详解ADC的临床药理学
前言
抗体偶联药物（ADC）是由靶向特异性抗原的单克隆抗体与小分子细胞毒性药物通过接头连接而成，兼具传统小分子化疗的强大杀伤效应及抗体药物的肿瘤靶向性。自从第一个ADC（Gemtuzumab-ozogamicin（商品名：Mylotarg））被批准用于治疗CD33阳性的急性粒细胞白血病以来，已经开发了几种用于治疗癌症的ADC。
从选择合适的抗体到最终产品，ADC的整个开发过程都是一项艰巨而富有挑战性的任务。临床药理学是药物开发的最重要工具之一，利用这一工具有助于找到产品的最佳剂量，从而在患者群体中保持产品的安全性和有效性。与其他小分子或大分子通常仅测量一个部分和/或代谢物以进行药代动力学分析不同，ADC需要测量多个部分以表征其PK特性。因此，深入理解ADCs的临床药理学对于在患者群体中选择安全有效的剂量至关重要。
ADC的药代动力学概述
药代动力学是临床药理学和现代药物开发过程中不可缺少的一部分。药代动力学研究的主要目的是获得有关药物的吸收、分布容积、清除率、半衰期、多次给药后的累积、各种疾病状态下以及年龄、体重和性别对药物药代动力学的影响的信息。这些药代动力学参数可用于设计患者的最佳给药方案。
应该认识到，与小分子和治疗蛋白（抗体或融合蛋白）不同，ADC的PK非常复杂，因为ADC由几个组成部分组成。不仅要考虑单抗的PK，还要考虑细胞毒性分子的PK以及结合的物化性质。由于单抗的分子量占到了90%以上，因此ADC的不同组分的PK受其PK的影响很大。总抗（ADC+mAb）的PK特征提供了ADC稳定性和完整性的最佳评估。偶联物和偶联位点在维持ADCs的稳定性和PK中也起着重要作用。下表列出了FDA批准的ADC及其PK的特性。
ADC的药代动力学特征
一般来说，在给药后，体内涉及四个过程。这些过程是吸收、分布、代谢和清除。
吸收
大多数抗体通常通过静脉注射或输液途径给予，抗体也可以通过皮下（SC）途径给予。然而，对于ADC，目前给药途径是静脉注射或输液。由于对细胞毒性有效载荷的反应和细胞毒性物质的局部沉积，SC给药可能不适用于ADC。
分布
药物在体内的分布可以用分布容积来描述。由于其大小和极性，抗体和ADC的分布通常局限于血管和间质间隙。
ADCs的初始分布一般局限于血管，其分布容积一般等于血容量。随后，ADCs可以分布到间质间隙。此外，ADC分布也会受到靶抗原表达和内吞的影响。
ADC在同一组织中的分布和积累会产生不良的（毒性）药理学影响，这是由于ADC的摄取后的细胞毒性药物或代谢物的释放。
代谢
ADC体内分解/代谢过程包括抗体分解代谢过程和小分子药物体内代谢。ADCs在到达肿瘤细胞前，在细胞内（non-cleavable linker）或者循环系统中（cleavable linker）释放效应分子，未结合的抗体和抗体片段遵循抗体的代谢途径通过酶解产生氨基酸，被机体重新利用。
ADC裂解或被分解代谢后可能形成的游离的小分子药物和/或连有氨基酸残基的小分子药物和/或linker的小分子药物代谢物，会进一步经历肝CYP450酶代谢，还可能发生潜在的药物药物相互作用。
除了ADC本身性质外，抗原的表达、受体/细胞密度，FcRn介导的循环作用、与Fcγ作用、受体介导的内吞作用、免疫原性等都会影响ADC的分解代谢。
清除
ADC也是通过分解代谢和排泄的方式进行消除。ADC可通过与靶点结合的特异途径，进入溶酶体后发生降解，释放小分子药物后从体内清除；还可以通过非特异的胞饮作用进行清除，该途径涉及新生儿受体（FcRn）参与的循环再利用过程。
ADC、抗体、分子量较大的多肽及氨基酸片段无法通过肾小球滤过排泄，而是以氨基酸的形式重新吸收利用。游离小分子药物、分子量较小的多肽及氨基酸连接的小分子药物、分子量较小的抗体片段可通过肾小球滤过进行排泄。同时，小分子药物及代谢产物也可经酶代谢消除或通过转运体排泄至粪便中。
ADC的生物分析
ADC有几种组分，为了表征这些组分的PK特征，需要几种分析方法，如下所述：
此外，两种类型的ELISA免疫分析用于定量测量ADC的分析物：第一种类型的分析测量总抗体，即DAR大于或等于零的ADC。第二种分析方法测量药物结合抗体，定义为DAR大于或等于1的ADC。
其它分析方法有尺寸排阻色谱法（SEC）和疏水作用色谱法（HIC）。SEC是最常用的液相色谱（LC）技术，用于测定抗体的聚集数量，该技术也可用于ADC。虽然HIC是一种用于蛋白质分离、纯化和表征的传统技术，但是这种技术现在正被用于ADC表征和分析。
细胞毒性有效载荷
ADC细胞毒性有效载荷应具备以下特性:
目前，常用的细胞毒性药物效应分子为微管抑制剂（如：auristatins、maytansinoids）、DNA损伤剂（如calicheamicin、duocarmycins、anthracyclines、pyrrolobenzodiazepine dimers）和DNA转录抑制剂（Amatoxin和Quinolinealkaloid (SN-38)）。已经获批上市的几个ADC药物共使用了6个不同的小分子药物，其中有3个ADC药物使用MMAE作为偶联药物，2个药物使用Calicheamicin作为偶联药物，另外成功应用的还有MMAF，DM1，SN-38，Dxd。
药物抗体比（DAR）
药物抗体比（DAR）是指附着在单个单抗上的有效载荷分子的平均数量，通常在2到4个分子之间。在极少数情况下，通过使用亲水链接器有效载荷可以安全地实现高达8的DAR，如Enhertus和Trodelvys。DAR对ADCs疗效的测定非常重要，此外，DAR可能影响药物在循环中的稳定性、PK和ADC的毒性。
研究表明，与DAR值<6的ADCs相比，DAR值高（7到14）的ADCs清除速度更快，体内疗效降低。DAR值及其对稳定性和PK的影响也取决于偶联位置和接头的大小。
赖氨酸或半胱氨酸通常被修饰以产生ADC。赖氨酸是连接底物和抗体的最常用的氨基酸残基之一, 赖氨酸通常存在于抗体表面, 因此容易偶联。Mylotargs、Kadcylas和Besponsas都使用赖氨酸生物结合技术。
其他氨基酸如半胱氨酸和酪氨酸也可以修饰，用马来酰亚胺修饰半胱氨酸合成了Adcetriss、Polivys、Padcevs、Enhertus、Trodelvys和Blenreps等ADC。
连接子
连接子（linker）是ADC不可或缺的一部分, 它决定ADC的药物释放机制、PK、治疗指数和安全性。早期的ADC连接子是化学不稳定的，如二硫化物和腙。这些连接子在循环中不稳定，半衰期短，一般为一到两天。最新一代的连接子在体循环中更稳定，如肽和葡萄糖醛酸连接体。两个最常见的连接体如下：
可裂解连接子
裂解型linker对细胞内环境敏感，在细胞内通过分解代谢和解离共同作用释放出游离的效应分子和抗体，如酸裂解连接子和蛋白酶裂解连接子。它们通常在血液中稳定，但在低pH和富含蛋白酶的溶酶体环境中会快速裂解，释放效应分子。此外，如果效应分子可以跨膜，则可通过发挥潜在的旁观者效应消灭肿瘤。
不可裂解连接子
不可裂解的linker是一种新一代的连接子，与可裂解的连接子相比，它具有更好的血浆稳定性。由于不可裂解的连接子可以提供比可裂解连接子更大的稳定性和耐受性，因此，这些连接子降低了靶外毒性，也提供了更大的治疗窗口。
免疫原性
在针对8个ADC的11个临床试验中， ADAs的基线发生率在1.4%到8.1%之间，基线后ADAs的发生率在0-35.8%之间，这些数值在治疗性单克隆抗体的范围内。总的来说，ADCs的ADA发生率在靶向血液肿瘤的患者比靶向实体肿瘤的患者少；大多数ADA是针对ADC的单克隆抗体结构域的。此外，在大多数患者中，这些ADC的半抗原样结构并不比治疗性单克隆抗体产生更多的免疫应答风险。
ADC药代动力学模型
应用模型的方法可以将PK、药效和安全性数据进行整合，以满足不同阶段ADC药物研发的需求，如：靶点的选择、抗体的亲和性、linker的稳定性、动物到人的外推、剂量的选择和调整、E-R相关性研究（exposure-response relationships）、DDI研究等等。由于ADC具有多种清除途径（解离和分解代谢），以及存在多种分析物的复杂的PK特征，使得其动力学模型也较为复杂。
不同的模型具有不同的应用，如可采用二房室模型和PBPK模型可以用清除率、解离、代谢速率等参数描述ADC的稳定性特征。目前非房室模型、群体药代模型、基于机制的模型、基于生理的模型在ADC药物动力学研究中均有应用。
小结
在ADC药物的研发进程中，临床药理学起着非常重要的作用，通过不断发展的生物分析技术，深入全面地阐明ADC药物的PK/PD特征，对于推动研发出更加低毒高效的ADC药物至关重要。ADC药物也必将在肿瘤治疗领域展现出更加强大的优势。
参考文献：
1. ClinicalPharmacology of Antibody-Drug Conjugates. Antibodies (Basel). 2021 May21;10(2):20.