前言 药物抗体比（DAR）是抗体药物偶联物（ADC）的重要属性。理论上，DAR值增加意味着疗效增强，但传统的ADC药物其DAR均不高，多数为2-4。然而新一代抗HER2的ADC药物TRAStuzumab Deruxtecan（T-DXd）其DAR达到8，突破了以往的极限，是如何做到的呢，DAR高又带来了什么优势呢？让我们来一探究竟。 传统ADC的药物抗体比 ADC由小分子细胞毒药物（载药）与单克隆抗体通过连接子偶联而成。ADC能利用单克隆抗体的靶向性，特异性地识别肿瘤细胞表面的抗原，然后将细胞毒药物定向释放到肿瘤细胞内部，发挥肿瘤杀伤作用。这种化疗与靶向药物1+1>2的奇妙结合既提高了疗效，又降低了毒副作用，使得治疗指数(最大耐受剂量/最小有效剂量[MTD/MED])得到显著提高。理论上，在治疗窗允许的情况下，ADC药物携带的载药量越多，发挥的抗肿瘤效应也愈强，然而实际情况是目前大多数已经批准或者正处于临床开发的能够抑制微管蛋白聚合或者损伤DNA的ADC药物，其DAR多数限定在2-4 [1]。 图1. 传统ADC药物的药物抗体比 从图1可以看到，传统ADC药物，如早期的Gemtuzumab ozogamicin和Inotuzumab ozogamicin，其DAR存在一个范围，并不是一个特定的值。包括2013年上市的[ado-] TRAStuzumab emtansine（T-DM1），其DAR分布于0-7，平均DAR为 3.5[1,2] ，因此实际的药物为不同DAR药物的混合物，存在不均一现象。而这与早期ADC药物所选择的偶联策略有关。 不同偶联策略带来的影响 在天然抗体分子结构中，可供选择的偶联策略主要有2种，即赖氨酸 (Lys) 的氨基偶联和半胱氨酸 (Cys) 的巯基偶联。IgG 分子具有超过 80个赖氨酸残基，其中可进行修饰的位点超过 20 个，而这些位点均可被酰化偶联药物，可偶联的位点太多导致异质性增加。比如一项研究发现，用N-羟基琥珀酰亚胺酯试剂修饰抗体可得到DAR在0-6之间的混合物，由于抗体中至少有40个赖氨酸残基被修饰，药物被随机偶联至不同的赖氨酸残基，因而偶联产物可能含有超过450万个独特分子的复杂混合物。因此采用赖氨酸偶联得到DAR不一致的高度异质性ADC[3] 。 采用半胱氨酸残基（巯基）偶联则有可能克服该问题：两个半胱氨酸的巯基间可形成二硫键，IgG1具有4个链间二硫键，将这4个二硫键全部还原可得到具有8个巯基残端的偶联位点；若将抗体中的8个巯基全部与小分子反应，则可得到均一的DAR为8的ADC药物，比如T-DXd, 即是通过半胱氨酸残基（巯基）偶联得到的DAR为8的ADC药物，具有确定的偶联位点和近乎高度均一的药物[4]。 图2. T-DM1[2]（左）和T-DXd[4]（右）的DAR分布 DAR并非越高越好？ 既往也有采用半胱氨酸（巯基）偶联的ADC药物（Brentuximab vedotin维布妥昔单抗），但其DAR只有4。且有说法表示DAR并非越高越好，背后又有哪些故事呢？2004年发表的一项研究将微管蛋白抑制剂MMAE与CD30单抗cAC10通过半胱氨酸偶联，产生具有不同DAR值的ADC药物（根据DAR的不同，分别简称E2、E4、E8）。该研究分别在体外（肿瘤细胞）和体内（荷瘤小鼠）测试了E2、E4、E8的抗肿瘤活性，结果表明在体外随着DAR提高，抗肿瘤疗效增强（IC50 值E8<E4<E2），但在体内E8与E4疗效相当。似乎DAR的增加并没有带来额外的疗效，且最大耐受剂量MTD随着DAR增加而降低（E8、E4、E2的MTD分别为50 mg/kg、100 mg/kg、≥250 mg/kg）。文章还进行了药代动力学的研究，发现ADC药物的清除率随着DAR的增加而提高，这也解释了为何E8相比E4在体内并没有像体外一样表现出更高的活性[5]。但遗憾的是清除率增加背后的原因并没有阐明。 图3. 不同载药量ADC药物的清除速率 2015年发表的同一团队的研究对清除率增加的机制进行了探索，发现药物的加速清除产生于ADC药物的疏水性[6] 。此外有研究提示疏水性是由于抗体中潜在的偶联位点被占据，以半胱氨酸偶联为例，完整二硫键减少，会导致ADC分子疏水性增加，因此DAR越高疏水性越高[7]。也有研究表明ADC药物的疏水性与二硫键被打断无关，而取决于其连接子-荷载药物的疏水性。因此调整连接子-载药的化学结构，可以改变其疏水性，从而达到改善整个ADC药物疏水性，降低清除速率的效果 (如图4，同样的抗体和载药，仅改变连接子的疏水性，则可使半胱氨酸偶联的DAR为8的ADC药物清除率与未偶联药物的单抗h1F6的水平保持一致) [6]。此外有研究表明连接子、荷载药物的的疏水性增加会导致ADC药物更容易发生聚集，因而更容易被清除[7,8]。 图4. 未偶联药物的单抗和具有不同疏水性连接子的ADC药物的清除速率 因此所谓的DAR并不是越高越好，在传统的ADC技术上确实是存在的，在2004年的研究中，提高DAR既没有带来疗效的提升，还伴随着最大耐受剂量MTD的降低（E8、E4、E2的MTD分别为50 mg/kg、100 mg/kg、≥250 mg/kg），因此无论从疗效还是治疗指数上，DAR为4都是更好的选择。但同时我们也应意识到，“DAR不是越高越好”是由于药物的疏水性大带来的，有其限定条件，对药物进行优化则可避免这一点。 突破DAR限制，T-DXd达到半胱氨酸 偶联的理论最高值8，且保证了均质性 那么DAR的限制能否突破呢，答案是肯定的。T-DXd的技术改进很好的体现了这点。T-DXd采用了优化的连接子技术，选择基于GGFG四肽的可裂解连接子，通过降低烷基长度，并引入二甘醇来降低疏水性，从而降低ADC药物的聚集性。相比传统氨基苄基 (pAB)连接子，其疏水性更低，且在循环血液中具有更稳定不易脱落的优点[1,9]。除了通过改变连接子来降低疏水性，T-DXd还对载药部分进行了优化，引入了使用氨基亚甲基(AM)基团的新型自切割连接系统技术，DXd被释放后末端自切割形成羟基，生理pH条件下增加亲水性。经过优化的药物聚集率明显降低，且将DAR由4.1提高到7.7，聚集性也仅为0.6%，IC50则降低到0.19nM [1] ，取得一个较好的平衡。后来的I期研究发现T-DXd剂量5.4或6.4mg/kg下其半衰期为6-7.3天[10]，与曲妥珠单抗的半衰期较为接近（8.3天）[11]。 图5. T-DXd优化连接子结构 改善疏水性的同时，高DAR的治疗指数如何呢？在一项T-DXd的药代动力学/药效动力学分析[4]中，研究者利用猴的药代动力学数据模拟人类特性谱，结果表明低至0.8 mg/kg剂量的T-DXd仍有望在临床环境中显示一定的疗效，并且重复给药时，T-DXd在30mg/kg剂量时没有引起严重毒性，表明T-DXd具有极宽的治疗窗口。后来的I期剂量爬坡研究采用0.8-8.0mg/kg的剂量，未发现剂量限制性毒性，在8.0mg/kg时也未达到最大耐受剂量，且在0.8mg/kg 剂量下1名患者使用T-DXd超过1年，提示DAR为8的T-DXd在低剂量下的疗效[10]。因此T-DXd在低聚集性的同时还具有较宽的治疗指数。 高DAR带来的惊喜 在一项关于T-DXd的临床前动物实验中，采用了和T-DXd相同的连接子及载药的ADC (anti-HER2 ADC )，仅将DAR降低约一半至DAR 3.4，来探索不同DAR情况下的抗HER2疗效。在HER2强阳性肿瘤中，T-DXd、anti-HER2 ADC及T-DM1三者都能起到良好的抗肿瘤效果。进一步探索不同HER2表达肿瘤中各自的疗效，发现T-DM1在HER2表达较低的JIMT-1肿瘤中已经基本失去了抗肿瘤效果，而Anti-HER2 ADC (DAR 3.4) 还能发挥一定的疗效，但在HER2表达更低的Capan-1小鼠中，Anti-HER2 ADC (DAR 3.4) 疗效已明显不如DAR更高的T-DXd (DS-8201a) [4]。由此可见，T-DXd的高DAR特征，即在一个抗体分子上荷载更多药物，使得对HER2低表达肿瘤细胞也能有足够的细胞毒药物来进行杀伤，T-DXd的高DAR显然是对HER2低表达肿瘤有效的重要因素之一。 图6. A. 不同肿瘤的HER2表达情况；B. 不同HER2表达肿瘤中各ADC药物的疗效 在后来的I期研究[12]中，54例HER2低表达（IHC 1+，或IHC2+/ISH-）的乳腺癌患者在标准治疗失败后采用T-DXd治疗，ORR达到37.0%，缓解持续时间 (DOR)达到10.4个月。而这些患者既往已经接受中位7.5线的治疗。在如此后线的HER2低表达人群中，T-DXd取得了如此优异的疗效，无疑是高DAR带来的一个巨大惊喜。相关的Ⅲ期研究也已经在开展中。 总结 受连接子和偶联技术的限制，既往DAR 2-4被认为是比较理想的范围，且传统的偶联方式还造成ADC药物DAR不均一的情况。T-DXd采用优化偶联策略和连接子技术，DAR突破既往的载药极限达到半胱氨酸偶联的理论最高值8，得到高度均一的新一代ADC药物。高DAR给HER2阳性乳腺癌带来更佳获益，对HER2低表达乳腺癌的疗效更让人惊喜，有望给未来的临床实践带来重大改变。 专家介绍 汪颖 教授 中山大学孙逸仙纪念医院，乳腺内科，副主任医师,医学博士,硕士生导师，乳腺肿瘤中心 党支部书记 第五届羊城好医生 中国女医师协会乳腺疾病研究中心青委会常委 中国临床肿瘤学会CSCO青委 广东省医疗行业协会乳腺肿瘤内科管理分会 主委 广东省医学会肿瘤学分会青委会 副主委 广州市抗癌协会乳腺癌专业委员会 常委 2017年获得美国ASCO大会的壁报展出 主持国家自然科学基金青年及面上项目 主持逸仙临床研究培育项目，以第一/共同第一作者在《Clin Cancer Res》、《Breast Cancer Res Treat》等期刊发表SCI论文 [1]. Nakada T, Sugihara K, Jikoh T, et al. The Latest Research and Development into the Antibody-Drug Conjugate, [fam-] Trastuzumab Deruxtecan (DS-8201a), for HER2 Cancer Therapy. Chem Pharm Bull (Tokyo). 2019;67(3):173-185. [2]. Xu K, Liu L, Dere R, Mai E, et al. 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