新藥設計的頂層描述非常簡(jiǎn)單,就是去找一個(gè)能在某生物大分子指定結合腔長(cháng)期滯留的化合物,但這個(gè)簡(jiǎn)單任務(wù)展開(kāi)卻是一副波瀾壯闊的畫(huà)面。從定義什么是影響疾病的生物分子及其功能相關(guān)結合腔(靶點(diǎn)確證及mode of action),到找到有足夠活性、選擇性、和藥代性質(zhì)的化合物(藥物發(fā)現)都涉及非常廣泛的科學(xué)領(lǐng)域和深厚的技能與經(jīng)驗,以至于有人認為新藥發(fā)現是高科技中最具挑戰性的智力活動(dòng)。我們常說(shuō)要做成事天時(shí)、地利、人和缺一不可,這在新藥創(chuàng )新領(lǐng)域同樣適用。如果過(guò)早或過(guò)晚進(jìn)入一個(gè)錯誤領(lǐng)域,再努力也是事倍功半。今天聊一聊新藥發(fā)現時(shí)間和空間的選擇策略。
時(shí)間上制藥業(yè)投資人和MNC對創(chuàng )新性的喜好具有顯著(zhù)周期性。新藥發(fā)現耗時(shí)漫長(cháng),真正突破幾乎沒(méi)有可能通過(guò)設計完成,所以沒(méi)有一個(gè)評價(jià)系統可以長(cháng)期穩定地判斷FIC藥物的成功幾率。GLP-1、PD-1這樣重磅藥物經(jīng)常以意想不到的方式橫空出世,但會(huì )令很多人樂(lè )觀(guān)地認為制藥業(yè)已經(jīng)掌握了該細分領(lǐng)域的開(kāi)門(mén)口令。不僅會(huì )在很多項目上重復這樣奇跡、而且奇跡會(huì )持續很長(cháng)時(shí)間,所以重磅產(chǎn)品出現后的一段時(shí)間制藥業(yè)對高創(chuàng )新、高風(fēng)險項目胃口會(huì )有所提升。只是有時(shí)投資人的期望值過(guò)于不切實(shí)際,幾周前諾和諾德減肥藥CagriSema在三期臨床只比預期體重下降低2%就當天損失1000億美元市值,投資人似乎沒(méi)有意識到在減肥這個(gè)高難領(lǐng)域有所建樹(shù)需要多么高強的武功。
對高風(fēng)險項目友好的積極一面是給很多新機理藥物一個(gè)進(jìn)入臨床探索的機會(huì ),但消極的一面是會(huì )證明憑運氣賺到的錢(qián)會(huì )憑本事失去、從而進(jìn)入保守周期。雨后春筍般的IO藥物只有Lag-3抗體作為組合療法在惡黑這個(gè)對IO高度敏感的適應癥上市,DNA損傷修復領(lǐng)域幾十個(gè)靶點(diǎn)只有PARP1成功上岸。最近幾年減肥藥管線(xiàn)因為GLP-1的成功迅速膨脹,但這是一個(gè)成功率極低的領(lǐng)域。其實(shí)減肥藥已經(jīng)在20年前火過(guò)一次,當時(shí)制藥業(yè)探索了很多新靶點(diǎn)減肥藥、雖然上市了三個(gè)平庸產(chǎn)品但多數以失敗告終,現在因為GLP-1藥物的成功這些傷痛早已被拋在腦后。經(jīng)過(guò)中值回歸的鞭打后制藥業(yè)對技術(shù)風(fēng)險會(huì )失去胃口而轉向追逐成熟靶點(diǎn)的微調改進(jìn)藥物,但是技術(shù)風(fēng)險低的資產(chǎn)商業(yè)風(fēng)險更高,商業(yè)化遇到困難后又會(huì )迫使廠(chǎng)家探索高風(fēng)險、高回報領(lǐng)域,開(kāi)始新的周期。重磅藥物的出現、尤其是新領(lǐng)域(如蛋白降解)的重磅藥物則是進(jìn)入風(fēng)險上行周期的高效催化劑。
一個(gè)企業(yè)、尤其小企業(yè)推動(dòng)一個(gè)領(lǐng)域是很困難的、Pharmacyclics的BTK開(kāi)發(fā)是個(gè)奇跡,更多時(shí)候需要順勢而為。所以把握時(shí)間周期對廠(chǎng)家很重要,如著(zhù)名債券投資人Howard Marks所說(shuō)太超前的正確和錯誤沒(méi)什么區別、當然太落后的正確更沒(méi)有什么價(jià)值。雖然沒(méi)有人能準確判斷藥物的成功可能,但是行業(yè)對哪類(lèi)藥物更友好的周期性波動(dòng)還是可以比較準確判斷的。風(fēng)投專(zhuān)家Bruce Booth認為現在全球制藥業(yè)處于對新技術(shù)平臺相對抵觸的所謂risk-off階段,但他也堅信對高創(chuàng )新性技術(shù)友好的時(shí)代還會(huì )來(lái)臨。如同一本叫做《Dinosailors》的兒童讀物所寫(xiě),一群暈船的小恐龍海上經(jīng)歷暴風(fēng)雨后回到陸地,沒(méi)幾天又厭倦了平靜生活、重新開(kāi)啟了航海之路。現在連默沙東這樣以創(chuàng )新聞名的頂級藥廠(chǎng)晚期管線(xiàn)也以風(fēng)險較低的已知靶點(diǎn)藥物為主、去年底宣布終止所有TIGIT和Lag-3這兩個(gè)新IO靶點(diǎn)抗體研究,這種大環(huán)境下開(kāi)發(fā)FIC藥物將是孤獨而艱難的選擇。
空間部署、也就是選對新藥創(chuàng )新領(lǐng)域同樣重要,如果2010年能看準比特幣你現在也不用琢磨怎么發(fā)現新藥了,當然準確找到新藥高價(jià)值領(lǐng)域也不容易。對于早期公司來(lái)說(shuō)產(chǎn)品收購方認為的價(jià)值和真實(shí)價(jià)值同樣值錢(qián),很多時(shí)候投資人和MNC對資產(chǎn)的空間關(guān)系解讀并非rocket science,而是有一些情緒因素如FOMO(fear of missing out)以及現象層次的外推。比如2012年Opdivo肺癌數據公布時(shí)如果你有個(gè)IO藥物,那會(huì )立即成為炙手可熱的資產(chǎn)、盡管后來(lái)可能證明沒(méi)啥用。PD-1火的時(shí)候臨床前IDO資產(chǎn)能以10億美金出售、偏向性IL2激動(dòng)劑部分產(chǎn)權就能賣(mài)30幾億美元,最后都折戟沉沙。一藥得道、雞犬升天的事反復發(fā)生,從格列為開(kāi)啟激酶抑制劑時(shí)代到CAR-T引爆細胞療法。甚至長(cháng)期低迷的領(lǐng)域一旦有個(gè)中了狀元的資產(chǎn)也會(huì )讓大家原諒從前的不公正待遇,比如Enhertu重啟了羅氏這樣腫瘤巨頭已經(jīng)放棄的ADC領(lǐng)域、GLP-1激動(dòng)劑則重新掀起了減肥藥研發(fā)大潮。如果在大潮啟動(dòng)前在這些領(lǐng)域有資產(chǎn)布局顯然是個(gè)巨大優(yōu)勢。
當然在正確的時(shí)間出現在正確的領(lǐng)域并不是一件容易的事情,一個(gè)實(shí)用的策略是廣種薄收、擁有有價(jià)值資產(chǎn)的一個(gè)辦法是擁有很多資產(chǎn)。最近中國制藥行業(yè)所謂的超市模式成功出海了很多新藥產(chǎn)品,跨國企業(yè)無(wú)論需要哪個(gè)領(lǐng)域的資產(chǎn)都可以在中國找到、當然前提是這些資產(chǎn)是已知靶點(diǎn)的衍生藥物。即使FIC藥物發(fā)現資產(chǎn)多樣性也很重要,MIT的Lo教授理論上推斷多個(gè)不相干FIC資產(chǎn)的平均回報還是可持續的。當然如果你有超人預判能力、或者原意押注某個(gè)新興領(lǐng)域(比如分子膠)會(huì )在幾年之內出現一個(gè)重磅藥物能夠事先布局,那就可以減少分母而提高命中率。
現在的現實(shí)是FIC因為標準療法的改進(jìn)日趨艱難、me-too則因為新藥發(fā)現技術(shù)的大規模普及日趨容易,通常是一朵忽先變、百花皆后香。FIC可遇但不可求、me-too可求但皆可求,你花開(kāi)的時(shí)候前面可能已經(jīng)開(kāi)了七八十朵。這令整個(gè)制藥工業(yè)從生物技術(shù)公司到藥廠(chǎng)都在二者之間的狹小空間求生存,速度成為贏(yíng)得競爭的一個(gè)關(guān)鍵因素、所謂天下武功唯快不破。但是宏觀(guān)上判斷整個(gè)行業(yè)所處周期、在潛在重磅藥物領(lǐng)域提前布局也非常重要,橄欖球比賽的每一次攻防雙方都要考慮比賽所處階段和進(jìn)攻點(diǎn)在球場(chǎng)的位置。
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]]>雖然實(shí)踐證明BIC是最可持續商業(yè)模式、雖然迄今為止尚無(wú)一家靠持續上市FIC維持增長(cháng)的大型制藥企業(yè),但顯然沒(méi)有FIC的不斷出現BIC終將成為無(wú)本之源。你不能無(wú)限期靠換代胰島素生存發(fā)展,即便007系列電影也有受邊際遞減效應影響停止新片的一天。今天說(shuō)一說(shuō)FIC的故事,具體操作層面的事以前講過(guò)多次就不再贅述,主要聊一聊策略層面的問(wèn)題。
BIC之所以相對容易是因為有人替你完成了概念驗證(POC)、比賽場(chǎng)地已經(jīng)畫(huà)好,這是一個(gè)非常重要的預設條件。所謂POC是指根據理論和臨床前數據判斷成功率類(lèi)似的幾十個(gè)治療假說(shuō)經(jīng)過(guò)臨床試驗找到了勝出的那一個(gè)。很多時(shí)候為什么只有這個(gè)勝出而其它幾十個(gè)失敗并無(wú)合理解釋?zhuān)罅ι溟T(mén)球擦內門(mén)柱還是外門(mén)柱其實(shí)需要的技術(shù)差不多。金礦的有效區域確定后me-too/BIC開(kāi)發(fā)者就不需要在其它地方浪費資源,從而大大增加挖到金子的成功率。沒(méi)有這個(gè)線(xiàn)索的FIC開(kāi)發(fā)那要考慮的事情就多了,FIC與BIC可以說(shuō)是完全不同的游戲。可以想象勝出的那個(gè)項目消耗多少資源并不是最核心的問(wèn)題,更根本的問(wèn)題是失敗那幾十個(gè)項目浪費多少資源,所以以最快速度、最低成本消除項目核心風(fēng)險是FIC項目的首要任務(wù)。
一個(gè)簡(jiǎn)單粗暴的策略是快速失敗、盡早失敗(fail fast, fail early),但這個(gè)策略并不是一個(gè)積極的辦法、淘汰再多項目也不等于剩下項目都會(huì )成功。更好的策略是succeed fast, succeed early,但這顯然也更難做到。一個(gè)原則是把所謂的killer experiment(關(guān)鍵實(shí)驗)盡量前移,當年RNAi技術(shù)早期、還沒(méi)有藥物上市時(shí)一位業(yè)界大佬曾經(jīng)出過(guò)一道題,問(wèn)開(kāi)發(fā)一個(gè)治療嬰兒遺傳病的靜脈RNAi藥物和一個(gè)口服降糖藥哪個(gè)風(fēng)險更大?把一個(gè)RNA這樣全新治療模式藥物打入嬰兒靜脈是個(gè)令人提心吊膽的探索,但是幾個(gè)患者就可以很快根據生物標記的變化而知道機理是否可行。而口服降糖藥雖然整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程非常成熟,但真正的風(fēng)險是患者幾千、耗資幾億的心血管安全性和療效試驗。如果有不良反應受傷患者更多、廠(chǎng)家損失也更嚴重,風(fēng)險其實(shí)更大。
當然如果不用患者就能判斷項目成敗最好,所以如果能提高臨床前評價(jià)準確率會(huì )更早選出成功項目。遺憾的是新藥領(lǐng)域很難做到七歲看老,最有經(jīng)驗的老江湖也不能僅憑察言觀(guān)色就能準確判斷一個(gè)分子或一個(gè)機理的成藥性。你冒險深入虎穴見(jiàn)到的并不是一個(gè)小老虎正襟危坐等你來(lái)抓、而是滿(mǎn)地雞犬,要在這些幼崽中選出一個(gè)未來(lái)能成為百獸之王的虎子非常困難。雖然有人會(huì )說(shuō)算一算分子量和氫鍵配體個(gè)數就能告訴你一個(gè)分子能不能成藥,但這些規則都非常粗糙、例外比成功還多。多數規則是限制性而不是建議性的,即告訴你別做什么但沒(méi)告訴你要做什么,但找到新藥這種隱藏在正態(tài)分布長(cháng)尾巴里的罕見(jiàn)物種通常需要打破常規,如喬幫主所言“The people who are crazy enough to think they can change the world are the ones who do.”。
因此評價(jià)模式(或優(yōu)化漏斗)可能是臨床前研究最重要、也是最需要改進(jìn)的一個(gè)方面。現有模式選出的候選藥物進(jìn)入臨床成功率太低、而現有模式認為資質(zhì)平常的化合物卻經(jīng)常意外成功,所以一直有人呼吁徹底改變現有新藥發(fā)現模式。比如20年前David Horrobin提出放棄現在的體內體外評價(jià)方法而搭建一套以人體生理學(xué)為中心的評價(jià)體系。生物體高度復雜、如同一臺精密儀器,有些故障是單個(gè)零件破損造成、多數則是系統水平若干零件的配合失誤所致。因此很多人(最早Frank Sams-Dodd,后來(lái)David Swinney,到最近 Arash Sadri)建議加大表型篩選力度而弱化靶點(diǎn)為中心策略。Andrew Lo和Kelvin Stott則認為臨床前怎么做都很難選出優(yōu)質(zhì)項目,建議最大化項目多樣性而忽略臨床前的優(yōu)勢比較。Stott還提出把提高大分子過(guò)膜性作為能夠改變制藥工業(yè)命運的技術(shù)攻關(guān)難題。
具體技術(shù)方面FIC要比BIC更全方面評價(jià)一個(gè)治療策略的可靠性,比如一個(gè)新靶點(diǎn)需要經(jīng)過(guò)基因敲除、siRNA敲低、化合物調控、人體基因學(xué)數據等方面的評估。分子構建方面無(wú)論大分子還是小分子都需要在眾多構建優(yōu)化模式選擇合適技術(shù),以高效找到活性、選擇性、藥代性質(zhì)足夠的候選分子。候選分子本身也要全面評價(jià)其工作機制和成藥潛力,這涉及成藥規則和化學(xué)生物學(xué)的合理使用。進(jìn)入FIC這個(gè)虎穴顯然需要非常充分的準備,盡管能得到虎子還是犬子完全不確定。
藥物模式也需要根據治療和調控機制需求在傳統抑制劑、激動(dòng)劑、抗體和新技術(shù)如蛋白降解劑、核酸、基因編輯、偶聯(lián)藥物等做出選擇。不同藥物模式的體內藥物分布、代謝、化學(xué)劑量、生物調控機制各不相同,各有優(yōu)缺點(diǎn)。比如同樣是偶聯(lián)藥物,ADC與靶點(diǎn)結合后還需幾個(gè)步驟才能產(chǎn)生活性物質(zhì),抗原密度、內吞效率、降解鏈接子能力都要考慮。偶聯(lián)核藥則已經(jīng)激活、是預制菜,只需要在靶點(diǎn)細胞富集即可、靶點(diǎn)表達特異性比其它性質(zhì)更重要。對于需要飽和蛋白結合腔才能控制靶點(diǎn)功能的抑制劑來(lái)說(shuō),蛋白水平過(guò)高是個(gè)治療障礙、因為需要高濃度藥物。但這對于催化劑量即可起效的藥物如PROTAC、TCE則不是太大問(wèn)題,而對于依靠靶點(diǎn)介導激活的ADC來(lái)說(shuō)反而是個(gè)優(yōu)勢、因為通量更大。
除了技術(shù)和策略的局限,有一些外部因素也在增加新藥開(kāi)發(fā)的難度、導致了所謂的Eroom現象(新藥發(fā)現效率持續下降)。比如新機理FIC要擊敗標準療法才能上市或盈利,這就產(chǎn)生所謂better than the Beatles難題。甲殼蟲(chóng)樂(lè )隊是歷史上最成功樂(lè )隊,超過(guò)他們談何容易。前幾年有個(gè)叫做《昨天》的電影,說(shuō)一個(gè)落魄歌手意外成為世界上唯一記得甲殼蟲(chóng)作品的人、所以不費吹灰之力就取得巨大成功,與此類(lèi)似如果沒(méi)有多西他賽現在抗癌藥的開(kāi)發(fā)會(huì )容易很多(當然對患者未必是好事)。監管部門(mén)過(guò)分擔憂(yōu)毒副作用的負面影響,把更多責任轉移到藥廠(chǎng)身上也增加了淘汰有價(jià)值新藥的壓力。雖然不能說(shuō)這有什么錯誤,但是藥三分毒、你非要降到一分。這雖然可以做到但有代價(jià),客觀(guān)上會(huì )增加開(kāi)發(fā)成本、最終轉化為高藥價(jià)。同時(shí)也不可避免地迫使廠(chǎng)家揮淚下馬一些有價(jià)值新藥,不僅降低成功率、也令部分患者失去治療機會(huì )。這些難題制藥界幾乎沒(méi)有什么應對能力。
制藥業(yè)吸引了很多高科技人才和優(yōu)秀管理者,當前的開(kāi)發(fā)結構與技術(shù)手段可以認為是整個(gè)行業(yè)試錯后的最優(yōu)解。目前技術(shù)水平下很多療法的終極價(jià)值無(wú)法早期預判,12年前誰(shuí)能想到把第一個(gè)兒童患者Emma Whitehead送到ICU的CAR-T有一天可能用于治療相對非致命的自免疾病?雖然我們不能把所有機理都拿到臨床去試驗每個(gè)適應癥,但臨床試驗還是很多FIC篩選的主要機制、這也是POC如此寶貴的原因。FIC新藥發(fā)現成功率的問(wèn)題基本是個(gè)機理多樣性的問(wèn)題,任何限制項目多樣性的監管政策、研發(fā)策略、支付環(huán)境都可能間接降低成功率。
]]>首創(chuàng )藥物(FIC)比較罕見(jiàn),一個(gè)機理經(jīng)過(guò)首創(chuàng )藥物概念驗證后仍可能產(chǎn)生多個(gè)大產(chǎn)品,爭奪同類(lèi)最佳(BIC)甚至快速me-too可能是新藥創(chuàng )新最重要的競爭空間、策略也相對成熟。能夠完成概念驗證的首創(chuàng )藥物都是經(jīng)過(guò)反復優(yōu)化而來(lái),所謂BIC或me-better是指你在別人已經(jīng)優(yōu)化好的基礎上進(jìn)一步改善,以在市場(chǎng)競爭中彌補后發(fā)劣勢。
常言道學(xué)無(wú)止境,任何藥物都有繼續優(yōu)化的空間。但現在的首創(chuàng )藥物極少有明顯有缺點(diǎn),80年代首創(chuàng )藥物需要一日三次給藥、或最高耐受劑量下不能飽和靶點(diǎn)的事情已經(jīng)很少發(fā)生了,所以通過(guò)簡(jiǎn)單延長(cháng)半衰期或提高親和力已經(jīng)很難產(chǎn)生BIC了。雖然不排除窗口較小的機理可能在沒(méi)有明確設計策略指導下也隨機產(chǎn)生療效和安全性更平衡同類(lèi)最佳的可能,但一般來(lái)說(shuō)要想成為真正的me-better通常需要冒一定技術(shù)風(fēng)險。這個(gè)時(shí)代要想青出于藍勝于藍需要一點(diǎn)風(fēng)蕭蕭兮易水寒的決心和勇氣,今天就聊一聊這些策略。
最可能實(shí)現彎道超車(chē)的策略找到更市場(chǎng)大或更難預測的適應癥,顯然這個(gè)策略風(fēng)險也更大、否則首創(chuàng )藥物不會(huì )忽略這些適應癥。新適應癥可能來(lái)自意外發(fā)現,比如降糖藥SGLT2抑制劑治療心衰,當然這個(gè)意外首先是源自禮來(lái)愿意冒險做了Jardiance的心血管療效試驗、算是偶然中的必然。另一個(gè)類(lèi)似的例子是現在火出圈的減肥藥GLP藥物,這類(lèi)藥物20年前作為降糖藥上市、也產(chǎn)生了超重磅產(chǎn)品,但真正爆紅是作為減肥藥。這個(gè)療效臨床前不明顯,是后來(lái)臨床試驗中才發(fā)現的。
有些藥物長(cháng)期廣泛使用會(huì )發(fā)現新用途,但這時(shí)首創(chuàng )藥物可能已經(jīng)專(zhuān)利過(guò)期,用一個(gè)新分子重復已經(jīng)觀(guān)測到的臨床療效是個(gè)風(fēng)險較小但可以產(chǎn)生重磅藥物的策略。從80年代ACE抑制劑Altace到本世紀的Entresto從降壓改行治療心衰,到CD20抗體Ocrevus從CLL跨越到MS。也有一些新適應癥來(lái)自研發(fā)人員或臨床醫生的直覺(jué),比如雷那度胺(嚴格說(shuō)是沙利度胺)本是反面教材的第一主角,但科學(xué)家利用它抑制血管生成性質(zhì)一度成為小分子藥王。最近德國醫生把CD19 CAR-T成功用于無(wú)藥可治的SLE患者也是一個(gè)例子。
對于活性廣泛機理來(lái)說(shuō)開(kāi)發(fā)方向可能有很多,這時(shí)候正確選擇開(kāi)發(fā)策略可能比誰(shuí)第一個(gè)發(fā)現藥物分子、甚至誰(shuí)第一個(gè)實(shí)現概念驗證更重要,這方面最具代表性的案例是PD-1藥物的競爭。毋庸置疑,施貴寶承擔了最大風(fēng)險、首先實(shí)現了Opdivo的臨床驗證,但遺憾的是在最關(guān)鍵的NSCLC一線(xiàn)治療方案開(kāi)發(fā)中出現幾個(gè)誤判,比如單方使用的PD-L1水平界定和復方使用的聯(lián)用藥物選擇,導致Keytruda后來(lái)居上成為藥王。處于更后面的AZN則憑借Imfinzi首先在三期NSCLC 治療的優(yōu)異數據在第二梯隊中脫穎而出,分得一大杯羹。
這些例子雖然機理上是me-too藥物,但賺錢(qián)的是全新適應癥,其難度和風(fēng)險比簡(jiǎn)單跟蹤高很多。
2. 提高選擇性
對于抗體藥物來(lái)說(shuō)選擇性通常不是問(wèn)題,但小分子的選擇性可能是個(gè)軟肋。DPP4抑制劑是一類(lèi)重要的二線(xiàn)降糖藥,第一個(gè)完成這個(gè)機理概念驗證的是諾華的Galvus,遺憾的是這個(gè)分子用了一個(gè)選擇性稍差的可逆共價(jià)彈頭氰基作為主要結合著(zhù)力點(diǎn),導致選擇性稍差。但POC數據令默沙東閃電上市了Januvia,成為當仁不讓的同類(lèi)最佳。三代EGFR抑制劑提高對野生EGFR選擇性因此降低毒性、解決了T790M耐藥難題。早期CDK4/6抑制劑選擇性較低無(wú)法解決毒性問(wèn)題,后來(lái)輝瑞的Ibrance打到足夠選擇性才成功上市。前面講過(guò)KarXT用組合策略解決選擇性難題,不再贅述。
3. 改善藥代動(dòng)力學(xué)/藥物分布
改善藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)一直是me-better的一個(gè)重要策略,胰島素自1923年上市出現了幾類(lèi)通過(guò)調整釋放動(dòng)力學(xué)而在不同場(chǎng)景使用的換代產(chǎn)品,多個(gè)胰島素產(chǎn)品100年后的今天仍是重磅藥物、也讓諾和諾德積累足夠資源開(kāi)發(fā)了GLP1藥物。GLP1系列藥物本身也是一個(gè)PK逐漸改善的過(guò)程、主要是通過(guò)延長(cháng)半衰期以減輕注射負擔,從一開(kāi)始的一日三次到現在的一周一次,還有人在研究一年一次的。Abraxane是通過(guò)改善藥物分布成功上位的例子。
通過(guò)前藥設計改變活性藥物的釋放與分布,尤其是改變分布因為ADC和偶聯(lián)核藥的出現可能是最成功基于藥代的藥物設計。依喜替康只是一個(gè)掙扎多年無(wú)法成藥的me-worse TOP1抑制劑,但經(jīng)過(guò)抗體改變釋放和分布后成為炙手可熱的化療藥物。GLP1藥物盡管減肥效果明顯,但其減肌副作用也收到越來(lái)越多質(zhì)疑。一個(gè)在研減脂增肌藥物HU6是一個(gè)與沙利度按齊名的問(wèn)題藥物DNP的前藥,現在已經(jīng)進(jìn)入三期臨床研究。
新劑型也是一個(gè)大方向、尤其是納米制劑,但因為不涉及分子本身改造就不多說(shuō)了。
4. 提高活性
活性是藥物的最基礎性質(zhì),所以對于藥物優(yōu)化來(lái)說(shuō)是最重要的任務(wù)。但是在當前技術(shù)支撐下首創(chuàng )藥物很少會(huì )留下活性?xún)?yōu)化空間,因此難以成為BIC設計的根基。歷史上一個(gè)成功的提高活性而彎道超車(chē)的例子是前藥王立普妥,作為第五個(gè)上市的同類(lèi)藥物立普妥降脂能力略強。這個(gè)理論上的優(yōu)勢被輝瑞強大的市場(chǎng)團隊利用到極致,“know your numbers”是歷史上最成功的市場(chǎng)策劃之一。當然立普妥也在一些特殊人群做了大型COVT試驗,助力了藥王的成長(cháng)。有些靶點(diǎn)如Kras被成為不可成藥靶點(diǎn)主要是配體活性的限制,這些藥物優(yōu)化的核心任務(wù)是提高活性。
5. First-in-modality
很多靶點(diǎn)經(jīng)過(guò)比較復雜、不可口服的核酸或抗體藥物概念驗證后可以開(kāi)發(fā)口服小分子藥物作為換代產(chǎn)品,比如重要靶點(diǎn)PCSK9、GLP、PDL1、IL17、TNF等都有大量小分子項目在進(jìn)行,但是因為技術(shù)限制成功率較低。輝瑞的ATTR藥物tafamidis和羅氏的SMA藥物risdiplam是比較成功的例子。同樣是小分子藥物也可以利用共價(jià)不可逆抑制劑提高可逆抑制劑的活性,如二代EGFR抑制劑。也可以用蛋白降解劑如PROTAC代替抑制劑,如AR、ER藥物的PROTAC。
6. 雙功能分子
很多疾病不是一個(gè)環(huán)節有問(wèn)題而是同時(shí)幾個(gè)蛋白出現異常或同一個(gè)疾病在分子水平是因為不同蛋白異常造成,多功能分子從小分子到抗體都是一個(gè)探索方向。多靶點(diǎn)小分子藥物主要靶向同家族靶點(diǎn)、如多激酶抑制劑,這類(lèi)靶點(diǎn)容易同時(shí)被調控,有時(shí)根本無(wú)法實(shí)現選擇性、所以借坡下驢叫多靶點(diǎn)藥物。真正靶向不相干多個(gè)靶點(diǎn)的小分子藥物十分有限,bendamustine算一個(gè)。雙抗藥物雖然有一些上市但以分子鏈接器為主、真正靶向兩個(gè)致病蛋白的也不多。目前大火的GLP/GIP雙靶點(diǎn)藥物是個(gè)例外,但這里面的機制比較復雜、到底是不是兩個(gè)靶點(diǎn)都起了作用還有爭議。
7.小結
全新機理藥物發(fā)現受偶然因素影響很大,最有經(jīng)驗的公司也得排隊等機會(huì )、沒(méi)有任何一家企業(yè)可以持續發(fā)現重磅首創(chuàng )藥物。當然,機遇起決定作用不等于技能不重要,做好一個(gè)機理不容易、做砸那可是太容易了,守株待兔也得知道哪顆樹(shù)招兔子。一個(gè)機理概念驗證后仍有很多技術(shù)和市場(chǎng)機會(huì ),制藥業(yè)真正built to last的是默沙東這樣能反復發(fā)現BIC藥物、實(shí)現彎道超車(chē)的企業(yè)。
]]>新藥研發(fā)成功率從一期臨床開(kāi)始算約為10%,如果從立項開(kāi)始算一個(gè)全新機理項目成功率可能只有0.1%。這么低的成功率迫使很多藥廠(chǎng)要等到機理通過(guò)臨床概念驗證(POC)才敢立項行動(dòng)、但這時(shí)有能力做的廠(chǎng)家數量也劇增,導致一個(gè)項目要么沒(méi)人做、要么人人做的尷尬局面。全新機理中識別、打造米其林三星項目很困難,今天八卦一下。
尋找重磅藥物類(lèi)似從青少年隊選拔將來(lái)能帶領(lǐng)球隊拿冠軍的球星。即使橄欖球這種完全透明的運動(dòng)也很難通過(guò)低水平比賽表現找出能在職業(yè)聯(lián)賽槍林彈雨中臨危不亂的clutch球員, Brady這位史上最杰出四分衛在職業(yè)球探們眼前打了四年大學(xué)聯(lián)賽后參加NFL選秀僅排在第199順位。從臨床前化合物中找到能在三期臨床復雜情況下?lián)魯藴石煼ǖ男滤幐y,萬(wàn)里挑一的成功率、參差不齊的復雜數據令新藥發(fā)現比NFL球探的日子更難過(guò)。雖然新藥發(fā)現的正史中到處都有伯樂(lè )大師從馬場(chǎng)中一眼挑出唯一那匹千里馬的奇跡,但野史也記載不少姜太公釣到各種意想不到大魚(yú)的故事。
請伯樂(lè )選一個(gè)苗子然后馴10年成為千里馬,還是養1000匹讓它們優(yōu)勝劣汰直到千里馬顯露頭角再投入重金訓練一直是兩個(gè)相互競爭的體制。前者可以叫伯樂(lè )相馬、或pick the winners,項目一旦選好了執行只是個(gè)投入問(wèn)題。后者類(lèi)似姜太公釣魚(yú)、或kill the losers,這個(gè)策略假設所有馬都幾乎不可能成為千里馬、將被篩掉,無(wú)論開(kāi)始的表現和面相。然后讓它們經(jīng)歷一輪輪賽馬的考驗,每一輪篩掉一部分選手、直到最終千里馬現身。如果你真有伯樂(lè )的眼光前者優(yōu)點(diǎn)不言自明,因為成本更低。但實(shí)操中極少有人有這個(gè)眼光,所以后者更實(shí)用。
事實(shí)上有些千里馬根本就不是在馬群里挑出來(lái)的,而是從牛羊驢騾堆里遇到的。據統計60%的藥物發(fā)現有意外(serendipity)成分,從青霉素、順鉑、到偉哥,無(wú)心插柳柳成蔭。另有一些重磅藥物雖然最后上市,但成長(cháng)過(guò)程都遇到因為前景太差而幾乎被終止的經(jīng)歷,如他汀、紫杉醇、PD-1藥物,自古英雄多磨難。還有一些盡管機理與總體數據很不匹配,但因為畢竟有一個(gè)形式上的機理所以仍被認為是理性設計的成績(jì)。只是按照同樣邏輯再也沒(méi)有找到成功藥物,比如腫瘤的免疫療法,ADC以后可能也會(huì )落入這個(gè)范疇。
在如此復雜背景上Kill the losers學(xué)派認為不拘一格比明察秋毫更重要、云彩多了總有一塊有雨,但也并不是把運氣作為核心競爭力。淘汰項目只是表象,用有準備頭腦搜尋可能勝出的資產(chǎn)是本質(zhì)。同樣原因Pick the winners學(xué)派也不是不撞南墻不回頭,而是強調堅持對新藥發(fā)現的重要性、粉狀蛋白藥物是個(gè)最新的例子。兩個(gè)模式極少完全對立,都需要精通相馬、篩馬、賽馬之術(shù),只是決策對不同階段數據依賴(lài)程度有差異。好比西天取經(jīng),如果你認準了往東走才能到西天,就是經(jīng)歷810難也不可能見(jiàn)到真經(jīng)。但即使走對方向往西走,遇到白骨精就要回高老莊也還是與真經(jīng)無(wú)緣。這個(gè)行業(yè)幾乎條條大路通失敗,任何模式都注定缺點(diǎn)突出。
雖然你無(wú)法計劃意外驚喜,但是還是有一些技術(shù)能防止意外驚嚇的,這實(shí)際是新藥發(fā)現的主要內容、整個(gè)新藥研發(fā)體系都圍繞所謂的資產(chǎn)去風(fēng)險化。業(yè)界也根據經(jīng)驗教訓總結了很多提高成功率的規律,比如五規則、阿斯利康的5R1C、輝瑞的三支柱原則等,目的是防止普通球迷參加選秀、或被偶然因素誤導,以降低失敗風(fēng)險。即便一個(gè)機理在臨床前得到充分鑒定,預測其臨床表現依然困難、90%進(jìn)入臨床的資產(chǎn)無(wú)法上市。預測能否成為重磅藥物尤其困難,即便完成臨床研究甚至上市以后也有吸入胰島素、減肥藥Acomplia這樣銷(xiāo)售與預測完全不匹配的情況。
兩個(gè)策略都承認一個(gè)早期項目成功率是極低的。POC一般要到二期臨床,如果成功的話(huà)后面三期成功、繼而上市的機會(huì )約為50/50。按千分之一成功率算從立項到二期已經(jīng)篩掉了99.8%的項目、這期間會(huì )遇到各種復雜情況,新藥發(fā)現的本質(zhì)就是用最低成本、最快速度從0.1%成功率的項目中找到50%成功率的那幾個(gè)項目。從技術(shù)上講完成POC已經(jīng)去掉了一個(gè)新機理的大部分不確定性(de-risked),但從成本上講只走了一半的路,三期臨床通常需要與臨床前到二期所有花費差不多的投入。三期臨床是最重要的測試,PD-1一線(xiàn)肺癌的爭奪說(shuō)明這是能決定藥王與普通好產(chǎn)品的關(guān)鍵步驟。
成功POC資產(chǎn)也各不相同,生物機制清楚、臨床前數據完備、一期耐受性良好的資產(chǎn)比機制模糊、數據殘缺不齊、治療窗口狹窄的資產(chǎn)成功率高很多。這類(lèi)似高考模擬考試同樣成績(jì)的兩個(gè)考生,一個(gè)一貫成績(jì)優(yōu)良、一個(gè)中小學(xué)大部分考試都沒(méi)參加,正式高考中的成功率也不會(huì )相同。也有一些類(lèi)似考生只有一次數學(xué)競賽獲獎?dòng)涗浀珱](méi)上過(guò)中小學(xué)的情況,這種孩子可能確實(shí)是天才、也可能是就這次競賽蒙上了。
成功例子如輝瑞發(fā)現偉哥,失敗例子則更多、如諾華的IL1抗體canakinumab。Cana在一個(gè)叫做Cantos的心血管試驗中意外發(fā)現能降低77%的肺癌發(fā)病率,但在兩個(gè)前瞻性三期肺癌試驗中未能達到試驗終點(diǎn)。諾華還曾經(jīng)追逐過(guò)雙磷酸骨質(zhì)疏松藥物在轉移乳腺癌的開(kāi)發(fā),最后也放棄了。至于有些家長(cháng)自認為自己孩子骨骼清奇、20年后注定成為棟梁之才不僅沒(méi)有充分尊重千分之一成功率的含義,而且還可能干擾對數據的判斷,把science-based研發(fā)過(guò)程變成confidence-based。從HDL到CD47,不是說(shuō)這樣靶點(diǎn)永遠不會(huì )成藥、但投入和產(chǎn)出不成比例,這種非理性的所謂理性藥物設計不可持續。
無(wú)論使用什么策略首創(chuàng )藥物發(fā)現成功率都很低,如默沙東前研發(fā)總裁Perlmutter所言每個(gè)成功藥物都是”bloody miracle“。在POC之前或遇到cana這樣意外發(fā)現保持定力十分重要,在成功率只有千分之幾時(shí)對某個(gè)性質(zhì)或單個(gè)數據的過(guò)度解讀是非常危險的錯誤。但貽誤戰機同樣后果嚴重,因為要因此面臨落后和內卷的懲罰。廠(chǎng)家要么為巨大的機理不確定性焦慮,要么為繁多的競爭對手擔憂(yōu)。進(jìn)亦憂(yōu)、退亦憂(yōu),糾結是常態(tài)。Pick your own poison。
]]>雖然最近生物制藥進(jìn)入一個(gè)相對低谷期,但是新技術(shù)、新策略還是層出不窮、令人眼花繚亂。今天就梳理一下新藥的主要前沿和背后的底層邏輯。
人體是個(gè)高度有序的復雜系統,有序系統變?yōu)榛靵y狀態(tài)的動(dòng)力很大(對于人體就是發(fā)生疾病),這是熱力學(xué)規律、也與吃五谷雜糧就難免得病的生活常識一致。復雜系統從混亂恢復到有序難度很大,當這個(gè)系統是人的時(shí)候還涉及倫理問(wèn)題。復原人體健康狀態(tài)理論上可以在系統和零件水平實(shí)現,早期的藥物發(fā)現依靠?jì)?yōu)質(zhì)先導物,通過(guò)簡(jiǎn)單的化學(xué)修飾優(yōu)化成藥性質(zhì),比如水楊酸乙酰化后得到阿司匹林。但優(yōu)質(zhì)先導物并不多見(jiàn)、而神農嘗百草的先導物發(fā)現模式在經(jīng)濟上倫理上都不現實(shí),所以現代藥物發(fā)現更多的是依靠以生物學(xué)靶點(diǎn)為基礎的所謂理性藥物設計。制藥業(yè)搭建了一系列簡(jiǎn)化但失真的模型用于篩選優(yōu)化藥物。這顯然不是理想模式、但是一個(gè)理想的折中模式。
優(yōu)質(zhì)靶點(diǎn)在新藥發(fā)現中的價(jià)值無(wú)可比擬,很多新技術(shù)出現的深層原因都是因為優(yōu)質(zhì)靶點(diǎn)發(fā)現太難。優(yōu)質(zhì)靶點(diǎn)如同優(yōu)質(zhì)食材,怎么做都好吃、并不一定需要復雜烹飪技術(shù)。比如PCSK9不僅已經(jīng)有抗體、RNAi藥物上市,小分子、基因編輯藥物也在研發(fā)中。二甲雙胍、阿司匹林這樣神藥你都不好意思說(shuō)是優(yōu)化來(lái)的,似乎沒(méi)有用到任何藥物設計技能。PD1、GLP1這樣優(yōu)質(zhì)靶點(diǎn)也只需相對簡(jiǎn)單的單抗或多肽技術(shù)就可以成為超重磅藥物。
遺憾的是這樣優(yōu)質(zhì)靶點(diǎn)不僅罕見(jiàn)、而且非常難找(這也是罕見(jiàn)的原因之一)。無(wú)論有多少資源、多牛團隊,尋找優(yōu)質(zhì)靶點(diǎn)都是個(gè)靠天吃飯的行當。這也是沒(méi)有任何一家藥廠(chǎng)能持續發(fā)現首創(chuàng )重磅藥物的原因,基本上大家輪流坐莊。大藥廠(chǎng)雖然也投入重金尋找新靶點(diǎn),但小型生物技術(shù)公司越來(lái)越成為探索新靶點(diǎn)的主力軍。
尋找新靶點(diǎn)依然是、也永遠會(huì )是新藥創(chuàng )新的一個(gè)主要前沿。
優(yōu)質(zhì)靶點(diǎn)十分少見(jiàn),但有些本來(lái)成藥性較差的靶點(diǎn)在新技術(shù)的加持下是可能產(chǎn)生重磅藥物的。多數新技術(shù)的本質(zhì)是把多個(gè)功能整合到一個(gè)藥物分子或組合中,如同足球比賽球員個(gè)人能力比較差的時(shí)候可以通過(guò)與隊友的協(xié)同配合實(shí)現局部?jì)?yōu)勢。其中一大類(lèi)是多功能分子,如以ADC為代表的偶聯(lián)藥物、以PROTAC為代表的蛋白降解藥物、以雙抗為代表的分子鏈接器等。另一個(gè)思路是在核酸水平調控蛋白表達和功能,比如RNAi、ASO、mRNA療法和基因療法以及各種基因編輯技術(shù)。
偶聯(lián)藥物是現在一個(gè)主要前沿。以ADC為例,現在用的彈頭都能抑制細胞分裂或損傷DNA,攻擊的是所有細胞最核心功能和機構。別說(shuō)正常人體細胞受不了,連寄生在人體的細菌都扛不住、化療會(huì )經(jīng)常造成患者菌群失調。但是通過(guò)抗體的靶向遞送和緩釋技術(shù)扶持,這些本來(lái)沒(méi)有治療窗口的藥物可以實(shí)現一些治療窗口,大大擴大了成藥靶點(diǎn)空間。ADC可以看作是三功能分子,抗體負責藥物分布和體內滯留時(shí)間、鏈接子決定在哪里釋放毒素、毒素本身則負責殺傷。
雙特異抗體也可看做是三功能分子,如果Fc有功能的話(huà)。可變區可以分別與兩個(gè)抗原結合,即可以通過(guò)avidity效應實(shí)現更高選擇性,也可以起到分子鏈接器作用把兩類(lèi)在正常生理環(huán)境下不在一起的細胞拉到一起形成全新的通信突觸、比如TCE,Fc區域則與免疫細胞結合介導免疫殺傷。雙抗ADC則看作是四功能分子,也是一個(gè)前沿。
PROTAC可以看作是細胞內的雙特異分子,實(shí)現的功能也與傳統抑制劑不同、可以降解目標分子。這就不僅局限在抑制靶點(diǎn)的某個(gè)功能,而是會(huì )將蛋白徹底清除、因此也就消除了這個(gè)蛋白所有已知和未知的功能,效果也與靶點(diǎn)驗證所用的基因敲除、敲低技術(shù)更加一致。分子膠也是把兩個(gè)素不相識的蛋白拉到一起,但比PROTAC更加微妙、分子的成藥性也更好。還有幾個(gè)其它TAC降解技術(shù),總的理念是一樣的、但利用的降解系統各不相同。
多功能也可以通過(guò)藥物組合實(shí)現,比如剛剛上市的精分藥物Cobenfy是一個(gè)中樞蕈毒膽堿受體M1/M4雙激動(dòng)劑xanomeline和外周膽堿受體拮抗劑曲司氯銨的復方組合。毒膽堿受體是個(gè)與精分相關(guān)的靶點(diǎn)、但在外周被激活會(huì )產(chǎn)生嚴重胃腸道副作用,僅在外周分布的曲司氯銨可以緩解這個(gè)副作用而不干擾中樞的治療效果。這個(gè)設計與卡比多巴/左旋多巴組合設計類(lèi)似,也是利用一個(gè)組分不能進(jìn)入中樞而選擇性減少外周毒副作用。另一類(lèi)組合思路是利用一個(gè)輔助藥物調節主藥的代謝,比如新冠藥物Paxlovid利用Cyp3抑制劑保護主藥3CL抑制劑不被代謝。這本來(lái)就是抄艾滋病藥物組合的作業(yè),類(lèi)似思路在更早的抗菌素組合(青霉素+內酰胺酶抑制劑)也有應用。更復雜的組合是利用一個(gè)組分彌補另一個(gè)組分的藥理學(xué)瑕疵,比如Alkermes的抗抑郁組合ALKS5461。這好比殘運會(huì )盲人短跑運動(dòng)員配備一個(gè)正常視力的領(lǐng)跑員、二者需要非常精準的配合,目前成功的案例不多。
藥物治療可以認為是人工健康,因為自身恢復速度太慢或根本不可能。最近兩年生成式AI在各個(gè)領(lǐng)域都產(chǎn)生深遠影響,也不可避免地進(jìn)入了新藥設計。但是新藥領(lǐng)域的數據質(zhì)量參差不齊,很多優(yōu)質(zhì)數據沒(méi)有發(fā)表,甚至很多tacit knowledge根本沒(méi)有形成任何書(shū)面文件、完全儲存在老師傅腦袋里,這對AI模型建立是個(gè)非常根本的障礙。新藥設計不是一個(gè)優(yōu)質(zhì)信息太多人腦無(wú)法處理的問(wèn)題,而是劣質(zhì)信息太多需要經(jīng)驗有效剔除的問(wèn)題。因此AI顛覆新藥設計的難度要高于其它領(lǐng)域,但AI進(jìn)入新藥發(fā)現絕對是一個(gè)重要前沿。
新藥發(fā)現的最前沿是發(fā)現優(yōu)質(zhì)新靶點(diǎn),但因為找到可成藥靶點(diǎn)難度和投入都很大,所以也有大量資源投入到用各種能把乙組靶點(diǎn)變成可成藥靶點(diǎn)的新技術(shù)開(kāi)發(fā)上。這基本就是新藥前沿的底層邏輯。
]]>ADC已經(jīng)產(chǎn)生了Enhertu、Trodelvy這樣重磅藥物,也是現在抗癌藥最熱門(mén)的前沿之一,但是在征服晚期腫瘤的漫長(cháng)歷史中ADC的歷史地位難以用一時(shí)一勢之短長(cháng)判斷,還是要看這個(gè)技術(shù)底層邏輯與晚期腫瘤治療的匹配程度。以史為鑒,免疫療法可能是晚期腫瘤治療最重要的技術(shù),但從車(chē)如流水馬如龍到門(mén)前冷落鞍馬稀也只用了10年時(shí)間。10年前的今天(2014年9月4號)Keytruda成為美國第一個(gè)上市的PD-1藥物,而就在半個(gè)月前腫瘤藥物開(kāi)發(fā)的行業(yè)巨頭基因泰克宣布終止免疫療法研發(fā)。
盡管腫瘤藥物是制藥業(yè)和學(xué)術(shù)界投入最大的領(lǐng)域,但晚期實(shí)體瘤依然是個(gè)令人不寒而栗的恐怖疾病,目前發(fā)達國家患者自診斷開(kāi)始算中值生存期約為10?個(gè)月。腫瘤如此致命有多種原因,腫瘤的hallmarks從2000年的6個(gè)增加到現在的10個(gè),但這些特征也不能完全涵蓋惡性腫瘤的復雜程度。比如同樣是MSI結直腸癌,PD-1藥物在未轉移早期患者可以產(chǎn)生100%的完全應答率、但在轉移患者的療效要差很多。理論上同樣劑量藥物在癌細胞所能到的任何組織(原發(fā)或轉移病灶)游離藥物暴露量應該基本差不多,顯然轉移階段腫瘤的抗打擊能力更強。T-DXd已經(jīng)批準用于所有HER2陽(yáng)性實(shí)體瘤,說(shuō)明這個(gè)藥物在所有HER2陽(yáng)性實(shí)體瘤都能殺死部分腫瘤。但T-DXd在任何腫瘤、包括最擅長(cháng)的乳腺癌治療也很難徹底清除腫瘤。
敏感腫瘤細胞或許比耐藥細胞少了幾個(gè)hallmarks,但從治療角度看這個(gè)多樣性本身、即腫瘤異質(zhì)性可能是晚期腫瘤更重要的hallmark。腫瘤異質(zhì)性越高清除全部克隆而不誤傷正常組織的幾率就越小,這也是為什么異質(zhì)性成為腫瘤最依賴(lài)的鎮山之寶之原因,再猖獗的腫瘤細胞如果都一樣也不難控制。理論上組合療法可以解決異質(zhì)性、但是實(shí)操難度極大,因為單方藥物開(kāi)發(fā)的復雜程度已經(jīng)到了現有技術(shù)極限了。對某個(gè)抗癌藥敏感的腫瘤只要稍微變一變比如上調個(gè)MDR、下調個(gè)HER2就可以產(chǎn)生耐藥,可以想象天然就存在成百上千個(gè)類(lèi)似克隆的異質(zhì)性腫瘤幾乎無(wú)法用藥物完全控制。
腫瘤細胞與正常細胞比有一些功能得到加強(那些hallmarks),如同足球運動(dòng)員比普通人速度更快、力量更強。但是球員也分業(yè)余與職業(yè),如同腫瘤有良性與惡性之分。更重要的是要贏(yíng)得世界杯你不僅要用職業(yè)球員組隊,而且隊中需要不同能力的球員、替補陣容要有足夠深度。新機理抗癌藥面臨的晚期末線(xiàn)患者基本就是這樣一支難以對付的球隊,他們經(jīng)過(guò)業(yè)余到職業(yè)、預賽復賽的層層篩選,與11個(gè)隨機球員比完全不在一個(gè)維度上。如果首發(fā)陣容受傷或進(jìn)攻受阻,替補隊員可能同樣驍勇善戰甚至更厲害。即使今天除少數情況外晚期腫瘤也基本無(wú)法治愈,只能延長(cháng)幾個(gè)月的壽命。
迄今為止最有效延長(cháng)晚期腫瘤患者壽命的抗癌藥是免疫療法、尤其在黑色素瘤,遺憾的是多數患者對現有免疫療法無(wú)應答。化療藥物雖然沒(méi)有IO藥物的長(cháng)期應答,但仍是多數實(shí)體瘤治療方案的核心,如果給到足夠劑量可以清除所有腫瘤病灶、無(wú)論異質(zhì)性多高。但這正是腫瘤治療的練門(mén)所在、抗癌藥的耐受劑量通常很有限。這也是ADC出現的核心驅動(dòng)力,化療藥物理論上只要遞送足夠特異可以清除所有腫瘤病灶,但是迄今為止尚沒(méi)有一個(gè)ADC藥物能夠選擇性進(jìn)入所有腫瘤病灶而不拿群眾一針一線(xiàn)的。
腫瘤細胞雖然表面條形碼與正常細胞不同,但腫瘤細胞基因組不穩定、這些條形碼隨時(shí)可以改變,所以作為遞送地址不可靠。另外實(shí)體瘤空間異質(zhì)性也導致很多腫瘤細胞無(wú)法與藥物接觸,筆者認為利用微環(huán)境中基因組相對穩定、又有一定流動(dòng)性和歸巢效應的免疫細胞遞送ADC是一個(gè)方向,畢竟已經(jīng)有人利用紅細胞遞送化療藥物、盡管尚未成功。從毒素角度看,雖然化療潛在殺傷力巨大、但毒性問(wèn)題實(shí)在難以解決。免疫系統可以殺死任何腫瘤細胞、或任何正常細胞for that matter,筆者認為無(wú)論哪個(gè)治療模式,ADC or otherwise,都需要充分利用免疫系統與腫瘤細胞的博弈。雖然ISAC現在暫時(shí)處于低潮,但長(cháng)期看還是一個(gè)重要前進(jìn)方向。
ADC藥物目前看可能會(huì )在一定程度上超越和取代部分化療藥物,但治療價(jià)值尚無(wú)法與免疫療法比肩(當然對于患者來(lái)說(shuō)這兩個(gè)療法是合作而不是競爭關(guān)系)。ADC要想進(jìn)入抗癌藥名人堂或者需要顯著(zhù)提高提送效率,或者攜帶不同殺傷機制彈頭。ADC本質(zhì)是個(gè)賦能遞送技術(shù),對晚期腫瘤治療的影響依賴(lài)ADC之外的技術(shù)突破。
]]>ADC自2000年首次批準已有二十幾年歷史,但真正火起來(lái)是2019年T-DXd的出現。傳統的ADC設計自以為是魔法子彈槍法所以什么樣的毒素都敢用,甚至是越毒越好、因為這樣就不需要太高劑量抗體。但是我們此前已經(jīng)講過(guò)這個(gè)理念的諸多瑕疵,即使HER2這樣高密度靶點(diǎn)、羅氏這樣的腫瘤藥開(kāi)發(fā)高手如果子彈用錯了也會(huì )讓魔法失靈。小分子喜樹(shù)堿衍生物已有兩個(gè)上市藥物(伊利替康、拓撲替康),說(shuō)明這類(lèi)藥物沒(méi)有靶向遞送加持已經(jīng)有足夠治療窗口、這顯然增加了ADC的成藥機會(huì )。但除了安全窗口這個(gè)因素外喜樹(shù)堿衍生物、尤其是DXd還有其它適合作為ADC毒素的性質(zhì)。
喜樹(shù)堿的發(fā)現起源于50年代在植物中尋找可的松衍生物的工作,后來(lái)才走上抗癌之路。喜樹(shù)堿的關(guān)鍵藥效團是E環(huán)的羥基內酯,這個(gè)內酯在生理pH值上下較小范圍內就會(huì )可逆地快速開(kāi)環(huán)關(guān)環(huán)、尤其是在體內或有人血清白蛋白(HSA)存在時(shí)。酸性條件(pH<7)催化關(guān)環(huán)、堿性條件(pH>7)催化開(kāi)環(huán),只要稍微偏離中性的pH7這些過(guò)程就可以在幾分鐘到幾小時(shí)完成。開(kāi)環(huán)的羥基羧酸比關(guān)環(huán)的內酯活性至少低10倍,但這兩種存在形式都是有TOP1抑制活性的。羥基酸過(guò)膜性顯然要比內酯差很多,所以殺傷活性的差別也可能是過(guò)膜性區別造成的。
伊利替康、拓撲替康這樣的小分子藥物打到靜脈里因為血液pH>7所以很快就被水解成羥基酸,不僅活性喪失九成、而且羧酸與HAS結合率很高也很容易被腎臟排泄出人體,所以表觀(guān)活性大幅度下降,這也是喜樹(shù)堿沒(méi)能進(jìn)入早期A(yíng)DC設計者法眼的原因之一。而ADC則是在細胞內的溶酶體里釋放毒素,溶酶體是個(gè)酸性環(huán)境,所以無(wú)論是內酯還是羥基酸到了溶酶體統統都變成活性?xún)弱チ耍?Seagen的科學(xué)家證實(shí)喜樹(shù)堿作為ADC毒素其內酯的穩定性與殺傷力無(wú)關(guān)。
這個(gè)釋放機制一是提高了腫瘤細胞內活性?xún)弱ニ幬餄舛龋墙档土四[瘤外的活性藥物濃度。在進(jìn)入溶酶體前喜樹(shù)堿毒素即使內酯在循環(huán)系統被水解也因為連在抗體上無(wú)法被HAS或腎臟清除,而毒素在腫瘤釋放后回到循環(huán)系統則會(huì )快速水解(堿性平衡態(tài)內酯濃度低于羥基酸鹽),毒性降低、清除率提高。這幾乎就是為ADC前藥釋放機制量身設計的軟藥型毒素,作為小分子藥物的缺點(diǎn)改行作為ADC毒素因為起跑線(xiàn)環(huán)境變了也都變成優(yōu)點(diǎn)了。另一類(lèi)在內酯和羥基酸之間游蕩的著(zhù)名藥物是他汀類(lèi)降脂藥,有的他汀是以?xún)弱バ问浇o藥、有的則是以羥基酸鹽形式給藥。
溶酶體雖然是酸性,但是TOP1的工作場(chǎng)所細胞核和線(xiàn)粒體卻是堿性環(huán)境,所以到了真正戰場(chǎng)喜樹(shù)堿毒素的存在形式仍是存疑的。因為開(kāi)關(guān)環(huán)是個(gè)可逆過(guò)程所以搞清楚活性物質(zhì)在TOP1活性腔中的存在形式并不容易,這兩種形式不僅都有TOP1抑制活性、而且都有與TOP1形成復合物的晶體結構數據。羥基酸與內酯的極性和離子化完全不同,作為關(guān)鍵藥效團活性相差只有10倍很不正常。或者TOP1這個(gè)酶就是為兩種形式都有活性演化而來(lái),或者是兩種形式之間轉化實(shí)在太快、失活代謝產(chǎn)物很難與活性藥物區分開(kāi)。
DXd雖然與依喜替康只有一個(gè)羥乙酰基的區別、而且這只是為了與GGFG偶聯(lián)引入的一個(gè)adaptor,但是DXd似乎與上市喜樹(shù)堿藥物如SN38有一些重要差別。比如同樣靶向Trop2,Data-DXd口腔炎發(fā)生率達到60%,但Trodelvy則發(fā)生率不到20%。T-DXd、Dato-DXd、HER3-DXd的間質(zhì)性肺炎也都比Trodelvy發(fā)病率高。療效方面T-DXd在HER2陰性乳腺癌和中樞轉移乳腺癌的療效也令人懷疑DXd是否有不同于主流喜樹(shù)堿衍生物的藥理學(xué),因為結構高度類(lèi)似的依喜替康即使做成釋放非常平緩的高分子前藥(DE310)也沒(méi)有治療窗口。當然現在也有依喜替康ADC進(jìn)入臨床、是否能成藥我們拭目以待。
]]>ADC的復雜結構有時(shí)如同戰斗機一樣看起來(lái)超級酷,但真正殺敵的還是里面坐著(zhù)的那位不太顯眼的飛行員。ADC本質(zhì)是個(gè)改變毒素分布的技術(shù),毒素是核心。ADC毒素既要有基本成藥性質(zhì),比如要有足夠化學(xué)穩定性、溶解度等,也要遵循小分子藥物的基本規律,比如在腫瘤細胞內的游離藥物濃度要超過(guò)殺傷濃度,而在任何正常細胞內的游離藥物濃度要低于在該類(lèi)細胞的毒性濃度。但是ADC對毒素分布的影響非常深刻,所以ADC毒素和小分子化療藥物也有一些本質(zhì)區別。今天主要從活性、機制、PK這幾個(gè)角度講一講ADC毒素需要具備的素質(zhì)。
1.高活性的負擔
早期A(yíng)DC設計因為沒(méi)有預料到大部分毒素會(huì )在正常組織釋放、以及每個(gè)抗體藥物只能攜帶少量毒素,所以高活性是一個(gè)主要門(mén)檻。但是后來(lái)發(fā)現由于各種已知未知原因,99%以上ADC毒素是在正常組織里釋放的。這是個(gè)巨大分布負擔,要求ADC毒素不能把所有安全問(wèn)題都交給抗體導航、而是自己也應該有一定安全窗口。否則因為多數時(shí)間在正常組織中游蕩難免惹出是非,即使HER2這樣的高密度抗原如果毒素使用不當也經(jīng)常失敗。不要把抗體導航想成博爾特的雙腿,安在任何人身上都能拿奧運金牌。而是把它當作一款優(yōu)質(zhì)跑鞋,只能讓職業(yè)運動(dòng)員增加一點(diǎn)獲勝幾率。
因為高活性幾乎總是與高毒性同行(這也是ADC技術(shù)誕生的原因),所以高活性毒素還有一個(gè)負擔就是ADC耐受劑量可能過(guò)低。低劑量令ADC進(jìn)入腫瘤微環(huán)境效率下降,進(jìn)一步加劇了毒素在正常組織的釋放。劑量太低還有一個(gè)不良后果就是抗體部分因為無(wú)法達到治療劑量,失去了與毒素一起圍剿腫瘤的機會(huì )。現在的ADC毒素活性盡量能讓抗體部分接近治療劑量,絕對劑量能夠達到3-5mpk以上、以保證浸潤腫瘤微環(huán)境能力。
2.殺傷機制是核心
腫瘤殺傷機制是毒素設計的最關(guān)鍵考慮,當然這是超越ADC、所有藥物的設計核心。絕大多數抗腫瘤新機制在患者無(wú)法實(shí)現足夠治療窗口,即使在臨床篩選到的成功抗癌藥真正工作機制也不是我們設計的。理論上毒素最好能與抗體形成合成致死局面、即抗體和毒素效應同時(shí)存在才會(huì )有殺傷,這樣會(huì )顯著(zhù)降低脫靶毒性這個(gè)ADC藥物最主要的毒性來(lái)源,比如通過(guò)Fc受體內吞釋放的毒素因為沒(méi)有抗體介導效應就不會(huì )有毒性。但是這樣的機制很難尋找和驗證,即使找到也會(huì )限制適用人群。
另一個(gè)選擇毒素工作機制需要考慮的事情是胞內靶點(diǎn)濃度。因為ADC通常只能遞送較低量毒素進(jìn)入細胞,所以靶點(diǎn)濃度是個(gè)現實(shí)問(wèn)題。靶點(diǎn)蛋白濃度最高不能超過(guò)胞內毒素濃度,否則毒素不可能完全控制靶點(diǎn)(除非是PROTAC這樣的降解技術(shù))。這與抗原的要求相反、抗原密度越高越好。比如HER2作為ADC抗體靶點(diǎn)非常理想,但作為ADC毒素靶點(diǎn)則很不稱(chēng)職,因為胞內濃度太高即使不可逆抑制劑也會(huì )漏掉一些靶點(diǎn)。
另一個(gè)考慮是毒素機制否容易產(chǎn)生耐藥。幾乎所有的抗癌藥都會(huì )產(chǎn)生耐藥,但程度還是有差別的。比如激酶抑制劑各個(gè)會(huì )耐藥,但免疫療法則因為免疫記憶會(huì )有一些超長(cháng)期應答。另一個(gè)可靠避免耐藥的策略是快速斬草除根,少數晚期腫瘤也是可以治愈的。組合療法殺傷更徹底,所以現在有人做雙彈頭ADC。一些非化療殺傷機制如核藥、光動(dòng)力療法、免疫ADC(ISAC)也是前沿,但是這些技術(shù)也是各有各的難念經(jīng)。
PROTAC是現在小分子藥物的一個(gè)熱門(mén)領(lǐng)域,因為可以徹底降解靶點(diǎn)蛋白所以可以終止靶點(diǎn)所有生物學(xué)功能、而抑制劑通常只能阻斷催化功能。理論上催化劑量PROTAC即可有效,所以胞內遞送通量壓力較小、也可以降解高濃度靶點(diǎn)。PROTAC通常過(guò)膜性較差、口服吸收不好,而半衰期較短因此注射依從性有問(wèn)題。這些性質(zhì)似乎令PROTAC成為一個(gè)理想ADC毒素,因為PROTAC主要缺陷都可以通過(guò)與抗體偶聯(lián)得到彌補。
但是PROTAC ADC也有一些理論上的劣勢。比如你ADC都已經(jīng)進(jìn)入敵人大本營(yíng)了就不用那么文明了,你殺的這么斯文一是沒(méi)有必要、二是容易產(chǎn)生耐藥。一個(gè)可能場(chǎng)景是只殺傷PROTAC靶點(diǎn)表達的細胞,這樣即使ADC誤闖無(wú)靶點(diǎn)的正常細胞也不會(huì )造成殺傷或殺傷慢很多。但腫瘤特異靶點(diǎn)很罕見(jiàn),如果有的話(huà)不需要抗體導航也基本能成藥。即使有這樣靶點(diǎn),PROTAC也選擇性要足夠高、否則脫靶毒性同樣搞死你。
當然也有磷酸酶這樣不可成藥靶點(diǎn),磷酸酶PROTAC沒(méi)有輔助過(guò)膜技術(shù)根本沒(méi)機會(huì )見(jiàn)到靶點(diǎn)、或許做成ADC有一定機會(huì )。不過(guò)磷酸酶所有細胞里都有,而且高選擇性磷酸酶PROTAC不僅很難設計、就連評價(jià)體系都不完整,安全窗是個(gè)難題。這類(lèi)PROTAC因為過(guò)膜性極差,所以無(wú)論進(jìn)入腫瘤還是正常細胞都沒(méi)有留出逃跑路徑、屬于破釜沉舟式殺傷,這對正常組織損傷會(huì )比DXd這樣可以自由進(jìn)出細胞的毒素更大。如同孫悟空找芭蕉扇鉆進(jìn)你肚子里,不把你折騰個(gè)半死是不會(huì )出來(lái)的、但多數時(shí)候折騰的并不是鐵扇公主。這類(lèi)PROTAC基本不會(huì )有旁觀(guān)者殺傷,所以對抗原陰性細胞、藥物不可及細胞和病灶無(wú)能為力,在一定程度上變成一個(gè)靜脈給藥的局部療法。
3.“反成藥”的特殊藥代
小分子化療藥物成藥性我們已經(jīng)有大量經(jīng)驗,比如半衰期不能太短等。但ADC毒素只要連在抗體上就可以過(guò)著(zhù)太平日子,不用考慮排泄、甚至肝代謝問(wèn)題。ADC理論上在腫瘤釋放毒素,離開(kāi)腫瘤后就不再參與腫瘤殺傷(但實(shí)際上有些ADC在治療劑量下毒素的血藥濃度是達到或超過(guò)毒素自己的殺傷濃度的),所以毒素藥代性質(zhì)與作為小分子化療藥單獨使用要求不同了、有時(shí)截然相反。比如毒素失去抗體靠山后最好經(jīng)過(guò)肝腎等器官就立刻被代謝失活或徹底從機體排出,類(lèi)似上回說(shuō)到的軟藥設計。現在也有人在開(kāi)發(fā)毒素中和抗體,把健康組織和循環(huán)系統中的毒素都中和掉、對毒素來(lái)說(shuō)相當于人造腎臟。
以前講過(guò)毒素要平衡在腫瘤微環(huán)境滯留時(shí)間與過(guò)膜能力以最大化旁觀(guān)者殺傷效率,因為這兩個(gè)性質(zhì)經(jīng)常是相互矛盾的(增加滯留時(shí)間的結構改造會(huì )降低過(guò)膜能力)。毒素也要平衡胞內停留時(shí)間與腫瘤殺傷速度,這些藥代性質(zhì)與毒素的理化性質(zhì)、腫瘤細胞外排泵活躍程度、腫瘤對毒素敏感性、微環(huán)境組織結構等因素有關(guān),紙上說(shuō)起來(lái)容易、實(shí)際優(yōu)化難度很大。還有一些細節比如毒素進(jìn)到胞內后要先到溶酶體挨一百殺威棒,有多肽特征的毒素如Carfilzomib在溶酶體內會(huì )被降解失活所以不適合當ADC毒素。
還有一些毒素過(guò)度設計沒(méi)有考慮到ADC殺傷如同阿湯哥偷襲敵人指揮部,雖然超級大黃蜂可以把你送進(jìn)去、但是你只有很短時(shí)間完成核心任務(wù),如果工作機制過(guò)于復雜很可能還沒(méi)有搭好工作臺就已經(jīng)被擊落了。毒素必須能與抗體能和平共處,主要是不要造成抗體形成聚合物,這個(gè)優(yōu)化目標可以通過(guò)調節毒素本身或者鏈接子的理化性質(zhì)實(shí)現。
4. 小結:“it's not the plane, it's the pilot”
總之毒素是ADC殺傷的操盤(pán)手、是坐在戰斗機里的真正殺手。ADC毒素與小分子化療藥物分布完全不同,因此產(chǎn)生了新穎藥理毒理效應。毒素之所以顯得沒(méi)有那么重要是因為大師兄畫(huà)的保護圈、即臨床篩出優(yōu)質(zhì)毒素附近的化學(xué)空間基本都可用。我們離理性設計和評價(jià)全新機制ADC毒素還有距離,這雖然有點(diǎn)傷自尊但也是行業(yè)一個(gè)重要機遇。
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ADC一般被認為是一個(gè)前藥(prodrug)。前藥的定義是藥物本身沒(méi)有活性,在體內經(jīng)代謝處理后才有活性的藥物,如果藥物和代謝產(chǎn)物都有活性那么嚴格講不能稱(chēng)為前藥。為什么要求前藥激活前沒(méi)有生物學(xué)活性呢?那是因為有些情況下你希望藥物在疾病組織的特定環(huán)境下激活,減少對非疾病組織造成傷害。一個(gè)相關(guān)的設計思路是軟藥(soft drug,也叫逆代謝藥物、retrometabolic drug),這種藥物完成治療任務(wù)會(huì )快速代謝失活、比如局麻藥物。過(guò)時(shí)自合飄零去對于A(yíng)DC毒素來(lái)說(shuō)也是一個(gè)有益性質(zhì),因為毒素如果離開(kāi)腫瘤被快速代謝失活會(huì )降低系統毒性。
ADC因為毒素安全窗口很小所以希望通過(guò)前藥設計增加治療窗口,但直到最近我們并沒(méi)有確切數據證明ADC主要是通過(guò)游離毒素殺傷腫瘤的。小分子前藥設計一般是在分子對活性敏感區引入代謝基團以保證前藥無(wú)活性,但現在A(yíng)DC設計中小分子毒素一般是在對結構變化不敏感區域通過(guò)鏈接子偶聯(lián)到抗體上。比如常用的喜樹(shù)堿類(lèi)藥物在反應中心羥基內酯的對面區域幾乎任何結構改造都有TOP1抑制活性,進(jìn)入臨床的十幾個(gè)TOP1抑制劑在這個(gè)區域改造千奇百怪。所以從與靶點(diǎn)結合角度看,毒素并不在意連在末端的是一個(gè)完整抗體、一個(gè)殘缺的抗體、還是一個(gè)乙酰基,因為這個(gè)長(cháng)尾巴并不打擾毒素與靶點(diǎn)的結合。
但藥物除了能與靶點(diǎn)高效結合外還要進(jìn)入靶點(diǎn)所在區域,所以ADC是不是前藥取決于哪一級代謝產(chǎn)物、包括ADC本身能否在胞內遇到靶點(diǎn)。有研究發(fā)現把VC鏈接子用蛋白酶無(wú)法識別的非天然氨基酸替代、或敲除細胞組織蛋白酶從而改變胞內毒素存在形式,MMAE ADC的殺傷力并不會(huì )下降,但尚無(wú)直接證據ADC本身不經(jīng)過(guò)任何降解就可以殺傷腫瘤細胞。一般認為抗體藥物無(wú)法調控胞內機制(當然這個(gè)理念也在改變),給人印象抗體在胞內無(wú)所作為。但多數抗體不能調節胞內靶點(diǎn)是因為沒(méi)有進(jìn)入細胞的路徑,ADC因為有胞外靶點(diǎn)幫忙可以進(jìn)到胞內,所以有可能以完整抗體身份在胞內做一些事情。
抗體并非進(jìn)入細胞就粉身碎骨,降解也需要時(shí)間。比如曲妥珠單抗在SK-BR-3細胞中的降解半衰期是16個(gè)小時(shí),長(cháng)期給藥時(shí)的藥物穩態(tài)期胞內可能有相當濃度的抗體藥物。有研究顯示不可裂解ADC藥物T-DM1凈內吞速度是胞內降解速度的~2倍,所以也可能在胞內蓄積一定ADC藥物濃度。盡管內吞從機制上看是通過(guò)胞飲所以抗體可能被脂雙層包裹,但是還是有可能通過(guò)各種機制與細胞質(zhì)中靶點(diǎn)相遇。因為DM1靶點(diǎn)是細胞質(zhì)中的微管,所以T-DM1有可能在被降解之前就開(kāi)始破壞微管結構,那么T-DM1就不能稱(chēng)作真正意義的前藥。
對于毒素為DNA損傷劑的ADC如T-DXd來(lái)說(shuō)這種可能性要小很多,因為靶點(diǎn)在細胞核內、而抗體進(jìn)入細胞核的難度比進(jìn)入細胞質(zhì)大很多。今年一三共的科學(xué)家用熒光標記T-DXd的抗體部分發(fā)現在HER2陽(yáng)性腫瘤細胞體外實(shí)驗中的確只有少量抗體(紅色)能夠到達細胞核(藍色),多數被送到溶酶體(綠色,圖1)。而在體內腫瘤實(shí)驗中DXd(紅色,圖2)則可以進(jìn)入細胞核(藍色),這說(shuō)明T-DXd是一個(gè)貨真價(jià)實(shí)的前藥。
當然最近也有研究說(shuō)喜樹(shù)堿類(lèi)藥物的靶點(diǎn)不僅是TOP1,也有其它蛋白靶點(diǎn),因為無(wú)TOP1表達的細胞也對某些喜樹(shù)堿衍生物敏感。這就不排除ADC可以直接參與靶點(diǎn)調控了,因為細胞質(zhì)中存在大量DXd(圖2白色)。這些DXd可能是游離的、也可能是T-DXd,此前在分辨率較低的熒光標記實(shí)驗中發(fā)現DXd和曲妥珠基本是在同一區域出現、說(shuō)明至少部分DXd信號來(lái)自T-DXd。
圖1
圖2
ADC血藥濃度即使按摩爾濃度算也通常遠高于毒素,但這主要與ADC、毒素的清除率和組織分布差異有關(guān),不能說(shuō)明腫瘤細胞內ADC原藥也比游離毒素多很多,畢竟我們還希望腫瘤細胞能成為加工ADC、釋放毒素的一個(gè)車(chē)間。這個(gè)數據通常是未知的,所以難以估計ADC直接參與細胞殺傷的程度。 當然前面講了除了ADC原藥濃度,毒素靶點(diǎn)在胞內地址決定了ADC是否需要“激活”才能起效。
ADC進(jìn)入細胞后是先需要釋放毒素再開(kāi)始殺傷,還是可以一邊切斷鏈接子、同時(shí)可以開(kāi)始抑制靶點(diǎn)活性可能與很多因素有關(guān)。如果是前面一種情況,鏈接子斷裂效率會(huì )影響ADC療效,ADC藥物可能特異性更高、更安全。如果是后者,ADC可能會(huì )更廣譜、當然也可能毒性更大。隨著(zhù)更多數據的產(chǎn)生我們對這些過(guò)程的認識也會(huì )越來(lái)越清晰,可以更有的放矢地設計新一代ADC。
]]>ADC在腫瘤微環(huán)境中與靶點(diǎn)形成復合物后發(fā)生什么是ADC設計需要考慮的重要因素,因為這涉及到哪些微環(huán)境指標能預測藥物應答(不一定是抗原高表達喲)這個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。抗原有自己的作息時(shí)間、抗體也有自己的生活方式,真實(shí)世界中這個(gè)復合物命運如何并非一個(gè)簡(jiǎn)單問(wèn)題。當前設計主要關(guān)注抗原的內吞和胞內轉運,但螳螂捕蟬黃雀在后、免疫細胞介導的ADC降解處理不容忽視。
細胞生活在水溶液中,蛋白和核酸等核心生物大分子需要被不溶于水脂分子組成的細胞膜包裹起來(lái)。這跟包餃子類(lèi)似,皮要是溶于水就成片湯了。細胞膜除了脂雙層骨架還有不少膜蛋白,參與安保、傳播小道消息、快遞生活必需品等功能。偶聯(lián)藥物就是依靠這些膜蛋白的特殊位置和功能將毒素遞送到胞內,如果表達特異還可以實(shí)現選擇性。
膜蛋白在細胞膜中不是隨機分布的,而是會(huì )形成各類(lèi)功能團體。每個(gè)蛋白在膜上保留多少、停留多長(cháng)時(shí)間、遇到什么情況需要離開(kāi)膜是受到嚴格監管的,因此演化出多種內吞機制維持這個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。有些受體本來(lái)就像擺渡車(chē)一樣在膜與胞內循環(huán)(constitutive trafficking),有些受體與配體結合后會(huì )改變構象(分子的擺拍姿勢)而啟動(dòng)各種內吞機制,這兩種情況配體在膜上搭上順風(fēng)車(chē)都可以進(jìn)到胞內。也有一些受體內吞能力很差,ADC靶向這類(lèi)靶點(diǎn)需要設計對應的鏈接子斷裂方式。
但抗體并不是總能將就抗原的生活方式。抗體作為獲得性免疫系統的重要組成部分有時(shí)人在江湖身不由己,與免疫細胞合作清除外源性病原體是首要任務(wù)、而不是跟著(zhù)抗原去胞內閑逛。病原體以生物大分子為核心,從化學(xué)角度看免疫系統的主要功能是降解這些生物大分子,比如細菌用的CRISPR系統。高級生物免疫系統更高級,降解前可能會(huì )先做一些準備工作如破壞病原體外包裝等。抗體是一類(lèi)多功能分子,包含能準確識別敵人的可變區和調動(dòng)生命體武裝力量、降解這些有害物質(zhì)的恒定區,介導ADCC、ADCP、CDC效應。
抗體在江湖上以選擇性高而聞名,但是抗體從人海中找到敵人后還需要利用各種免疫細胞完成安全銷(xiāo)戶(hù)。對ADC藥物來(lái)說(shuō)抗體將抗原交給哪類(lèi)免疫細胞、能不能及時(shí)聯(lián)系上免疫細胞涉及到整個(gè)復合物誰(shuí)當家的問(wèn)題,抗原內化與抗體介導免疫效應的相對速率決定毒素在哪里釋放、什么樣的微環(huán)境釋放毒素效率更高。通常ADC候選藥物會(huì )在體外實(shí)驗中測一下內吞效率,抗體介導的ADCC、ADCP等免疫效應也是很明確的,但在復雜的腫瘤微環(huán)境中這兩類(lèi)過(guò)程的相對動(dòng)力學(xué)卻難以評價(jià)。
不僅這方面數據很少,而且可以想象每個(gè)抗體-抗原復合物的命運會(huì )與抗原內在調控機制、抗原密度、結合位點(diǎn)、結合強度、抗體Fc功能、微環(huán)境里面免疫細胞組成和免疫抑制程度等多種因素有關(guān)。毒素在哪里、以多快速度釋放還與FcRn回收、組織蛋白酶活性、胞內轉運效率等更多因素有關(guān),而最終ADC的療效和安全性還要受毒素進(jìn)出細胞膜速度、在微環(huán)境里面穿行速度、自身治療窗口等因素有關(guān)。說(shuō)ADC是一類(lèi)復雜藥物都有點(diǎn)天涼好個(gè)秋的味道了。
以研究最充分的HER2為例,這個(gè)最成功的ADC靶點(diǎn)到現在還有一些不解之謎。膜上HER2受體不僅自己很難下調,而且其它膜受體與其二聚后內化也會(huì )受到抑制。HER2沒(méi)有天然配體,抗體是HER2第一次見(jiàn)到的胞外來(lái)客,經(jīng)常表現的手足無(wú)措。不同表位的HER2抗體是否能誘導HER2內化數據比較混亂,沒(méi)有公認結論。早期研究顯示HER2抗體內化效率非常低,但后來(lái)發(fā)現膜上HER2密度較低時(shí)與抗體結合可以?xún)韧獭⒉⒖梢缘竭_溶酶體降解,但高密度時(shí)不僅內吞慢、而且內吞后會(huì )很快被回收到膜上。
從抗體角度看抗原密度越高、形成復合物后就越容易被免疫細胞識別、摧毀、和吞噬。免疫細胞可能通過(guò)ADCP等效應把ADC連帶腫瘤細胞一并內吞和降解,成為介導旁觀(guān)者殺傷的一個(gè)機制。也可以通過(guò)ADCC效應比ADC快一步破壞腫瘤細胞,失去毒素釋放環(huán)境。目前ADC主要用于單抗藥物耐藥后的二線(xiàn)場(chǎng)景、所以單憑免疫效應可能已經(jīng)不足以控制腫瘤增長(cháng)了。T-DM1在一線(xiàn)場(chǎng)景并未超過(guò)單抗與化療組合,T-DXd的一線(xiàn)臨床正在進(jìn)行中、早期應答率數據看至少與單抗化療標準療法類(lèi)似。
我們很難知道抗體與抗原結合后先被標記細胞內吞,還是先通知免疫系統摧毀或吞飲標記過(guò)的細胞。幾年前哈佛的科學(xué)家發(fā)現曲妥珠(下圖紅色)在小鼠模型中HER2陽(yáng)性腫瘤(綠色)比HER2陰性腫瘤(藍色)富集程度更高,但意外的是標記曲妥珠的熒光物質(zhì)并沒(méi)有富集在HER2腫瘤表面、而是被運到免疫細胞富集的腫瘤邊緣。這可能是效率上抗原-抗體復合物被腫瘤內吞輸給整個(gè)復合物被免疫細胞吞飲的一個(gè)例子。
抗體是經(jīng)過(guò)無(wú)數年演化篩選出來(lái)訓練有素的分子,行為舉止十分規范、靶向不同抗原的同一類(lèi)抗體進(jìn)入人體后生老病死路徑都大差不差。這個(gè)平臺穩定性令ADC可以持續產(chǎn)生藥物,而其它偶聯(lián)藥物如PDC可能每個(gè)產(chǎn)品都我行我素、結果更加難以預測。ADC能在萬(wàn)物皆可偶聯(lián)時(shí)代一枝獨秀,成功率高于其它偶聯(lián)模式如SMDC、PDC與抗體經(jīng)過(guò)演化歷練獲得的組織紀律性不無(wú)關(guān)系。
]]>ADC本質(zhì)上是一個(gè)靶向療法,而靶向療法治療晚期腫瘤有天然缺陷,近些年在靶向藥物圍攻下多西他賽這樣老藥依然是打不死的小強。據統計2006-2020上市的53款靶向藥物在FDA批準的92個(gè)適應癥中只有22個(gè)顯示了OS優(yōu)勢(24%),其余或者沒(méi)有OS數據、或者OS數據為陰性(30%)。別忘了靶向藥物也不一定選擇性都足夠好,比如這組藥物中延長(cháng)OS最顯著(zhù)的FLT3抑制劑(49個(gè)月) midostaurin是個(gè)十字孢堿簡(jiǎn)單衍生物,幾乎肯定沒(méi)有任何魔法可言、基本就是一個(gè)化療藥物。而直指腫瘤細胞心臟的Kras抑制劑卻在NSCLC的對照試驗中沒(méi)有顯示生存優(yōu)勢。
為什么會(huì )是這樣呢?靶向療法的天敵是異質(zhì)性,而不幸的是晚期腫瘤如同熱帶雨林植被、最不缺的就是異質(zhì)性。腫瘤有基因異質(zhì)性和空間異質(zhì)性,受影響的不僅是ADC這樣的靶向療法。如果腫瘤細胞空間上與藥物無(wú)法接觸、或者外排泵開(kāi)足馬力、或現在已知的十幾個(gè)hallmark中的一個(gè)有超能力,無(wú)論靶向療效還是化療藥物都束手無(wú)策。但一個(gè)完全依靠某一特定靶點(diǎn)的靶向療效受到限制顯然更大,因為腫瘤極少離開(kāi)某個(gè)靶點(diǎn)就過(guò)不下去的,所以任何一個(gè)腫瘤患者都不會(huì )每個(gè)腫瘤細胞都特異表達某個(gè)靶點(diǎn)、甚至每個(gè)病灶中都是靶點(diǎn)陽(yáng)性和陰性細胞共存。
一個(gè)病灶有靶點(diǎn)陰性腫瘤細胞還好說(shuō),ADC可以借助旁觀(guān)者效應殺傷這部分腫瘤。靶點(diǎn)陰性病灶就很難通過(guò)旁觀(guān)者殺傷清除了,這要求你系統藥物暴露要達到治療水平、這失去了靶向遞送意義,而同一患者的不同轉移病灶靶點(diǎn)表達水平也很少是一致的。腫瘤患者極少死于原發(fā)腫瘤,轉移才是腫瘤患者死亡的主要原因,所以一個(gè)ADC藥物要想顯著(zhù)延長(cháng)患者壽命應該對所有轉移病灶都有一定清除能力,否則就變成了局部療法。這要求每個(gè)病灶都應該有一定水平的靶點(diǎn)蛋白表達,但腫瘤并不總是這樣。而且DAISY試驗中腫瘤通知我們它們甚至不需要降低靶點(diǎn)表達就可以輕易產(chǎn)生耐藥,病灶有一定靶點(diǎn)表達只是提供了殺傷可能、而不是保證。
幸好制藥工業(yè)多年探索找到一些并不完全依靠靶點(diǎn)特異性的優(yōu)質(zhì)藥物。Enhertu在HER2低表達轉移乳腺癌的療效令人震驚,但是曲妥珠在HER2陰性早期乳腺癌的維持療法中也曾顯示一定收益。PARP抑制劑雖然理論上需要BRCA變異才有效,但在臨床試驗中在BRCA野生患者也有不錯應答率、可能與其它DNA修復障礙有關(guān)。依喜替康掙扎多年無(wú)法解決治療窗口問(wèn)題,但獨特藥代和藥動(dòng)性質(zhì)正好適合作為ADC毒素。這些臨床意外發(fā)現有繼續優(yōu)化空間,是良好的起點(diǎn)。
轉移腫瘤的治療難度極大,據估計1991-2011年這20年腫瘤死亡率的下降只有4-8%是因為治療干預,更主要是因為早期診斷和生活方式改變如大規模戒煙。腫瘤藥物改善患者生存主要是作為手術(shù)后的維持療法效果較好,所以更高效的早期診斷非常重要。但早期腫瘤治療對藥物安全性要求更高,ADC的毒性是一個(gè)需要自己解決的問(wèn)題。ADC雖然療效通常優(yōu)于化療,但毒性一點(diǎn)不比化療低、甚至更嚴重,這將限制ADC在維持療法的應用。更優(yōu)質(zhì)的毒素是一個(gè)重要研究方向,因為ADC毒素是其毒性的主要來(lái)源,但抗體毒性也不容忽視、比如曲妥珠心臟毒性也限制其使用。
組合療法是應對異質(zhì)性的一個(gè)實(shí)用策略,但這要求兩個(gè)療法各司其職,而不是都去殺同一類(lèi)腫瘤細胞、都對另一類(lèi)視而不見(jiàn)或無(wú)能為力。另外組合療法功能上更趨近選擇性較差的化療,所以毒性負擔也會(huì )更重,這也要求我們更精心優(yōu)化ADC安全性。ADC被稱(chēng)作魔法子彈,聽(tīng)起來(lái)挺高大上。槍法準肯定殺傷力大,但是卻沒(méi)有人告訴你雖然你瞄的準但只能看見(jiàn)一個(gè)靶子(雙抗ADC可以瞄準兩個(gè)靶標,但這個(gè)策略有它自己的問(wèn)題、這個(gè)以后再講)。如果敵人海陸軍立體侵略,而你只會(huì )擊落戰斗機、對步兵與軍艦視而不見(jiàn),你槍法再準也難逃被消滅厄運。當然這不是ADC特有的難題,所有依靠腫瘤或腫瘤微環(huán)境特異性提高選擇性的策略都面臨同樣困境。
]]>無(wú)菌灌裝是藥品離開(kāi)車(chē)間、走進(jìn)病房的必經(jīng)之路,但只有少量需求(~1萬(wàn)支)的客戶(hù)可能遇到過(guò)店大欺客的不快。科霸生物填補這個(gè)市場(chǎng)空缺,以最高質(zhì)量、最快速度和最低價(jià)格在中美兩地提供微小批量無(wú)菌灌裝服務(wù)。產(chǎn)品規格包括西林瓶、預充針、卡式瓶等,產(chǎn)品類(lèi)型可以是抗體、重組蛋白、抗體藥物偶聯(lián)物(ADC)等生物制品和小分子化藥注射液。歡迎接洽(聯(lián)系電話(huà):13708796657)!
]]>抗體與抗原結合能力強、特異性高,但分子量很大、進(jìn)入腫瘤微環(huán)境速度慢,幸好抗體半衰期較長(cháng)、能有足夠時(shí)間探索。所以ADC雖然很執著(zhù)但找到腫瘤靶點(diǎn)速度較慢,夜長(cháng)夢(mèng)多、絕大多數毒素在緩慢的尋找過(guò)程中在正常組織釋放、帶來(lái)毒性。PDC/SMDC雖然進(jìn)入腫瘤更快,但是親和力、特異性、內吞都略遜一籌。分子量小也導致偶聯(lián)藥物清除率較高,需要更頻繁給藥,進(jìn)入腫瘤快但離開(kāi)人體更快也還是不行。為了把找不同偶聯(lián)藥物的優(yōu)勢都充分利用起來(lái)業(yè)界也在探索一些更為復雜的時(shí)空騰挪策略。
一個(gè)策略是所謂的pre-targeting。大的思路是利用抗體特異性和親和力較高的優(yōu)點(diǎn)先潛入腫瘤微環(huán)境,等充分占據靶點(diǎn)后再派遣行動(dòng)迅速的毒素去與抗體接頭、里應外合完成殺傷。早期的技術(shù)包括抗體和核酸導向酶療法(ADEPT、GDEPT),把激活腫瘤殺傷前藥的酶通過(guò)抗體或核酸帶入腫瘤微環(huán)境。因為酶自己沒(méi)有殺傷力,所以對腫瘤和正常細胞都不會(huì )帶來(lái)傷害,因此可以有非常充裕時(shí)間尋找靶點(diǎn)。完成在腫瘤微環(huán)境的埋伏后,可以派小分子前藥去接頭。小分子藥物進(jìn)入微環(huán)境能力很強,很快可以找到特異激活酶而被激活殺傷腫瘤。酶因為是個(gè)催化劑所以不需要太高劑量、理論上比最毒的毒素劑量還要低。Transgene有一個(gè)溶瘤病毒TG6002,攜帶了一個(gè)可以把5-FU前藥5-FC代謝成活性原藥的FCU1基因。因為腫瘤異質(zhì)性所以這些策略使用的小分子藥物還是需要有旁觀(guān)者殺傷能力
另外一個(gè)技術(shù)主要在核藥應用較多。核藥因為不需要激活就有殺傷力,所以抗體帶著(zhù)核藥去找靶點(diǎn)非常麻煩,因為在抗體不緊不慢的尋找過(guò)程中核藥會(huì )持續給正常組織帶來(lái)傷害。所以業(yè)界借鑒ADEPT的思路設計了不攜帶核素、但攜帶能與核素里應外合的抗體,最常用的是生物素/卵白素系統和配對核酸。生物素/卵白素復合物是迄今為止最穩定的小分子蛋白復合物,分子量只有240 的生物素與卵白素結合釋放的自由能高達20千卡/摩爾、轉化為結合常數達到飛摩爾級。核酸正義反義鏈的結合也是高特異、高強度,前年獲得諾貝爾化學(xué)獎的點(diǎn)擊化學(xué)也被用到核藥的pre-targeting。
攜帶生物素或卵白素的抗體可以先打進(jìn)體內,此時(shí)抗體人畜無(wú)害、可以按自己節奏去找隱藏在腫瘤深處的靶點(diǎn)。然后給藥攜帶卵白素或生物素(與抗體攜帶的部分互補)的核素,無(wú)論生物素還是卵白素都可以快速進(jìn)入腫瘤微環(huán)境與另一半匯合,所以在正常組織里閑逛的時(shí)間減少、降低系統毒性。但是卵白素有在腎蓄積的壞習慣,需要做一些化學(xué)修飾。生物素分子量非常小,即使加上與核素配位的配體也不大,所以如果不能及時(shí)找到抗體-卵白素融合蛋白也會(huì )被快速清除,降低系統毒性。這些策略對于內吞比較慢或抗原與抗體結合下調不明顯的靶點(diǎn)如HER2尤其適用,因為抗體有足夠時(shí)間在腫瘤細胞表面等待毒素。
另一個(gè)策略是阻斷腫瘤外靶點(diǎn),如果與pre-targeting對應可以叫de-targeting。腫瘤抗原沒(méi)有100%特異的,即只在腫瘤細胞表達、在正常細胞無(wú)表達。正常組織因為血管結構正常更容易被抗體浸潤,所以低劑量抗體或ADC首先會(huì )與正常細胞的抗原結合,這也是經(jīng)常看到低劑量抗體清除率更高、低劑量抗體顯影劑被正常組織吸收的原因。有人利用這個(gè)性質(zhì)開(kāi)發(fā)ADC與單抗的組合。單抗因為沒(méi)有攜帶毒素所以毒性較小,一個(gè)所謂carrier劑量的單抗可以與ADC聯(lián)用,占據一部分正常組織靶點(diǎn)迫使ADC去腫瘤微環(huán)境中去找抗原陽(yáng)性腫瘤細胞。腫瘤微環(huán)境中在血管附近的腫瘤陽(yáng)性細胞會(huì )優(yōu)先與ADC結合,形成所謂的結合位點(diǎn)障礙(binding site barrier),如同地鐵附近房子優(yōu)先被房客租住。無(wú)毒素單抗也會(huì )參加這部分靶點(diǎn)競爭,迫使ADC到更深層腫瘤、改善分布和療效(例如下圖EGFR抗體改善ADC腫瘤浸潤)。
但是這些策略還沒(méi)有產(chǎn)生真正在臨床試驗中顯示足夠優(yōu)勢的治療方案。腫瘤畢竟是從正常組織演化而來(lái),運營(yíng)機制幾乎都是來(lái)自正常組織、BCL-ABL這樣變異驅動(dòng)的腫瘤不多,所以實(shí)現特異性殺傷非常困難。腫瘤再生能力超過(guò)正常細胞、而且只要不殺干凈就可能復發(fā),而正常組織少量損傷就危及生命,也增加了對藥物選擇性的要求。雖然制藥業(yè)積累了大量藥物設計經(jīng)驗和知識,要通過(guò)底層設計真正發(fā)現高效藥物還是非常困難的。
]]>本人大學(xué)革命史課本序言中陳旭麓先生寫(xiě)到“歷史學(xué)看來(lái)是探索過(guò)去,實(shí)際上應該是為了現在與未來(lái)。”同樣ADC機制研究并不是為Enhertu封神搖旗吶喊,而是為了下一代偶聯(lián)藥物設計提供理論和經(jīng)驗指導。這個(gè)系列文章從不同角度分析了ADC藥物的復雜工作機制,希望能為我們設計新一代偶聯(lián)藥物提供一些思路。
1.藥效與藥動(dòng)
藥物的治療窗口由藥效學(xué)和藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)決定,這是藥物設計的兩個(gè)核心考慮。ADC通常被認為是個(gè)藥代性質(zhì)調控技術(shù)、即通過(guò)改變活性藥物在體內的分布改變治療窗口。傳統ADC藥物設計中抗體部分可以看作是指揮官、毒素部分則是前線(xiàn)士兵,抗體在時(shí)間和空間兩個(gè)維度指揮毒素作戰。ADC通過(guò)與抗原或其它受體(如FcR)結合控制毒素的起效地點(diǎn),同時(shí)利用IgG代謝/抗代謝機制控制毒素的工作時(shí)間。
但ADC并不像狙擊手那樣一槍擊斃目標,而更像投放傘兵的飛機把士兵送到指定戰場(chǎng)。雖然每個(gè)士兵都有一個(gè)落地點(diǎn)、但這個(gè)落地點(diǎn)并不一定成為療效和毒性的第一現場(chǎng),毒素在腫瘤細胞、基質(zhì)細胞、還是在胞外釋放結果類(lèi)似。而且找到目標落地點(diǎn)需要較長(cháng)時(shí)間,飛機在敵人炮火反擊下99%士兵被迫提前跳傘。這幾點(diǎn)是ADC設計始料未及的,毒素未必優(yōu)先殺傷毒素釋放細胞、>99%的ADC毒素并非在腫瘤組織釋放。這可以解釋ADC療效和毒性與靶點(diǎn)表達水平和靶點(diǎn)分布關(guān)系較弱的臨床觀(guān)察。
因此ADC與納米制劑等遞送技術(shù)的區別并沒(méi)有原來(lái)想象那么大,可能二者最大的區別不在于遞送精準到分子水平還是組織水平,而是遞送載體本身的生物學(xué)活性。換言之,飛機投放傘兵同時(shí)也可以發(fā)射幾發(fā)炮彈,載體也參與藥效學(xué)。比如抗體可以介導ADCC等殺傷效應或抑制信號通路,而納米材料則具有免疫原性。當然遞有時(shí)貢獻更多療效、有時(shí)則貢獻更多毒性。抗體雖然濃眉大眼但也是可以產(chǎn)生毒性的,比如最早的ADC藥物BR96-阿霉素的GI毒性可能來(lái)自抗體部分或抗體與毒素的疊加。
2. 雷擊與避雷針
怎么才能讓傘兵們殺傷最多敵人、誤傷最少吃瓜群主呢?從藥效學(xué)角度看一個(gè)可靠的辦法是找到治療窗口足夠大的毒素。更可靠臨床前毒素篩選、評價(jià)平臺建設是超越DXd和Enhertu的關(guān)鍵。當然寬窗口毒素不好找,也正是因為毒素本身難以成藥才有了ADC技術(shù)。
偶聯(lián)藥物的核心是毒素,除了治療窗口毒素的工作機制也很關(guān)鍵。同樣是殺傷腫瘤細胞,ADC、偶聯(lián)核素、CD3鏈接器的抗體選擇、偶聯(lián)技術(shù)、和應用場(chǎng)景都有較大區別。設計優(yōu)化能與抗體產(chǎn)生協(xié)同效應的毒素和鏈接技術(shù)是一個(gè)方向。根據經(jīng)驗多數抗體藥物需要與化療聯(lián)用才能產(chǎn)生足夠療效,而沒(méi)有單方活性的腫瘤藥物組合通常沒(méi)有特別好的療效,所以抗體能提供一點(diǎn)基礎療效對于A(yíng)DC非常重要。除了靶向腫瘤抗原,也有靶向微環(huán)境因素如VEGF、PD-L1這樣非腫瘤相關(guān)抗原藥物上市。這些靶點(diǎn)也可以作為ADC的導航機制,只是對應的毒素需可能要重新設計。
靶點(diǎn)表達細胞的ADC導航能力是特異性的熱力學(xué)來(lái)源,所以靶點(diǎn)暴露密度或有效密度(有機會(huì )與ADC結合的抗原)很重要。這個(gè)指標可能通過(guò)體內同位素造影測量,但成本較高、另外模型與真實(shí)微環(huán)境差異較大,所以還不普及。靶點(diǎn)水平不一定與毒素濃度完全相關(guān),靶點(diǎn)表達組織毒素釋放和保留能力也是毒素在該組織AUC的決定因素。毒素最好在腫瘤組織能蓄積,但在正常組織能快速逃逸分散到整個(gè)系統。
這類(lèi)似于雷電襲擊高層建筑,雖然腫瘤很多抗原高度是有的、但與正常組織的窗口還是很小。如果你在正常組織裝上避雷針可以避免局部區域毒素濃度過(guò)高帶來(lái)的毒性,血流/淋巴等遞送內源性物種的系統就是這個(gè)避雷針。靶點(diǎn)如果分布在血流量大的組織能令毒素快速分散到整個(gè)系統,但這類(lèi)靶點(diǎn)通常在免疫細胞表達。免疫細胞去腫瘤微環(huán)境是工作、在循環(huán)系統是生活,目的不同、功能也不同。
這些性質(zhì)設計和評價(jià)都比較難。一些臨床上成功ADC的毒素倒推可能有這些性質(zhì),當然也有一些數據說(shuō)明DXd等成功毒素有平衡的穿越腫瘤組織能力,腫瘤逃逸速度較慢、旁觀(guān)者殺傷能力較強。有些ADC靶點(diǎn)不僅在腫瘤表達,在腫瘤邊緣的免疫細胞也有很高、甚至更高表達,如PD-L1,
3. 其它偶聯(lián)藥物與未滿(mǎn)足醫療需求
如果ADC僅僅是把毒素投放到腫瘤組織,那么是否有更簡(jiǎn)單的技術(shù)可以實(shí)現同樣功能呢?納米遞送是個(gè)歷史更為悠久的技術(shù)平臺,但目前并無(wú)Enhertu這樣大產(chǎn)品的出現。小分子前藥也可能利用腫瘤微環(huán)境特異酶激活,但是除了卡陪他濱也沒(méi)有特別重要的產(chǎn)品。小分子軟藥離開(kāi)腫瘤微環(huán)境后可以快速代謝失活,也可能產(chǎn)生一定治療窗口。這些偶聯(lián)藥物與ADC比較都不受腫瘤相關(guān)抗原限制,可能更廣譜。當然你也可以說(shuō)ADC也基本不受靶點(diǎn)表達限制,但這總是有點(diǎn)自相矛盾的嫌疑。小分子前藥還可以進(jìn)入中樞治療中樞腫瘤,所以可能擴展ADC的應用場(chǎng)景。ADC領(lǐng)域的毒素知識也可以用到其它偶聯(lián)藥物設計中。
小分子或多肽也可以作為SMDC、PDC遞送的靶向部分,因為這些偶聯(lián)藥物腫瘤組織浸潤速度和效率優(yōu)于A(yíng)DC,所以可以攜帶核藥這種不需要激活的毒素。偶聯(lián)核素與ADC有本質(zhì)區分,前者本身就是藥,后者則是前藥、本身沒(méi)有活性。這個(gè)區別類(lèi)似兩個(gè)縱火犯去縱火,偶聯(lián)核藥舉著(zhù)火把、沿途隨時(shí)可能造成火災,所以必須要快速找到目標。而ADC則是拿著(zhù)打火機,不打火之前沒(méi)有火災風(fēng)險。偶聯(lián)核藥目前已經(jīng)產(chǎn)生Pluvicto這樣的大產(chǎn)品,但攜帶小分子毒素的PDC或SMDC尚無(wú)上市產(chǎn)品。
4. Serendipity與 sagacity
意外發(fā)現是老天恩賜,但如何跟蹤這些發(fā)現卻靠我們自己。弗萊明發(fā)現青霉素后制藥工業(yè)開(kāi)始了一個(gè)以抗生素為支柱的黃金時(shí)代,偶聯(lián)藥物可能正在經(jīng)歷一個(gè)青霉素時(shí)刻。Enhertu和Pluvicto的意外成功令業(yè)界大幅度增加了偶聯(lián)藥物的研發(fā)投入,因此也大大加快了我們對這類(lèi)藥物工作機制的理解。我們應該充分挖掘這些消耗大量社會(huì )資源產(chǎn)生的數據去設計開(kāi)發(fā)新一代A偶聯(lián)藥物,這也是我們對投資人和臨床試驗參與患者寶貴付出的應盡義務(wù)。
]]>因為腫瘤結構復雜、藥物尤其是大分子藥物浸潤難度比較大,加上腫瘤抗原暴露比較有限、有些腫瘤細胞可能根本就不表達靶點(diǎn)抗原,所以ADC毒素的旁觀(guān)者殺傷效應是現代ADC的一個(gè)重要性質(zhì)。但是旁觀(guān)者殺傷的具體機制現在還并不十分清楚,一個(gè)重要原因是腫瘤微環(huán)境很難模擬,體外實(shí)驗、甚至動(dòng)物體內實(shí)驗都很難真正復制患者腫瘤微環(huán)境的復雜情況。
ADC毒素釋放后可能很快逃離了毒素釋放細胞、立即開(kāi)始殺傷旁觀(guān)者,也可能等毒素釋放細胞被殺死后跟隨其它細胞內物質(zhì)被釋放到腫瘤微環(huán)境繼續殺傷其它腫瘤細胞,具體是在哪個(gè)階段開(kāi)始的旁觀(guān)者殺傷與毒素進(jìn)出細胞膜速度、靶點(diǎn)濃度、毒素與靶點(diǎn)結合力有關(guān)。
毒素在細胞內釋放后穿過(guò)細胞膜一般認為遵循一級動(dòng)力學(xué),即逃離速度與藥物濃度成正比。據阿斯利康科學(xué)家最近的研究顯示,DXd離開(kāi)腫瘤的動(dòng)力學(xué)常數K為0.7/小時(shí)、即一半DXd從腫瘤離開(kāi)需要約1小時(shí)(t1/2=0.693/K)。但此前有研究估計這個(gè)時(shí)間只需要1分鐘,估計與具體哪類(lèi)腫瘤細胞有關(guān)。無(wú)論是1分鐘還是1小時(shí)都顯著(zhù)短于DXd殺死腫瘤細胞所需要時(shí)間(幾天甚至更長(cháng)),所以DXd從ADC中被釋放后可能并沒(méi)有時(shí)間殺死毒素釋放細胞再去殺死其它腫瘤細胞,而是立刻加入微環(huán)境敢死隊開(kāi)始無(wú)差別殺傷。
有些毒素雖然可以快速逃離細胞,但也可能高強度與靶點(diǎn)蛋白結合,當靶點(diǎn)蛋白濃度較高時(shí)(比如微管和DNA)大量毒素會(huì )被吸附在靶點(diǎn)蛋白上因此影響旁觀(guān)者殺傷。在真實(shí)腫瘤微環(huán)境中從毒素釋放細胞中逃離不等于就可以遠離這個(gè)細胞,因為即使小分子毒素要穿越腫瘤復雜組織也不容易,但這類(lèi)研究并不多、所以旁觀(guān)者殺傷動(dòng)力學(xué)也信息較少。密歇根大學(xué)的Thurber教授在這方面做過(guò)不少基礎研究,有助于我們理解旁觀(guān)者殺傷。
因為體內實(shí)驗比較復雜,他們構建了一個(gè)三維體外系統(spheroid),利用這個(gè)體系評價(jià)了常用毒素的旁觀(guān)者殺傷效應。ADC可以用綠色熒光標記、毒素殺傷效應則用組蛋白損傷作為代替信號(紅色gH2A.X),從圖1可以看到在實(shí)驗早期殺傷信號(但不一定是已經(jīng)殺死、只是中彈了)主要在spheroid的邊緣。
圖1.
但隨著(zhù)毒素殺紅了眼,spheroid內部沒(méi)有與抗體結合的腫瘤也大量中彈(但未必死亡)。所以在這個(gè)體系中ADC是優(yōu)先殺傷毒素釋放細胞的(圖2)。但spheroid是個(gè)人工系統、毒素在這個(gè)系統中穿行速度可能較慢,即雖然毒素可以快速離開(kāi)毒素釋放細胞、但卻不能快速浸潤到spheroid內部,所以還是優(yōu)先殺傷了毒素釋放細胞。在擴散動(dòng)力學(xué)中有一個(gè)叫做Damkohler數的參數描述毒素釋放與在組織中穿行的相對速度,據模型推算DAR4 ADC在2.5 mpk劑量下這個(gè)參數~3時(shí)旁觀(guān)者殺傷效應最強,DXd為0.85、Lys-MSS-DM1則是0.01。
圖2.
但spheroid結構與腫瘤微環(huán)境是不同的(比如沒(méi)有血流、血管、其它供給通道),那么在小鼠腫瘤微環(huán)境中旁觀(guān)者殺傷動(dòng)力學(xué)是怎樣的呢?這個(gè)實(shí)驗顯然更難做,所以作者只做了一個(gè)時(shí)間點(diǎn)(72小時(shí))。從圖3可以看出,至少在72小時(shí)的時(shí)候毒素殺傷(紅色熒光)已經(jīng)不僅限于A(yíng)DC(TAK164)能到的區域了、即旁觀(guān)者殺傷已經(jīng)與毒素釋放區域(綠色熒光)沒(méi)有明顯區別了。那這是否說(shuō)明在小鼠腫瘤微環(huán)境中毒素可以更快穿透組織、能更有效實(shí)現旁觀(guān)者殺傷呢?
圖3.
作者又做了一個(gè)實(shí)驗,這個(gè)實(shí)驗比較ADC(TAK164)、Fc靜默TAK164、單抗阻斷靶點(diǎn)抗原+ TAK164、以及單抗阻斷靶點(diǎn)抗原+ Fc靜默TAK164四種條件下的旁觀(guān)者殺傷。從圖4可以看到TAK164可以殺傷ADC不能浸潤區域的腫瘤(第一列),但這似乎不是靶點(diǎn)抗原(GCC)介導的,因為靜默Fc后雖然TAK164可以大量進(jìn)入微環(huán)境(綠色)但殺傷力大減(紅色,第二列)。而靶點(diǎn)被單抗飽和后雖然TAK164失去進(jìn)入微環(huán)境通行證,但殺傷力卻與第一列無(wú)異(第三列)。當然同時(shí)用單抗阻斷靶點(diǎn)并靜默Fc后TAK164對就腫瘤視而不見(jiàn)了(第四列)。
圖4.
所以在小鼠腫瘤微環(huán)境中毒素是可以進(jìn)行無(wú)差別殺傷的(至少在一定時(shí)間內),但這似乎并不是來(lái)自與靶點(diǎn)抗原的仇恨,而是微環(huán)境中有人通過(guò)Fc受體暗中煽風(fēng)點(diǎn)火。
在小鼠模型研究旁觀(guān)者殺傷效應已經(jīng)很難,在患者研究就更難了。患者參與臨床試驗主要是為了得到優(yōu)先治療機會(huì )、順便證明新療法的療效和毒性,藥物工作機制對患者、甚至醫生來(lái)說(shuō)并不重要。目前最有價(jià)值的一個(gè)臨床研究是T-DXd的DAISY試驗,其中一部分是比較使用T-DXd產(chǎn)生應答患者疾病進(jìn)展后的HER2變化。從這個(gè)圖5可以看到T-DXd進(jìn)展后有65%患者HER2下降、但下降并不明顯,另有35%腫瘤頂風(fēng)作案,HER2或者沒(méi)變或者增加。這個(gè)結果有多種可能,但其中一個(gè)可能是T-DXd并沒(méi)有優(yōu)先殺傷HER2陽(yáng)性腫瘤細胞。DXd在殺傷毒素釋放細胞前已經(jīng)離開(kāi)該細胞進(jìn)入微環(huán)境開(kāi)始無(wú)差別殺傷,敏感細胞殺光后疾病進(jìn)展,留下很多HER2陽(yáng)性細胞等待新一代ADC的出現。這也與ADC毒性主要以脫靶毒性為主一致,即毒素釋放細胞并不會(huì )被ADC優(yōu)先殺傷、而僅僅起到一個(gè)引狼入室的功能。
圖5.
]]>腫瘤是新藥開(kāi)發(fā)失敗率最高的領(lǐng)域之一,ADC領(lǐng)域也是負多勝少。化療治療腫瘤表面看貌似一個(gè)六親不認的細胞毒化合物殺死一群烏合之眾,實(shí)際這是一場(chǎng)頂級高手之間的多番持久戰、而不是一次偷襲得手。化療靠的不僅是打打殺殺、更需要借助微環(huán)境中的各種復雜勢力給腫瘤施壓,腫瘤也會(huì )利用這些勢力反擊,再生、耐藥都是很棘手治療障礙。我們既看不懂腫瘤的招數、也看不懂藥物的招數,通常只能在有限范圍內幫藥物更好擊敗腫瘤。充分理解ADC這樣復雜構建模式如何參與了藥物與腫瘤的交手對未來(lái)藥物設計有重要意義,如果把降龍十八掌當成王八拳繼續優(yōu)化那最好結果也只能在街頭混戰中小勝幾場(chǎng)。
無(wú)論被我們稱(chēng)為惡性腫瘤的癌變組織還是能在一定程度選擇性殺死腫瘤細胞的抗癌藥物都是千年修煉、經(jīng)過(guò)大浪淘沙嚴苛篩選過(guò)程從各自江湖中勝出的精英。雖然藥物設計只有幾十年的歷史,但小分子藥物設計的起點(diǎn)先導物多數來(lái)自經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年演化而來(lái)的天然產(chǎn)物、抗體藥物則借用同樣時(shí)間尺度演化而來(lái)的IgG結構。所謂的藥物設計非常依賴(lài)這些優(yōu)質(zhì)先導物,真正理性設計能優(yōu)化的只有一些簡(jiǎn)單性質(zhì),比如溶解度太差可以加個(gè)助溶基團、半衰期太短可以通過(guò)改構延長(cháng)。至于活性?xún)?yōu)化其實(shí)并不可靠,能夠殺死腫瘤細胞、甚至在動(dòng)物模型中能選擇性殺死腫瘤組織的化合物成千上萬(wàn),但在患者真正能夠殺傷腫瘤但不殺死患者的藥物卻寥若晨星。
惡性腫瘤并非一團變異細胞只顧閉著(zhù)眼睛無(wú)節制復制、拒絕執行死亡命令,這些小毛病良性腫瘤也有、但基本不影響患者生存。惡性腫瘤是一類(lèi)組織結構復雜、與各種各樣盟友與敵人共存的一個(gè)完整生態(tài)系統。這個(gè)復雜系統的形成不是因為腫瘤有多聰明,而是因為人體這樣本身就高度復雜系統隨著(zhù)零部件老化不可避免地會(huì )發(fā)生一定變化、產(chǎn)生幾乎同樣復雜的衍生體系。多數偏離初始設置的細胞和組織并不會(huì )威脅宿主、不會(huì )引起我們恐慌甚至關(guān)注,但少數變種會(huì )與宿主的大生態(tài)系統不兼容、江湖人送外號惡性腫瘤。所以腫瘤組織很復雜是因為癌變前就很復雜,如同我們設計的藥物很神奇是因為先導物本身就很神奇。
腫瘤組織與健康組織雖然有明顯區別(如大家熟知的十幾個(gè)hallmarks),但相同相似的地方要多出幾個(gè)數量級,因此殺死腫瘤非常容易、但是同時(shí)不誤傷健康組織就很難了。腫瘤除了結構復雜和與正常組織高度相似外,規模也遠小于正常組織。如同打擊躲在人肉盾牌后的少數恐怖分子,如果無(wú)差別殺傷肯定正常組織損失更慘重。腫瘤一個(gè)主要特長(cháng)是復制更快,所以不怎么在意損失多少成員,而正常組織損傷超過(guò)10%人體就難以耐受了。腫瘤另一個(gè)重要特征是基因組不穩定,可以產(chǎn)生更多花樣心狠手辣成員供篩選,所以可能還希望抗癌藥幫助實(shí)現末位淘汰、增加整個(gè)組織競爭力。
抗體藥物與小分子化療藥物是抗癌藥的兩個(gè)最主要板塊,現在流傳下來(lái)的抗體和化療藥物都是經(jīng)過(guò)多年無(wú)數探索后的優(yōu)質(zhì)化合物。如本系列文章所講其實(shí)ADC也是因為同時(shí)站在抗體和化療這兩位巨人的肩膀上才產(chǎn)生了Enhertu這樣的大產(chǎn)品。小分子化療藥物戰斗力極強、尤其是經(jīng)過(guò)臨床試驗驗證過(guò)的化療藥物,與抗體聯(lián)手成立ADC后會(huì )因為分布和半衰期被徹底改變而治療窗口進(jìn)一步擴大。抗體藥物多數本身療效不足、需要與化療聯(lián)用,與化療聯(lián)手成立ADC后也因為隨身攜帶一個(gè)化療藥物也戰斗力有所提高。
ADC的靶向遞送如同君子劍只是一個(gè)招牌,多數ADC應答與腫瘤靶點(diǎn)表達量無(wú)關(guān)、而毒性也與靶點(diǎn)在正常組織的分布無(wú)關(guān)。ADC毒性以脫靶類(lèi)型為主,如果沒(méi)有在靶毒性也難以期待在靶療效、因為療效和毒性的本質(zhì)都是生物學(xué)活性。ADC的成功依賴(lài)多種因素的正確組合,比如小分子毒素有一定治療窗口、受外排泵影響較小、在腫瘤組織保留時(shí)間較長(cháng)但系統清除率較高、殺傷譜比較寬廣等。抗體部分除了遞送功能外還可能介導一些免疫殺傷,即使達不到單方有效劑量、還是可能幫助毒素更好殺傷腫瘤。抗體端有一定基礎療效和治療窗口對ADC的成功很重要,如果尸位素餐、甚至毒性大于療效那么做成ADC也難成氣候。腫瘤不是一個(gè)人在戰斗,藥物單打獨斗也很難取勝、不同形式的組合療法是腫瘤治療的主旋律。ADC是一種特殊的組合療法,依賴(lài)的不僅是毒素分布和其它PK性質(zhì)的改變、也依賴(lài)臨床驗證過(guò)的少數抗體和化療藥物,這個(gè)特征還有繼續深挖的空間。
]]>
有些ADC藥物雖然療效非常不錯,但是整體看ADC藥物預測療效困難、不知道哪些患者會(huì )受益或受傷害也令醫生和科學(xué)家非常迷惑。多數ADC藥物應答與抗原表達關(guān)系松散,有正相關(guān)的也難以分清是靶點(diǎn)高表達病灶遞送效率更高還是單抗參與了療效。同樣是Trop2 ADC,SG與Dato-DXd毒性有明顯區別。而最近輝瑞分析他們14個(gè)MMAE ADC的靈長(cháng)目動(dòng)物毒性,發(fā)現無(wú)論靶點(diǎn)是什么、在正常組織分布如何,最后的MTD和主要毒性都很接近。ADC毒性與釋放毒素細胞關(guān)系不大十年前就發(fā)現了,最近幾年大量數據更做實(shí)了這個(gè)結論。無(wú)論從療效還是毒性看,ADC都不像是靠靶標抗原吃飯的,這里面可能還有更多以前業(yè)界沒(méi)有重視的因素。
ADC最簡(jiǎn)單的設計理念是ADC藥物分布會(huì )與抗原分布同步、毒素釋放量也因此與抗原分布同步,當然我們早就知道ADC藥物難以有效進(jìn)入腫瘤深處、有所謂的binding site barrier,也知道有些抗原內吞能力不好、有些細胞切斷鏈接子效率不高等因素會(huì )浪費一些抗原抗體結合自由能。但是這些還不是事情的全部,小分子毒素被釋放后如何行動(dòng)對療效和毒性也非常關(guān)鍵,因為有些小分子進(jìn)出細胞膜速度遠快于細胞殺傷、但是進(jìn)出組織速度研究則相對有限。有些毒素根據釋放毒素所在組織的保留毒素能力不同可能會(huì )有不同的療效、毒性性質(zhì),導致治療窗口的不同。
藥代動(dòng)力學(xué)根據藥物在血液中濃度隨時(shí)間變化推斷藥物在人體是如何分布和代謝的,遵循最簡(jiǎn)單一室模型的藥物手持通票在人體各組織暢行無(wú)阻,但也有藥物需要更復雜的多室模型才能解釋血藥濃度的變化。有些藥物在血流充分組織如肝腎脾分布很快、但進(jìn)入肌肉組織較慢、脂肪還要更慢,腫瘤組織因為血管結構和無(wú)序增長(cháng)帶來(lái)的各種微環(huán)境異常藥物更是難以浸潤。傳統化療藥物通常打到靜脈,最后通過(guò)動(dòng)脈血分布到這些組織。但是ADC活性藥物(即毒素)的分布是反過(guò)來(lái)的,是先從組織釋放再分布到血液。因為腫瘤只釋放不到1%的ADC毒素,所以很難通過(guò)血藥濃度變化倒推毒素是以什么速度離開(kāi)腫瘤的。如果小分子毒素進(jìn)入不同組織難度不同,那么ADC釋放的毒素離開(kāi)不同組織可能也是速度不同的。
當然在動(dòng)物模型可以直接測量腫瘤毒素濃度隨時(shí)間變化,但是因為腫瘤模型與真正腫瘤的微環(huán)境相差較大,另外現在A(yíng)DC領(lǐng)域最多是測一下總毒素濃度、很少有測微環(huán)境里面自由藥物濃度的,所以對理解工作機制價(jià)值有限。人類(lèi)進(jìn)化的大多數時(shí)間里是沒(méi)有食品安全法的,人體為了防止食物或感染帶來(lái)的外源性物質(zhì)干擾關(guān)鍵蛋白的正常功能發(fā)明了一些高濃度、非特異蛋白(如白蛋白)來(lái)中和這些不速之客。因為絕大多數小分子藥物都是為了干擾某個(gè)關(guān)鍵蛋白功能,所以也基本都會(huì )被這些蛋白結合,導致真正能夠起效的所謂游離藥物通常只是總藥物濃度的一小部分、而這部分才是可以用于調控靶點(diǎn)的有效藥物。ADC釋放毒素在腫瘤微環(huán)境自由藥物濃度隨時(shí)間的變化數據現在幾乎是沒(méi)有的,尤其是真實(shí)患者病灶數據。此前有個(gè)在胞內釋放的小分子前藥卡陪他濱在腫瘤濃度高于血藥濃度,但后來(lái)測量的游離藥物濃度并無(wú)顯著(zhù)區分。
除了進(jìn)出各個(gè)組織可能存在能壘、動(dòng)力學(xué)有所不同外,藥物進(jìn)出細胞也存在動(dòng)力學(xué)區別。藥物進(jìn)出細胞大方面有兩種機制,一種是有運載蛋白需要ATP能量供給的主動(dòng)運輸、一種是濃度梯度勢能驅動(dòng)的自由擴散,但是15年前英國兩個(gè)科學(xué)家提出一個(gè)假說(shuō)認為即使脂溶性小分子也是通過(guò)運載蛋白進(jìn)出細胞的、雖然與制藥界長(cháng)期形成的觀(guān)念不一致但是也不太容易證偽。傳統小分子設計更關(guān)心的是如何進(jìn)入細胞,但是ADC因為是在胞內釋放毒性可能毒素如何離開(kāi)細胞更重要。與系統蛋白結合類(lèi)似,為了防止外源性物質(zhì)干擾胞內重要蛋白工作機體在細胞水平也發(fā)明了一套防御系統、如外排泵。多數化療藥物直指細胞最核心機構,所以基本都是外排泵底物。毒素無(wú)論是通過(guò)擴散還是轉運蛋白進(jìn)入細胞的都可能被外排泵排出,而不同腫瘤細胞的外排泵表達種類(lèi)和數量是有差別的。比如常用的HER2模型N87基本不表達MDR1、一個(gè)主要化療藥物外排泵,這可能夸大了HER2對ADC的導航能力。
除了前面幾篇文章講到的各種影響因素,小分子毒素離開(kāi)腫瘤細胞和腫瘤微環(huán)境的動(dòng)力學(xué)也會(huì )影響ADC藥物的毒性和療效、但目前這個(gè)領(lǐng)域數據十分有限。高表達抗原將ADC導航到微環(huán)境是個(gè)必要條件,但是留住毒素也是一個(gè)非常關(guān)鍵的因素,要想保持毒素在腫瘤微環(huán)境的高濃度蓄積既要有靶點(diǎn)抗原這個(gè)摟錢(qián)的耙子、也要有微環(huán)境或腫瘤細胞阻止毒素外流的裝錢(qián)匣子。這個(gè)知識空白可能藏有ADC療效、毒性無(wú)法解釋的秘密,但現在從藥物設計角度看保留毒素尚無(wú)可靠的著(zhù)力點(diǎn)。理論上不可逆抑制劑或解離速度較慢(slow koff)的毒素腫瘤保留會(huì )更好、但這可能會(huì )影響旁觀(guān)者殺傷或加重毒性。組織蛋白結合可能會(huì )形成緩釋蓄水池,但在設計層面很難執行。新藥發(fā)現歷史總是驚人的相似,我們尚未根據現有假說(shuō)重復鉑類(lèi)藥物、紫杉醇、格利維、PD-1藥物等重大意外發(fā)現。Enhertu雖然證明ADC這個(gè)分子構建模式可能產(chǎn)生超重磅藥物,但是如何重復Enhertu的奇跡還是有難度的
]]>ADC本身沒(méi)有活性(除了抗體介導的免疫殺傷外)、只有毒素被釋放出來(lái)才有腫瘤殺傷活性,但是到目前為止體內、尤其是患者體內毒素釋放的細節還比較模糊。雖然ADC的設計是通過(guò)抗原陽(yáng)性腫瘤細胞內吞后釋放毒素,但是蛋白水解酶不僅存在于腫瘤細胞中、甚至腫瘤細胞并非主要來(lái)源。ADC鏈接子主要是通過(guò)組織蛋白酶水解,但也可能成為其它蛋白酶底物。所以誰(shuí)在背后施展魔法并非是一個(gè)涇渭分明的問(wèn)題。
抗體藥物雖然有了30年的歷史,但是我們對抗體在人體降解過(guò)程的了解仍然存在很多空白。同位素標記研究發(fā)現小鼠代謝降解抗體效率最高的器官為肝、脾、腎,但因為皮膚、肌肉組織更多所以降解抗體蛋白絕對量最大的器官為肝、皮膚、肌肉,清除約75%的抗體。很多晚期腫瘤患者體重下降嚴重,有假說(shuō)認為降解肌肉機制失調與抗體藥物降解提高是同一套機制。一般認為網(wǎng)站內皮吞噬系統是主要的降解抗體機制,單核細胞、巨噬細胞為主要細胞類(lèi)型。因為天然生物學(xué)功能就是吞噬降解廢棄蛋白和其它生物物質(zhì),所以這個(gè)系統吞吐量較大、內吞和降解能力都很強,而這些性質(zhì)也是ADC毒素釋放所需要的。
腫瘤微環(huán)境里面也有大量腫瘤相關(guān)巨噬細胞(TAM),通常已經(jīng)被腫瘤收編成為腫瘤增長(cháng)的幫兇。TAM絕對量很大、是微環(huán)境中數量最大免疫細胞,在有些病灶甚至超過(guò)腫瘤細胞。與腫瘤細胞相互鏈接成為一個(gè)緊密組織不同,TAM可以在微環(huán)境中自由活動(dòng),因為在成為幫兇之前這些細胞需要在所處組織巡邏以清除廢舊蛋白。巨噬細胞根據化學(xué)信號尋找肇事份子,所以也有人用巨噬細胞作為化療藥物載體、利用它識別腫瘤等非正常組織能力把藥物遞送到疾病組織。藥物可以在體外裝進(jìn)巨噬細胞,也可以在體內利用巨噬細胞貪吃的本性粘在巨噬細胞上、叫做in vivo hitchhiking。大家可能比較熟知前幾年比較火熱的紅細胞遞送藥物,巨噬細胞遞送只是沒(méi)有那么高調。
巨噬細胞表達各種Fc受體,可以與IgG抗體Fc區結合并內吞整個(gè)抗體。抗體的一個(gè)主要殺傷機制抗體介導細胞吞噬(ADCP)就是利用Fc受體結合抗體內吞這個(gè)功能,如果可變區已經(jīng)與腫瘤細胞結合則整個(gè)復合物被吞噬。雖然FcR內吞與Fc構象和密度有關(guān)(與腫瘤細胞表面抗原結合后改變),單個(gè)抗體也是可以被巨噬細胞通過(guò)Fc受體內吞的。雖然Fc受體與Fc親和力不如抗體抗原結合力強,但是因為T(mén)AM在微環(huán)境中數量巨大、又整天閑逛,所以更容易遇到藥物、對抗體藥物影響還是很大。PD-1抗體與PD-1短暫結合后會(huì )逐漸轉移到巨噬細胞表面,成為耐藥的一個(gè)機制。PD-1也是在免疫細胞表達的受體,而ADC靶向的腫瘤表面受體因為暴露更低所以可能受巨噬細胞影響更大。
既然TAM可以影響單抗的代謝那么ADC也可能通過(guò)TAM降解。Seattle Genetics早在2017年發(fā)現有些ADC藥物雖然靶向的是腫瘤抗原,但在微環(huán)境中卻主要是通過(guò)巨噬細胞介導內吞釋放的毒素、靶點(diǎn)介導釋放跟不上巨噬細胞的節奏。后來(lái)陸續有人研究發(fā)現如果清除宿主的巨噬細胞則ADC活性顯著(zhù)下降,如果用單抗阻斷ADC與腫瘤細胞結合雖然微環(huán)境中ADC水平下降但毒素釋放卻沒(méi)受影響、但如果靜默抗體的Fc則毒素釋放大幅度減慢。TAM能這樣顯著(zhù)影響ADC降解不僅與其數量和內吞能力有關(guān),TAM的水解酶水平因為工作需要也很高。有人用ABPP化學(xué)標記追蹤微環(huán)境中活性組織蛋白酶的來(lái)源,發(fā)現至少在某些腫瘤微環(huán)境中90%以上的組織蛋白酶來(lái)自巨噬細胞而不是腫瘤細胞。當然這些觀(guān)測只是在特定實(shí)驗環(huán)境下進(jìn)行的,但這些數據指向微環(huán)境中ADC也不完全只與腫瘤細胞接觸。
動(dòng)物模型畢竟與人體腫瘤有本質(zhì)區別,遺憾的是ADC在人體腫瘤的代謝和分布數據很少,其中一半的知識可能是來(lái)自Enhertu的DAISY二期臨床試驗。這個(gè)試驗不僅第一次發(fā)現Enhertu在HER2極低表達患者也有相當應答率(最近在DB06試驗中得到驗證),而且作者做了非常詳細的療效和耐藥機制研究。其中有關(guān)PK/PD關(guān)系研究發(fā)現HER2表達與Enhertu在腫瘤的蓄積關(guān)系不明顯,腫瘤微環(huán)境Enhertu水平低也不排除應答可能。作者沒(méi)有測量毒素DXd的水平、更沒(méi)有測游離DXd的水平,所以沒(méi)有嚴格的PK/PD關(guān)聯(lián)數據。耐藥患者的HER2水平通常只有微小下降或沒(méi)有下降,有幾位患者耐藥后發(fā)現HER2反而上調了。這些數據令人懷疑HER2之外還有神秘力量參與了Enhertu的毒素釋放。
抗體是經(jīng)高度演化、功能繁多的生物分子,毒素經(jīng)過(guò)多年臨床前、臨床篩選已經(jīng)淘汰了多數“劣質(zhì)毒素”。ADC是一類(lèi)高度復雜的藥物,我們對這類(lèi)藥物的理解還在不斷加深。這個(gè)系列短文如盲人摸象試圖從不同側面勾畫(huà)ADC的圖像,鏈接所有這些數據點(diǎn)您看到的是一類(lèi)怎樣的抗癌藥物?
]]>ADC雖然比化療藥物大很多、也復雜很多,但本質(zhì)還是一個(gè)化療藥物。雖然作為司機的抗體部分在某些情況下可能起到暗中保駕護航的作用,但殺傷還是主要看毒素部分,魔法子彈也還是子彈。盡管ADC這個(gè)概念由來(lái)已久、也很快產(chǎn)生了像T-DM1這樣的重磅產(chǎn)品,但是在Enhertu橫空出世之前ADC并沒(méi)有受到主流藥廠(chǎng)的重視。2020年路羅氏CEO對說(shuō):"We have shifted our technology priorities," Roche CEO Severin Schwan told Reuters. "Maybe others will be luckier, but we failed to master the complexity."羅氏在抗癌藥領(lǐng)域的地位類(lèi)似手機領(lǐng)域的蘋(píng)果,當時(shí)已經(jīng)有T-DM1和Polivy兩款重磅ADC上市,羅氏老大說(shuō)話(huà)業(yè)界還是會(huì )認真聽(tīng)的。回頭看當時(shí)應該說(shuō)是萬(wàn)事俱備只欠一個(gè)優(yōu)質(zhì)毒素,這個(gè)優(yōu)質(zhì)毒素就是DXd。
第一三共做了多年的喜樹(shù)堿衍生物,并上市了伊利替康。伊利替康是SN38的前藥,雖然也有不錯的療效但與紫杉醇、鉑類(lèi)藥物比還是有差距。一三共后來(lái)發(fā)現一個(gè)活性更好的類(lèi)似物exatecan,但是毒性也更大、臨床試驗做了不少也沒(méi)找到一個(gè)可用的適應癥。當時(shí)一三共想把exatecan做成高分子偶聯(lián)前藥,并把一個(gè)叫做DE310的高分子前藥推進(jìn)臨床。這個(gè)前藥釋放exatecan十分平緩,但是還是無(wú)法實(shí)現足夠治療窗口。后來(lái)ADC進(jìn)入大家視野,一三共就把DE310的經(jīng)驗平移到了ADC設計,包括DE310用的GGFG鏈接子。連Enhertu最早的專(zhuān)利都是把exatecan作為毒素:
Exatecan雖然比SN38活性更好,但是作為ADC毒素還是算是比較弱的、這個(gè)缺點(diǎn)可以用高DAR值來(lái)解決。Exatecan有個(gè)胺基可以直接與GGFG通過(guò)酰胺鍵偶聯(lián),但是這樣偶聯(lián)酶切時(shí)會(huì )有一部分在G-F之間斷裂、釋放G-exatecan。加上一些理化性質(zhì)的考慮,一三共科學(xué)家在exatecan加上一個(gè)羥乙酰胺基、即現在大名鼎鼎的DXd(deruxtecan)。在此之前GGFG如何與羥基化合物偶聯(lián)已經(jīng)是已知技術(shù),所以做成Enhertu并不復雜。DXd比exatecan還要弱5倍左右,所以與當時(shí)的主流ADC設計理念并不一致,當然現在已經(jīng)沒(méi)人再計較DXd的體外活性問(wèn)題。
Enhertu的成功多少有點(diǎn)意外成分,這個(gè)從一三共過(guò)去20年的股票可以看出來(lái)。至于Enhertu到底為何如此成功、尤其是在HER2 ultralow乳腺癌也有顯著(zhù)療效現在業(yè)界還在研究,但是估計主要是DXd有某些與眾不同的超能力。因為現在至少有10款使用其它毒素的HER2 ADC產(chǎn)品在臨床試驗階段失敗,其它更致命的彈頭如CAR-T、CAR-M、免疫毒素等也全軍覆沒(méi)。而DXd目前的五個(gè)不同靶點(diǎn)ADC各個(gè)價(jià)值連城、以總交易額350億美元分別轉讓給阿斯利康和默沙東。
至于神秘劍客DXd到底有哪些特異功能估計還需要很長(cháng)時(shí)間才能搞清楚,可能僅僅是安全窗口比exatecan高、本身就是一個(gè)優(yōu)質(zhì)小分子化療藥物,但遺憾的是DXd從來(lái)沒(méi)有進(jìn)入臨床研究、所以沒(méi)有頭對頭比較數據。也可能是在非殺傷劑量產(chǎn)生某種免疫激活效應,或者直接產(chǎn)生ICD(免疫原性細胞死亡)、或者增敏了抗體的ADCC等免疫效應。DXd的半衰期較短,這對于小分子藥物來(lái)說(shuō)是個(gè)劣勢,但對于A(yíng)DC毒素來(lái)說(shuō)是個(gè)優(yōu)勢、因為毒素進(jìn)入血液循環(huán)經(jīng)過(guò)肝腎等代謝排泄器官會(huì )很快被排除,維持一個(gè)腫瘤組織與血液系統的藥物梯度。或許是這些因素的組合,現在公開(kāi)數據有限、所以難以判斷。
現在的新藥發(fā)現是一個(gè)超級復雜體系,目的是通過(guò)一些列所謂去風(fēng)險篩選程序降低臨床失敗風(fēng)險、避免到臨床試驗神農嘗百草。但遺憾的是真正首創(chuàng )新藥基本還是通過(guò)臨床試驗篩出來(lái)的,理性藥物設計還是一個(gè)靠天吃飯的行當。即使所謂的me-too跟蹤藥物可能會(huì )容易一點(diǎn)但也要看具體情況,比如紫杉醇、質(zhì)子泵抑制劑、沙利度胺類(lèi)分子膠、波立維類(lèi)P2Y12受體激動(dòng)劑等重要藥物雖然有所謂的跟蹤藥物,但與首創(chuàng )藥物只有非常微小的結構差異。說(shuō)明機制本身不足以篩到優(yōu)質(zhì)藥物,否則早有人去篩新結構類(lèi)型了。很多用了幾十年的主流抗癌藥其實(shí)到現在我們也不清楚真正的工作機制,比如紫杉醇在臨床有效劑量下胞內的藥物濃度不足以抑制微管蛋白解離,其它重要藥物如鉑類(lèi)、他莫昔芬也是一樣。DXd只是最新的一樁懸案,當然這樣的懸案越多越好。
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ADC設計的·一個(gè)基本假設是抗體與靶點(diǎn)抗原結合后會(huì )啟動(dòng)殺傷過(guò)程,如果ADC只與靶點(diǎn)結合那么ADC就只殺傷表達靶點(diǎn)的細胞,如果只有腫瘤表達靶點(diǎn)那么ADC就只殺傷腫瘤細胞。當然實(shí)際執行中這個(gè)邏輯鏈條經(jīng)常支離破碎,人體沒(méi)有只在腫瘤細胞表達的抗原、腫瘤表面抗原也不是都能被ADC藥物找到。不表達抗原的正常細胞也能內吞大量ADC、釋放毒素,即使在腫瘤微環(huán)境內有多少ADC毒素是通過(guò)抗原陽(yáng)性腫瘤細胞釋放的也存在很多疑問(wèn)。這些不可告人的little dirty secrects我們以后慢慢講,今天講一下即使非腫瘤細胞不干擾ADC結合和毒素釋放,ADC要完成腫瘤特異殺傷也是天時(shí)地利人和缺一不可的。
化學(xué)反應動(dòng)力學(xué)為預測多步驟過(guò)程的最終結果鋪墊了一些理論基礎,其中一個(gè)叫做Curtin-Hammett規則的規律對理解ADC殺傷腫瘤細胞這個(gè)多步過(guò)程的最終結局尤其應景。這個(gè)規則用化學(xué)語(yǔ)言講是指一個(gè)化學(xué)反應不同路徑的產(chǎn)物比例是由各路徑的活化能決定,而與每條反應路徑的中間體濃度高低無(wú)關(guān)、前提是中間體之間轉化速度較快。我來(lái)把它翻譯成生活中的一個(gè)場(chǎng)景以幫助非化學(xué)專(zhuān)業(yè)人士理解。說(shuō)一條街上開(kāi)了甲乙兩個(gè)餐館,各雇了一個(gè)小哥在門(mén)口招攬顧客。甲餐館的小哥更加能說(shuō)會(huì )道所以90%的人流都被他引到自己的店里,但這是否意味著(zhù)甲餐館銷(xiāo)售額一定比乙餐館多呢?不一定,如果甲餐館店內就餐環(huán)境臟亂差、服務(wù)員態(tài)度惡劣、菜品不佳,那么大多數顧客最后還是會(huì )在乙餐館消費、因為乙餐館就在旁邊。當然如果甲餐館在北京、乙餐館在上海,這個(gè)規則就失效了、對應著(zhù)中間體轉換速度較慢的化學(xué)反應。
ADC與靶點(diǎn)抗原結合是同一個(gè)道理。通常抗體與抗原結合速度很快、很多情況就是分子的擴散速度,但是結合后是否能內吞到細胞內就與每個(gè)抗原的生物功能和抗體的構建模式有關(guān)了。進(jìn)了細胞也不是就能立刻把毒素卸載,而是要到一個(gè)降解酶比較豐富叫做溶酶體的特殊部門(mén)才能卸貨,而每個(gè)細胞溶酶體里面的組織蛋白酶(多數ADC的鏈接子含有這類(lèi)酶的識別多肽序列)數量不同、活性也不一樣,所以鏈接子在不同腫瘤細胞水解速度不同。溶酶體停車(chē)時(shí)間是有限制的,如果水解速度太慢ADC分子會(huì )被細胞內抗體循環(huán)機制如FcRn運載到細胞外,還得重新排隊才能回到溶酶體。溶酶體里面的蛋白酶也不僅只是降解鏈接子,你的毒素如果長(cháng)的像多肽也會(huì )被按照廢物處理掉。以前有人用Velcade作為ADC毒素,結果在溶酶體里面被當作多肽給打碎處理了。
即使你的ADC不用反復排隊、順利在靶點(diǎn)所在細胞釋放了所有毒素,這也并不等于刺殺任務(wù)結束、可以去領(lǐng)賞金了,因為相對于逃離腫瘤細胞、腫瘤殺傷是個(gè)慢功夫。毒素釋放后與抗體就徹底失去聯(lián)系,基本完全隨機擴散、放飛自我了。有些毒素因為過(guò)膜速度很慢可能長(cháng)時(shí)間留在腫瘤細胞內、所以會(huì )有足夠時(shí)間殺傷這個(gè)腫瘤細胞,但是代價(jià)是只能殺傷這個(gè)腫瘤細胞、因為不能進(jìn)入其它細胞。現在的ADC毒素大多數可以產(chǎn)生所謂的旁觀(guān)者殺傷效應、即可以自由進(jìn)出細胞膜,這類(lèi)毒素進(jìn)出細胞膜的時(shí)間以秒計算。但是腫瘤細胞殺傷在體外也是需要幾天的,患者腫瘤因為長(cháng)的慢很多,所以臨床最敏感的腫瘤也需要幾周才能看到反應。因此毒素離開(kāi)腫瘤細胞與殺傷腫瘤腫瘤完全不在一個(gè)時(shí)間尺度上,除了極高活性配體或者不可逆配體(解離常數Koff非常大,所以與靶點(diǎn)解離需要很長(cháng)時(shí)間)不需要毒素暴露水平要長(cháng)時(shí)間保持在一定水平外,多數小分子毒素即使在目的地釋放也會(huì )在執行任務(wù)之前作鳥(niǎo)獸散。
和所有靶向遞送技術(shù)平臺一樣, ADC也是希望能在腫瘤微環(huán)境長(cháng)時(shí)間保持高于系統藥物暴露的藥物濃度,但這是違反熱力學(xué)第二定律的。要遠離熱力學(xué)平衡就必須有能量持續輸入,這個(gè)能量輸入就是抗體與抗原的結合能。不過(guò)這只是一個(gè)必要但不充分條件,通過(guò)上面分析可以看出這點(diǎn)有限的結合能使用效率與很多因素有關(guān),如果使用不當很容易就成為月光族。同樣靶點(diǎn)與ADC結合也是必要但不充分條件,如同提高結婚率不等于提高人口出生率,后者還與很多其它因素有關(guān)。
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