目前，临床应用的抗肿瘤药物主要是化疗药物和分子靶向药物。化疗药物也称为细胞毒药物，能作用于细胞生长繁殖的不同环节，可抑制或杀死肿瘤细胞，但由于这类药物不能专一靶向于肿瘤细胞，在抑制或杀灭肿瘤细胞的同时，也将正常细胞抑制或杀灭，常伴有全身毒性和严重不良反应，但仍然是目前治疗肿瘤的主要手段之一。分子靶向药物是利用肿瘤细胞与正常细胞之间分子生物学上的差异（包括基因、酶、信号转导等不同特性），抑制肿瘤细胞的生长增殖，最后使其死亡。但肿瘤是一种复杂病因的疾病，作用于肿瘤的某一个或某几个靶点难以完全抑制或杀灭肿瘤细胞，易产生耐药性。因此，临床上常采用化疗药物联合、化疗药物与分子靶向药物联合、分子靶向药物联合来克服化疗药物或分子靶向药物的不足，提高抗肿瘤治疗的效果，减低毒副作用，延缓耐药性的发生。

为了攻克肿瘤治疗难题，彻底治愈肿瘤，科学家们除了不断深入研究肿瘤的发生、发展机制以及基因组学、蛋白质组学、转录组学、代谢组学、化学组学等基础研究外，还在不断探索开发新的抗肿瘤药物，如利用细胞焦亡机制杀灭肿瘤细胞、利用PROTAC技术降解异常表达的蛋白从而抑制肿瘤细胞、利用药物偶联技术开发抗肿瘤药物等。之前，我们已经介绍了PROTAC药物在抗肿瘤中的作用，细胞焦亡与抗肿瘤将另写专篇介绍。本文主要介绍偶联药物在抗肿瘤中的应用。

一、偶联药物概述

偶联药物是指为了增加细胞毒药物的靶向性、提高其疗效，通过连接链将细胞毒分子与具有肿瘤靶向性的成分偶联，制成一个新的细胞毒分子靶向分子实体，用于靶向抗肿瘤的药物，是肿瘤靶向治疗药物研发的重要发展方向。

偶联药物分为小分子偶联药物（SMDC）和抗体偶联药物（ADC）。SMDC是由小分子的靶向配体与细胞毒药物偶联所得，ADC是单克隆抗体和细胞毒分子的偶联物。

（一）SMDC

SMDC与ADC的设计原理相同，即通过化学方法把高活性的效应分子和一些能选择性地结合肿瘤细胞表面受体的小分子配体偶联，借此提高效应分子对肿瘤细胞的靶向性。SMDC的化学结构和ADC几乎完全一样，但是采用小分子配体（ligand）替代单克隆抗体。同样，SMDC由靶向性配体、接头（Linker）和效应分子三个部分组成。

Endocyte和默沙东的Vintafolide可能是目前临床上走在最前面的SMDC，由叶酸和抗有丝分裂化疗药物长春碱通过双巯键偶联制备。欧洲药监局（EMA）已经接受了vintafolide的上市申请（MAA），与多柔比星、聚乙二醇脂质体多柔比星（PLD）联用治疗叶酸受体阳性且对铂耐药的卵巢癌。

SMDC的作用机制与ADC相似，但与ADC相比，SMDC能更快速均匀地分散到肿瘤组织中，且成本低、无免疫原性。但遗憾的是，虽然SMDC分子明显小于ADC，而且简化了制造工艺，但却以损失靶向特异性和代谢稳定性为代价，合适的小分子配体难以获得，极大地限制了SMDC的发展。尤其是以多肽为配体的SMDC（比如Pentarin）半衰期很短，通常只有几分钟到十几分钟，远远小于抗体的数周时间。所以开发SMDC几乎不可避免地需要同时开发一种有效的药物输送模式。例如，Tarveda的纳米制剂平台能形成平均直径为50纳米的纳米球，有效地延长了Pentarin的代谢半衰期。虽然辅以纳米制剂基本上解决了给药间隔问题，但SMDC在临床试验中的表现还有更多改良空间，目前仍无SMDC上市，要成为一种有效的靶向药物输送模式还有很长的路要走，SMDC药物的开发还在继续爬坡。

（二）ADC

作为一种有效的靶向药物输送方式，抗体药物偶联物（ADC）已经在临床上获得验证（Mylotarg、Adcetris和Kadcyla三个ADC药物获批上市，但Mylotarg后来撤市），而且单克隆抗体对肿瘤细胞表面抗原的特异性通常也高于小分子配体，那么SMDC相比ADC又有哪些优势呢？除了生产成本之外，ADC以及单克隆抗体的最大缺陷是因为分子量太大难以有效地渗透，进入肿瘤组织。当药物的分子量超过1万时则很难有效地扩散到肿瘤组织，这也是制药工业开发纳米抗体或相应ADC药物的主要原因之一。相反，Pentarin的平均分子量只有3300，体外实验表明Pentarin在肿瘤组织内能有效地渗透到肿瘤深处。

二、偶联药物研发

偶联药物通过其具有“制导”作用的肿瘤靶向性成分精准引导具有“核弹”作用的细胞毒分子特异性杀灭肿瘤细胞。因此，偶联药物也被认为是更高级的药物靶向递送系统，在业内被誉为具有新作用机制的升级版抗肿瘤药物。无论是ADC还是SMDC，正确的靶标和肿瘤靶向性成分的选择以及连接链分子和细胞毒分子的选择是偶联药物研发的四大核心要素。

（一）SMDC研发^[1]

SMDC由小分子靶向配体、细胞毒分子和连接基三部分组成，其抗肿瘤作用机制是SMDC以静脉注射的方式进入血液循环，通过血液循环进入肿瘤组织后，与肿瘤细胞表面的专一或相关联的受体结合，随后在受体介导下，发生细胞内吞，形成的核内体与溶酶体发生融合，释放到细胞质中的细胞毒分子与DNA、微管蛋白等结合，影响肿瘤细胞的复制或有丝分裂，诱导肿瘤细胞凋亡。

SMDC为细胞毒分子的靶向治疗提供了另外一种策略，弥补了ADC的不足之处，但由于其小分子配体较难获得，在一定程度上限制了SMDC的发展。尽管目前尚无SMDC获批上市，但随着DNA编码化合物库（DEL）技术的快速发展，将加快小分子配体的发现，促进SMDC的发展。

根据SMDC的组成结构和作用机制，SMDC的设计主要包括以下几个方面：

1、肿瘤靶标受体的选择

与ADC类似，SMDC靶向的受体在肿瘤细胞表面要过表达，其表达量要足够多以传递有效量的药物进入细胞内。比较理想的受体应能频繁被循环利用（内吞进入细胞再回到细胞膜）以及降解后能够快速再生。SMDC可利用的受体数取决于受体的循环率和再生率。因此，SMDC给药量要考虑到受体的循环率和再生率，避免引起毒性。

目前，SMDC可利用的靶标较少，比较常用的是叶酸受体、前列腺特异性膜抗原、生长抑素受体、碳酸酐酶IX，也有其他受体如磷脂丝氨酸。

特别值得一提的是，由于在肿瘤细胞膜表面的谷胱甘肽或蛋白酶的含量远远高于正常细胞，因此部分由二硫键或肽键连接配体与细胞毒分子的SMDC并不需要内吞进入肿瘤细胞，而是在肿瘤细胞膜表面即被裂解，释放出细胞毒分子发挥抗肿瘤作用，如靶向碳酸酐酶IX的SMDC并不能被有效地内吞进入肿瘤细胞，但也能有效杀死肿瘤细胞。

2、肿瘤靶向性小分子配体的选择

肿瘤靶向性小分子配体的选择有以下要求：

（1）小分子偶联药物的肿瘤靶向性小分子配体要对受体有足够的选择性和亲和力，其亲和力（KD）至少要达到10nmol/L；

（2）配体要有修饰位点可与细胞毒分子连接而不会影响其作用；

（3）小分子配体要大小合适，避免SMDC太大而影响药物在肿瘤部位的积聚速率和含量。

小分子偶联药物不受肿瘤密集的细胞外基质和畸形淋巴系统的影响，能更多、更快地渗透到肿瘤组织中，而且与体积较大的ADC相比，未与受体结合的SMDC能更快速地从体内排泄，避免长时间血液循环导致细胞毒药物释放引起不良反应。

与ADC相比，SMDC的小分子配体一直较难获得，主要使用的是天然来源配体的衍生物。目前，应用前景较好的是靶向叶酸受体的叶酸衍生物、靶向前列腺特异性膜抗原的谷氨酸脲衍生物、靶向生长抑素受体的生长抑素类似物、靶向碳酸酐酶IX的芳香磺酰胺化合物。

传统方法是通过高通量筛选获得小分子配体先导化合物，再进行优化得到小分子配体，但这种方法成本高且不易获得具有高亲和力的小分子配体。

随着DNA编码化合物库（DEL）技术的出现和快速发展，小分子配体先导化合物的可获得性大大提高。相较于高通量筛选，DEL能更专一地筛选出具有高亲和力的小分子配体先导化合物。该技术是利用与DNA进行分子水平对接的化合物库和靶点进行筛选，获得表现优秀的先导化合物，再对该先导化合物进行优化获得高效的小分子配体。

3、细胞毒分子的选择

SMDC与ADC同为配体偶联药物，其对细胞毒分子的要求基本相同，所用细胞毒分子也基本相同，如美登素、卡奇霉素等。

4、连接基的选择

SMDC对连接基的要求与ADC基本一致，通过改变连接基的极性，可调节偶联物的药代动力学和药效学性质。但SMDC所用的连接基一般是可断裂的（不可断裂的连接基经常用于配体偶联类显像剂和易被外排泵排出细胞外的ADC），由于SMDC能在几分钟至1小时内快速地与受体结合及被肾脏清除，因此SMDC对连接基的稳定性要求与需要在血液中循环较长时间的ADC相比较低，一般只要求保持几分钟至1小时的稳定性。

SMDC的连接基一般包括隔离区和可裂解区。连接基的隔离区有以下作用：

（1）可改变自身长度，降低配体和细胞毒分子间的空间干扰，避免影响配体与受体的亲和力；

（2）提高自身亲水性，增加配体偶联物的亲水性，避免SMDC因亲脂性太高而穿透正常组织细胞的细胞膜，产生靶向性太低和引起不良反应的问题。

SMDC的连接基同样可以分为酸裂解（如腙）、还原裂解（如缬氨酸-瓜氨酸肽键。

（二）ADC研发

ADC是通过一个化学链接将具有生物活性的小分子药物连接到单抗上，单抗作为载体将小分子药物靶向运输到目标细胞中。

1、ADC作用方式

（1）循环。ADC药物采用系统暴露的方式给药，首先进入血液系统，由于抗体相对分子质量约为150ku，而细胞毒药物相对分子质量约为1ku，ADC药物循环中的性质基本与“裸”抗体一致。

（2）结合抗原。抗体识别特异性的抗原位点，该过程将决定靶向投递的特异性。

（3）内化。抗体与细胞膜上受体结合后，发生内吞。

（4）药物释放。连接子在细胞内溶酶体中裂解，释放出小分子细胞毒药物。

（5）发挥药物作用。小分子细胞毒药物发挥作用，杀伤肿瘤细胞。

除上述常见的ADC作用方式外，有些ADC不进行内吞，而在胞外释放，在局部微环境发挥作用。

2、ADC作用机制^[1]

ADC以静脉注射给药的方式进入血液循环，能避免被胃酸和蛋白水解酶破坏。通过血液循环进入肿瘤组织后，与肿瘤细胞表面抗原结合。随后在受体介导下，大多通过网格蛋白的牵引发生细胞内吞，形成核内体。氢离子流入核内体中形成酸性环境，有利于新生的特异性亲和免疫球蛋白（Fc受体）与ADC的单克隆抗体结合，其中部分ADC与Fc受体结合后被排出细胞外，在碱性环境下释放出ADC，重新进入体循环（研究表明，ADC与Fc受体的亲和力提高，可增加ADC的半衰期）。随后，核内体与溶酶体发生融合，未被排出细胞外的ADC在溶酶体的降解下，释放细胞毒分子到肿瘤细胞质中。细胞毒分子与肿瘤细胞中的DNA、微管蛋白等结合，影响其复制或有丝分裂，最终导致肿瘤细胞凋亡。

3、ADC研发

除具有肿瘤靶向性的成分是单抗外，ADC在受体的选择、细胞毒分子的选择、连接基的选择等方面的要求与SMDC基本一致。

三、发展趋势

（一）定向偶联技术

目前，走在开发最前列的ADC药物均使用传统的偶链技术，最大的缺点就是得到的产品是一种每个抗体载有不同药物分子数的混合物，无法实现特定位置偶联药物，更重要的是临床评价难以得到均一的药代动力学数据。使用定向偶联技术可以使每个抗体上携带相同数目的药物分子数，得到具有药代动力学均一性的ADC药物，有利于药效学和药代动力学的研究和评估，并且在临床中能够得到更加稳定有效的效果。

（二）多价偶联ADC药物

抗体药物以及疫苗的发展过程都是从单价药物向多价药物进行发展的。ADC也应该会走这个发展历程，即在同一个抗体链接几种相互协同的小分子来提高药物的药效。这就需要更完善的偶链技术，需要对两种甚至更多种技术进行整合使用。但在目前的技术中，过度追求在特定位点偶联特定分子数，却忽略了偶联的多样性。

使用传统技术进行多价偶联，需要在一个抗体上同时偶联多种药物，会造成混合型产品，无法保证每个抗体上同时携带不同的药物。这个难题可以通过Site-specific技术来解决，在进行Site-specific修饰时，可以设计多种不同的偶联基团，这样就可以使用一种基团来针对带有对应基团的连接基进行药物偶联。最终通过连接基多样性改造进行多种药物的链接，实现多价偶联ADC药物。

单抗及其偶联物均为大分子物质，庞大的药物分子难以透过毛细管内皮层和穿过肿瘤细胞外间隙到达实体瘤的深部。而使用抗体片段，如Fab、Fab′制备分子量较小的偶联物，可能提高对细胞外间隙的穿透性，增加到达深部肿瘤细胞的药物量。小型化或适度的小型化ADC以及小分子肿瘤靶向配体SMDC将是研发偶联药物的重要途径。

四、展望

由于靶点清楚、技术成熟、选择性好等优点，预计偶联药物的研发在未来几年里将继续是抗肿瘤领域的热点。但这个领域的技术要求高、知识产权的空间比较窄。虽然偶联药物研发的原理很明确，但技术和经验很重要，尤其是连接基的设计更像是一门艺术。

尽管已经有几十年的研发历史，但偶联药物依然有巨大的改良空间。实际上，多个研究结果说明ADC化合物输送效应分子到达目标细胞的比例远小于1%，乐观的估计也只有1.5%。但即使如此，给药的靶向性仍然远远高于传统的给药模式，不良反应的发生率也明显低于传统药物。反过来说，这些不足也给我们设计新一代偶联药物留下了更多空间。因为临床已经证明，目前的ADC药物能为患者带来史无前例的疗效，那么新一代的ADC药物将可能会更好。

如何进入偶联药物领域，可以从以下几个方面考虑，例如，对于那些在单克隆抗体领域拥有自主知识产权的企业，收购成熟效应分子和接头可以一跃进入ADC研究的前列；拥有独特的效应分子也是进入ADC研究领域的另一个理想切入点。当然，别具一格的新型接头将获得更大的空间，比如Mersana Therapeutics设计一种称之为Fleximer的新型接头概念，该水溶性接头采用生物可降解的多价多糖衍生物，致使每个抗体的接点可以连接数十个药物分子。而且因为多糖水溶性好，避免了抗体的自身沉聚和其他因连接太多药物而引起的药物动力学缺陷，从而解决因效应分子的数目或活性不够造成的困惑。当然，该Fleximer接头的临床表现还有待进一步考证。

与新型接头的开发一样，其他任何一项能有效改良偶联药物特征的技术都是进入这个领域的切入点。比如效应分子和抗体的连接位置和偶联方式对ADC的稳定性也非常关键。在特定位置引入特定氨基酸残基用于偶联也是另一个切入点。除了提高抗体的稳定性以外，对ADC的均一性和批量生产也有关键作用。最后，成功的偶联药物设计不仅要优化每个偶联药物的组件，把每个部分连接起来的方式和细节也同样重要，其中包括衔接接头和具有肿瘤靶向性的成分或者与效应分子之间的隔离区域^[2]。

 

文献资料

[1]郭立红等，抗体偶联药物和小分子偶联药物的研究进展，中国医药工业杂志，2019，50（8）:842～851

[2]朱贵东等，设计新一代抗体药物偶联物，药学学报，2013，48（7）:1053−1070

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