ADC到底是什么？（十五）毒素的修养

ADC的复杂结构有时如同战斗机一样看起来超级酷，但真正杀敌的还是里面坐着的那位不太显眼的飞行员。ADC本质是个改变毒素分布的技术，毒素是核心。ADC毒素既要有基本成药性质，比如要有足够化学稳定性、溶解度等，也要遵循小分子药物的基本规律，比如在肿瘤细胞内的游离药物浓度要超过杀伤浓度，而在任何正常细胞内的游离药物浓度要低于在该类细胞的毒性浓度。但是ADC对毒素分布的影响非常深刻，所以ADC毒素和小分子化疗药物也有一些本质区别。今天主要从活性、机制、PK这几个角度讲一讲ADC毒素需要具备的素质。

1.高活性的负担

早期ADC设计因为没有预料到大部分毒素会在正常组织释放、以及每个抗体药物只能携带少量毒素，所以高活性是一个主要门槛。但是后来发现由于各种已知未知原因，99%以上ADC毒素是在正常组织里释放的。这是个巨大分布负担，要求ADC毒素不能把所有安全问题都交给抗体导航、而是自己也应该有一定安全窗口。否则因为多数时间在正常组织中游荡难免惹出是非，即使HER2这样的高密度抗原如果毒素使用不当也经常失败。不要把抗体导航想成博尔特的双腿，安在任何人身上都能拿奥运金牌。而是把它当作一款优质跑鞋，只能让职业运动员增加一点获胜几率。

因为高活性几乎总是与高毒性同行（这也是ADC技术诞生的原因），所以高活性毒素还有一个负担就是ADC耐受剂量可能过低。低剂量令ADC进入肿瘤微环境效率下降，进一步加剧了毒素在正常组织的释放。剂量太低还有一个不良后果就是抗体部分因为无法达到治疗剂量，失去了与毒素一起围剿肿瘤的机会。现在的ADC毒素活性尽量能让抗体部分接近治疗剂量，绝对剂量能够达到3-5mpk以上、以保证浸润肿瘤微环境能力。

2.杀伤机制是核心

肿瘤杀伤机制是毒素设计的最关键考虑，当然这是超越ADC、所有药物的设计核心。绝大多数抗肿瘤新机制在患者无法实现足够治疗窗口，即使在临床筛选到的成功抗癌药真正工作机制也不是我们设计的。理论上毒素最好能与抗体形成合成致死局面、即抗体和毒素效应同时存在才会有杀伤，这样会显著降低脱靶毒性这个ADC药物最主要的毒性来源，比如通过Fc受体内吞释放的毒素因为没有抗体介导效应就不会有毒性。但是这样的机制很难寻找和验证，即使找到也会限制适用人群。

另一个选择毒素工作机制需要考虑的事情是胞内靶点浓度。因为ADC通常只能递送较低量毒素进入细胞，所以靶点浓度是个现实问题。靶点蛋白浓度最高不能超过胞内毒素浓度，否则毒素不可能完全控制靶点（除非是PROTAC这样的降解技术）。这与抗原的要求相反、抗原密度越高越好。比如HER2作为ADC抗体靶点非常理想，但作为ADC毒素靶点则很不称职，因为胞内浓度太高即使不可逆抑制剂也会漏掉一些靶点。

另一个考虑是毒素机制否容易产生耐药。几乎所有的抗癌药都会产生耐药，但程度还是有差别的。比如激酶抑制剂各个会耐药，但免疫疗法则因为免疫记忆会有一些超长期应答。另一个可靠避免耐药的策略是快速斩草除根，少数晚期肿瘤也是可以治愈的。组合疗法杀伤更彻底，所以现在有人做双弹头ADC。一些非化疗杀伤机制如核药、光动力疗法、免疫ADC（ISAC）也是前沿，但是这些技术也是各有各的难念经。

PROTAC是现在小分子药物的一个热门领域，因为可以彻底降解靶点蛋白所以可以终止靶点所有生物学功能、而抑制剂通常只能阻断催化功能。理论上催化剂量PROTAC即可有效，所以胞内递送通量压力较小、也可以降解高浓度靶点。PROTAC通常过膜性较差、口服吸收不好，而半衰期较短因此注射依从性有问题。这些性质似乎令PROTAC成为一个理想ADC毒素，因为PROTAC主要缺陷都可以通过与抗体偶联得到弥补。

但是PROTAC ADC也有一些理论上的劣势。比如你ADC都已经进入敌人大本营了就不用那么文明了，你杀的这么斯文一是没有必要、二是容易产生耐药。一个可能场景是只杀伤PROTAC靶点表达的细胞，这样即使ADC误闯无靶点的正常细胞也不会造成杀伤或杀伤慢很多。但肿瘤特异靶点很罕见，如果有的话不需要抗体导航也基本能成药。即使有这样靶点，PROTAC也选择性要足够高、否则脱靶毒性同样搞死你。

当然也有磷酸酶这样不可成药靶点，磷酸酶PROTAC没有辅助过膜技术根本没机会见到靶点、或许做成ADC有一定机会。不过磷酸酶所有细胞里都有，而且高选择性磷酸酶PROTAC不仅很难设计、就连评价体系都不完整，安全窗是个难题。这类PROTAC因为过膜性极差，所以无论进入肿瘤还是正常细胞都没有留出逃跑路径、属于破釜沉舟式杀伤，这对正常组织损伤会比DXd这样可以自由进出细胞的毒素更大。如同孙悟空找芭蕉扇钻进你肚子里，不把你折腾个半死是不会出来的、但多数时候折腾的并不是铁扇公主。这类PROTAC基本不会有旁观者杀伤，所以对抗原阴性细胞、药物不可及细胞和病灶无能为力，在一定程度上变成一个静脉给药的局部疗法。

3.“反成药”的特殊药代

小分子化疗药物成药性我们已经有大量经验，比如半衰期不能太短等。但ADC毒素只要连在抗体上就可以过着太平日子，不用考虑排泄、甚至肝代谢问题。ADC理论上在肿瘤释放毒素，离开肿瘤后就不再参与肿瘤杀伤（但实际上有些ADC在治疗剂量下毒素的血药浓度是达到或超过毒素自己的杀伤浓度的），所以毒素药代性质与作为小分子化疗药单独使用要求不同了、有时截然相反。比如毒素失去抗体靠山后最好经过肝肾等器官就立刻被代谢失活或彻底从机体排出，类似上回说到的软药设计。现在也有人在开发毒素中和抗体，把健康组织和循环系统中的毒素都中和掉、对毒素来说相当于人造肾脏。

以前讲过毒素要平衡在肿瘤微环境滞留时间与过膜能力以最大化旁观者杀伤效率，因为这两个性质经常是相互矛盾的（增加滞留时间的结构改造会降低过膜能力）。毒素也要平衡胞内停留时间与肿瘤杀伤速度，这些药代性质与毒素的理化性质、肿瘤细胞外排泵活跃程度、肿瘤对毒素敏感性、微环境组织结构等因素有关，纸上说起来容易、实际优化难度很大。还有一些细节比如毒素进到胞内后要先到溶酶体挨一百杀威棒，有多肽特征的毒素如Carfilzomib在溶酶体内会被降解失活所以不适合当ADC毒素。

还有一些毒素过度设计没有考虑到ADC杀伤如同阿汤哥偷袭敌人指挥部，虽然超级大黄蜂可以把你送进去、但是你只有很短时间完成核心任务，如果工作机制过于复杂很可能还没有搭好工作台就已经被击落了。毒素必须能与抗体能和平共处，主要是不要造成抗体形成聚合物，这个优化目标可以通过调节毒素本身或者链接子的理化性质实现。

4. 小结：“it's not the plane, it's the pilot”

总之毒素是ADC杀伤的操盘手、是坐在战斗机里的真正杀手。ADC毒素与小分子化疗药物分布完全不同，因此产生了新颖药理毒理效应。毒素之所以显得没有那么重要是因为大师兄画的保护圈、即临床筛出优质毒素附近的化学空间基本都可用。我们离理性设计和评价全新机制ADC毒素还有距离，这虽然有点伤自尊但也是行业一个重要机遇。

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