多肽偶联药物（PDC）介绍及其药代动力学研究策略

时至今日，传统经典的化疗药物如紫杉醇、多柔比星等在癌症治疗领域仍然发挥着重要的作用，取得了明显的治疗效果，但副作用也同样显著。究其原因，化疗药物无差别地毒害肿瘤细胞和人体的正常细胞。早在1913年，德国科学家Paul Ehrlich就提出了“生物导弹”的设想：如果将毒性药物安装在特异性靶向肿瘤细胞的载体上，便可能实现在不伤害正常细胞的前提下精确杀死癌细胞。2000年，第一个抗体偶联药物（antibody-drug conjugate，ADC）上市，标志着“生物导弹”的概念成功付诸实践。截止到今，FDA批准的ADC总数已达到十余个。尽管ADC的治疗仍在继续取得进展，但这些疗法仍存一些问题。比如，ADC的复杂结构导致生产成本高；ADC的半衰期较长，长时间暴露在血浆中容易有系统毒性。鉴于此，多肽偶联药物PDC(peptide-drug conjugate)乘势而起，PDC由归巢肽（homing peptide）、链接子（linker）和载荷药物（payload）三部分组成。PDC利用归巢肽与肿瘤表面受体的高亲和性，将载荷药物定向递送至靶点。

图1. PDC的结构示例^[1]

一、PDC的payload形成

PDC的payload可以是不同的药物形式。

❖可以是常规的化疗药物，比如紫杉醇、吉西他滨等。

❖也可以是放射性核素，用于疾病的精确诊断和肿瘤的靶向放疗。用于诊断的放射性同位素包括氟-18(18F)、铜-64(64Cu)、镓-68(68Ga)）和碘-123(123I)等。这些放射性同位素与靶向肽偶联，通过与肿瘤细胞上的靶向受体结合，检测放射性同位素释放的正电子来精确定位恶性组织。当靶向肽链接放射性核素如铟-111(111In)，钇-90(90Y)和镥-177(177Lu)时，PDC作为靶向放疗药物。

❖用于PDC的其他Payload还包括蛋白、抗体、多肽和核酸等。2021年7月Bicycle Therapeutics与Ionis Pharmaceuticals，Alnylam Pharmaceuticals和PeptiDream公司均达成合作，共同开发多肽偶联核酸药物。Bicycle Therapeutics开发的BT7480的靶向肽上偶联了一个CD137的受体，同时靶向免疫细胞，起到招募免疫细胞杀死肿瘤细胞的目的^[3]。最近报道了PROTAC与靶向肽偶联的新型分子^[4]。

图2. PDC的Payload类型^[2]

二、PDC药物的优势

PDC与ADC有异曲同工之妙，但PDC则在某种程度上克服ADC的一些缺陷。与ADC药物相比，PDC药物分子量更小，具有更好的组织穿透性，没有免疫原性或较低；另外与抗体复杂的生产工艺相比，PDC更易合成、纯化和鉴定，成本也较低。近年来，随着环化技术、噬菌体展示技术和mRNA展示技术应用于靶向肽的筛选， PDC药物的开发迎来了加速发展。PDC有望成为继小分子靶向药、抗体药物、ADC之后的下一代靶向药物。

表1. PDC与传统化疗药物和ADC的比较

三、PDC药物全球研发进展

目前已有多款PDC药物处于临床阶段，表2列出了部分代表性的在研PDC药物。获批上市的PDC药物见表3。

表2.临床阶段在研PDC药物

表3. 已获批PDC药物一览 *2021年10月撤市

四、多肽偶联药物（PDC）的药代动力学特点

1、Absorption 吸收

相对于传统的小分子，PDC的分子量相对较大，渗透性差。由于其多肽在胃肠道的不稳定，目前上市和在临床阶段的PDC采用静脉注射给药，不涉及吸收过程 。也可经皮下或肌肉注射给药进入血液或淋巴系统。

PDC作为药物的最大的缺点是它们在体内的稳定性差和半衰期短，因为在血液中多肽会被蛋白酶快速降解和易被肾脏清除，特别是在实体瘤的治疗中，需要延长PDC的循环，以使PDC充分渗透到肿瘤组织中。目前， 对多肽进行修饰是增强稳定性和延长半衰期的重要策略。

2、Distribution 分布

PDC的多肽分为两类：细胞靶向肽（Cell-targeting peptides (CTPs)）和细胞穿透肽（Cell Penetrating Peptides (CPPs)），细胞穿透肽（CPPs）由于对细胞的特异性较差，现在基本不作为PDC的归巢肽。PDC靶向肿瘤有两种方式：1）PDC结合肿瘤细胞表面过表达的受体，通过内吞的方式进入细胞，被细胞内的溶酶体俘获，在溶酶体内释放毒素；2）PDC在到达肿瘤环境条件下释放出毒素，毒素进入肿瘤细胞中杀死肿瘤细胞。

图3. PDC靶向肿瘤方式^[1]

3、Metabolism 代谢

PDC在体内主要有三种代谢途径^[5]：

靶点介导的药物消除（target-mediated drug disposition，TMDD）

TMDD是特异性消除途径。PDC可以与靶细胞表面受体结合并被内吞进入细胞，在溶酶体中被降解成为氨基酸及肽段。但细胞表面的靶点数量通常有限，因此TMDD 具有可饱和性并使药物的药动学特征呈非线性。

非特异性代谢途径

非靶标介导的非特异性代谢过程，如蛋白酶的水解和非特异性胞饮作用，通常会导致小分子细胞毒素释放至非预期靶点，导致脱靶的副作用。

PDC药物的免疫原性

PDC可能会导致免疫原性，可以刺激机体产生抗药抗体(anti-drug antibodies, ADA)，ADA的中和作用会成为PDC的另一种消除机制，药物与ADA 结合形成的复合物被免疫系统清除。值得注意的是，在临床前动物体内发现的免疫原性或ADA反应不能预测人类的ADA反应。

4、Excretion 排泄  

PDC的分子量远小于肾小球的过滤阈值（60 kDa），因此容易被肾脏快速清除，使细胞毒素无法在肿瘤达到有效积累。因此，需要对PDC的归巢肽进行改造或化学修饰，提高PDC在人体内的稳定性，延长其半衰期。

肾脏排泄可能是某些多肽或PDC药物的体内主要清除途径。这种情况下需要特别注意的是，经IV给药后由非房室模型分析（Non-compartmental Analysis, NCA）计算出的清除率（Clearance）不能以肝血流量为参考判断体内清除的快慢，而应参考药物的肾小球滤过率^[6]。

五、PDC药物开发过程中的挑战

尽管有ADC药物开发的诸多经验，但PDC药物的开发并不是康庄大道，而是机遇和挑战并存。与ADC相比，多肽的组织特异性以及肿瘤靶向性稍有逊色，给靶向肽的筛选带来很大的挑战。同时，由于多肽的稳定性较差，口服给药增加了不小难度。PDC还有分析难点和潜在的脱靶效应。

图4. PDC药物开发过程中的挑战

六、多肽偶联药物（PDC）的药代动力学研究策略

PDC本质上是利用靶向策略来递送药物，兼具大分子和小分子的药物性质。由于PDC的稳定性和靶向性相对较差，需要特别关注payload的潜在毒性。

表4. PDC药物的DMPK评价策略 *Payload为细胞毒药物，Peptide指PDC的归巢肽部分

在药物筛选阶段，DMPK研究的主要内容是提高Peptide和PDC在全血、血浆以及肾匀浆液中的稳定性，同时通过体外和体内的代谢产物鉴定继续优化PDC的结构，以提高稳定性和半衰期。建议在项目开发早期开展啮齿类动物的组织分布研究，以评估payload对不同器官的潜在毒性。

在临床候选化合物阶段，需要寻找合适的体外模型评估和验证payload在体内的释放。在体内实验中，需要同时检测PDC和payload的血药浓度。在重复给药的情况下，最好监测ADA效应。在PD种属中开展组织分布实验，以评估PDC的靶向性。

在临床申报阶段，如果payload是全新的，需要对payload进行较全面的体外评估。建议用14C标记的PDC药物评估啮齿动物中的组织分布和物质平衡。

七、药明康德DMPK PDC药代动力学研究平台

1、PDC的血浆蛋白结合的测试方法

PDC的血浆蛋白结合一般是高结合，非特异性吸附问题严重。常用的平衡透析可能不太适合。可以用超速离心法或稀释血浆的方法研究PDC的血浆蛋白结合。

2、PDC的生物分析

PDC可能存在稳定性和吸附性问题。PDC因多肽部分具有多电荷态、灵敏度低、低的提取回收率、内源性干扰等分析问题，药明康德DMPK的液相色谱-串联质谱法（LC-MS）分析平台配备多台高分辨质谱仪，对解决这些问题有丰富的经验。

对于有些偶联cleavable linker的PDC，体内PK实验的血浆基质最好采集后立即沉淀得到上清，因为这些PDC可能会有冻融稳定性问题（freeze-thaw stability）,应特别注意。

另外，由于Payload毒性较强，一般要求在正常组织里的浓度保持非常低的水平。这对payload的检测下限提出了更高的要求，最好能达到pg/mL的水平。药明康德DMPK分析测试平台除了配置高灵敏度的质谱检测仪器，各种组织的匀浆也积累了丰富的经验，助力降低Payload的检测下限。

3、PDC的免疫原性分析

FDA要求提交多肽类药物IND申请时，应该评估多肽的免疫原性。PDC和多肽有相似的分子量和尺寸，因而也应该进行免疫原性考察。免疫原性的研究要求和方法可同等参考蛋白免疫原性的相关指导原则。药明康德DMPK 的MSD平台用于可以测定大分子药物的抗药抗体（Anti-Drug Antibody, ADA），其中包括了筛选试验、确证试验和滴度试验。

4、PDC的代谢产物鉴定（Met ID）

对于评估PDC的内吞和Payload的释放，我们有不同的体外模型，如肝S9，溶酶体，血浆、全血和肿瘤细胞等。体内的模型有体内血浆或血清样品，荷瘤动物等。在这些模型中可以开展PDC的MID研究以评估PDC的内吞和payload的释放。

图5. PDC药物相关的检测仪器

总结与展望

PDC药物的设计融合了靶向肽和不同分子类型药物的优势，近些年随着核素治疗药物和核素检测试剂的监管批准^[7]，证明了这类药物的优势。在研的临床管线也显示出令人鼓舞的临床结果。随着各种分子实体和靶向肽的偶联，PDC药物长路浩荡，星辰大海，未来可期。

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：程起干，马利萍，金晶

编辑：方健，钱卉娟

设计：倪德伟