有的放矢——谈肿瘤靶向治疗
2011年，美国食品药品监督管理局（FDA）批准了西雅图Genetics公司的新药Adcetris（Brentuximab Vedotin）上市, 用于治疗化疗抵抗的霍奇金淋巴瘤和未分化大淋巴瘤。这项举措标志着一个期盼已久的抗体药物偶合体(antibody-drug conjugated, ADC)时代的到来——一种负载着重磅炸弹（细胞毒药物）的抗肿瘤抗体。
这是一个非常繁杂而艰难的研究领域，有许多棘手的问题难以解决，如血管漏出综合征、负载药物的化学特性、以及批量生产的障碍等等。但是，FDA在今年2月批准了基因泰克公司的T-DM1上市，一个用于治疗乳腺癌转移的新ADC，而且是ADC首次用于实体肿瘤治疗，这无疑激起了医疗行业对ADC领域研究的浓厚兴趣。随着ADC越来越多新的成功故事和特许经销权，许多大大小小的医药公司都在致力于跳上ADC这个“诺亚方舟”。目前，大约二十几个靶向于不同肿瘤的ADC已经进入临床试验，更多的ADC处于临床前期研发阶段。此外，公司之间在ADC研究的合作项目如雨后春笋般出现。
“概念很简单而程序巨复杂，这正是ADC魔力所在。这不是说在抗体上随便加一个毒素，”位于新罕布夏州的Adimab抗体公司总裁和合作人Tillman Gerngross 说，“让人震惊的是把其中每一个细节都搞明白需要花费多长时间，这超出了常人的想象。”
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部件先选对
ADC研究者面对的挑战来源于这几个移动的部件: 肿瘤细胞标靶、抗体、连接体、负载物。不仅每一个部件都需要先行优化，同时还需要在最终产品中再次评估，因为其中任何部件的一个细微改变，都会影响最终产品整个的性能。因此，发展一个ADC肯定不是简单地即插即用。Spirogen是伦敦一家生物科技公司，它与瑞士ADC医疗公司合作，应用DNA铰链毒素技术共同开发ADC药品。Spirogen公司总裁Chris Martin认为，“整个ADC领域尚处于一个主要凭经验来判断的早期阶段，有好几个相互作用的因素需要考虑解决。”
第一个瓶颈是肿瘤细胞标靶的选择，所选标靶必须在肿瘤细胞高度表达。加利福尼亚Ambrx公司的首席技术总监Ho Cho认为, 如果所选标靶在肿瘤细胞的表达没有达到一定的数量, 那么, 无论对ADC如何精雕细琢, 都不太会成功。而这正是T-DM1成功的其中一个秘诀。一部分乳腺癌患者的癌细胞高度表达HER2抗原，每个癌细胞表面多达数百万个。而如果一个癌细胞仅仅表达几千个表面受体，那就很难将毒素输送到细胞内。Gerngross说，“有很多癌细胞标靶存在，只是因为数量太少而难以成功，但对HER2没有问题。”
一旦合适的标靶选定，下一步是寻找合适的抗体。所谓合适的抗体，要既能够与标靶结合，又不能影响标靶的细胞内源化。Cho说，“人们目前才刚开始能够真正科学地认识和理解这一点，抗体结合抗原后，有些抗体能够促进抗原的内源化，另一些却削弱了抗原内源化。”Herceptin （Trustuzumab）有很大优势，与HER2结合后，HER2 进入到细胞浆的溶酶体内，负载药被顺利有效释放，更重要的是，HER2癌细胞的生存和增殖恰恰离不开HER2表面抗原的信号传导功能。
如今，科技平台的进步已经使特异性抗体的设计和生产得到很大发展，这无疑也为ADC的开发提供了有力的保障。Adimab公司Gerngross说，“过去，人们发现了抗体；然后，又认识到抗体本身确实做不了太多事；那么，为何不给抗体加点‘汤汁佐料’——载上毒素？虽然我们经历了很多失败，但那是因为选的抗体太差。”而且，即使抗体可以很好地内源化，负载了细胞毒药物后也不一定能够具备好的杀伤力。所以，即使拥有了最好的抗体，还必须制备和筛查负载物，使其结合后有很好的生物活性。
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被遗忘的连接体
西雅图的Genetics和麻省沃尔瑟姆的ImmunoGen两家生物科技公司，是ADC连接体发展方面的先锋，均拥有将细胞毒药物加载到抗体的核心技术。Genetics目前和六家大的跨国医药集团以及至少另外五家小的医药公司有合作项目；而ImmunoGen已经和五家医药公司联合开发，包括加州千橡市的Amgen公司和德国Dreieich的Biotest公司。
旧金山Genetech’s 公司开发的T-DM1，其抗体是HER2抗体Herceptin；承载的药物是Immunogen公司的抗有丝分裂毒素DM1，能够有效抑制微管蛋白形成；而将两者成功连接的技术和连接体SMCC都源自Immunogen公司。而西雅图Genetics公司的Adetris是将Auristatin，一个纺锤体微管毒素，通过一个对氨基苯乙酸二肽间隔工具的连接体，连接到CD30抗体。
连接体具有一系列不同的化学特性和接触性质，其中的选择必须取决于肿瘤的生物特性；目前使用的连接体平台有两个系列，包括可劈开连接体，如肽、肼和二硫，和非劈开连接体，如硫代酸酯；选择哪一个技术平台，正是基于其能够将药物有效内源化到癌细胞内。T-DM1使用的连接体是ImmunoGen公司的非劈开平台SMCC，其抗体能够完全被癌细胞溶酶体消化，而药物有效释放到细胞内。如果ADC不能成功进入溶酶体，可以通过精细的调节可劈开平台的二硫键来实现。
抗体和连接体之间的连接是另一个可变因素。目前在临床上使用的Genetics和ImmunoGen公司开发的ADC的连接体，其连接技术是将连接体随机地连接到特异抗体的侧链氨基酸上，前者是半胱氨酸，后者是赖氨酸。所以严格来讲，ADC是一个混合物，每一个药物粒子都是一个抗体在不同位置携带着数目不同的毒素分子。虽然从技术上讲，ADC可以被纯化到在特异位置携带毒素，但其可操作性尚有疑问。Ambrx’s公司的周总监说，“从小样分析角度来看，人们可以将ADC纯化到一定程度，但是，使其在大规模工厂生产中得以实现，则是个极端困难的挑战。”
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回归到特异性
产品的一致性是指使用位点标记科技而生产出一模一样的ADC药物粒子，目前这是ADC研究的热点。Genentech公司设计出一个名为Thiomab的抗体，该抗体具有一个特定半胱氨酸残端用于偶联药物分子。与T-DM1相比，使用Thiomab抗体的T-DM1模拟药，其临床前试验显示了相同的疗效，而耐受性更高。其他公司也在寻求不同的策略，利用抗体自身的结构和序列的优势来提高一致性。比如PolyTherics，位于伦敦的一家生物医药公司，也发明了一个提高一致性的技术，他们利用抗体自身的二硫键，在半胱氨酸残端间插入一个桥，通过这个特定的桥把抗体连接到连接体上。
此外，通过在抗体上加一个具有反应性的氨基酸侧链作为连接点，也可以实现ADC离子的一致性。旧金山的Ambrix和Sutro Biopharm公司、西雅图的Allozyne公司、加州爱莫利维尔市的RedwoodBiosciences公司，纷纷都在发展自己的特异连接位点的技术平台。通过加入具备特殊功能的肽链，这些公司都拥有了能够精确连接位点和连接毒素数量的连接技术。
西雅图Genetics公司负责化学的副总裁Peter Senter认为，选择性的在特定所需位置连接特定数目毒素的技术具有很大优势，“这样，产品的组成整齐一致、药代参数可预测，而且还可以控制药物释放的速度。”在药物申报方面，ADC产品的一致性也使其审批程序流水化，更有助于管理层的理解；而对目前的ADC产品，研究者尚需阐明其混合物的特性和一致性。
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铸造运载“炸弹”
除了设计抗体和特定连接技术，研究者正在拓宽运载细胞毒“炸弹”这块调色板。拥有着化学专家和一系列化合物知识产权的大公司正寻找机会把这些财富运用到ADC新药上。辉瑞公司肿瘤研究所首席科学总监Bob说:“我们拥有很多细胞毒‘炸弹’，这使得我们有机会通过抗体药物特异结合技术将其投放到合适的肿瘤组织。”Spirogen公司研发了PBD系列小分子，能够铰链到瓜氨酸残基上而阻止DNA修复，体外试验表明其强度是微管抑制剂的数倍，而且，由于PBD铰链的时间长，即使对生长缓慢的肿瘤也有效果。
马萨诸塞州的Mersana公司则研发了一种完全不同的“柔性水泥”连接体。这种“柔性水泥”由亲水的多聚纤维构成，可生物降解，无毒，在生理条件下稳定，在细胞溶酶体的pH环境中水解。这种纤维具有连接多种小分子化合物的位点，或连接同一小分子化合物的多个位点。通过这项技术，研究者可以在一个抗体上加载多种细胞毒素或者多个相同毒素分子，这样就极大地增强了ADC 的杀伤力。
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跨越肿瘤屏障
除了T-DM1，截至目前显示出临床效果的ADC药物都是靶向在血液肿瘤，部分原因是抗体很难穿透到实体肿瘤内，这一点早在1980年代抗体放射同位素研究中就有定论。ImmunoGen 公司的Lambert说，“能够进入到实体肿瘤中抗体的量常常很少，目前发表的文献资料表明，终结在实体肿瘤内的所注射的抗体量大约只有万分之一。”
Wyeth公司是第一个ADC药物Mylotarg（Gentuzumab Ozogamicin）的原研公司, Mylotarg 在2000年被美国FDA在绿色通道快速审批，由于其对急性髓性白血病并没有表现出预期的效果，Mylotarg被公司自动撤出市场。辉瑞公司正是通过对Wyeth公司的收购加入到ADC领域的研究和竞争。在ADC药物研究上，辉瑞目前将75% 的资源用于攻克实体肿瘤。虽然T-DM1 在目标实体肿瘤显示出了疗效，但其是否在其他实体肿瘤有效尚存在疑问。
与其他抗肿瘤疗法一样，如果发现ADC技术对肿瘤显出了疗效，下一步需要担心的就是肿瘤对ADC药物的耐受性问题。因为相比目前现有的化疗药物，ADC药物的毒性较小，所以，ADC药物联合其他小分子或抗体疗法和放疗，也许有助于减少或延缓肿瘤抵抗的发生，包括联合PI3 激酶抑制剂、mTOR抑制剂，甚至免疫增强剂。同时，抗体有时会错过其靶向抗原，而肿瘤细胞自身会剔除ADC的靶标抗原，所以对同一种肿瘤，常常需要寻找第二个ADC标靶抗原作为后备治疗手段。
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下一代产品
辉瑞公司的第二代抗CD22的ADC药物——Inotuzumab Ozogamicin（Mylotarg）用于治疗非何杰金淋巴瘤和急性淋巴细胞白血病。Inotuzumab Ozogamicin由人源化IgG4抗CD22 抗体通过丁酸连接体共轭连接到氮乙酰-卡里奇霉素-二甲基酰肼。由于使用了新的连接技术，Mylotarg摇身一变成了一致性很好的ADC药物。Mylotarg治疗急性髓性白血病临床三期试验结果显示，Mylotarg小剂量多次给药，毒性小而疗效确切。除了从Wyeth公司获得的知识产权，辉瑞已经研究开发了自身拥有知识产权的ADC配件系列，包括抗体、连接体、运载的细胞毒药物。
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癌症以外的领域？
围绕着ADC药物在肿瘤领域的乐观前景，一些研究者已经开始将ADC发展到其他治疗领域，如免疫性疾病，将治疗糖尿病的小分子药物直接输送到胰腺的胰岛细胞内。
Nature Biotechnology 31:191-193