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人人学懂ADC第四期：ADC的肿瘤组织分布

免疫基础

2022-07-11 来源 : VIP说、洞见conjugates

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人人学懂ADC第一期：ADC全景概况、抗体及linker选择

人人学懂ADC第二期：ADC毒素特征及偶联方式

人人学懂ADC第三期：ADC药物表征

今天第4期我们接着讲讲ADC肿瘤组织分布。

ADC 在肿瘤组织中的分布

ADME是药物“吸收（Absorption）、分布（Distribution）、代谢（Metabolism）和外排（Excretion）”的简称，代表了药物进入机体后机体对药物的处置过程。

药物的这四个属性决定了一个药物在体内的浓度、组织分布和代谢途径，对于预测药物的生物利用度和生物活性（即一个药物能否到达它的作用靶点并产生相应的治疗效果）具有重要的参考价值。

因此，了解化合物的ADME特性对于药物研发过程有着重要的意义。

质量源于设计，药物也源于设计，一款好的ADC药物的设计就必须从根源上了解ADC药物的ADME。

1 ADC的扩散和渗透

ADC 药物难以穿过血管上皮细胞，肿瘤组织分布程度较低。在血流量大的组织分布程度更高。
ADC药物由于和抗原的非特异性或特异性结合将ADC分布到非靶标组织上导致脱靶毒性。
肿瘤细胞或正常组织可能会释放抗原进入循环系统，ADC 药物与可溶性抗原结合后形成的复合物可被肝摄取并清除，并在此过程中在肝释放出大量的小分子毒素造成潜在的肝毒性（参考：ADC的ADME）。

ADC进入肿瘤细胞的第⼀个障碍是毛细⾎管内皮，血管外渗率随着分⼦大小的增加而降低。另外离血管越远处结合位阻障碍越明显。

因此，将小分子量化合物（例如，大约 1000 Da）连接到大的抗体分子（⼤约150 kDa）将大大降低其扩散到肿瘤组织中的速度。两点可以抵消这种不利影响:

抗体尺寸大于肾小球滤过的分子量截⽌值。
抗体的 Fc部分与FcRn相互作用，延长半衰期。

Wittrup 及其同事研究了肿瘤摄取与分子大小之间的关系，研究结果如图所示。通过快速扩散渗透的低分子量靶向肽（⼩于 10 kDa）或完整的 IgG 分子有最佳摄取值。

缺乏完整 IgG 的 Fc 部分的中等大小的抗体⽚段（如大约 27 kDa 的 scFv）分布很差：太大而无法足够快速的外渗，太小而无法逃脱肾脏清除，如图产生了所谓的“死亡谷”。

2 Linker-Payload 对 ADC 分布的影响

在考虑 ADC 的药代动力学特性时，考虑的不仅仅是抗体部分的药代动力学特性。Linker-Payload在体内的稳定性也是 ADC 化学设计中的⼀个重要因素，抗体与接头之间化学键、接头、有效负载在血流中的稳定性很重要。任何活性有效负载的损失，⽆论是由于接头的过早裂解，或在⾎流中循环期间有效负载的失活，都会减少抗体递送到肿瘤组织payload的量。考虑其药代动力学，ADC 的设计还有其他⽣化/⽣物物理考虑：偶联的payload的疏⽔性、数量。

抗体上payload的数量和结合位点都可能影响 ADC的药代动力学特性。这些因素中的任何⼀个都可能导致ADC的清除速度⽐“裸”抗体更快，从而影响进⼊肿瘤组织的ADC 的量。

这些因素为化学家和⽣物化学家提供了开发Linker-Payload以解决这些问题的机会，从⽽最大限度地提⾼ ADC 的治疗潜力。需要考虑几个问题：

高DAR疏水性payload的ADC的快速清除
逆迈克尔加成反应(参考：如何解决逆迈克尔加成）
接头-有效负载部分亲水基团的引入

ADC 的最佳设计是最终产品具有与相应 “裸”抗体相似的药代动力学特性。

3 靶抗原密度对ADC分布的影响

ADC设计的另外一个考虑因素的“结合位点屏障”（参考：结合位点障碍）。

肿瘤细胞最接近⽑细⾎管内⽪的所有靶抗原可能都被抗体部分结合，⽽远离⽑细⾎管的细胞结合的ADC可能很少。

在毛细⾎管内皮附近过高表达的抗原或迅速内化的情况下，会消耗大部分ADC，远处的肿瘤细胞就无法被杀死，因此，肿瘤细胞的杀伤可能仅限于内⽪附近的细胞层，因此不足以产生强大的抗肿瘤作⽤。

抗体通过增加剂量饱和可改善结合位阻效应，但ADC分解代谢产物不仅是氨基酸，还包括payload。

抗原密度对肿瘤组织中ADC保留总量的影响是什么？可以预期，相对于抗原阴性的正常组织，抗原密度越⼤，ADC 在肿瘤组织中的特异性保留程度就越⼤。下图显⽰了使⽤放射性标记的抗 HER2 抗体（即曲妥珠单抗；赫赛汀）在不同Her2密度的小⿏模型中的数据⽀持这⼀结论。

当抗原数量超过10⁶个/cell，肿瘤在给药后 3 天每克组织保留的为注射剂量的约 20% (ID g^-1 )，且相对于放射性标记的⾮特异性抗体，T-DM1在肿瘤中的量多五倍。

相反，每个细胞表达约 0.2 × 10⁶ 个 HER2 分⼦的 BT474EEI 异种移植物仅积累了 9% ID g-1的放射性标记的曲妥珠单抗，放射性标记的⾮特异性ADC为3.9% ID g^-1

这些数据表明靶抗原密度对于 HER2 阳性肿瘤中 T-DM1 积累至关重要。

在确认为 HER2 阳性的乳腺癌患者群体中（即，相对于免疫组织化检测认为“阴性”的正常⽔平过表达 HER2），与 mRNA ⽔平低于中位数的患者相⽐，HER2 mRNA 中位数或更⾼⽔平的患者反应率更⾼，反应持续时间更⻓。这些临床观察表明，肿瘤中每个细胞表达的靶抗原量越⼤，ADC 的功效就越好。临床前数据表明，这可能是肿瘤组织内保留更多 ADC（payload）的结果。

抗体亲和力是否会影响肿瘤组织内的 ADC 积累，研究表明较⼤的缓慢扩散抗体分⼦的保留并不那么依赖于它们的亲和力。例如，⼀系列抗 HER2 抗体的实验发现，不同(Kd)值 (0.56-23 nM ) 的抗体，在异种肿瘤移植模型中药物的积累没有显着差异。

相反针对高密度靶标（超过 10⁶ 个抗原/细胞）的⾼亲和力抗体可能会影响抗体或 ADC 在肿瘤组织内的分布，那些最接近毛细⾎管内皮的肿瘤细胞摄取了大部分ADC。