抗体靶向精准疗法白皮书 | 如何突破ADC、AOC及DAC的研发瓶颈?_社会热点_资讯

抗体靶向精准疗法白皮书 | 如何突破ADC、AOC及DAC的研发瓶颈?

抗体靶向疗法涵盖广泛的生物制剂，二十年来已发展为一种灵活且强大的治疗模式。这类疗法利用抗体将治疗药物精准递送至靶细胞，同时尽可能减少对健康细胞的损伤。

抗体药物偶联物（antibody-drug conjugates, ADCs）是抗体靶向疗法中研究最为深入的形式。2000年，吉妥珠单抗奥唑米星（gemtuzumab ozogamicin，商品名为Mylotarg）成为首个获美国FDA批准的ADC药物^[1,2]。截至2024年年底，全球已有15种ADC药物被批准用于癌症治疗，超过200家公司正在开发ADC^[3]，预计到2033年其全球市场规模将达到250亿美元^[4]。

继ADC之后，其他基于抗体的新分子形式不断涌现，如递送核酸的抗体-寡核苷酸偶联物（antibody-oligonucleotide conjugates, AOCs）和诱导靶蛋白降解的降解剂-抗体偶联物（degrader-antibody conjugates, DACs）。这些新分子不仅将适应症从癌症向更多疾病领域延伸，还提供了细胞毒性之外的全新作用机制^[5,6]。抗体靶向疗法的核心优势在于其三元结构—抗体、连接子（linker）和有效载荷(payload)，这三个部分共同构成了三重精准调控点。

抗体靶向疗法的开发是一个复杂的多步骤过程。不断扩展的技术手段和在发现与开发各阶段可供选择的策略，既为该过程提供了助力，也增加了难度。本白皮书概述了ADC、DAC和AOC的开发流程，并重点探讨了研究这些药物时所面临的独特挑战。

抗体靶向疗法的特点和分类

单克隆抗体、连接子与载荷的特定组合取决于靶点及作用机制。

抗体靶向疗法主要包含三种结构要素：

单克隆抗体（monoclonal antibody, mAb）：用于将疗法递送至靶细胞；
连接子：将有效载荷连接到抗体；
有效载荷：如毒素、小干扰RNA（small interfering RNA, siRNA）或降解剂，在靶细胞内释放后发挥治疗作用。

抗体偶联药物（ADC）

科学家们开发ADC的初衷是确保高效的细胞毒性药物能够精准靶向癌细胞，同时最大限度减少对其他细胞类型的影响。通过将药物与mAb偶联，该疗法能够选择性地靶向癌细胞（图1）。药物随抗体内吞进入细胞后释放，进而诱导细胞死亡。

目前，以微管抑制剂（auristatins和maytansinoids）为代表的细胞毒性分子在ADC市场占据主导地位^[7]。然而，这类细胞毒性药物本身选择性有限，且ADC的整体毒性通常高于AOC和DAC。因此，即使采用高选择性的递送机制，脱靶毒性仍是ADC临床应用中的一个重要挑战。

图1.抗体偶联药物结构

抗体-寡核苷酸偶联物(AOC)

AOC由siRNA或反义寡核苷酸（antisense oligonucleotide, ASO）与单抗偶联组成，其通过抗体介导的内吞作用进入靶细胞并释放有效载荷（图2）。这些分子能够与靶RNA特异性结合，导致信使RNA（messenger ribonucleic acid, mRNA）降解、外显子包含或排除、调控基因表达或改变前体mRNA剪接 ^[8]。

由于寡核苷酸序列可高度定制化，AOC既可通过抗体实现细胞特异性递送，又能通过寡核苷酸序列实现分子层面的作用特异性，从而具备双重靶向能力。目前，未偶联的siRNA、ASO和磷酰二酰胺吗啉寡聚物（phosphorodiamidate morpholino oligomers, PMO）等已获批用于治疗多种疾病，如心血管、神经肌肉和中枢神经系统疾病。

图2.抗体-寡核苷酸偶联物

AOC的独特之处在于，其兼具治疗与诊断的双重功能，因为同一单克隆抗体既能用于对病变细胞进行成像，又能选择性递送治疗药物。

降解剂-抗体偶联物（DAC）

DAC由单克隆抗体与双功能分子偶联而成，该抗体负责将双功能分子精准递送至特定细胞（图3）。双功能分子能够同时结合两种蛋白质，在DAC中，其主要功能是实现靶向蛋白的降解。这类分子包含两种配体：一种可与待降解的靶蛋白结合，另一种则招募细胞内降解机制的相关组分。

图3.降解剂-抗体偶联物

目前已有多种类型的降解剂可用于构建DAC，包括：

蛋白降解靶向嵌合体（proteolysis-targeting chimeras, PROTACs），将靶蛋白募集至E3泛素连接酶附近。随后E3连接酶可为靶蛋白添加泛素化标记，从而引导其降解（图4）^[9]。
溶酶体靶向嵌合体（lysosome-targeting chimeras, LYTACs），可将靶向表面蛋白递送至溶酶体靶向受体，进而使其被内吞并降解^[10]。
自噬靶向嵌合体（autophagy-targeting chimeras, AUTACs），通过将靶蛋白结合到鸟嘌呤衍生物标签，进而招募自噬机制实现对靶蛋白的降解^[11]。

DAC在癌症、中枢神经系统疾病、罕见病及炎症性疾病等多种疾病治疗领域中展现出广泛的应用潜力。

图4.PROTAC作用机制

抗体靶向疗法的研发挑战及策略

尽管各类抗体靶向疗法面临各自独特的挑战，但ADC、AOC以及DAC的开发遵循着共同的流程，包括：设计治疗性分子的各个组成部分，将其通过连接子进行偶联，进而对分子及其生物学效应进行表征与优化。研发流程中每个环节的选择都可能影响分子的脱靶效应、有效载荷释放、内化效率、稳定性及耐药性。

单克隆抗体的识别与工程化改造

在抗体靶向疗法中，理想的单克隆抗体应能以高亲和力特异性结合靶细胞，并最大程度地避免与非靶细胞结合。该抗体需在血液中具备较长的半衰期，并能有效促进靶细胞对药物的摄取。一旦确定候选抗体，可进一步通过工程化改造来优化这些特性。

抗体偶联药物的脱靶效应，即有效载荷作用于非靶细胞，是此类疗法面临的关键挑战之一。使用对靶细胞具有高特异性的单克隆抗体，有助于缓解这一问题。尽管这类精准药物设计上具有高度选择性，但脱靶效应仍无法完全避免。其原因包括：抗体可能与非靶细胞发生非特异性结合；有效载荷可能在循环系统中提前释放；或有效载荷在靶细胞内释放后，扩散至邻近的非靶细胞并产生毒性。

有效载荷的设计

在抗体靶向疗法中，针对癌细胞的ADC通常搭载细胞毒素；AOC则选用具有核酸酶抗性的寡核苷酸；而DAC的有效载荷是一种双功能分子，能同时结合靶蛋白和细胞降解机制相关蛋白，从而驱动目标蛋白的降解。

这些有效载荷通过不同机制发挥作用，各自也面临独特的挑战。ADC使用的细胞毒性往往缺乏特异性，可能导致脱靶毒性，这一问题可通过优化连接子设计与药物抗体比（drug-to-antibody ratio, DAR）来缓解。当前的研究重点之一，是将递送技术的选择性与有效载荷的靶向能力相结合，从而进一步提升疗效与安全性。

与ADC相比，AOC的核酸有效载荷更具特异性，因为其寡核苷酸序列可基于目标mRNA设计，实现精准作用。然而，AOC本身缺乏组织选择性且膜渗透性较低。此外，由于寡核苷酸分子量较大，其在表征与纯化方面也面临更多化学层面的挑战。如siRNA等核酸有效载荷在循环系统中的半衰期较短（6分钟至1小时），且易受到核酸酶的降解^[12]。这一挑战可通过化学修饰来应对，例如对核酸骨架、糖基或碱基进行改造，以增强其核酸酶抗性^[13]。事实上，最新的技术进展已使得相关疗法的给药频率可低至每年仅需一次^[14]。

连接子的选择

连接子主要分为可裂解型与不可裂解型两大类:

可裂解型：该连接子能够通过多种细胞机制释放有效载荷，包括在靶细胞内上调的机制。例如，溶酶体蛋白酶敏感型连接子可被组织蛋白酶B等酶切割，而该酶在癌细胞中常过表达^[15]。可裂解连接子在循环系统中需保持稳定，以避免有效载荷过早释放。除此之外，酸敏感型连接子能在低pH环境，如炎症细胞中实现更具选择性的裂解。
不可裂解型：该连接子仅在抗体于溶酶体内降解后释放有效载荷，因此脱靶风险较低。常见的有马来酰亚胺己酰基(maleimidocaproyl)和马来酰亚胺甲基环己烷-1-羧酸酯(maleimidomethyl cyclohexane-1-carboxylate) ^[16]。

空间位阻如大体积连接子或受阻的裂解位点，可能阻碍有效载荷的释放，因此需要在疗法的稳定性和释放效率之间进行权衡。选择可裂解或不可裂解连接子有助于应对脱靶毒性和耐药性问题。若有效载荷过早释放，可能在循环系统中导致脱靶效应。这在可裂解连接子中更值得关注，而不可裂解连接子有助于减少提前释放的风险。

然而，可裂解连接子可通过旁观者效应应对耐药性：即释放的有效载荷能够杀伤靶细胞邻近的细胞^[17]。这一点至关重要，因为并非所有肿瘤细胞都会表达单克隆抗体所靶向的抗原。旁观者效应有助于清除所有肿瘤细胞而不考虑抗原表达，并通过阻止抗原阴性肿瘤细胞的再生长，从而降低耐药风险。

偶联与表征

在完成抗体靶向疗法的所有组分设计后，下一步是将有效载荷与抗体进行偶联。这一过程可采用非定点偶联或定点偶联方法实现。

非定点偶联方法：将有效载荷非特异性地连接到抗体表面的任意的氨基酸残基上，早期ADC药物开发多采用此路径。这种方法操作简单、产率较高，但所得产物为异质性混合物，均一性和稳定性较差，可能对疗效产生负面影响。
定点偶联方法：通过基因工程、酶催化反应或在特定官能团上进行选择性化学偶联，将有效载荷精确连接到抗体上预设的位点。这类方法的优势在于能获得组成均一、DAR明确的治疗分子。然而，使用定点偶联合成抗体靶向疗法难度较大，产率通常较低，且每个分子上可用的偶联位点数量有限。

在表征ADC时，可通过免疫捕获结合质谱法分析其DAR分布及平均DAR值，目前多数ADC药物的DAR值介于2到4之间^[18]。对于AOC，因其有效载荷通常具有极高活性，DAR一般小于4。由于降解剂活性较低，DAC通常需要较高的降解剂-抗体比。此外，尺寸排阻色谱可用于检测未偶联的抗体、游离有效载荷以及聚集体。偶联位点可通过LC-MS/MS结合肽段图谱分析进行鉴定。

AOC的偶联比ADC更具挑战性，因为前者分子更大，更难纯化和表征。由于DAC需要较高的降解剂-抗体比，随着分子量增大，可能产生空间位阻或聚集问题。优化有效载荷与抗体的比例有助于平衡疗效与脱靶效应。例如，DAR过高的ADC可能导致脱靶毒性增加，而DAR过低则可能导致疗效不足。

体外功能与稳定性研究

在完成抗体靶向疗法的设计后，下一步需通过多种检测方法评估其体外性能，具体检测类型取决于所研究的功能或特性。作为一体化CRDMO平台，药明康德提供一系列优化的检测方案，以支持该类疗法的体外评价（图5）。

图5.抗体靶向疗法体外评价

为评估有效载荷功能，可采用基于标记抗体或寡核苷酸的荧光显微成像等检测技术，以确定分子被细胞摄取及胞内转运的情况。对于ADC，需重点考察其对细胞活力与增殖的影响，可通过细胞增殖实验、针对癌细胞的细胞毒性实验，以及细胞周期实验进行评估。此外，ADC的旁观者杀伤效应对其清除邻近肿瘤细胞至关重要，可利用流式细胞分选（fluorescence-activated cell sorting, FACS）进行旁观者杀伤实验，以测定对抗原阴性细胞的裂解效果。

对于AOC，可采用实时荧光定量PCR（quantitative real-time PCR, qPCR）或报告基因检测来量化寡核苷酸对靶基因表达的影响，并借助蛋白质印迹法（Western blots）验证靶蛋白水平的变化。

为深入研究DAC介导的蛋白降解过程，通常采用以下几种检测方法：

蛋白质印迹法与酶联免疫吸附实验(enzyme-linked immunosorbent assays, ELISA)：定量检测目标蛋白的降解水平；
泛素化实验：评估蛋白降解过程中的泛素标记状态；
FACS：分析降解剂-抗体偶联物的细胞内吞效率；
细胞活力检测：明确蛋白降解所引发的生物学效应。

为评估稳定性，可将分子复合物于血清中孵育后进行体外分析，结合ELISA和LC-MS/MS技术，定量监测抗体靶向疗法在模拟生理环境中的浓度变化与降解情况。

体内药效与PK/PD

抗体靶向精准药物开发流程的最后一步，是探究有效载荷能否在目标细胞内发挥预期功能，以及疗法在体内的代谢行为。例如，为评估ADC的抗肿瘤药效，可采用细胞系来源移植瘤模型(cell line‑derived xenograft, CDX)或患者来源移植瘤模型（patient‑derived xenograft, PDX），并以生存期、肿瘤体积变化等作为关键终点进行评价。药明康德提供涵盖多种ADC靶点的CDX与PDX模型组合，以支持相关体内药效研究。此外，荧光显微成像技术可用于实时监测有效载荷的内吞、细胞摄取及胞内转运过程。

此外，在药物发现早期开展药物代谢与药代动力学研究至关重要，这有助于预测疗法在后期开发中的行为。通过生物转化研究，可以阐明有效载荷进入体内后的代谢途径。这类研究可通过定时监测血液、肝脏及肿瘤细胞（针对ADC）中的代谢产物及其动态变化来实现。同时，组织分布研究则能系统揭示药物在体内的生物分布特征，为评估其潜在的毒性风险提供依据。

结语

ADC、AOC和DAC等新分子正持续拓展靶向疗法的技术边界。抗体靶向药物的开发涵盖复杂且多环节的工作流程，其中存在大量可优化节点，以应对脱靶效应、有效载荷释放及稳定性等挑战。

推进此类药物的开发，离不开值得信赖且经验丰富的合作伙伴。药明康德作为一体化、端到端的CRDMO，为抗体靶向疗法的全研发周期提供支持。其服务涵盖靶点识别与验证、先导化合物发现与优化、定制化连接子合成、先进偶联与分析技术、体外功能与生物物理性质评价，以及用于PK/PD药效评估的体内肿瘤模型等前沿服务。

参考文献（上下滑动查看更多）

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