抗体-药物偶联物 (ADC)是一种由单克隆抗体、连接子和毒素三部分构成的药物。由于ADC药物通过抗原抗体特异性结合的方式大大提高了给药特异性，抗体与肿瘤细胞膜上的特异性抗原结合，诱发胞吞作用，使抗体连同其上连接的细胞毒小分子进入细胞，随后经过溶酶体降解，小分子药物释放进入细胞并通过DNA插入或抑制微管合成等方式诱导细胞凋亡。它结合了抗体药和化药的作用优势，实现了对癌细胞的精准高效杀灭，已成为抗癌药物研发的热点之一。
看到ADC药物的三个部分，是不是有小伙伴会想起与之类似的protac分子。
ADC药物的概念由来已久，最早在1913年由Paul Ehrlich首次提出，但过往受限于其合成需要较高的技术门槛和长期的脱靶、特异性抗原的发现等技术难题， ADC行业发坎坷，后续科学家们就如何合成ADC药物、提高安全性、降低脱靶性和毒副作用进行了多年试验和不断迭代，因此直到近几年ADC药物才迎来快速发展。
ADC药物的技术创新
但是是随着生物，化学基础科学的进步和科研方法的进步，在进二十年一些技术的创新为ADC药物的研发助力提速，使得ADC药物的上市成为火热的赛道。
第三代定点偶联技术的发展，位点专一的ADC药物成为研究新趋势，其优势在于：随机偶联和定点偶联的主要区别是抗体DAR分布情况。DAR可能在0-8之间变化，因此，使用随机偶联会产生具有不同DAR的ADC的异质混合物，导致最终成品中ADC药物的有效性不一，影响药物整体疗效和剂量。而定点偶联的DAR较为明确，最终成品的一致性较高，各批次更加均一化，提高治疗窗口。
定点偶联技术主要有引入反应性半胱氨酸、二硫键改造、引入非天然氨基酸、酶催化法等。例如引入反应性半胱氨酸：将抗体分子中某一氨基酸残基突变成cys，再利用其与药物进行特异性偶联而合成ADC，消除链间二硫键破坏带来的影响，使用该方法的Genentech公司的Thiomab技术、Seattle公司的Engineered cysteine mAbs等。Thiomab采用基因工程技术在抗体特定位置处插入半胱氨酸残基，然后将半胱氨酸上的巯基和药物分子偶联合成位点专一的抗体−药物偶联物，其中抗体偶联比(DAR)为2的产物高达92.1%，这种定点偶联的方式既不会干扰免疫球蛋白折叠和组装, 也不会改变抗体和抗原的结合模式。
目前处于研发阶段的ADC药物中，研发热度最高的主要是肿瘤特异性较高并且已有上市产品的成熟靶点，例如实体瘤中的HER2、 TROP2、Nectin4、EGFR，以及血液瘤中的CD22、BCMA、CD19和CD20等，这类得到验证的靶点赛道已较为拥挤。伴随基础研究的推进，目前ADC靶点的选择逐渐开始向创新靶点延伸，并基于药物作用机制的特殊性，开始探索 ADC 特有靶点，例如从血液瘤转移到实体瘤，寻找合适的药物靶点成为 ADC研发企业当然竞争的热点，目前ADC已上市药物中最主要的靶点为HER2和CD家族，TROP2和BCMA靶点2020年也均有ADC药物上市，验证了这两个靶点的可行性，未来有望成为ADC新潮流，此外还有更多的新型靶点在临床2-3期实验中，如叶酸受体、CA6、结合素-4等
ADC药物的三部分合成研发分享
与protac分子三部分类似，ADC药物包括抗体（Antibody）、连接链（linker）、细胞毒素（Payload）三部分。抗体（Antibody）是能够精准“锚定”癌细胞的单克隆抗体，细胞毒素（Payload）则是高活性的小分子化疗药物也就是毒素分子，最后通过一个化学连接子连接链（linker）把两者整合起来。
抗体
抗体相当于ADC药物的“制导装置”，通过与肿瘤细胞表面特有的抗原结合来实现ADC特异性杀伤肿瘤细胞的效果。
mAb依据其靶点的不同可以在体内发挥多种作用机制：靶受体中和和下调、阻断信号传导、免疫检查点抑制、和抗体介导的细胞毒性等。为了最大限度地减少脱靶毒性，理想的靶点抗原应在肿瘤细胞（ 或其他靶细胞 ）上均匀的高水平分布，而在健康的组织细胞中却不表达或低表达。
比如上市的ADC药物常用的四个靶点抗原CD22、CD33、CD30 和 CD79都是只在靶细胞中表达。
而且，抗原最好也不易从靶细胞上脱落，否则当它们游离在循环系统中会与抗体结合而消耗ADC，从而使大部分药物达不到目标组织。此外，为了实现最低的免疫原性，mAb通常选择人源化或全人源的抗体。
人体内的 抗体 可分为五类：IgA 、 IgD 、 IgE 、 IgG 和 IgM （IgG是免疫球蛋白G(Immunoglobulin G，IgG)的缩写，它们的重链结构不同，并具有不同的效应器功能。
血液中含量最多的抗体是IgG(约75%)，也是抗感染的主力军。它能够促进巨噬细胞的吞噬作用，同时还具有活化补体的功能。IgG独有的特点是能够通过胎盘，在母体和胎儿之问移动，在新生儿IgE是正常人血清中含量最少的抗体，它能够与肥大细胞、嗜碱性细胞紧密结合，使它们释放出引发炎症的物质，IgG又可以进一步细分为IgG1、IgG2、IgG3和IgG4，它是在临床治疗中被最广泛应用的一类免疫球蛋白。
IgG 抗体由两条重链和两条轻链组成。它有两个介导抗原识别的抗原结合片段 ( Fab ) 和一个介导抗体与免疫系统效应细胞结合的恒定片段 ( Fc )。而Fab中包括的Fv 片段是抗体的最小结合单位，由轻链和重链可变结构域组成，两条链通过柔性肽接头连接在一起。
药物抗体比（DAR），即连接在单抗上的药物分子数量，DAR决定了ADC药物的的药代动力学、药效力和毒性。在传统的随机药物偶联策略中，不同DAR值的药物是混在一起的，每个抗体的 DAR 可能在 0 到 8 个细胞毒性有效载荷之间变化。DAR的异质性会导致药代动力学、功效和安全性的异质性，会产生药物结构不稳定、脱靶毒性增加、药物聚集等不利于后期研发的问题。因此，为了使DAR纯度更高，位点特异性偶联 (SSC) 的策略被采用，这些策略包括：工程化半胱氨酸残基的插入、抗体序列中非天然氨基酸的插入、通过糖转移酶和转谷氨酰胺酶的酶促结合等。
连接子
连接子 （ Linker ）是将细胞毒性荷载与单克隆抗体相连接的化学结构。从成本和生产难度考虑，连接子首先要易于与抗体和荷载进行连接，此外，建立的这种共价连接既需要在循环系统中保持稳定，又需要在靶细胞的内吞作用之后容易被水解从而释放药物有效组分。此外，连接子虽然不长，但是也会一定程度的影响ADC药物的药效学和药代动力学特性。
当抗体介导ADC到达细胞之后，ADC通过细胞内吞作用进入，连接子与细胞毒性荷载的连接处通过水解等方式被切断，从而释放出细胞毒性物质以便其行使功能。按照连接子在细胞内的水解方式，可以将其分为可切割和不可切割两类。
可切割连接子是通过细胞中的生理条件来释放细胞毒性物质的，依据细胞内环境的不同又可以进一步细分为酸敏感、蛋白酶敏感或谷胱甘肽敏感的可切割连接子。它们通常在血液中稳定，但在低pH和富含蛋白酶的溶酶体环境中会快速裂解，释放效应分子。此外，如果效应分子可以跨膜，则可通过发挥潜在的旁观者效应消灭肿瘤
而不可切割的连接子只有借助细胞的溶酶体中才能被降解，因而，相比于可切割的连接子，不可切割连接子ADC药物在血液中具有更长的半衰期和更低的脱靶毒性。
组织蛋白酶可切割连接子
酸可切割连接子
GSH可切割连接子
Fe(II)可切割连接子
来源：https://www.1633.com/article/67875.html
细胞毒性荷载
细胞毒性荷载 （ Cytotoxic payloads ）是 ADC 中真正起到疗效的成分，这些荷载在被水解切割之后成为活性很强的药物，因此也被称为warhead（弹头），目前已公布种类超过130余种。
ADC对连接的毒素的其他要求包括：
1、足够的水溶性及血清中的稳定性，因为ADC可能在体内循环数日；
2、必须有能够用来与Linker偶联的官能团；
3、必须对溶酶体的酶降解反应不敏感；
4、减少聚合效应（亲脂物质易于发生）并改变ADC与pGp（permeability glycoprotein，药物外排泵，易与亲脂结合）的互相作用，后者是肿瘤细胞的多向性抗药（MDR）的主要成因。
此外，对于cleavable linker ADC，旁效应要毒素杀死靶细胞后再出入细胞膜杀死周边细胞，需要毒素有一定脂水分配系数（LogP）及正/中性电荷。
ADC药物使用的毒素的共同点为极高的毒性和很小的选择性，这使它们难以单独作为小分子药物使用。这些毒素过去往往作为化药进行研究过，但是由于TI太小及后期出现的毒性（late emerging toxicity）而放弃。
如临床上应用的喜树碱以DXd和SN-38为代表。
卡齐霉素
安曲霉属
抗肿瘤ADC 药物开发中常用的细胞毒性荷载主要集中于两种：一个是DNA损伤药物，另一个是微管蛋白抑制剂。
除了细胞毒性外，能作为有效载荷的药物在选择时仍需考虑其共轭性、溶解性和稳定性。药物分子结构应易于与连接子结合，此外，由于 ADC通常是经静脉给药，因而药物的可溶性和血液中的长期稳定性也至关重要。
ADC药物的双刃剑“旁杀伤效应(旁观者效应)”
ADC发挥作用的主要步骤包括:1)ADC与肿瘤细胞靶抗原结合；2)通过内化进入肿瘤细胞；3)溶酶体降解；4)释放细胞毒性负荷。ADC的使用过程中，部分ADC中的细胞毒性药物会导致肿瘤细胞周围的抗原阴性(Ag-)肿瘤细胞死亡，我们称之为旁杀伤效应(旁观者效应，Bystander Killing Effect)。同时也能直接杀死抗原阳性(Ag+)肿瘤细胞。
1. 细胞毒素的性质。极性低的毒素容易穿透细胞膜，因此在肿瘤细胞内释放并作用后，仍有可能通过细胞膜扩散至肿瘤外部，从而作用于周围细胞产生旁杀伤效应(图2, ①②③④⑤⑥)，极性高的毒素难以穿透细胞膜。2. 胞外酶切割。在药物进入细胞之前，链接分子被周围的肿瘤细胞和肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)释放的胞外酶(如组织蛋白酶B)切割，药物从ADC分子中游离出来。这种游离药物可以穿透肿瘤细胞周围的细胞，导致细胞死亡(图2, ⑦⑧)。3. ADC结合的靶肿瘤细胞可能通过fc介导的吞噬作用被内化(9)，在靶肿瘤细胞降解后，也会导致游离的、可扩散的药物的释放(图2, ⑨⑩)[2]。
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