抗體-藥物偶聯(lián)物(ADCs)通過靶向遞送細(xì)胞毒性藥物革新了腫瘤治療領(lǐng)域。然而,有效載荷多樣性不足和耐藥機(jī)制的出現(xiàn)使研究者不斷探索新的有效載荷模式。分子膠-抗體偶聯(lián)物(MACs)利用分子膠作為有效載荷,代表了該領(lǐng)域的突破性進(jìn)展。通過發(fā)揮分子膠的催化、驅(qū)動(dòng)特性,MACs展現(xiàn)出更高的療效、更低的脫靶效應(yīng)和更優(yōu)的治療指數(shù)。
本文章探討了MACs的作用機(jī)制、研究進(jìn)展及其超越傳統(tǒng)ADCs和分子膠的潛力,同時(shí)分析了開發(fā)挑戰(zhàn)和未來方向。
一. 分子膠與ADC的聯(lián)用
通過利用抗體的腫瘤靶向特異性,ADCs能夠?qū)⒓?xì)胞毒性藥物精準(zhǔn)遞送至惡性組織,從而在最大化治療效果的同時(shí)降低全身毒性。目前已有19款A(yù)DC產(chǎn)品獲批用于20余種臨床適應(yīng)癥。盡管ADC發(fā)展迅猛,也取得很大進(jìn)展,但是當(dāng)前ADC開發(fā)仍受限于有效載荷多樣性不足的問題。已獲批ADC的有效載荷僅涵蓋兩種細(xì)胞毒性機(jī)制:微管抑制和DNA損傷。這一局限凸顯了探索開發(fā)具有新型作用機(jī)制替代有效載荷的迫切需求。
靶向蛋白降解(TPD)已成為一種革命性的治療策略,其通過小分子誘導(dǎo)效應(yīng)蛋白與靶蛋白接近,從而利用內(nèi)源性蛋白清除機(jī)制實(shí)現(xiàn)選擇性蛋白消除。分子膠是一類單價(jià)小分子(通常分子量<500 Da),通過協(xié)同結(jié)合蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用(PPI)界面來促進(jìn)兩種蛋白的接近與結(jié)合。在TPD領(lǐng)域,分子膠特指能夠誘導(dǎo)或穩(wěn)定E3泛素連接酶與靶蛋白(底物)相互作用的分子膠降解劑,進(jìn)而引發(fā)靶蛋白的多泛素化和隨后的蛋白酶體降解。值得注意的是,分子膠具有催化性、事件驅(qū)動(dòng)的作用機(jī)制,而分子膠-抗體偶聯(lián)物(MACs)則由此發(fā)展成為一種新一代ADC模式(雙精度靶向及催化機(jī)制)。通過將抗體靶向的精準(zhǔn)性與分子膠的催化機(jī)制相結(jié)合,MACs展現(xiàn)出增強(qiáng)的特異性和改善的抗癌療效潛力(圖1)。
圖1.分子膠-抗體偶聯(lián)物(MACs)的結(jié)構(gòu)與優(yōu)勢(shì)。該圖展示了分子膠負(fù)載通過連接器與抗體結(jié)合的基本結(jié)構(gòu)。文中列出了傳統(tǒng)抗體-藥物偶聯(lián)物(ADCs)和分子膠的局限性,并強(qiáng)調(diào)了MACs的優(yōu)勢(shì)。簡化結(jié)構(gòu)圖顯示了分子膠負(fù)載通過連接器與抗體結(jié)合的情況。
2.分子膠降解劑的獨(dú)特功效
分子膠降解劑通過重編程哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的泛素-蛋白酶體系統(tǒng)(UPS),誘導(dǎo)致病蛋白的多泛素化和降解。其作用機(jī)制主要體現(xiàn)為:這類小分子可結(jié)合E3泛素連接酶,在其表面形成全新的識(shí)別界面。這種化合物誘導(dǎo)的界面能夠誘導(dǎo)通常不被UPS識(shí)別的底物蛋白(稱為新底物),進(jìn)而形成E3連接酶-分子膠降解劑-新底物的穩(wěn)定三元復(fù)合物。該復(fù)合物使E3連接酶與新底物空間臨近,從而啟動(dòng)新底物的泛素化修飾及隨后的蛋白酶體降解過程。
分子膠降解劑因其獨(dú)特的作用機(jī)制,較傳統(tǒng)小分子藥物具有多重優(yōu)勢(shì)。其一,其事件驅(qū)動(dòng)的催化特性使得在低濃度下即可快速起效,且降解劑在完成底物降解后可循環(huán)利用。相較于需要持續(xù)占據(jù)靶點(diǎn)的小分子抑制劑,分子膠降解劑與靶蛋白及E3連接酶間的瞬時(shí)相互作用更能降低耐藥性發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。其二,通過結(jié)構(gòu)互補(bǔ)性與靶標(biāo)結(jié)合的特性,使其較之靶向保守活性位點(diǎn)的傳統(tǒng)小分子藥物具有更高特異性。其三,能夠靶向缺乏小分子結(jié)合口袋或酶活性的蛋白(如轉(zhuǎn)錄因子),突破傳統(tǒng)藥物"不可成藥"靶點(diǎn)的限制。另一類與分子膠降解劑作用機(jī)制相似的TPD分子是蛋白降解靶向嵌合體(PROTACs),雖然二者均通過重編程UPS實(shí)現(xiàn)蛋白降解,但存在關(guān)鍵區(qū)別(見圖2)。分子膠降解劑和蛋白酶體靶向嵌合體(PROTACs)是基于泛素-蛋白酶體系統(tǒng)(UPS)的靶向蛋白質(zhì)降解(TPD)技術(shù)的兩種主要形式。分子膠降解劑與PROTACs的主要區(qū)別在于它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)和蛋白質(zhì)招募機(jī)制。分子膠降解劑通常是小的單價(jià)分子,通過改變蛋白質(zhì)的空間互補(bǔ)性,誘導(dǎo)或穩(wěn)定E3連接酶與目標(biāo)蛋白之間的相互作用。相比之下,PROTACs是由兩個(gè)不同的配體組成的異雙功能分子--一個(gè)與目標(biāo)蛋白結(jié)合,另一個(gè)與E3連接酶結(jié)合--通過一個(gè)靈活的連接器相連,能夠有意地將E3連接酶招募到目標(biāo)蛋白上。形成穩(wěn)定的三元復(fù)合物后,E3連接酶介導(dǎo)泛素分子轉(zhuǎn)移到目標(biāo)蛋白上。隨后形成的多聚泛素鏈作為降解信號(hào),被26S蛋白酶體識(shí)別。蛋白酶體隨后將標(biāo)記的蛋白質(zhì)降解成小肽片段,從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)蛋白的降解。
3.分子膠抗體偶聯(lián)物(MACs):突破ADC與分子膠的局限性
盡管ADC研發(fā)已取得重大進(jìn)展,但細(xì)胞毒性藥物作為有效載荷仍存在顯著缺陷(圖2)。具體表現(xiàn)為:1)需要高濃度和長時(shí)間暴露才能有效殺傷細(xì)胞;2)釋放后缺乏靶向特異性;3)其毒性遠(yuǎn)強(qiáng)于傳統(tǒng)化療藥物,且主要來源于天然產(chǎn)物,開發(fā)難度大;4)現(xiàn)有細(xì)胞毒性有效載荷種類有限,導(dǎo)致新型差異化載荷稀缺。
MACs通過整合分子膠和ADC的雙重優(yōu)勢(shì),成功突破了兩者的局限性(圖2)。其創(chuàng)新性體現(xiàn)在:①抗體介導(dǎo)的精準(zhǔn)遞送:分子膠經(jīng)抗體偶聯(lián)后可精確靶向癌細(xì)胞,顯著提升靶向特異性并降低脫靶效應(yīng);②藥代動(dòng)力學(xué)優(yōu)化:抗體可增強(qiáng)分子膠的細(xì)胞內(nèi)攝取并延長其半衰期;③治療指數(shù)提升:相較游離分子膠,MACs能以更低系統(tǒng)濃度實(shí)現(xiàn)等效降解活性,從而拓寬治療窗口、改善耐受性并減少副作用;④雙精度靶向:通過協(xié)同分子膠的底物選擇性和抗體的抗原特異性,實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤細(xì)胞的雙重精準(zhǔn)靶向,同時(shí)最大限度降低脫靶效應(yīng)。這些突破性優(yōu)勢(shì)使MACs成為極具前景的新一代治療模式。
圖2.分子膠降解劑與PROTACs的比較。(A)分子膠降解劑和PROTACs介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解過程。這兩種降解劑都能將特定的E3連接酶與目標(biāo)蛋白(底物或POI)靠近,形成三元復(fù)合體,并依次將泛素分子附著到目標(biāo)蛋白上,最終導(dǎo)致其通過蛋白酶體途徑降解。(B)分子膠降解劑與PROTACs的區(qū)別。
4.MACs的作用機(jī)制
MACs的作用機(jī)制在初始單抗介導(dǎo)過程中與傳統(tǒng)ADCs相似,但在細(xì)胞殺傷機(jī)制上存在本質(zhì)差異。其作用流程可分為以下關(guān)鍵步驟(如圖3所示):
1)靶向結(jié)合階段
單克隆抗體特異性識(shí)別癌細(xì)胞表面抗原,通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用完成內(nèi)化。
2)胞內(nèi)釋放階段
形成內(nèi)吞體并轉(zhuǎn)運(yùn)至溶酶體,溶酶體降解作用釋放分子膠至細(xì)胞質(zhì)。
3)蛋白降解階段(核心差異點(diǎn))
分子膠誘導(dǎo)特定底物與E3泛素連接酶空間接近,形成"E3-分子膠-底物"三元復(fù)合物,通過26S蛋白酶體系統(tǒng)完成底物泛素化修飾及降解。
4)細(xì)胞死亡效應(yīng)
靶蛋白的持續(xù)性降解,最終觸發(fā)癌細(xì)胞程序性死亡。
圖3.MAC的作用機(jī)制。MAC的作用機(jī)制包括幾個(gè)關(guān)鍵步驟:(i)結(jié)合:單克隆抗體(mAb)與腫瘤細(xì)胞表面的抗原(目標(biāo)1)結(jié)合。(ii)內(nèi)化:MAC-抗原復(fù)合物被囊泡包裹,并通過內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部。(iii)溶解:MAC-抗原復(fù)合物在溶酶體中被分解。(iv)負(fù)載釋放:分子膠從MAC中釋放,進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。(v)三元復(fù)合物形成:分子膠促進(jìn)E3泛素連接酶與底物(目標(biāo)2)之間的相互作用,形成E3連接酶-分子膠-底物復(fù)合物。(vi)泛素化:一旦三元復(fù)合物形成,E3連接酶將泛素分子轉(zhuǎn)移到底物上。(vii)降解:泛素標(biāo)記的底物被26S蛋白酶體識(shí)別并降解為小肽。(viii)分子膠的循環(huán)利用:底物降解后,分子膠被釋放,可以參與進(jìn)一步的泛素化過程,成為催化降解劑。
機(jī)制優(yōu)勢(shì):
相較于傳統(tǒng)ADCs的細(xì)胞毒性殺傷,MACs有以下優(yōu)勢(shì):
1)催化性蛋白降解實(shí)現(xiàn)信號(hào)通路阻斷
2)多輪次降解作用放大藥效
3)避免化療藥物常見的耐藥機(jī)制
5.分子膠降解劑-抗體偶聯(lián)物臨床進(jìn)展
5.1 ORM-5029
ORM-5029由Orum Therapeutics開發(fā),是一種首 創(chuàng)新藥分子膠降解劑-抗體偶聯(lián)物,已進(jìn)入臨床試驗(yàn)。目前,該藥物正在接受針對(duì)HER2陽性晚期實(shí)體瘤患者的I期劑量遞增試驗(yàn)(NCT05511844)的評(píng)估。ORM-5029由三大核心組分構(gòu)成:
1. 靶向元件:抗HER2抗體帕妥珠單抗(pertuzumab)
2. 效應(yīng)元件:G1/S期轉(zhuǎn)換蛋白1(GSPT1)分子膠降解劑SMol006
3. 連接系統(tǒng):纈氨酸-瓜氨酸(Val-Cit)-PABC可切割型連接子,其DAR為4(圖4)
圖4.MACs的結(jié)構(gòu)。每個(gè)結(jié)合物中,分子膠以黑色表示,連接子以綠色顯示。粉紅色的液滴帶有細(xì)波線,表示額外的連接子-分子膠分子。
有效載荷SMol006是通過對(duì)分子膠降解劑CC-885進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化而開發(fā)的。其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)改造包括:將3-氯-4-甲基苯基團(tuán)中的甲基替換為2-(2-(甲氨基)乙氧基)乙基。這一結(jié)構(gòu)修飾通過以下方式顯著提升了藥物性能:
1)溶解性優(yōu)化:引入極性基團(tuán)增強(qiáng)水溶性
2)分子柔性改善:提高分子構(gòu)象靈活性
3)偶聯(lián)位點(diǎn)構(gòu)建:為后續(xù)連接化學(xué)提供反應(yīng)位點(diǎn)
體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,ORM-5029在14種HER2陽性乳腺癌細(xì)胞系中均表現(xiàn)出強(qiáng)勁的抗腫瘤活性,其IC50范圍為0.3-14.4 nM。臨床前研究中,該藥物顯示出優(yōu)于現(xiàn)有HER2靶向ADC藥物T-DXd的效力(表現(xiàn)為更低的IC50值)。
5.2 ORM-6151 (BMS-986497)
ORM-6151/BMS-986497核心組分構(gòu)成:
1. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
有效載荷:采用GSPT1降解劑SMol006
靶向元件:抗CD33單抗
連接系統(tǒng):β-葡萄糖醛酸連接子
偶聯(lián)比:DAR=4(見圖3)
2. 開發(fā)進(jìn)展
原研企業(yè):Orum Therapeutics
權(quán)益轉(zhuǎn)讓:2023年被百時(shí)美施貴寶(Bristol Myers Squibb, BMS)收購
商品命名:BMS-986497(BMS研發(fā)代號(hào))
3. 臨床開發(fā)里程碑
2024年獲FDA批準(zhǔn)開展I期臨床試驗(yàn)
適應(yīng)癥:復(fù)發(fā)/難治性急性髓系白血?。ˋML)或骨髓增生異常綜合征(MDS)
臨床試驗(yàn)編號(hào):NCT06419634
該藥物延續(xù)了SMol006的雙重優(yōu)勢(shì):
高效誘導(dǎo)GSPT1蛋白降解和顯著降低對(duì)正常造血干細(xì)胞的毒性。
5.3 TE-1146
抗CD38抗體達(dá)雷妥尤單抗和來那度胺均為治療多發(fā)性骨髓瘤(MM)的藥物選擇。然而,MM至今仍無法治愈,幾乎所有患者最終都會(huì)復(fù)發(fā)。為解決這一問題,Immunwork公司開發(fā)了TE-1146,這是一種分子膠降解劑-抗體偶聯(lián)物。
這種創(chuàng)新療法將重新配置的daratumumab與通過多臂連接子在C末端進(jìn)行位點(diǎn)特異性偶聯(lián)的來那度胺相結(jié)合,DAR為6(圖4)。
TE-1146是通過Immunwork High DAR平臺(tái)制備的,該平臺(tái)專為設(shè)計(jì)藥物抗體比(DAR)>4的均質(zhì)抗體偶聯(lián)藥物(ADC)而開發(fā)。該平臺(tái)采用兩項(xiàng)創(chuàng)新結(jié)構(gòu):(1)通過計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)、含有半胱氨酸的鋅離子結(jié)合肽(ACPGHA),可延伸至單抗每條重鏈的C末端;(2)含馬來酰亞胺的多臂肽核心連接子,能結(jié)合三個(gè)藥物分子形成藥物簇。偶聯(lián)過程通過硫醇-馬來酰亞胺反應(yīng),將兩個(gè)藥物簇連接至結(jié)構(gòu)優(yōu)化的單抗上。
體外研究證實(shí),TE-1146具有劑量依賴性細(xì)胞毒性:其對(duì)CD38陽性多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞系H929和MM.1S的半效濃度(EC50)約為0.45 μM,而對(duì)CD38陰性的U266細(xì)胞無顯著作用。相比之下,即便濃度超過20 μM,達(dá)雷妥尤單抗單藥仍無法誘導(dǎo)細(xì)胞死亡--因其作用機(jī)制依賴于自然殺傷細(xì)胞等免疫細(xì)胞發(fā)揮作用。來那度胺單藥或與達(dá)雷妥尤單抗以6:1摩爾比聯(lián)用時(shí),在>10 μM濃度下僅顯示微弱細(xì)胞毒性,這可能與細(xì)胞攝取效率有限有關(guān)。TE-1146的效力較來那度胺單藥或其與達(dá)雷妥尤單抗聯(lián)用方案強(qiáng)100倍以上。
在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中,TE-1146在H929 NOD-SCID小鼠移植瘤模型中展現(xiàn)出顯著療效。單次給藥20 nmol/kg即可完全清除腫瘤,而同等劑量的達(dá)雷妥尤單抗僅能中度抑制腫瘤生長。達(dá)雷妥尤單抗與來那度胺聯(lián)用方案在前兩周可延緩腫瘤生長,但即便提高劑量(40或80 nmol/kg)也無法維持后續(xù)抑瘤效果。這些結(jié)果凸顯了TE-1146在體外和體內(nèi)模型中均具有卓越的抗腫瘤功效,這歸因于其能高效遞送并將來那度胺內(nèi)化至骨髓瘤細(xì)胞內(nèi),預(yù)示該藥物在多發(fā)性骨髓瘤治療中具有廣闊前景。
5.4 c-MYC降解的MACs
c-MYC是一種轉(zhuǎn)錄因子,它在超過一半的人類癌癥中頻繁過表達(dá)或激活,是一個(gè)極具吸引力但極具挑戰(zhàn)性的治療目標(biāo)。盡管c-MYC在致癌方面具有重要意義,但由于其固有的無序性、缺乏酶活性以及沒有明確的配體結(jié)合位點(diǎn),開發(fā)針對(duì)c-MYC的有效小分子抑制劑一直受到阻礙,傳統(tǒng)上認(rèn)為它是'難以成藥。
近日,蘇州開拓藥業(yè)/醫(yī)克生物通過設(shè)計(jì)新型分子膠降解劑取得重大突破,該系列化合物能引導(dǎo)c-MYC蛋白與E3泛素連接酶CRBN結(jié)合,最終實(shí)現(xiàn)c-MYC的降解。從結(jié)構(gòu)上看,這些沙利度胺類似物具有以下特征:(1) 保守的戊二酰亞胺環(huán)(負(fù)責(zé)與CRBN相互作用);(2) 經(jīng)過修飾的鄰苯二甲酰環(huán)(可與c-MYC形成特異性結(jié)合界面)。通過醫(yī)克生物TMALIN平臺(tái),優(yōu)選降解劑D-1、D-4和D-10經(jīng)可裂解三肽連接子與抗前列腺特異性膜抗原(PSMA)單抗偶聯(lián),實(shí)現(xiàn)DAR為2(圖4)。PSMA作為ADC靶點(diǎn)具有顯著優(yōu)勢(shì),因其不會(huì)脫落進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng),且能在抗體結(jié)合后高效內(nèi)化。
體外實(shí)驗(yàn)顯示,與未偶聯(lián)的降解劑(D-4、D-1和D-10)相比,偶聯(lián)分子MAC-001、MAC-002和MAC-003對(duì)PSMA陰性的人白血病HL60U細(xì)胞及正常外周血單個(gè)核細(xì)胞(PBMCs)的抗增殖活性有所降低。然而,這些偶聯(lián)物在PSMA陽性的前列腺癌22RV1和VCap細(xì)胞中表現(xiàn)出顯著增強(qiáng)的細(xì)胞毒性,表明抗體偶聯(lián)可提高分子膠降解劑的選擇性殺傷效應(yīng)。
研究人員進(jìn)一步在過表達(dá)PSMA的22RV1皮下移植瘤小鼠模型中評(píng)估了這些偶聯(lián)物的治療潛力。每周兩次靜脈注射MAC-002(劑量為5和10 mg/kg,持續(xù)21天)可顯著抑制腫瘤生長,抑制率分別達(dá)到31.8%和72%。這些令人鼓舞的結(jié)果凸顯了c-MYC降解型MAC藥物作為治療c-MYC驅(qū)動(dòng)型腫瘤的新型策略的應(yīng)用前景。
5.5 樂高M(jìn)AC
韓國LegoChem Biosciences公司近期公開了一種基于免疫調(diào)節(jié)藥物(IMiDs)化學(xué)骨架開發(fā)分子膠降解劑的新方法。這些分子膠降解劑通過與單抗偶聯(lián),可生成DAR為2的均質(zhì)化、位點(diǎn)特異性MACs(圖4)。該偶聯(lián)過程采用LegoChem專有技術(shù),包含四個(gè)關(guān)鍵步驟:(1)構(gòu)建重組質(zhì)粒,用于表達(dá)在每條輕鏈C端含有半胱氨酸肽段(CVIM)的抗體;(2)通過在各輕鏈C端添加異戊二烯基團(tuán)實(shí)現(xiàn)抗體異戊烯化修飾;(3)采用帶有氨基氧基團(tuán)的β-葡萄糖醛酸連接子對(duì)分子膠化合物進(jìn)行修飾;(4)通過肟連接反應(yīng)實(shí)現(xiàn)抗體與連接子-載荷的位點(diǎn)特異性偶聯(lián)。
體外實(shí)驗(yàn)分析表明,與未偶聯(lián)的分子膠降解劑相比,這些MACs展現(xiàn)出顯著增強(qiáng)的抗增殖活性。以HCC827細(xì)胞系為例,未偶聯(lián)分子膠的半數(shù)抑制濃度(IC50)為10.2 nM,而經(jīng)抗EGFR抗體偶聯(lián)的MACs的IC50達(dá)到0.09 nM,藥效提升了110倍。這些發(fā)現(xiàn)凸顯了MACs作為靶向癌癥治療強(qiáng)效策略的應(yīng)用潛力。
5.6 Affibody-CR8偶聯(lián)物
親和體(Affibodies)是一類小分子(6.5 kDa)非抗體單鏈蛋白支架,能夠特異性結(jié)合某些腫瘤過表達(dá)的受體。由于其結(jié)構(gòu)簡單,親和體易于修飾以實(shí)現(xiàn)有效載荷的偶聯(lián)。因此,部分親和體已被選作靶向載體,用于構(gòu)建親和體-藥物偶聯(lián)物(affibody-drug conjugate),實(shí)現(xiàn)靶向給藥。研究人員構(gòu)建了一種新型親和體-分子膠降解劑偶聯(lián)納米制劑,該制劑由以下組分構(gòu)成:(1) 經(jīng)修飾的抗HER2親和體(ZHER2:342-36FSY-Cys;FSY為氟磺酰-L-酪氨酸);(2) 細(xì)胞周期蛋白K降解劑CR8;(3) 含二硫鍵的可裂解連接子(圖4)。該親和體-CR8偶聯(lián)物可在磷酸鹽緩沖液(PBS)中自組裝形成納米制劑。
在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中,由于親和體通過HER2內(nèi)吞作用介導(dǎo)的內(nèi)化效應(yīng),親和體-CR8偶聯(lián)物展現(xiàn)出比游離CR8更強(qiáng)的細(xì)胞周期蛋白K降解能力。值得注意的是,游離CR8對(duì)所有測試癌細(xì)胞均具有強(qiáng)細(xì)胞毒性(IC50值在納摩爾范圍內(nèi)),而親和體-CR8偶聯(lián)物則表現(xiàn)出差異化的細(xì)胞毒性:其對(duì)HER2陽性SKOV-3細(xì)胞的IC50為338.20 nM,對(duì)HER2陰性MDA-MB-453細(xì)胞的IC50則高達(dá)1.98 μM。在安全性評(píng)估中,小鼠每3天通過尾靜脈注射接受CR8當(dāng)量劑量5 mg/kg的親和體-CR8偶聯(lián)物,30天內(nèi)未觀察到不良反應(yīng)。與對(duì)照組相比,實(shí)驗(yàn)組小鼠的體重、血液學(xué)參數(shù)、肝腎功能及器官組織學(xué)均未見顯著變化,證實(shí)了該偶聯(lián)物良好的體內(nèi)安全性。
6.分子膠穩(wěn)定劑-抗體結(jié)合物
能夠以驚人效率促使兩種蛋白質(zhì)結(jié)合并產(chǎn)生功能效應(yīng)的小分子單價(jià)化合物被定義為分子膠。這類化合物不僅能降解靶蛋白,還可穩(wěn)定或破壞靶蛋白結(jié)構(gòu)。例如著名分子膠穩(wěn)定劑紫杉醇(Taxol?)可增強(qiáng)α-微管蛋白與β-微管蛋白的結(jié)合,從而阻止微管解聚并誘導(dǎo)有絲分裂停滯。
盡管目前用作有效載荷的分子膠多為降解劑,但分子膠穩(wěn)定劑同樣具備載藥潛力。最新研究表明,基于穩(wěn)定劑的MACs為蛋白質(zhì)功能調(diào)控提供了新思路,進(jìn)一步拓展了MACs在癌癥治療等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
6.1 磷酸抗原(pAg)-抗體結(jié)合物
磷酸化抗原(pAgs)是細(xì)胞代謝過程中產(chǎn)生的磷酸化中間體。在癌細(xì)胞中,代謝通路的失調(diào)會(huì)導(dǎo)致pAgs的異常積累,從而增強(qiáng)這些細(xì)胞被γδ T細(xì)胞識(shí)別和清除的敏感性。最新研究發(fā)現(xiàn),細(xì)胞內(nèi)pAgs可作為分子膠穩(wěn)定劑發(fā)揮作用。例如,它們能促進(jìn)跨膜蛋白BTN3A1(嗜乳脂蛋白3A1)和BTN2A1(嗜乳脂蛋白2A1)的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域形成穩(wěn)定的異源二聚體。這種相互作用會(huì)進(jìn)一步促使二聚體的胞外結(jié)構(gòu)域與γδ T細(xì)胞受體結(jié)合,從而激活γδ T細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的靶向清除功能。
Byondis BV公司最新開發(fā)了一系列以磷酸化抗原(pAgs)為有效載荷的MACs。這些pAg載荷通過可裂解連接子與多種靶向抗體偶聯(lián),包括利妥昔單抗(抗CD20)、曲妥珠單抗(抗HER2)、抗CD123抗體及抗5T4抗體,DAR為2。以利妥昔單抗與連接子-pAg復(fù)合物XS58形成的MAC為例進(jìn)行評(píng)估(圖4)。在活性測試中,將CD20陽性的Raji細(xì)胞分別與裸利妥昔單抗或利妥昔單抗-XS58共孵育過夜后,再與含γδ T細(xì)胞的外周血單個(gè)核細(xì)胞(PBMCs)共培養(yǎng)6小時(shí)。結(jié)果顯示,經(jīng)利妥昔單抗-XS58預(yù)處理的Raji細(xì)胞能顯著提升γδ T細(xì)胞的干擾素(IFN)-γ和CD107a分泌水平,充分體現(xiàn)了基于pAg的MACs的強(qiáng)大免疫刺激效應(yīng)。該策略彰顯了pAg偶聯(lián)抗體在利用γδ T細(xì)胞免疫機(jī)制治療癌癥方面的巨大潛力。
6.2 CD184-FK506
由Ambrx公司研發(fā)的CD184-FK506是一種靶向CD184(又稱CXCR4)的新型治療性偶聯(lián)物。其有效載荷FK506是一種天然來源的免疫抑制劑,同時(shí)被鑒定為分子膠穩(wěn)定劑。從作用機(jī)制來看,F(xiàn)K506可與FK506結(jié)合蛋白12(FKBP12)結(jié)合形成復(fù)合物,該復(fù)合物能協(xié)同緊密地結(jié)合鈣調(diào)磷酸酶(calcineurin),從而抑制其活性。FKBP12-FK506-鈣調(diào)磷酸酶三元復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)證實(shí):單獨(dú)的FK506或FKBP12均無法以顯著親和力結(jié)合鈣調(diào)磷酸酶。Ambrx的技術(shù)方案是將FK506與CD184特異性靶向分子偶聯(lián),但具體的連接子設(shè)計(jì)、偶聯(lián)位點(diǎn)及DAR值等細(xì)節(jié)尚未公開。
7.總結(jié)和未來展望
7.1挑戰(zhàn)
分子膠作為治療藥物,其臨床應(yīng)用歷史遠(yuǎn)早于作用機(jī)制的闡明時(shí)間。近年來,用于癌癥治療的MACs研發(fā)取得重大進(jìn)展(表1)。通過將抗體的腫瘤靶向能力與具有新型作用機(jī)制的有效載荷相結(jié)合,MACs已成為藥物化學(xué)領(lǐng)域最 具前景的突破之一。目前,MACs已超越概念驗(yàn)證階段,其中兩個(gè)候選藥物(ORM-5029和ORM-6151)正處于I期臨床試驗(yàn)階段。值得注意的是,與靶向相同抗原的現(xiàn)有ADC藥物相比,二者均展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì):具體而言,ORM-5029在T-DM1耐藥和HER2低表達(dá)的移植瘤模型中均表現(xiàn)出強(qiáng)效抗腫瘤活性,從而突破了當(dāng)前HER2靶向ADC藥物的關(guān)鍵局限;而ORM-6151相較于Mylotarg(吉妥珠單抗奧唑米星),對(duì)CD33陽性細(xì)胞展現(xiàn)出更高的選擇性,有望提供更優(yōu)的臨床安全性和更寬的治療窗。
表1.本文中分子膠-抗體結(jié)合物的總結(jié)
備注:黃色橢圓處為分子膠化學(xué)結(jié)構(gòu)中的連接位點(diǎn)
分子膠降解劑領(lǐng)域目前正處于快速發(fā)展階段,不僅靶向多種癌癥,還涉及非腫瘤性疾病領(lǐng)域,包括神經(jīng)系統(tǒng)疾病、自身免疫性疾病和血液系統(tǒng)疾病等。鑒于搭載非化療類有效載荷的ADC藥物已在炎癥性疾病、免疫紊亂、視網(wǎng)膜病變及細(xì)菌感染等領(lǐng)域展現(xiàn)出治療潛力,預(yù)計(jì)MACs通過采用非腫瘤靶向的分子膠降解劑,同樣有望拓展其治療范圍。
盡管MACs前景廣闊,但其開發(fā)仍面臨諸多挑戰(zhàn)。首要限制在于分子膠降解劑的稀缺性--這類化合物歷史上多通過偶然發(fā)現(xiàn)獲得。由于需要獨(dú)特地重塑蛋白質(zhì)表面結(jié)構(gòu)并與兩種蛋白形成三元復(fù)合物,分子膠的理性設(shè)計(jì)本身極具挑戰(zhàn)性。此外,作為MACs的有效載荷,分子膠必須滿足嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn):既需具備可供化學(xué)修飾的活性基團(tuán),又需確保修飾不影響其生物功能。這些限制條件大幅縮小了候選分子的選擇范圍。
更重要的是,MACs作為多組分復(fù)合體系,其藥物抗體比、連接子穩(wěn)定性和偶聯(lián)方法等參數(shù)都會(huì)顯著影響藥效與毒性。另一個(gè)關(guān)鍵考量是:分子膠會(huì)永久性降解靶蛋白,雖然這種作用機(jī)制可能非常有效,但也帶來風(fēng)險(xiǎn)--一旦出現(xiàn)副作用將難以逆轉(zhuǎn)。鑒于傳統(tǒng)ADCs和分子膠均已出現(xiàn)耐藥現(xiàn)象,MACs也可能面臨類似挑戰(zhàn)。由于MACs通過雙重靶向并調(diào)控多個(gè)細(xì)胞內(nèi)進(jìn)程發(fā)揮作用,其耐藥機(jī)制可能包括:靶抗原或新底物的下調(diào)、溶酶體蛋白水解活性受損、藥物外排轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白上調(diào),以及E3連接酶表達(dá)異常等多種途徑。
7.2 未來展望
近年來,結(jié)構(gòu)生物學(xué)、人工智能(AI)與機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)的融合徹底改變了分子膠及其偶聯(lián)物的開發(fā)模式(圖5)。在靶點(diǎn)識(shí)別階段,AlphaFold2可實(shí)現(xiàn)全蛋白質(zhì)組范圍內(nèi)易降解蛋白的預(yù)測。幾何深度學(xué)習(xí)等先進(jìn)ML方法能精準(zhǔn)預(yù)測三維蛋白復(fù)合體結(jié)構(gòu)及蛋白-配體相互作用,這對(duì)理解分子膠介導(dǎo)的靶標(biāo)結(jié)合機(jī)制至關(guān)重要。此外,生成式AI已助力構(gòu)建分子膠化合物庫,基于ML的定量結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系(QSPR)模型則可預(yù)測靶向蛋白降解(TPD)化合物的吸收、分布、代謝和排泄(ADME)特性。這些方法的整合實(shí)現(xiàn)了降解劑分子的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)與優(yōu)化。展望未來,AI推理模型或能全面分析抗體與分子膠的靶點(diǎn)及組織選擇性,從而預(yù)測MACs的最佳組合方案與適應(yīng)癥。雖然此類模型尚未完全實(shí)現(xiàn),但其開發(fā)至關(guān)重要,未來還可拓展至AI輔助的ADC設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
圖5.分子膠-抗體結(jié)合物(MACs)的人工智能(AI)/機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)驅(qū)動(dòng)開發(fā)路線圖。主要階段包括:(1)利用AlphaFold預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),以識(shí)別新的易降解目標(biāo)。(2)通過幾何深度學(xué)習(xí)進(jìn)行復(fù)雜預(yù)測,結(jié)合基于擴(kuò)散的生成式AI設(shè)計(jì)降解劑,采用降解效力評(píng)分和定量結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系(QSPR)模型來預(yù)測吸收、分布、代謝和排泄(ADME)特性。(3)通過MAC設(shè)計(jì)和優(yōu)化,確定分子膠、連接子和抗體的最佳組合。AI/ML平臺(tái)通過全面分析目標(biāo)和組織的選擇性,預(yù)測合適的臨床應(yīng)用,并確定最佳的分子膠-連接子-抗體組合。
合作咨詢
肖女士
021-33392297
Kelly.Xiao@imsinoexpo.com