于治疗强直性肌营养不良1型（DM1）疾病，并计划于2021年下半年进行相关临床研究。

结论

总而言之，现阶段的药物缀合物仍然保留相同的组成，即“配体-连接子-效应物”形式。由于技术的进步和药物剂型的繁荣，配体、连接臂和效应分子的定位有了更多的选择，导致了该领域的细分，并出现了多种药物缀合物的表达方式，如ADC、RDC、SMDC、 ISAC、ADeC、PDC、FDC、VDC、AOC 等。但过度的细分也造成了产品概念的混乱，即使是同一产品，不同企业的定义也存在差异。

本质上，大多数药物缀合物都是通过定位配体来达到靶向目的，以及不同功能的效应分子来达到治疗价值或临床目的；产品设计理念延续了ADC药物思路，不同的是三类成分（配体-连接体-效应分子）的转化。不过，ADC、RDC、SMDC和ISAC仍然是最成功的药物偶联物类型，并且已经有相关药物上市或多个临床药物处于概念验证阶段，而其他药物偶联物仍更多处于概念或阶段目前尚处于临床前阶段，能否实现临床价值还有待观察。

几种基于核酸的PROTAC简介

近年来，核酸药物发展迅猛，市场需求不断增加，上市审批迅速，涵盖心血管与代谢疾病、肝病、肿瘤等多个领域。截至目前，全球已有10余种核酸药物获批上市，不少核酸药物正处于临床试验阶段。核酸药物有望成为继小分子药物、抗体药物之后的第三类药物（图1）。

越来越多经批准的核酸疗法证明了通过靶向体内致病基因来治疗疾病的潜力。通常，常规治疗只产生短期治疗效果，因为它们针对的是蛋白质而不是疾病的根源，而核酸药物则直接作用于致病的靶基因或靶mRNA，在基因水平上发挥治疗疾病的作用。核酸药物包括ASO、siRNA、Aptamer、miRNA、mRNA、saRNA、sgRNA、U1 snRNA等。核酸药物具有治疗效率高、毒性低、特异性强、应用领域广泛等优点，显示出其重要的医学价值、生物科学等领域。

PROTAC（蛋白水解靶向嵌合体）是一种利用泛素-蛋白酶体系统（UPS）降解靶蛋白的药物开发技术。从结构上看， PROTAC由三部分组成：E3泛素连接酶配体和靶蛋白配体，两个活性配体通过专门设计的“Linker”结构连接在一起，形成三元复合物。 PROTAC的靶蛋白配体与靶蛋白结合，E3泛素连接酶配体与胞内E3泛素连接酶的底物结合区结合，从而通过泛素化靶蛋白，将靶蛋白“拉”到E3泛素连接酶上，使 UPS 系统能够降解目标蛋白（图 2）。

过去20年来，研究人员基于肽和小分子设计了各种形式的PROTAC。然而，基于肽的PROTAC存在活性低和免疫原性等问题，极大地限制了其临床医学应用。与多肽PROTAC相比，小分子PROTAC体积更小，更容易被人体吸收，成药性更好，因此小分子PROTAC仍然是主流。随着科学技术的发展和进步，一些新型的PROTAC不断出现，基于核酸的PROTAC应运而生。

RNA-PROTAC

RNA 结合蛋白 (RBP) 的功能缺陷是许多疾病的根源，而用常规药物靶向 RBP 已被证明是困难的。 RBP 以动态、协调和序列选择性的方式与 RNA 结合，形成核糖核蛋白 (RNP) 复合物，在 RNA 依赖性中发挥关键作用。某些疾病是由 RBP 的基因变化引起的，影响了 RBP 与 RNA 的结合。

RNA-PROTAC 的新型嵌合结构来靶向 RBP。 2021年，Jonathan Hall研究小组提出基于RNA的PROTACs的设计理念，作者成功构建了靶向 RBP（RNA 结合蛋白）的 RNA-PROTAC。使用小 RNA 模拟物作为靶向基团，它们可以特异性结合 RBP RNA 结合位点。 PROTAC 泛素化 RBP，然后通过泛素蛋白酶体系统降解它们。作者对两种 RBP（干细胞因子 LIN28 和剪接因子 RBFOX1）的降解进行了概念验证，并展示了它们在癌细胞系中的用途。 RNA-PROTACs靶向Lin28蛋白，这是一种干细胞因子和癌蛋白，是多种疾病的潜在药物靶点，具有很高的研究价值。

TF-PROTAC

转录因子（TF）是治疗包括癌症在内的疾病的一类重要治疗靶点。由于TFS缺乏激酶或其他酶中常见的活性或变构位点，传统的小分子抑制剂很难与其结合。因此，转录因子一度被认为是“不可成药”的靶点，存在难以逾越的技术瓶颈。哈佛大学Wenyi Wei教授和西奈山伊坎医学院Jian Jin教授报道了一种基于寡核苷酸链的“ TF-PROTAC “，它由DNA寡核苷酸和E3配体通过点击反应连接而成（图4），并能选择性地降解致病性TF。 TF-PROTAC 的选择性取决于所使用的 DNA 寡核苷酸。

作者成功开发了两个系列的基于VHL的TF-PROTAC：NF-κB-PROTAC（dNF-κB）和E2F-PROTAC（dE2F），分别有效降解细胞内的内源性p65和E2F1蛋白，并表现出优异的抗-细胞增殖作用（图5）。

2021 年，Crews 团队还报道了靶向转录因子 (TF) 的寡核苷酸 PROTAC：oligoTRAFTAC（图 6）。OligoTRAFTAC由与 TF 和 E3 泛素连接酶配体结合的寡核苷酸链组成。

蛋白质印迹实验表明，oligoTRAFTAC 成功降解了两种致癌转录因子：c-Myc 和 brachyury。此外，作者发现oligoTRAFTACs可以成功降解脊索瘤细胞系的brachyury，并且在随后的体内斑马鱼模型实验中也表现出良好的降解活性（图7）。

基于适配体的PROTAC 

适体是寡核苷酸（DNA 或 RNA）序列。寡核苷酸片段通常通过指数富集配体系统进化（SELEX）体外筛选从核酸文库中获得。核酸接头因其可以与多种目标物质以高特异性和选择性结合而被广泛应用。 2021年，谭卫红课题组基于核酸适配体AS1411：ZL216设计了PROTAC（图8）。

AS1411可以特异性靶向肿瘤细胞中高表达的核仁素受体，核仁素受体与其配体结合后被内化。作者通过体外实验证明PROTAC具有较高的水溶性和血清稳定性。此外，作者发现ZL216促进乳腺癌细胞中核仁素受体-ZL216-VHL三元复合物的形成，并在体外和体内有效诱导核仁素受体降解。随后的细胞增殖和迁移实验表明，ZL216还抑制乳腺癌细胞的增殖和迁移（图9）。

适体-PROTAC 缀合物 (APC)

PROTAC是一种很有前景的靶向蛋白质降解策略。作为一种有效的靶向蛋白质降解方法，PROTACs在催化性能、高选择性、克服耐药性、有效阻断非成药靶点等方面显着优于传统小分子药物。但PROTAC一般具有高分子量和高疏水性，其理化性质很大程度上超过了“五法则”（RO5）。因此，传统PROTAC的药物开发往往受到其细胞膜通透性差、药代动力学（PK）特性差以及缺乏肿瘤特异性靶向的限制。

为此，盛春泉课题组提出了Aptamer-PROTAC Conjugates（APCs）的设计理念。 APC 是通过可裂解的连接链将 PROTAC 靶向 BET 蛋白与适体 AS1411 (AS) 偶联而获得的（图 10）。其中，核酸适体AS1411可以选择性靶向肿瘤细胞表面高表达的核仁素受体。 AS本身对核仁素受体过表达的肿瘤具有良好的抑制活性，目前正在II期临床试验中进行评估。肿瘤细胞中谷胱甘肽含量丰富，因此连接链选择可被谷胱甘肽（GSH）裂解的二硫键，可选择性响应肿瘤微环境，在连接链裂解后释放活性BET降解剂。

图 10. APC 的设计策略

与未修饰的BET PROTAC（PRO）相比，APC缀合物（APR）在McF-7细胞的小鼠异种移植模型中表现出改善的肿瘤靶向能力，从而增强BET蛋白的体内降解和抗肿瘤效力。因此，APC策略为肿瘤特异性靶向PROTAC的开发提供了新的设计思路。

图11 蛋白质降解实验及体内成像、抗肿瘤实验

适配体PROTACs Conjugates (APCs)的发展自提出以来可谓“惊天动地”。与传统PROTAC相比，基于核酸的PROTAC提高了传统小分子PROTAC的靶向性，在提高水溶性、膜通透性、肿瘤靶向性等方面发挥着重要作用。由于核酸药物在体内易被核酸酶水解，半衰期短，极大限制了其在生物医学中的应用。未来的研究方向应集中于提高核酸药物的稳定性、延长半衰期、改善药代动力学性质、解决核酸药物递送问题。 

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