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抗体-药物偶联剂(ADCs)的研究进展与产业现状 精选

已有 19376 次阅读 2013-10-15 06:54 |个人分类:治疗性抗体|系统分类:观点评述| 抗体药物, DM-1, 抗体药物偶联物, ACDs

抗体-药物偶联剂(ADCs)的研究进展与产业现状

 

今年上半年,美国FDA先后批准两种抗体-药物偶联剂(Antibody-drug conjugates,以下简称ADCs药物)上市,分别为Seattle Genetics公司的Adcetris TM和罗氏公司的Kadcyla。与此同时,据《自然·药物发现》杂志统计,2009-2010年共有7ADCs药物,2011-2012年至少有17ADCs药物进入临床研究阶段。目前,在世界范围内进入临床研究的ADCs药物累计已达三十余种。ADCs候选药物在数量上已经超过同为“改型抗体”的双特性抗体、抗体片段等类别,成为单克隆抗体药物,尤其是肿瘤治疗用单抗的研究热点与发展方向。

 

ADCs药物的概念由来

单克隆抗体用于肿瘤靶向治疗的概念由来已久。一百年多前,德国免疫学家保罗·欧立希Paul Ehrlich)最早提出单克隆抗体的“黄金子弹”学说,即:利用单克隆抗体对抗原的特异性结合实现对癌变细胞的靶向治疗。同时,保罗·欧立希也是临床上化学疗法的创始人,其发明了治疗梅毒的坤试剂“606”,开创了使用化学药物杀伤病原菌的治疗策略,并因此获得诺贝尔医学奖。

 近一百年间,基于抗体的免疫疗法与基于化学药物的化学疗法,一直是临床上癌症治疗的两大治疗策略。抗体药物以肿瘤细胞过度表达的抗原her2EGFRCD20 等为靶点,多种治疗性单抗(曲妥单抗、西妥昔单抗、利妥昔单抗)已经在临床上取得巨大成功。化学疗法也先后出现了遏制肿瘤增生的烷化剂(氮芥等)、抗体代谢剂(氨甲喋呤等)、抗肿瘤抗生素(阿霉素等)多种药物。

在临床实践中,治疗性抗体虽然靶向性强,但是由于其分子量大对于实体瘤的治疗效果有限。小分子的化学药物虽然具备对癌细胞的高度杀伤效力,却也常常误伤正常细胞,引起严重的副作用。因此,在癌症治疗的临床实践上,常常互补的使用“化学疗法”和“免疫疗法”。

临床上的需求为制药界研发抗癌药物提出了新的挑战。能否直接构建“抗体-化学药物偶联剂”,利用抗体对靶细胞的特异性结合能力,输送高细胞毒性化学药物,以此来实现对癌变细胞的有效杀伤。在这种药物设计的构想中,抗体成为定点输送化学药物的“生物导弹”,化学药物则是“生物导弹”具有杀伤效力的“战斗部”。如果ADCs药物的成功面世,它将能协同发挥抗体药物和化学药物各自的优点。

此后,随着基因工程抗体制备技术的成熟,以及新型化学连接技术的出现。抗体-药物偶联物的概念逐渐变为了现实。上世纪六十年代,ADCs药物的功效开始在动物模型中进行验证。八十年代末ADCs药物开始进入临床研究阶段。2000年,第一个ADCs药物MylotargTMFDA批准上市,用于治疗急性髓系白血病。

 

ADCs药物的技术特点

ADCs药物由重组抗体、化学药物及“连接物”(Linker)共同构成。ADCs药物的开发涉及:药物靶点的筛选,重组抗体的制备、“连接物”技术开发以及高细胞毒性化合物的优化等四个方面,上述四个方面任一个环节出现问题,都会影响到ADCs药物的安全性和有效性。

ADCs药物的靶点:ADCs药物靶点选择的原则是,应为肿瘤细胞特异性表达,或过度表达的抗原。这样方能确保ADCs药物在机体内的靶向性。目前在研的ADC药物靶点几乎涵盖了所有已经确证的药物靶点,除了已有上市抗体药物靶点,如Her 2EGFRCD19CD22CD70等,诸多新型靶点如:SLC44A4 (AGS-5)Mesothelin 等也成为ADCs药物的作用靶点。

ADCs药物使用的抗体:抗体在ADCs药物的作用在于精确“制导”,高细胞毒性的化学药物连接抗体后,可精确锁定靶细胞。抗体的优化也可大幅降低ADCs药物的非特异性结合,延长ADCs药物在血液中的半衰期。

ADCs药物的连接物:连接物实现抗体与化学药物的连接,在ADCs药物进入靶细胞前,它能确保偶联药物的完整性。而一旦ADCs药物进入作用靶点,连接物又要确保化学药物的有效释放。所以,ADCs药物连接物的解离与否,直接影响到其药代动力学。

ADCs使用的化学药物:目前ADC使用的化学药物主要有三种,微管蛋白抑制剂(美登霉素)、烷化剂、和DNA小沟抑制剂(烯二炔类抗生素)。这些化学药物与传统的化疗药物相比,对癌细胞具备更强的杀伤效力。通常平均四到六个分子的剂量就可实现对靶细胞杀伤。此外,ADCs药物偶联的小分子化学药物,进入人体后应不具有免疫原性。

ADCs药物的产业现状

目前,经FDA已批准上市的ADCs药物有三种,分别为MylotargTMAdcetrisTM, KadcylaTM

MylotargTM由作用靶点为CD33的吉姆单抗,和烯二炔类抗生素类构成,用于治疗急性髓系白血病。由于该药存在“静脉闭塞性病”等副作用,所以适用人群严格的限定在六十岁以上,且常规化疗无效的病人。2010年,该药由于副作用严重、临床有效性受到质疑而被FDA撤市处理。

AdcetrisTM由作用于霍奇金淋巴瘤患者体内CD30的单抗Brentuximab,和微管蛋白抑制剂vedotin偶联而成,用于治疗霍奇金淋巴瘤和系统型间变性大细胞淋巴瘤。该药是目前唯一在市场上取得成功的ADCs药物,上市第一年销售额达1.36亿美元。

KadcylaTM由靶向her2的曲妥单抗和细胞毒素美登素衍生物DM1偶联而成。用于治疗her2阳性的转移性乳腺癌患者。DM1的对癌细胞的杀伤效力是常规化学药物的1000倍。因此,该药在临床上被寄予厚望。

目前,ADCs药物开发的核心技术掌握在少数国外公司手中。如:美国的Seattle Genetics公司和Immunogen公司。两公司所开发的ADC药物所偶联的化学药物有所不同:Genetics公司在研的ADCs药物多使用微管蛋白聚合酶抑制剂MMAEMMAF等;而Immunogen公司在研的ADCs药物多使用微管蛋白解聚剂美登素DM1DM4等。由于ADCs药物研发线不断充实,近年不断有新产品陆续上市,国际制药界对于ADCs药物的开发热情持续高涨。众多制药巨头不惜斥巨资从上述公司引进技术。近年,辉瑞、雅培从Seattle Genetics公司,礼来、诺华从ImmunoGen公司,默克从Ambrx公司分别引进ADCs药物开发技术。上述每笔技术引进的支出都在两亿美金以上。上个月,我国的浙江医药集团也宣布,该公司将从Ambrx公司引进技术,共同开发靶点为her 2ADCs药物。

ADCs药物产业化开发面临的问题

ADCs药物开发的关键在于连接物的构建。ADCs药物在进入靶细胞前,要保证抗体与化学药物的完整结合。而接近或进入靶细胞后,化学药物又要准确释放。此过程取决于连接物的“稳定性”。此外,ADCs药物中抗体负载的化学药物数量也取决于连接物。早期的ADCs药物的研发失败,多是由于连接物技术的落后,后者直接影响了ADCs药物的安全性和有效性。

目前,ADCs药物中所使用化学共价键(二硫键、肽键、硫醚键等)来实现抗体与化学药物连接的连接。这些连接物根据其解离特性,可分为“可降解类”和“非降解类”。可降解连接物可在不同pH或胞内酶的作用下降解,实现化学药物与抗体分离。AdcetrisTM使用的便是此类连接物,由于化学药物释放后可能会从靶细胞逃逸,因此该药也具有杀伤靶细胞临近组织的功效。

非降解连接物在整个药物作用过程中,始终保持抗体与化学药物的偶连完整性。KadcylaTM使用的便是此类非降解连接物,所以,该药进入靶细胞后最终会降解为氨基酸、抗体、化学药物等组分的混合物。

ADCs药物的产业化制备工艺复杂,包括重组抗体制备,化学药物与抗体的偶联反应,ADCs药物的制剂与质控等环节。这其中利用动物细胞表达重组抗体的成本,占据整个ADCs药物生产成本的三分之二。ADCs药物所使用的化学药物具备高效力的化学毒性,其保存、转移都需在密闭的负压容器里。工作环境中化学药物对于操作人员的职业暴露范围应低于40ng/M3。此外,化学药物与抗体的连接反应一般在中性缓冲液中完成,缓冲液的配制、使用应杜绝“微生物污染”等问题。因此, ADCs药物的生产车间对于环境的要求,一般远高于生产生物制品cGMP车间。    

另外,ADCs药物所偶联的抗体为大分子糖蛋白,其质量控制应充分考虑重组抗体的聚体、降解、糖基化等“质量变异”。而ADCs药物中所含的小分子化学药物,其浓度在ng/mL的水平,其含量检测需借助酶联免疫吸附、质谱等新兴检测手段。

可见,构建新一代稳定性“连接物”,建立可靠的ADCs药物质控体系,以及药物生产车间的资金投入,是目前ADCs药物产业化开发所面临的主要问题。

 

 



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