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。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。其中，毒素是决定ADC药物杀伤力大小的关键。常见的ADC毒素包括微管蛋白抑制剂和DNA损伤剂，其中微管蛋白抑制剂占目前已上市ADC药物的一半以上。本文汇总了目前在研或已应用的ADC毒素及其作用机制。
1、ADC毒素特点
ADC毒素，又称ADC有效负载或 ADC payload，是ADC药物的重要组成部分。如Figure 1所示，ADC药物一般进入血液循环并与肿瘤细胞表面的靶抗原结合后，就会形成ADC-抗原复合物；然后ADC-抗原复合物会内化至胞内；经溶酶体降解后的复合物会释放出有效负载并诱导肿瘤细胞死亡。可以说，有效负载的活性和理化性质会直接影响ADC药物的抗肿瘤功效。
Figure 1. ADC 的一般作用机制 [1]
理想中的ADC毒素应该具有这几个特性：高细胞毒性、低免疫原性、高稳定性、可修饰但不会显着影响其效力的功能团或位点、旁观者效应、适当的水溶性和靶标应位于胞内。其中，高细胞毒性、低免疫原性、稳定性以及可修饰的官能团是ADC有效负载选择时必须考虑的重要因素。基于此，我们总结了以下几类ADC毒素。
2、微管蛋白抑制剂
微管蛋白抑制剂是目前ADC药物开发中应用最广的一类“弹头”，占据了已上市ADC药物的半壁江山，15款ADC上市药中有8款的payload是微管蛋白抑制剂。微管蛋白抑制剂通过与微管蛋白结合，干扰微管的动态组合，使细胞停滞在细胞周期的G2/M期，最终导致细胞凋亡。根据其不同作用机制，微管蛋白抑制剂又可进一步分为微管蛋白聚合增强剂和微管蛋白聚合抑制剂。
2.1 微管蛋白聚合增强剂
微管蛋白聚合增强剂指的是以奥瑞他汀（auristatin）化合物MMAE和MMAF为代表的细胞毒素。通常作用于α、β微管蛋白二聚体的β亚基，使微管的生长不受调节。目前临床上的应用以Brentuximab vedotin、波拉妥珠单抗维多汀和贝兰他马福多汀等为代表。更多关于MMAE/MMAF>>
2.2 微管蛋白聚合抑制剂
微管蛋白聚合抑制剂指的是一类以美登素化合物DM1和DM4为代表的细胞毒素。通常通过抑制成熟微管的形成来阻断微管蛋白二聚体的聚合。美登素最早是1972年从美洲的美登木中分离得到一种十九元大环内酰胺结构。虽然美登素在亚纳摩尔浓度水平下可对大多数癌细胞系产生明显的抗增殖效果，但因缺乏对癌细胞的选择性，在早期临床试验中使患者产生严重的副作用，没能得到实际的临床应用。
直至 20世纪80年代初ADC的概念出现后，一些药物化学研究人员对美登素进行了人工改造，陆续合成出了美登素的衍生物。其中DM1，DM4是目前临床应用中最常用的两类美登素衍生物。二者均是美登素C-3位被改造的硫代衍生物，区别在于与巯基连接的基团，DM1为 -CH2-CH2-S-，DM4则是-CH2-CH2-C(CH3)2-S-。二者目前的临床用药分别以Kadcyla和Elahere为代表。
3、DNA抑制剂
与微管蛋白抑制剂相比，DNA抑制剂可以通过双链断裂、烷基化、嵌合、交联等破坏DNA，作用于整个细胞周期，产生细胞毒作用，对实体瘤有良好的治疗效果 [2]。常见的DNA抑制剂包括拓扑异构酶I抑制剂、卡奇霉素类和安曲霉素类。
3.1 拓扑异构酶I抑制剂
拓扑异构酶I抑制剂是通过作用于DNA拓扑异构酶Ӏ来抑制DNA的复制和转录，导致肿瘤细胞死亡。拓扑异构酶I抑制剂以喜树碱为代表，喜树碱以共价键的形式与DNA形成一个可裂解的复合物，从而产生一个单链缺口，另一条未受损的单链从缺口中回转，使超螺旋的DNA松弛，以利于复制和转录，当解旋完成后拓扑异构酶I脱离并促使DNA链复原。
Figure 2. 拓扑异构酶I抑制剂作用机制 [1]
临床上应用的喜树碱以DXd和SN-38为代表。
DXd，DX-8951衍生物，是一种新型的、高膜透性拓扑异构酶I抑制剂，通过作用于拓扑异构酶I抑制染色体DNA在复制过程中需要的空间结构变化，从而阻断DNA复制过程，造成细胞死亡。DXd抗肿瘤活性强，高出SN-38近10倍；在血液中的半衰期较短，有利于减少毒副作用的产生；此外，DXd具有强大的细胞膜渗透能力，产生旁观者效应，可杀灭临近的肿瘤细胞，且半衰期缩短。在目前上市的ADC药物中，阿斯利康/*三共的DS-8201即选择Dxd为有效载荷。
SN-38，又称为7-ethyl-10-hydroxycamptothecin，是一种半合成喜树碱。SN-38是伊立替康代谢产物，也是其主要的抗肿瘤成分，抑制活性比伊立替康强2到3个数量级。但由于其高度疏水和毒性问题，使其只能以前药的形式给药。SN-38 C-20位的羟基具有降低内酯环体内降解速率的作用，同时还可以与连接子相连用于ADC的开发。在目前上市的ADC药物中，由Immunomedics研发的Sacituzumab govitecan即采用SN38。
3.2 卡奇霉素类
卡奇霉素（calicheamicins，CLM）是从稀有放线菌中分离出的烯二炔类抗肿瘤抗生素，是一类最具细胞毒性的天然产物之一。卡奇霉素主要通过与细胞DNA特异序列的小沟结合，诱导细胞DNA断裂，进而导致肿瘤细胞凋亡。但卡奇霉素同时也会对正常细胞DNA造成损伤，基于此，卡奇霉素的临床应用受到限制。尽管如此，卡奇霉素的高细胞毒性、分子量小和明确的作用机制还是使其成为有吸引力的ADC有效负载。
当前已上市的ADC药物中，Gemtuzumab Ozogamicin（商品名Mylotarg）和Inotuzumab Ozogamicin（商品名Besponsa）使用的毒素均为N-乙酰-γ1I卡奇霉素。N-乙酰-γ1I卡奇霉素，卡奇霉素γ1I的衍生物，是在卡奇霉素γ1I的乙氨基糖结构上进行了乙酰化，同时为实现与酰胺型或腙键型连接子连接，将其三硫键结构改造成二硫键。其它从发酵液中分离出来的类似物（α2I，α3I，β1I，β1Br，γ1Br，δ1I）相比，卡奇霉素γ1I细胞毒性最强。
3.3 安曲霉素类
安曲霉素是Leimgruber 等人在19 世纪 60 年代从链霉菌属Streptomyces refuineus 中分离出的一种抗肿瘤抗生素，属于吡咯苯二氮卓（Pyrrolobenzodiazepine，PBD）家族。PBD化合物由芳香族A环、1-4-二氮杂-5-1B环和吡咯烷C环组成。其作用方式是在DNA的小凹槽中进行选择性烷基化，DNA小沟鸟嘌呤C-2位氨基与二氮杂䓬环内N-10/C-11位亲电性亚胺基团形成共价键，固定DNA的螺旋结构，阻断细胞分裂过程，使细胞周期停滞在G2/M期并导致细胞凋亡。
当前已上市的ADC药物中，ADC Therapeutics开发的loncastuximab tesirine-lpyl（Zynlonta）是一种靶向CD19的ADC药物，由人源化IgG1κ mAb与SG3199偶联组成。其中，SG3199是一种细胞毒性PBD二聚体烷化剂，是 PBD通过C-8位彼此相连所组成的PBD二聚体形式。与单个PBD相比，PBD二聚体与DNA的作用面积更大，可与鸟嘌呤形成两个共价键将DNA固定的更加牢固。这也使其拥有更强的细胞毒性，对多种肿瘤细胞的有效抑制浓度可达皮摩尔级别。
4、其他ADC毒素
假单胞菌外毒素（Pseudomonas exotoxin，PE）是革兰氏阴性细菌铜绿假单胞菌中毒性和免疫原性最强的毒力因子。整个毒素由638个氨基酸组成，其活性形式为613个氨基酸，该形式具有核糖基化活性，可以使延伸因子-2（EF2）失活，从而抑制导致细胞死亡的宿主细胞的蛋白质合成。当前已上市的ADC药物中，由阿斯利康开发的Lumoxiti，一款靶向CD22的ADC产品，有效载荷为PE38。PE38是具有较小免疫原性的PE的截短形式。但遗憾的是，阿斯利康已于2023年7月将Lumoxiti撤市，原因尚未公布。
IRDye700DX是Rakute Medical在ADC药物Akalux开发中采用的有效载荷，是一种光活化化学物质，也是全球首个光免疫疗法。在药物和癌细胞结合后，再对患者进行近红外激光照射，通过用690 nm的近红外光激发结合抗体的光活化化学物质IRDye700DX（IR700）来破坏癌细胞。
5、缔码生物payload抗体助力ADC药物研发
缔码生物致力于推动ADC研究，并为研究人员提供所需的工具和技术服务，以便于更好的定义精准医疗。目前，缔码已开发出多个payload抗体，包括Anti-MMAE抗体、Anti-Dxd抗体和anti-SN38抗体。这些抗体在众多药物测试中展现了显著功效，在推进ADC开发方面拥有巨大潜力。对于其他payload，缔码也在加紧安排相应抗体，如果您有什么开发建议，欢迎给我们留言。
| Payload靶点 | 产品名称 | 货号 |
| MMAE | Anti-MMAE antibody(11C8); Rabbit mAb | DME101007 |
| Anti-MMAE antibody(11B2); Rabbit mAb | DME101006 | |
| Anti-MMAE antibody(8B4); Rabbit mAb | DME101003 | |
| Anti-MMAE antibody(8C4); Rabbit mAb | DME101004 | |
| Anti-MMAE antibody(9C4); Rabbit mAb | DME101005 | |
| Dxd | Anti-Dxd antibody(1A12); Rabbit mAb | DME101026 |
| Anti-Dxd antibody(1A1); Rabbit mAb | DME101024 | |
| Anti-Dxd antibody(1A5); Rabbit mAb | DME101025 | |
| Anti-Dxd antibody(1E6); Rabbit mAb | DME101027 | |
| SN38 | Anti-SN38 antibody(1G1); Rabbit mAb | DME101020 |
参考文献：
[1] Wang Z, Li H, Gou L, Li W, Wang Y. Antibody-drug conjugates: Recent advances in payloads. Acta Pharm Sin B. 2023 Oct;13(10):4025-4059.
[2]Amani J., Gorjizadeh N., Younesi S., Najafi M., Ashrafi A.M., Irian S., et al. Cyclin-dependent kinase inhibitors (CDKIs) and the DNA damage response: the link between signaling pathways and cancer. DNA Repair. 2021;102.