Brentuximab Vedotin

摘要：抗体药物偶联物（ADC）是通过将细胞毒性药物或“有效载荷”与单克隆抗体偶联来合成的。有效载荷使用氨基或巯基特异性接头偶联，这些接头与抗体表面的赖氨酸或半胱氨酸反应。典型的抗体包含超过60个赖氨酸和多达12个半胱氨酸作为潜在的偶联位点。所需的DAR（药物/抗体比率）取决于许多不同的因素，范围从2到8种药物/抗体不等。潜在偶联位点的数量与所需DAR之间的差异，再加上使用非位点特异性的常规偶联方法，导致ADC的DAR和偶联位点都不同。异质ADC包含大量具有次优DAR的组分，已知这些组分具有不需要的药理学特性。因此，已经开发了合成均相ADC的新方法，以增加它们作为治疗剂的潜力。本文将回顾最近报道的制备具有更高同质性的ADC的工艺。讨论了每种工艺的优势和潜在局限性，重点介绍了相对于类似异质ADC的效率、质量和体内功效。1. 介绍抗体药物偶联物（ADC）是一类快速增长的癌症靶向治疗剂。尽管自2005年以来临床试验中的ADC数量稳步增加，但许多ADC未能进入临床开发的后期阶段;一种已退出市场（2002年的Mylotarg），目前只有两种（Adcetris和Kadcyla）被FDA批准用于癌症适应症（图1A）。因此，到目前为止，ADC的批准率尚未达到早期预期，落后于其他基于抗体的疗法。根据已批准的ADC与未能进入后期临床试验的ADC的数量，成功率让人想起小分子药物的成功率。ADC临床失败的原因通常未知或仍在调查中。更常见的是，当临床失败的原因很明确时，信息不会向公共领域提供。新出现的临床前数据表明，异质性是目前大多数临床开发中的ADC共有的特性（表1），最终可能会限制它们作为治疗剂的潜力。表1.目前用于癌症适应症临床试验的异质性ADC示例图1.（A）2006年至2014年处于临床开发不同阶段的ADC数量。（B）典型IgG抗体的结构，显示赖氨酸（红色）、半胱氨酸（黄色）和聚糖（绿色）是潜在的偶联位点。ADC由细胞毒性药物或与肿瘤选择性单克隆抗体偶联的“有效载荷”组成。传统ADC的异质性源于目前用于偶联的合成过程。有效载荷通常使用氨基或巯基特异性接头与抗体偶联，这些接头与抗体表面的赖氨酸或半胱氨酸反应。典型的抗体包含超过50个赖氨酸和多达12个半胱氨酸作为潜在的偶联位点（图1B）。然而，大多数ADC的最佳DAR（药物/抗体比）范围为2至8种药物/抗体，并且取决于各种不同的因素。潜在偶联位点数量与所需DAR之间的差异，再加上使用非位点特异性的偶联方法，导致ADC的DAR和偶联位点都不同。因此，传统的异质性ADC通常包含大量未偶联的抗体以及DAR不理想的组分。未偶联的抗体可以竞争抗原结合并抑制ADC活性，而DAR不理想的组分通常容易聚集、溶解度差和/或不稳定性，最终导致治疗窗不佳。ADC异质性的相对程度取决于用于偶联的方法。例如，Kadcyla是2013年批准用于乳腺癌的ADC，它是使用两步过程合成的，其中接头和有效载荷在不同的步骤中偶联（方案1A）。接头包含氨基特异性NHS酯，第一步与抗体赖氨酸反应，第二步包含巯基特异性马来酰亚胺基团，与美登素有效载荷反应。该工艺提供了高度异质的ADC分子混合物，含有0至10个有效载荷/抗体，平均DAR为3.5个药物/抗体。由于有效载荷分布在数十个潜在的偶联位点上，因此会出现额外的异质性。因此，Kadcyla包含数百种不同的ADC分子，每种分子都有自己独特的药理学特性。方案1.（A）通过赖氨酸偶联合成ADC（如Kadcyla）的一般过程;（B）通过半胱氨酸偶联合成ADC（如Adcetris）的一般过程与赖氨酸偶联相比，通过链间半胱氨酸将有效载荷与抗体偶联降低了ADC异质性，因为潜在的偶联位点较少。Adcetris是2011年获批用于治疗霍奇金淋巴瘤的ADC，是半胱氨酸偶联ADC的一个例子。半胱氨酸偶联过程涉及4个抗体链间二硫键的部分还原，以生成多达8个反应性巯基。随后，部分还原的抗体与含有巯基特异性马来酰亚胺接头的有效载荷偶联。用于Adcetris的有效载荷是单甲基auristatinE（MMAE），并包含蛋白酶可切割的马来酰亚胺接头（方案1B）。尽管Adcetris的异质性低于Kadcyla，但它由数十种不同的ADC分子组成，包含0到8个有效载荷，平均DAR为3.6个药物/抗体。与大多数半胱氨酸偶联的ADC一样，与母体抗体cAC10相比，Adcetris在体内的半衰期更短。半衰期缩短归因于高DAR物质（>4药物/抗体）的快速清除和偶联过程中链间二硫键的部分丢失。尽管合成Adcetris和Kadcyla采用不同的赖氨酸和半胱氨酸偶联过程，但这两种ADC在有效载荷和抗体之间都包含硫代琥珀酰亚胺键，这源于在偶联过程中使用马来酰亚胺接头。Kadcyla在接头和有效载荷之间包含一个硫代琥珀酰亚胺（方案1A），而Adcetris在接头和抗体之间包含一个硫代琥珀酰亚胺键（方案1B）。已知硫代琥珀酰亚胺基团会发生不需要的副反应，例如消除或硫醇交换，这可能导致ADC有效载荷过早释放，并导致效力降低和/或全身毒性增加。尽管传统异质ADC存在已知局限性，但目前临床开发的大多数ADC都使用与方案1中描述的类似的偶联方法。因此，它们可能具有与Adcetris和Kadcyla相似的药理学特性，此外还有其他在临床试验中表现不佳的不太成功的ADC。为了改善当前和未来ADC的药理学特性，目前正在开发用于合成均相ADC的新型位点特异性偶联工艺。用于构建均相ADC的位点特异性偶联工艺可分为三个不同的类别。其中两项侧重于抗体修饰（工程氨基酸和酶介导），而第三类侧重于接头修饰。这些类别可以根据使用的特定过程进一步细分（表2）。根据足够的临床前数据可用性选择每个过程的示例，以便与类似的常规异质ADC进行比较。从这些过程中衍生的同质ADC才刚刚开始进入临床试验。它们是否会在临床试验中优于异质性ADC仍不确定，但临床前数据表明，均相ADC可能会在未来的临床试验中占据主导地位，并将带来更好的临床结果。表2.构建同构ADC的不同工艺总结工程氨基酸方法构建同质ADC的早期尝试是通过还原链间二硫键，然后将有效载荷与所有八个链间半胱氨酸共轭来进行的。该过程导致四个链间二硫键丢失，并且由于当时可用的有效载荷的疏水性，经常导致ADC聚集、不稳定和/或溶解度差。这些含有8种药物/抗体的满载ADC也表现出较差的药代动力学特性，与具有较低DAR的类似异质ADC相比没有显著优势。目前用于制备常规异质ADC（如Adcetris或Kadcyla）的偶联方法是为了克服与满载ADC相关的潜在缺陷而开发的。异质性被认为是对降低DAR所获得的好处的可接受惩罚。现在很明显，合成均相ADC的新方法是ADC充分发挥其治疗潜力的必要条件。大多数合成均相ADC的新方法都需要重组工程，以便将独特的官能团引入抗体中以进行位点特异性偶联。在位点特异性偶联的早期例子中，Rader及其同事将硒代半胱氨酸掺入抗体中，以获得每个抗体含有一种或两种药物的ADC。最近，几种不同的工程化氨基酸方法已成功用于生成每种抗体2种、4种或8种药物的均相ADC。在大多数情况下，工程化ADC在体外和体内的表现优于类似的异质ADC，但在临床开发之前应考虑潜在的局限性。例如，用于抗体再造的重组方法不适用于现有的“现成”抗体，这在某些情况下可能是可取的。重组方法的其他潜在挑战包括确定最佳偶联位点、可能的免疫原性以及使用尚未经过临床验证的抗体表达系统。目前尚不清楚ADC均一性的好处是否会超过与开发这些方法相关的额外时间和成本，但在生产具有改进药理学特性的均相ADC方面已经取得了重大进展。工程半胱氨酸使用重组抗体工程来提高ADC均一性的第一个示例涉及两种相反的策略，即去除或添加半胱氨酸残基。Carter及其同事通过用cAC10（Adcetris中使用的抗CD30抗体）中的丝氨酸替换来系统地去除链间半胱氨酸。然后将剩余的半胱氨酸与众所周知的auristatin有效载荷（MC-vc-Pab-MMAE）偶联，以产生含有两种或四种药物/抗体的均相ADC（方案2A）。发现所得ADC具有与类似异质ADC相当的药理学特性。这使作者得出结论，改善同质性对ADC的治疗指数影响最小;然而，工程化ADC中链间二硫化物的损失可能掩盖了同质性改善带来的潜在收益。方案2.面向同质ADC的工程半胱氨酸方法方案a（A）用丝氨酸取代4个铰链链间半胱氨酸，然后用常规马来酰亚胺接头还原和偶联，得到具有4种药物/抗体的均相ADC;（B）半胱氨酸点突变被引入抗体的重链和/或轻链中。工程半胱氨酸以氧化态表达。链间二硫化物的轻度还原和再氧化产生还原形式的未配对半胱氨酸，适合与传统的马来酰亚胺接头偶联，以获得具有2或4种药物/抗体的均相ADC。（C）半胱氨酸被引入H或L链的N末端，并与醛接头偶联，与抗体形成稳定的噻唑烷键。Junutula及其同事的另一种方法导致了不同的结论。半胱氨酸突变被引入抗MUC16抗体3A5重链的第114位。突变提供了两个独特的不成对的巯基，适合与含有常规马来酰亚胺接头的有效载荷偶联。该工艺提供了主要包含两种药物/抗体的ADC，但是，需要额外的还原和氧化步骤才能获得适合偶联形式的突变抗体（方案2B）。硫代单克隆抗体ADC（又名TDC）显示出与传统异质ADC相当的疗效，但TDC的相对毒性显著降低，从而提高了治疗指数。在随后的研究中，Boswell及其同事使用类似的方法来构建抗STEAP1ADC，并获得了相当的结果。工程化半胱氨酸方法后来通过工程化曲妥珠单抗与美坦新有效载荷（DM1）的位点特异性偶联应用于替代有效载荷。DM1有效载荷类似于Kadcyla中使用的有效载荷，Kadcyla是一种异质性曲妥珠单抗ADC，于2013年被批准用于治疗Her2阳性乳腺癌。将所得均相TDC的药理学特性与Kadcyla进行比较，TDC在大鼠和细胞毒性研究中均显示出更高的安全性。有趣的是，TDC的药代动力学特征与Kadcyla基准相当。这使研究人员得出结论，安全性的改善可能是由于去除了Kadcyla中存在的高DAR物质，而不是提高了接头稳定性。Pillow及其同事的一项后续研究利用肟连接子通过重链和轻链上的工程半胱氨酸将DM1与曲妥珠单抗偶联，以生成具有四种药物/抗体的均相TDC。观察到TDC与Kadcyla相比，疗效和安全性进一步改善。改善的性能归因于肟连接子稳定性的增强，然而，其他因素，例如通过不同侧链（Lys与Cys）在抗体的不同位置偶联的不同接头（SMCCvsMPEO或MPA）可能导致观察到的药理学特性差异。因此，无法从这些研究中确定均一性或接头稳定性对观察到的治疗指数改善的相对贡献。总之，工程半胱氨酸方法为均相TDC提供了优于传统ADC的治疗窗口。这些改进主要归因于接头稳定性的提高和异质ADC中存在的高DAR物质的消除。也有报道称，通过非马来酰亚胺接头偶联的工程半胱氨酸。例如，Casi及其同事在抗体重链和轻链的N末端引入了半胱氨酸残基，以实现与醛的位点特异性偶联。工程抗体与cemadotin醛衍生物偶联。偶联过程导致在有效载荷和抗体之间有效形成可切割的噻唑烷键，旨在在体外缓慢释放有效载荷（方案2C）。ADC每个抗体含有4个有效载荷，在体外对表达抗原的细胞表现出中等效力，但未报道其体内疗效。从合成均相ADC的工程半胱氨酸方法中吸取的一个重要教训是，发现偶联位点的位置会对ADC活性产生巨大影响。Shen及其同事将半胱氨酸突变引入曲妥珠单抗重链和轻链上的三个不同位点。所得硫瘤单抗用于通过与auristatin有效载荷（MC-VC-MMAE）偶联构建均相ADC，该有效载荷含有类似于Adcetris中使用的可切割、自解脱的二肽马来酰亚胺接头。根据溶剂可及性和局部电荷的差异选择三个偶联位点（LC-V205C、HC-A114C和Fc-S396C）。所有三种硫代曲妥珠单抗-MC-VC-MMAEADC都表现出相当的均一性，DAR范围为1.7-1.9药物/抗体，并且仅在其偶联位点上有所不同。值得注意的是，ADC在体内表现出截然不同的药理学特性，这主要归因于接头稳定性的差异。ADC的天然LC/MS分析表明，接头稳定性与马来酰亚胺水解为开环形式的速率相关，该形式不易过早释放有效载荷。假设观察到的水解速率差异是由于不同偶联位点的微环境的细微变化造成的。这一假设后来被Tumey及其同事证实，他们使用马来酰亚胺接头合成了异质曲妥珠单抗ADC。随后在体外将ADC水解为开环亚型，并将其药理学特性与含有常规（闭环）马来酰亚胺接头的类似ADC进行比较。正如预期的那样，与传统（闭环）ADC相比，包含开环形式的ADC表现出更高的稳定性和卓越的功效。总体而言，结果表明偶联位点可以显着影响ADC活性，这表明每个ADC的最佳偶联位点可能不同。通过使用工程半胱氨酸，ADC技术取得了几项重要突破。例如，Seattle Genetics的研究人员最近报道了SGN-CD33A，这是一种ADC，含有高效的吡咯并苯二氮卓类二聚体（PBD）有效载荷，其效力是当前微管蛋白抑制剂有效载荷（如MMAE或DM1）的10-100倍。由于PBD的水溶性差，早期使用PBD有效载荷构建常规ADC的尝试通常会导致聚集体形成。通过工程半胱氨酸偶联能够合成每个抗体仅包含两个PBD的均相ADC，并将聚集降低到可接受的水平。此外，在具有多药耐药表型的AML肿瘤模型中，所得的ADC比众所周知的抗CD33ADC（Mylotarg）具有更好的效力。对于含有类似PBD有效载荷的抗CD70ADC，也报告了阳性结果，该有效载荷通过重链上239位的工程半胱氨酸偶联。工程化半胱氨酸方法将这两种均相ADC推向了早期临床开发，初步结果非常令人鼓舞。工程非天然氨基酸非天然氨基酸（nnAAs）已被用作半胱氨酸的替代品，以提供位点特异性偶联位点。与工程半胱氨酸相比，nnAA方法具有多项优势，因为不同侧链的多样性可以作为潜在的偶联位点引入。例如，可以消除与工程半胱氨酸和马来酰亚胺接头相关的责任，并且可以测试可能与常规半胱氨酸偶联方法不兼容的新有效载荷。此外，在抗体重链和轻链上掺入具有不同侧链的nnAA将使具有不同作用机制的有效载荷与同一抗体偶联。最近报道了许多不同的过程，其中非天然氨基酸被用于获得具有改进特性的ADC。例如，终止密码子抑制技术（EuCODE）用于表达在重链上115位含有对乙酰苯丙氨酸（pAF）的抗体。pAF侧链与含有烷氧基胺接头的auristatin有效载荷（MMAD）的位点特异性偶联与抗体形成稳定的肟键。偶联过程提供2种药物/抗体的ADC（方案3A）。将所得的非天然氨基酸药物偶联物（NDC）与在重链上相同位置含有工程半胱氨酸而不是pAF的类似硫瘤药物偶联物（TDC）进行了比较。TDC有效载荷包含一个与NDC类似的肟连接子，但添加了一个马来酰亚胺基团以实现与半胱氨酸的偶联。因此，NDC和TDC之间的活性差异可归因于存在（或不存在）与抗体的硫代琥珀酰亚胺连接。结果表明，均相NDC在体内的表现优于TDC，部分原因是NDC中不存在硫代琥珀酰亚胺基团。方案3.通过工程非天然氨基酸合成均相ADC方案a（A）对乙酰苯丙氨酸（pAF）在H链上取代Ser115。pAF与烷氧基氨基接头的偶联形成稳定的肟键，并产生具有2种药物/抗体的NDC。（B）对叠氮甲基苯丙氨酸（pAMF）在重链上取代Ser136。通过菌株促进的叠氮化物-炔烃环加成反应（SPAAC）将pAMF与炔烃接头偶联，使NDC具有2种药物/抗体;（C）将叠氮基赖氨酸类似物掺入抗体重链或轻链中，然后与炔烃接头进行位点特异性偶联，与抗体形成稳定的三唑键。工程化非天然氨基酸为接头化学提供了传统偶联方法或工程半胱氨酸无法实现的新选择。例如，Zimmerman及其同事将非天然氨基酸与无细胞表达系统结合使用，将对叠氮甲基l-苯丙氨酸（pAMF）掺入曲妥珠单抗的数十个不同位点。pAMF氨基酸被设计为通过应变促进的叠氮化物-炔烃环加成铜自由点击化学与炔烃接头偶联（方案3B）。结果与以前的方法一致，因为ADC活性高度依赖于偶联位点。抗体表达和偶联效率也受pAMF位置的影响，表明每种抗体的最佳偶联位点可能不同。数据支持这一建议，因为根据抗体表达和偶联效率，发现以前用于制备NDC和TDC的HC-Ala114偶联位点不如Ser136。需要进一步的研究来确定偶联位点在应用于不同的抗体时是否保持最佳状态。替代DNA靶向有效载荷，如吡咯并苯二氮卓二聚体（PBD），已通过非天然氨基酸成功与抗体偶联，从而使用两种药物/抗体产生均一的NDC。例如，VanBrunt及其同事使用基于细胞的哺乳动物表达系统以高产量（1.7g/L）生产Her2特异性抗体（4D5）的变体。这些变体包含用末端叠氮化物基团修饰的非天然赖氨酸类似物（N6-2-叠氮氧基羰基-l-赖氨酸）。叠氮基赖氨酸衍生物被设计到抗体的任一链（HC-274或LC-70）上的位置，以便通过铜辅助炔烃环加成（CuAAC）点击化学（方案3C）实现位点特异性偶联。在室温下4小时后，以高效（>95%转化率）偶联含有炔烃接头的AuristatinF或PBD有效载荷，以获得具有1.9种药物/抗体的NDC。偶联过程与抗体形成稳定的三唑键。通过大鼠单次静脉注射在体内测定NDC稳定性，发现与未结合的曲妥珠单抗相当。此外，PBDNDC在Her2阳性BT474荷瘤小鼠中以1mg/kg的剂量每周给药后，显示出优于类似auristatinNDC的疗效。这一结果进一步验证了PBD作为传统微管蛋白抑制剂替代品的使用。酶介导的方法转谷氨酰胺酶已经报道了位点特异性偶联的替代方法，其中使用酶对具有独特官能团的抗体进行位点特异性修饰以进行偶联。例如，Strop及其同事将微生物转谷氨酰胺酶（mTG）识别序列标签（LLQGA）引入抗EGFR抗体的90个不同位置。谷氨酰胺标签作为酰基供体，用于酶促连接mTG催化的伯胺（方案4A）。标记抗体与含有可裂解（Ac-Lys-vc-MMAD）或不可裂解（amino-PEG6-MMAD）伯胺接头的MMAD有效载荷酶促偶联。根据偶联效率，12个位点被认为足以进行ADC合成，并选择了两个位点（重链和轻链各一个）进行进一步评估。谷氨酰胺标签被设计成不同的抗体，并始终如一地为具有DAR的ADC提供>1.8药物/抗体，通过非变性MS分析确定。使用转谷氨酰胺酶从可切割的Ac-Lys-VCP-MMAD有效载荷制备ADC，并在体内评估其药理特性。方案4.合成均相ADC的酶介导方法方案a（A）将谷氨酰胺标签（LLQGA）插入抗体中，用于转谷氨酰胺酶介导的与含有伯氨基的有效载荷偶联。mTG将氨基转移到谷氨酰胺标签上，与抗体形成稳定的酰胺键。（B）将识别序列（CXPXR）插入抗体重链中。用甲酰甘氨酸生成酶（FGE）处理可将半胱氨酸标签转化为甲酰甘氨酸，从而能够与肼接头进行位点特异性偶联。（C）SortaseA介导的合成;识别序列（LPETG）被引入重链和/或轻链的C末端。使用SortaseA与含有五甘氨酸接头的有效载荷偶联，与抗体形成稳定的酰胺键。（D）通过糖工程进行的位点特异性偶联。唾液酸基团被引入重链的Asn297上，并用高碘酸盐氧化成醛。醛与烷氧基氨基接头的偶联与抗体形成稳定的肟键。（E）天然聚糖的内切糖苷酶修剪暴露了Asn297上的两个GlcNAc基团，然后将其连接到用叠氮化物基团修饰的GalNAc衍生物上。然后通过点击化学将叠氮化物与含有炔基（BCN）的有效载荷偶联。一般来说，mTG修饰的ADC与通过常规方法合成的对照ADC具有相当的功效。此外，它们在啮齿动物中表现出更高的稳定性和更低的毒性，部分归因于与抗体形成稳定的酰胺键。据报道，含有不可切割接头的有效载荷也具有很高的偶联效率，但未报告其效力。不可切割的ADC可能是信息对照，因为药物释放可能仅限于抗体降解。相反，本研究中使用的对照ADC是异质的，具有更高的DAR，并且包含与不同位点偶联的有效载荷。因此，mTG介导的偶联产生的酰胺键的相对影响仍然不确定。或者，可以使用转谷氨酰胺酶而不引入序列标签。早期研究表明，抗体在N297位点的去糖基化能够使位点特异性细菌转谷氨酰胺酶（BTG）介导的与Q295位点的天然谷氨酰胺偶联。Lhospice及其同事后来产生了具有N297Q突变的cAC10（Adcetris中的抗CD30抗体）的无糖基化变体。该突变使MMAE有效载荷能够使用BTG与重链上的Q295和Q297进行位点特异性偶联。偶联过程提供了含有4个有效载荷/抗体的ADC，效率为70%，但存在大量较低的DAR。尽管如此，转谷氨酰胺酶修饰的ADC的药理学特性与Adcetris相当。总体而言，研究结果将转谷氨酰胺酶方法扩展到包括具有4种药物/抗体的ADC，并表明可以使用无糖基化抗体而不会产生不良反应。甲酰甘氨酸生成酶（FGE）替代酶介导的方法已被用于构建均相ADC。Drake及其同事将甲酰甘氨酸生成酶（FGE）的识别序列（CXPXR）引入通用IgG1抗体的八个不同位点（1个轻链位点和7个重链位点）。该方法让人想起工程化的半胱氨酸方法，不同之处在于半胱氨酸是作为五肽插入而不是单点突变引入的。用FGE处理突变抗体导致半胱氨酸位点特异性转化为甲酰甘氨酸。由于结构限制，相对于其他重组方法，插入的肽减少了潜在偶联位点的数量，但醛官能团使新的偶联化学反应成为可能。两个重链标记位点导致高度聚集的抗体，一个被预测为具有免疫原性。选择其余5个位点中的3个使用曲妥珠单抗作为基准抗体进行评估。醛标记抗体通过HIPS化学与含有适当修饰的肼接头的美登新载荷进行位点特异性偶联（方案4B）。将所得均相ADC的药理学特性与Kadcyla进行了比较，Kadcyla是一种具有类似美坦新有效载荷的异质曲妥珠单抗ADC。与以前的方法一致，与Kadcyla相比，均相曲妥珠单抗ADC在体内表现出相当的效力、更高的稳定性和更低的毒性。与以前方法的结果相反，偶联位点没有显着影响ADC疗效，并且在异种移植肿瘤模型中观察到肿瘤生长抑制的差异最小。Kadcyla和FGE标记的ADC之间的差异归因于Kadcyla中存在高DAR物种。尽管Kadcyla包含类似的美登新有效载荷，但它是一种异质ADC，并且使用不同位点与赖氨酸偶联的不同接头化学制备，这些特性可能导致观察到的ADC活性差异。为了简化整体醛标记方法，在过表达FGE的细胞中进行抗体表达。半胱氨酸到甲酰甘氨酸转化的效率范围为86%至98%，具体取决于偶联位点。标记抗体和肼有效载荷之间的偶联效率通常为75%或更高，尽管需要8-10当量有效载荷才能获得含有两种药物/抗体的ADC。此外，在最终纯化步骤中，需要制备型疏水作用层析（HIC）来去除未偶联的抗体，这引发了有关将工艺扩展到临床开发所需水平的问题。分选酶A其他酶介导的方法已被用于生成均相ADC。例如，Beerli及其同事设计了一个抗体重链和/或轻链C末端的转肽酶（分选酶A）的识别序列。分选酶A催化聚甘氨酸底物转移到五肽序列基序LPXTG的C端，从而与抗体形成稳定的酰胺键（方案4C）。通过将包含LPETG识别基序的工程曲妥珠单抗和cAC10变体与含有五甘氨酸接头的MMAE或DM1有效载荷偶联来构建ADC。与传统的Kadcyla和Adcetris对照相比，所得ADC的均一性更高，经亲和层析纯化后，每抗体含有约1.8种药物。值得注意的是，尽管DAR较低，但均一曲妥珠单抗ADC在表达Her2的异种移植肿瘤中显示出与Kadcyla相当的疗效。对含有auristatin有效载荷的ADC的其他研究正在进行中，以证明与替代有效载荷一起使用的方法的多功能性。糖基转移酶已经报道了其他酶介导的位点特异性偶联方法，这些方法不需要重组工程。例如，周及其同事使用糖基trasferases将末端唾液酸部分掺入与曲妥珠单抗和其他两种抗体中的天然Asn297糖基化位点相连的聚糖中。工程唾液酸基团与高碘酸钠的温和氧化产生两个醛基，用于与适当修饰的有效载荷进行位点特异性结合。糖工程抗体与含有氨基-氧接头的auristatin有效载荷（MMAE和MMAD）偶联，导致与抗体形成稳定的肟键（方案4D）。与目前讨论的其他方法不同，该方法不需要重组抗体工程，但需要相对大量的接头有效载荷（24当量）来生产含有1或2种药物/抗体的ADC。未报道ADC的体内稳定性和药代动力学特性，但它们在异种移植肿瘤模型中表现出与常规对照相当的活性。内切糖苷酶vanGeel及其同事最近报道了另一种涉及Asn297聚糖重塑的位点特异性偶联的非重组方法。多阶段过程从用内切糖苷酶处理抗体开始，以去除核心GlcNAc部分。这使得使用糖基转移酶实现叠氮化物修饰的GalNAc类似物的位点特异性连接。然后，通过无铜点击化学（方案4E），将所得叠氮化物标记的抗体与带有双环壬炔（BCN）接头的有效载荷偶联。使用五种不同的有效载荷结合可切割或不可切割的连接器合成了各种不同的连接器-有效载荷结构。偶联效率通常为>95%，并且在疗效研究中，ADC（曲妥珠单抗-BCN-PEG-DM1）优于Kadcyla。基于链接器的方法用于位点特异性偶联的工程化氨基酸和酶介导的方法已成功生产具有更高均一性的ADC，并导致其他ADC特性（如稳定性、效力和安全性）的显著改善。此外，与传统的异质性基准相比，迄今为止讨论的大多数方法都产生了具有相当或更好的治疗窗口的ADC。然而，同质性对ADC活性的相对影响仍然不确定，因为同质ADC通常包含与基准ADC中使用的不同的有效载荷和偶联位点。利用与传统ADC相同的偶联位点的偶联方法应该能够更可靠地确定均一性对ADC活性的影响，因为可以消除其他变量。大多数基于接头的构建均相ADC的工艺利用链间半年胱氨酸进行偶联，以提供具有4种或8种药物/抗体的均相ADC。这些过程是化学驱动的，与之前讨论的工艺不同，因为它们专注于接头修饰。因此，它们可以应用于现有的“现成”抗体，并且不需要重组抗体再造或非常规表达系统。亲水接头如前所述，通过链间半胱氨酸偶联的具有8个有效载荷/抗体的ADC被证明具有次优的药理学特性，部分归因于用于制备其的常规有效载荷的疏水性。考虑到这一点，Seattle Genetics的研究人员假设亲水接头和有效载荷将能够构建满载的ADC（DAR=8种药物/抗体），而不会影响其他所需的特性。Doronina等人的早期研究表明，二肽接头可用于通过其C端偶联auristatins，以产生异质ADC，其效力优于传统的auristatin ADC。Lyon及其同事通过用亲水性更强的氨基酸苏氨酸取代auristatinF中的C端苯丙氨酸，合成了类似的疏水性降低的auristatin衍生物。然后将所得衍生物（auristatinT）通过C端连接到亲水性二肽马来酰亚胺接头（方案5A）。然后将亲水性有效载荷与抗CD70抗体（h1F6）偶联，得到含有8种药物/抗体的均相ADC。将满载ADC与包含传统接头（MC或MC-VC-PAB）和有效载荷（MMAF）的ADC进行了比较，结果表明，与传统ADC相比，清除速度更慢，功效更高。方案5.基于连接器的同构ADC综合方法方案a（A）水系接头;减少链间半年胱氨酸，然后与含有水系接头的有效载荷偶联，产生具有8种药物/抗体的ADC。（B）链间二硫键还原，然后与双砜接头偶联形成三原子二硫键，并产生具有4种药物/抗体的ADC。（C）NGM（下一代马来酰亚胺）。链间二硫键还原，然后添加含有炔烃基团的二硫噻苯马来酰亚胺接头，使其能够与含有叠氮化物基团的有效载荷偶联。偶联反应与抗体形成三唑键，并为ADC提供4种药物/抗体。（D）二溴吡嗪二酮与链间半胱氨酸反应，得到具有4个接头/抗体的ADC。每个接头包含两个不同的叠氮化物基团，以实现两种不同有效载荷的偶联。结果使作者得出结论，“降低均相ADC的疏水性可以提高药代动力学和治疗指数”，正如文章标题所反映的那样。然而，ADC亲水性与药理学特性的改善相关，然而，与研究中比较的ADC相关，它们都包含不同的有效载荷，以不同的方向（N或C末端）连接到不同的接头。由于这些因素也会对ADC的整体特性产生重大影响，因此无法确定降低的疏水性对改善治疗指数的相对贡献。双烷基化接头大多数基于接头合成均相ADC的方法利用双功能接头，旨在交联抗体链间半胱氨酸，并提供包含四种药物/抗体的均相ADC。Badescu及其同事报告了这种方法的一个例子，他们合成了双砜接头，旨在交联两个半胱氨酸并形成3碳桥（方案5B）。双砜交联基团通过可切割的PEG垫片连接到MMAE上，并与曲妥珠单抗偶联，得到DAR4为78%的ADC。所得ADC在各种条件下比传统的马来酰亚胺ADC更稳定，并且在体外对Her2阳性细胞具有中等效力。进行了疗效研究，双烷基化ADC显示出优于非偶联曲妥珠单抗的效力，尽管肿瘤生长抑制需要多次高剂量（>10mg/kg）。在一项后续研究中，Godwin及其同事使用类似的有效载荷，通过改变偶联反应的化学计量来构建每个抗体主要包含1、2、3或4种药物的ADC。通过制备型疏水相互作用色谱（HIC）纯化ADC以去除不需要的DAR组分，并在BT474异种移植肿瘤模型中进行测试。ADC疗效与DAR增加相关，同样，肿瘤生长抑制需要多次高剂量（>10mg/kg）。在JIMT-1异种移植物中进行了第二项研究，与T-DM1相比，双烷基化ADC显示出更高的效力。由于这些研究既未包括未结合的曲妥珠单抗，也未包括类似的异质性ADC对照，因此无法确定双烷基化接头对ADC总体治疗指数的相对影响。下一代马利酰亚胺（NGM）替代试剂已用于交联链间半胱氨酸，与前面讨论的双砜接头相比，效率更高。UCL（伦敦大学学院）的研究人员发表了一系列论文，其中取代的马来酰亚胺被证明是高效的半胱氨酸交联剂。取代马来酰亚胺的早期应用包括二硫键保护、蛋白质聚乙二醇化和荧光标记。Moody及其同事后来报告说，溴马来酰亚胺连接的生物偶联物在哺乳动物细胞中是可切割的，最近报道了许多基于抗体的取代马来酰亚胺的应用。例如，伦敦大学学院（UCL）的Caddick及其同事报告了使用三步工艺合成均相曲妥珠单抗ADC。用TCEP还原链间二硫键，然后添加N-炔丙基-3,4-二硫代苯基马来酰亚胺接头，以与抗体形成二硫代马来酰亚胺键。添加叠氮基-多柔比星衍生物导致与有效载荷形成三唑键（方案5C）。该过程应用于曲妥珠单抗，并提供具有四种药物/抗体的均相ADC。与母体抗体相比，ADC表现出相当的抗原结合亲和力，但未报道体内药理学特性。与传统的半胱氨酸偶联方法不同，抗体H链和L链之间的共价键得以保持，这有望提高交联ADC的稳定性。二溴吡哒嗪二酮类Maruaini及其同事后来发表了一种类似的交联方法，该方法使用包含双正交炔烃官能团的二溴吡咪嗪二酮接头。该接头旨在通过点击化学与两种不同的叠氮化物衍生物进行化学选择性偶联（方案5D）。多柔比星和荧光团均经过叠氮化物基团修饰，依次与赫赛汀偶联，得到具有四个有效载荷和四个荧光团的ADC。双标记ADC在血浆中稳定，并在μM浓度下选择性杀死Her2阳性BT474细胞。虽然没有报道ADC在体内的药理学特性，但结果表明，类似的策略可用于将两种不同的有效载荷与具有单个接头的抗体偶联。二溴马来酰亚胺为了确定链间半胱氨酸交联对ADC体内特性的影响，Behrens及其同事合成了一种单甲基auristatinF的衍生物，该衍生物含有二溴马来酰亚胺（DBM）接头，而不是传统的马来酰亚胺。DBM-MMAF有效载荷旨在交联链间半年胱氨酸，以与抗体形成二硫代马来酰亚胺键（方案6）。DBM-MMAF有效载荷与曲妥珠单抗和一种新型抗CD98抗体偶联，以获得具有四种药物/抗体的均相ADC。ADC在体外选择性地与表达抗原的细胞结合，具有与母体抗体相当的亲和力，并在亚纳摩尔浓度下抑制生长。将交联ADC在体内的药理学特性与使用常规马来酰亚胺（MC）接头合成的类似异质ADC进行了比较。结果表明，DBM接头直接从各种不同的抗体中产生均相ADC，无需重组工程。重要的是，DBM交联ADC比类似的常规异质ADC表现出更好的药代动力学、安全性和有效性。方案6.（a）通过半胱氨酸交联合成同相ADC（B）比较DBM交联ADC（蓝色）与类似常规ADC（红色）的疏水作用色谱（HIC）分析方案A链间二硫键用TCEP还原，然后与含有二溴马来酰亚胺DBM接头的有效载荷偶联，以获得具有4种药物/抗体的均相ADC。与之前讨论的大多数方法相比，DBM偶联方案需要的步骤更少，并且始终提供具有>90%DAR4的ADC。还原和偶联过程可以在室温下在一个罐中依次进行，不到3小时。与生成均相ADC的其他方法不同，无需使用过量试剂，并且该过程很容易扩展到克级。粗偶联混合物的缓冲液置换或膜过滤可提供高纯度的ADC。DBM交联方法是第一项将同质ADC与包含相同接头和与相同位点偶联的有效载荷的类似异质ADC直接进行比较的研究。由于从研究中有效地去除了其他已知影响ADC特性的变量，因此可以准确确定同质性和链间半胱氨酸交联的相对贡献。结果表明，相对于传统方法，使用DBM的链间交联不会对体内的ADC活性产生不利影响。此外，结果提供了令人信服的证据，证明同质ADC优于异质ADC，并验证了之前构建具有确定DAR的同质ADC的努力。讨论本文回顾的所有工艺都已成功用于构建比使用传统方法合成的ADC具有更好的均匀性。大多数方法利用重组抗体工程技术为位点特异性偶联引入独特的官能团。独特的官能团作为半胱氨酸和非天然氨基酸的点突变或作为酶识别标签引入。与非重组方法相比，这些重组工程方法具有多种潜在优势。例如，工程半胱氨酸可以掺入数十个不同的位点，对抗体的功能特性影响最小。这使得ADC能够针对偶联效率、接头稳定性和效力进行优化。工程非天然氨基酸由于可以引入多种不同的官能团而具有额外的优势。此外，非天然氨基酸能够研究各种新的接头化学成分，这是传统偶联工艺无法实现的。重组工艺提供的灵活性也可能是他们面临的最大挑战。偶联位点对ADC活性的重要性已得到充分证实，但在选择开发候选基因之前应考虑其他因素。在选择特定的偶联位点之前，需要考虑对抗体表达、偶联效率、接头稳定性、聚集和其他因素的潜在影响。这些因素最终可以决定ADC开发项目的成败。由于抗体具有许多相同的特性，因此似乎很可能会确定最佳偶联位点，这些位点在与不同的抗体一起使用时广泛有效。涉及抗体工程的工艺面临的其他潜在挑战包括开发时间和成本增加、工程序列标签的免疫原性、可扩展性以及使用尚未临床验证的新型接头和有效载荷。除了均匀性外，还观察到其他ADC特性（如效力、稳定性和半衰期）的改善。事实上，从这些过程中衍生的许多同质ADC在疗效和安全性研究中的性能优于传统的异质ADC。他们的成功在很大程度上归功于消除了传统ADC中存在的高DAR物质。总的来说，实验结果与这一结论一致，许多人会同意这些提高ADC同质性的努力已经取得了实质性进展。具有讽刺意味的是，大多数研究无法确定同质性对工程ADC性能改善的相对贡献，因为不能排除其他已知影响ADC活性的因素。例如，制备均相ADC的重组方法被设计为在与传统方法中使用的不同位置引入偶联位点。由于现在已经确定“位置很重要”，因此观察到的TDC（或NDC）和常规ADC对照之间的活性差异可能是由于不同的偶联位点造成的，而不是由于消除了高DAR物质。在比较均相和异质ADC时，酶介导的方法面临着类似的挑战，因为偶联位点不同。在得出有关均一性益处的结论之前，需要仔细控制其他变量，例如接头类型（可切割或不可切割）和有效载荷（美登新或PBD）。基于Linker的工艺更适合比较同质ADC和传统的异质ADC，因为它们使用相同的偶联位点。一旦仔细控制了可能影响ADC活性的其他变量，同质性的相对优势就首次显现出来，结果证实了提高ADC同质性的努力是一项值得的努力。这里回顾的大多数过程仍处于临床开发的早期阶段。所有方法都有优点和局限性，最终将决定哪种方法将成为制造同质ADC的首选工艺。目前尚不清楚哪种工艺会成为首选方法，但所有这些方法都为我们的知识库提供了有价值的信息，并导致ADC的药理学特性优于传统的异质ADC。我们未来的挑战将是应用这些知识来开发作为治疗剂更有效的ADC。我们合成同构ADC的能力为我们对ADC的未来持乐观态度提供了另一个理由。识别微信二维码，添加抗体圈小编，符合条件者即可加入抗体圈微信群！请注明：姓名+研究方向！本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。