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连接子最新研究进展文献解读之一 2022/04/28 10:35

近几年抗体偶联药物发展迅猛该项技术也在不断的成熟越来越多的企业布局ADC药物目前已有十几款ADC药物获批上市,八十多款ADC药物处于不同的临床试验阶段;抗体-药物偶联物(ADC)由单克隆抗体(mAb)、细胞毒性有效载荷和连接子组成本文主要介绍近几年连接子的研究应用进展希望对连接子的选择设计有一定的帮助;

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理想的连接子在循环系统中保持稳定并在肿瘤中释放细胞毒性有效载荷。然而,现有的连接子通常会非特异性地释放有效载荷从而可能导致脱靶毒性。因此,在ADC药物的设计中通过调整连接子的重要参数如偶联化学、连接子长度和连接子空间位阻等来实现ADC稳定性和有效载荷释放效率之间的平衡从而达到ADC药物预期的疗效。在过去几年中人们开发了许多新的连接子包括组织蛋白酶可裂解连接子、酸可裂解连接子、GSH可裂解连接子、Fe(II)可裂解连接子、新型酶可裂解连接子、光响应可裂解连接子和生物正交可裂解连接子。其中,组织蛋白酶、GSH和酸可裂解连接子已被充分研究并应用于获批的ADC药物中 [1]

组织蛋白酶可裂解连接子


2017年,Caculitan等人 [2] 发现缬氨酸瓜氨酸(Val-Cit)连接子对多种组织蛋白酶表现出广泛的敏感性包括组织蛋白酶B、组织蛋白酶K、组织蛋白酶L等。为了提高选择性Wei等人 [3] 设计了一种使用环丁烷-11-二甲酰胺(cBu)结构的连接子该结构主要依赖于组织蛋白酶B。

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在细胞内组织蛋白酶B抑制剂能够有效地抑制(超过75%)含cBu-Cit连接子的药物释放而组织蛋白酶K抑制剂没有显著的效果。相反传统的含Val-Cit的连接子似乎对所有单一蛋白酶抑制剂耐受(组织蛋白酶B、L和K的抑制剂均小于15%)。同时与含有Val-Cit连接子的ADC相比含有cBu-Cit连接子的ADC在体外表现出更大的肿瘤抑制作用。

此外肽连接子的优化不仅限于开发新的结构肽连接子可以通过最小的结构变化进行优化如氨基酸的类型和结构化学。一些研究将Val-Cit和Val-Ala二肽结构与MMAE的有效载荷连接进行了比较。在非内化抗体的情况下结合到工程化半胱氨酸的Val-Cit和Val-Ala连接子都表现出类似的特征并且比Val-Lys和Val-Arg类似物表现出更好的性能。在使用随机半胱氨酸结合的抗 Her2 ADC 的情况下与Val-Cit相比Val-Ala在高DAR结构中显示出较少的聚集性。另一方面,两种连接子显示出相似的缓冲稳定性、组织蛋白酶B释放效率、细胞活性和组织病理学特征 [4-6]

酸可裂解连接子


酸可裂解连接子利用肿瘤组织(4.0–5.0)和血浆(~7.4)之间的pH差异选择性地将有效载荷释放到肿瘤组织中 [7] 。这种策略在Mylotarg中取得了最早的临床成功后来被用于Besponsa2 [8, 9] 。然而,酸可裂解连接子的稳定性不足严重限制了它们在ADC中的应用苯酮衍生的腙连接子在人和小鼠血浆中的水解时间为t1/2=2 天。Sacituzumabgovitecan (Trodelvy) 的血清稳定性(包含酸可裂解碳酸酯接头)为 t1/2= 36 h 其结果也不太令人满意 [1 0] 。因此酸可裂解的抗体偶联药物需要更稳定的连接子或中度毒性的有效载荷。2019年,开发了一种新型的甲硅烷基醚连接子-高毒性的单甲基auristatinE(MMAE)偶联药物 [11]

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这种设计大大提高了酸可裂解连接子的稳定性有效支持高毒性有效载荷的酸可裂解抗体偶联药物。与传统的肼连接子和碳酸酯连接子相比新型甲硅烷基醚连接子-MMAE偶联药物在人血浆中的半衰期超过7天。这种新型的含有甲硅烷基醚连接子的ADC具有很强的细胞抑制活性(HER2+细胞系,IC50= 0.028-0.170 nmol/L)并且在小鼠异种移植模型中表现出比单克隆抗体更好的治疗效果。

GSH可裂解连接子

与血浆(~5µmol/L) 相比谷胱甘肽(GSH)可裂解连接子依赖于细胞质中更高水平的谷胱甘肽(1-10mmol/L) [12] 。二硫键最常用于这些连接子中。然而目前的二硫键构建体不能实现高循环稳定性和有效细胞内释放的完美结合。2017年Thomas等人 [13] 试图通过将小分子药物直接连接到THIOMAB抗体中的工程化半胱氨酸上来解决这个问题。

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通过直接连接到抗体对抗体的空间保护将增加循环稳定性。首先通过筛选共轭位点他们确定LC-K149C是二硫键的稳定共轭位点。体内稳定性研究表明当DM1通过二硫键与K149C连接时即使在7天后仍有超过50%的药物保持连接状态。一项体内功效研究表明这种新型抗CD22-DM1-ADC可以在人淋巴瘤肿瘤异种移植小鼠模型中以3mg/kg 的单剂量诱导肿瘤消退。此外这种新颖的Cys连接的二硫键共轭策略也可以通过插入自切割二硫键连接体应用于非硫醇有效载荷例如MMAE。同年,这种新策略被用于制备以PBD作为有效载荷的ADC [14]

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与马来酰亚胺肽(Val-Cit)-PBD-ADC相比新型二硫化物ADC在人非霍奇金淋巴瘤肿瘤异种移植小鼠模型中在多个剂量下表现出相似的活性。同时这种新型二硫化物-ADC的MTD高于Val-Cit-ADC。总之这些结果证明了新型连接子在改善生物物理特性和增加ADC治疗指数方面的潜力。

Fe(II)可裂解连接子

异常的铁代谢可以提高游离的亚铁水平 [15] 。基于这种策略,增加未结合的亚铁浓度已被用于前药设计 [16] 。2018年,Spangler等人 [17] 报道了一种Fe(II)反应性124-三氧戊环支架(TRX)连接子,并将此连接子用于ADC。

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TRX的O-O键和Fe(II)之间通过Fenton反应裂解连接子提供羰基中间体并通过β-消除释放有效载荷。

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在一项体外细胞毒性研究中含有TRX连接子的ADC在抗原阳性细胞(EC50= 0.07 nmol/L)中表现出与经典的含有Val-Cit连接子的ADC相似的活性。然而含有TRX连接子的ADC在抗原阴性MDA-MB-468细胞系中有显著毒性(EC50=0.61nmol/L)。这种不稳定性是由金刚烷部分与抗体上附近位点之间的非特异性相互作用引起的导致三氧戊环杂环裂解。研究人员打算通过在抗体和金刚烷之间添加惰性聚乙二醇(PEG)间隔物来避免ADC中的这种反应。

预知下文,敬请期待连接子最新研究进展文献解读之二。

参考文献

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1.Su Z, Xiao D, Xie F, Liu L, Wang Y, Fan S, Zhou X, Li S, et al.Antibody‒drug conjugates: Recent advances in linker chemistry, Acta Pharmaceutica Sinica B 2021;11:3889-3907.

2.Caculitan NG, Dela Cruz Chuh J, Ma Y, Zhang D, Kozak KR, Liu Y, et al. Cathepsin B is dispensable for cellular processing of cathepsin B-cleavable antibody‒drug conjugates. Cancer Res 2017; 77: 7027-37.

3.Wei B, Gunzner-Toste J, Yao H, Wang T, Wang J, Xu Z, et al. Discovery of peptidomimetic antibody‒drug conjugate linkers with enhanced protease specificity. J Med Chem 2018; 61: 989-1000.

4.Wang Y, Fan S, Zhong W, Zhou X, Li S. Development and properties of valine-alanine based antibody‒drug conjugates with monomethyl auristatin E as the potent payload. Int J Mol Sci 2017; 18: 1860.

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6.Salomon PL, Reid EE, Archer KE, Harris L, Maloney EK, Wilhelm AJ, et al. Optimizing lysosomal activation of antibody-drug conjugates (ADCs) by incorporation of novel cleavable dipeptide linkers. Mol Pharm 2019; 16: 4817-25.

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