研究抗体偶联药物（ADC）的小分子毒素释放和代谢的策略和方法

文章
2023-05-24

ADC即抗体偶联药物，是一类将单克隆抗体与数个毒性较强的小分子毒素通过化学连接子偶联后形成的偶联物。ADC是一种新型的肿瘤治疗药物，截止22年底，共有15款ADC在全球上市，特别是在2019年至今共有10款ADC获批，引发了ADC开发的新一轮热潮。

ADC由三部分组成，克隆抗体、小分子毒素和连接子。ADC新药研发成功有两个关键因素：

第一，ADC在血液循环中需要具有一定的稳定性并有选择性的进攻肿瘤细胞，被肿瘤细胞内吞后迅速释放小分子毒素。如果ADC在血液循环中稳定性较差或者过多地分布在其他组织中，就会产生严重的毒性。

第二，ADC在肿瘤细胞中释放的小分子毒素一定要有强大的细胞毒性，这样才能快速杀死肿瘤细胞。

图1.抗体偶联药物结构

一、ADC药物的药代动力学研究特点

从药代动力学的角度看，ADC研发有两个特点：

第一个特点是ADC的药代动力学研究难度大，且无指导原则可遵循。ADC是新型药物，行业中对ADC的人体药代动力学性质了解非常少，至今为止尚无药企对ADC药物开展过人体放射性同位素实验。另外，至今为止美国FDA和全球ICH组织都未制定专门研究ADC药代动力学研究的指导原则。ADC是大分子和小分子的结合体，需要开展大小分子的药代动力学研究。

第二个特点是小分子毒素的释放和代谢研究特别重要。小分子毒素在靶器官的释放和浓度与ADC的疗效直接有关，小分子毒素在非靶组织的释放与ADC的毒性又直接关联。ADC的药物相互作用（Drug-Drug Interaction，DDI）也与小分子毒素的暴露、代谢和排泄相关。

图2.ADC药物研究的难度与重要性

2022年7月6日，中国国家药品监督管理局药品审评中心（Center for Drug Evaluation, CDE）公开征求《抗体偶联药物非临床研究技术指导原则（征求意见稿）》的意见^[1]。在此征求意见稿中，介绍了ADC药物的临床前药代动力学研究内容。主要分为三个部分，分别为针对ADC、新型游离小分子化合物以及新型连接子的相应研究。其中游离小分子化合物是指未与抗体偶联的小分子化合物，包括荷载小分子毒素和裂解后带有连接子或部分连接子的荷载小分子毒素。那么，如何确定一个新的ADC药物需要研究哪种游离小分子化合物，在药代动力学研究的章节并没有说明。但是在药理学研究部分，有如下阐释：“在早期研究中应获得内化、裂解以及裂解后主要的游离小分子化合物或药理活性代谢物等信息，为药代动力学/毒代动力学等研究的检测或评价目标提供数据支持。”也就是说，了解需要研究哪种游离小分子化合物，首先需要了解ADC的小分子毒素释放及代谢特征。

二、ADC药物的药代动力学研究策略

近年来，全球医药健康行业的ADC开发项目如雨后春笋，药明康德DMPK部门专门组建了ADC新药研发的团队，对已经在FDA批准上市的ADC新药所开展的药代动力学实验及其所采用的方法进行了研究和总结。

我们把ADC药代动力学研究分成ADME、体外DDI、PK/TK和生物分析四项主要内容。这四方面的研究在新药的发现阶段，临床前阶段和临床阶段都各有侧重点。ADC的新药研发所涉及到的药代动力学研究内容非常多，但是我们认为ADC的药代动力学研究应有所选择。药明康德DMPK团队会根据小分子毒素的结构有的放矢的对每个ADC的项目提出专门的药代动力学研究策略和具体的实验方案，加速药物的研发和注册申报。

图3

通过大量的文献阅读和对已上市ADC新药的药代动力学数据的分析，以及对所开展的实验进行总结,我们认为ADC的药代动力学研究需要满足以下四项特殊的要求：

需要有开展小分子和大分子药代动力学研究的能力。
需要有全面的ADME和生物分析实验条件和能力包括小动物、大动物的实验能力、大小分子的生物分析、体外DDI、体内外的代谢产物鉴定，以及放射性同位素ADME实验能力。
因为缺少详细的法规部门指导原则，需要根据ADC的结构和对新药有效性、安全性的需求，有的放矢的设计整个药代动力学研究的策略和每项实验的具体方案。
ADC的药代动力学研究是大兵团作战，需要优秀的项目管理能力，以及多部门组织协调能力和经验。

ADC的类型

正如前面提到的，ADC小分子毒素在非靶组织的释放、代谢和清除与ADC毒性以及DDI有紧密的关系。根据小分子连接抗体的结构，ADC可以分为两种类型。

第一种类型称为断裂型ADC，在溶酶体酶的催化下，或在酸性条件下，小分子毒素会从这类ADC中释放出来，其释放的小分子毒素的结构是相对明确的。

第二种类型的ADC称为非断裂型ADC，这类ADC通过抗体部分降解释放出含有与部分肽链或者氨基酸结合的小分子毒素，这些小分子毒素的结构是未知的。从ADC释放出来的小分子毒素在非靶组织的暴露可能会产生毒性，如果它们的代谢或清除受到代谢酶抑制剂的影响，就会增加它们的系统暴露量，从而引起毒性作用。

图4.ADC的小分子毒素释放

为了支持客户的ADC项目，药明康德DMPK ADC团队，专门创立了研究ADC小分子毒素释放和代谢的策略、流程和方法。对断裂型ADC，采用ADC体外代谢系统确立小分子毒素释放是否按照ADC设计所进行；对非断裂型ADC，采用同样的代谢系统寻找和鉴定通过蛋白水解产生的与小分子毒素相关的化学物质。

当释放的小分子鉴定完成以后，我们会评估这些小分子化合物是否有已经研究过的药代动力学数据，如果有，就不必开展针对小分子化合物的ADME和DDI研究。如果是新的小分子化合物，就必须开展一系列实验。

这些实验主要集中在两个方面，第一个方面是小分子化合物的代谢产物鉴定，包括体外多种属代谢物比较、动物ADME研究和人血浆中小分子代谢物鉴定的工作，第二个方面是体外的DDI研究，包括CYP450酶的诱导和抑制，以及药物转运体的表型鉴定。

这些研究所得到的结果为ADC药物的研发和注册申报提供科学依据，例如指导毒理种属的选择，代谢酶遗传多态性研究，临床DDI的实验设计以及针对特殊人群的研究等。

药明康德DMPK依托在中国（上海、苏州、南京和南通）和美国（新泽西）的研发中心，提供从早期筛选、临床前开发、到临床研究阶段的综合型药代动力学服务，助力您快速推进药物研发流程。拥有上千人的研发团队，服务超1500家全球客户，具有超过十五年的新药申报经验，已成功支持超过1200个新药临床研究申请（IND）。

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作者：马利萍，王洁，赵楠，李瑞兴，朱明社

编辑：方健

设计：倪德伟