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像导弹一样精准打击癌细胞,详解ADC:抗癌魔法子弹

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作者: 盛诺一家

这种子弹的概念就是:


只攻击病原体,不攻击人体,对人体没有副作用


头一发魔术子弹,现象级神药——606(砷凡纳明),成功地打在梅毒螺旋菌这个害人精身上

 

既往几百年来,医生一直都在使用副作用极大的汞剂(水银)和碘化钾治疗梅毒,病治好了,病人也被副作用折磨得要死要活。就在天下苦汞剂久矣的时候,抗梅核弹606横空出世,凭着确切的疗效和轻微的副作用,病人们纷纷要求医生给自己用606。这种网红式用药场面,可以和百年后某些医生言必称PD-1相媲美。

 

1908年,因为在免疫学上的杰出贡献,埃尔利希拿到了“诺贝尔医学奖”。

             

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德国免疫学家保罗·埃尔利希(图片来源:维基百科)

 

时光易逝,转眼到了1944年9月8日,世界上头一枚短程弹道导弹——V2火箭,经德国冯·布劳恩团队研发成功后投入实战。导弹由战斗部/制导系统/连接推进结构/燃料4个部分组成。


可能受到魔法子弹思路的影响,导弹的作战思路也是:精确地打击敌方目标,不伤及己方目标

 

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V2火箭结构图(图片来源:维基百科)

 

此后百年,入侵人体的外来户——细菌,被人类合成的抗生素全面抑制,翻腾不出来什么浪花了,梅毒螺旋菌也被青霉素扫进了历史的垃圾堆。

 

业内虽然担心滥用抗生素、甚至是滥用免洗洗手液引起的超级耐药菌,但这个超级耐药菌若隐若现,并不是迫在眉睫的问题。反而是随着人类平均寿命的延长,老龄化导致癌症发病率越来越高。治疗起源于自身的癌症细胞,却让人头疼不已,苦无良策

 

起初的癌症治疗都是使用单药化疗,联合用药被认为有致命毒性而无人敢用。直到美国医生James F Holland、Emil "Tom" FreiIII 、Emil J. Freireich设计出POMP的联合化疗临床试验方案,在儿童急性淋巴细胞白血病治疗上取得巨大成功后,开启了联合化疗时代,大家才开始在各种癌症上联合用药。

 

顺便跑题说一段:Emil "Tom"Frei III 和Emil J. Freireich都在MD安德森癌症中心工作过。慈眉善目的Emil J. Freireich老爷子今年93岁,至今仍在安德森为人类攻克癌症而工作不息。

 

笔者在安德森工作时,经常在医院主楼的走廊上遇见他。老爷子身材魁梧,走路慢悠悠,几十年不变地穿着白大褂,手里拿着一个老式的牛皮公文包。每逢周五中午,就出面主持安德森的全院大讲座,让安德森的员工深深体会到“家有一老,如有一宝”。

 

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Emil J. Freireich(图片来源:MD安德森癌症中心官网)

 

联合化疗的方案越来越多,越来越成熟,学界也开始认识到这种方法的缺点。用传统的化疗药治疗癌症,就好比用大炮轰击庄稼地里的田鼠,打死了地面上活动的田鼠(快速生长的癌细胞),也轰烂了庄稼(快速生长的正常细胞),还可能漏掉藏在洞里的田鼠(休眠期的癌细胞和肿瘤干细胞)。

 

这种缺陷是:杀敌一千,自损六百,漏敌两百。

 

和癌细胞的战斗中,怎么样才能既打得准,又打得狠,还尽量不伤及正常细胞?二战后入手了大把德国科技成果的美国人,在上个世纪80年代重新拾起德国人埃尔利希的概念,提出了抗癌魔法子弹

 

借鉴另一个德国人冯·布劳恩团队的导弹设计思路,美国人拿出了自己的魔法子弹:抗体偶联药物,英文名Antibody-drug conjugate,简称ADC

 

ADC的设计思路是精确地打击敌方目标(癌症细胞),尽量不损伤我方目标(正常细胞)的药物。它名为子弹,实为导弹,结构完全仿照导弹,由战斗部(细胞毒药物,Cytotoxic payload)/制导系统(特异性抗体,Antibody)/连接推进结构(连接子,Linker)3个部分构成。

 

和导弹稍微不同的是,ADC的结构里没有燃料部分,它的燃料就是人体的循环系统,通过血液循环把ADC运送到目标肿瘤细胞上,然后引爆,杀灭肿瘤细胞

 

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ADC结构图(图片来源:维基百科)

 

癌细胞出于无限复制的需要,在细胞表面会表达一些异常的生长信号,比如像HER2、CD21、CD40等蛋白,这些信号通常只在癌细胞表面高表达,正常细胞不表达或者低表达。它们就像黑夜里的萤火虫,吸引着魔法子弹去找到癌细胞

 

科学家研制出和这些特异性信号相结合的抗体,做为魔法子弹的眼睛——制导系统,在实战中带着子弹里的细胞毒药物,直奔癌细胞而去。抗体和癌细胞表面的信号结合,牢牢贴上癌细胞,钻进癌细胞里引爆弹药。

 

理论上,在这种精确制导系统的指引下,细胞毒药物只杀伤癌细胞,几乎不损伤正常细胞。和传统的化疗药相比,ADC还有几个优点:

 

一是无论对活跃的分裂期癌细胞,还是对静止的休眠期癌细胞,甚至对隐藏很深的肿瘤干细胞,只要找准靶点,都可以予以消灭。

 

二是可以通吃血液肿瘤和实体瘤。

 

三是作为制导系统的抗体,也可以通过ADCC/CDC等免疫反应对癌细胞发挥杀伤作用。

 

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ADC粘附在细胞表面(图片来源:labiotech.eu)

 

ADC作为一种相对廉价和成熟易用的精准技术,在实体瘤中,对仍在临床试验中摸索的CAR-T形成了冲击。

 

由于ADC对于癌细胞的高度选择性,所以战斗部的细胞毒药物也较常规化疗药的毒性更强。现有的ADC战斗部主要是两大类药物,一是微管抑制剂,抑制癌细胞的有丝分裂,让癌细胞无法传宗接代;二是损伤DNA的药物,破坏癌细胞DNA结构,造成癌细胞死亡

 

这两种药效强到什么程度?

 

有例为证:ADC常用的微管抑制剂奥瑞他汀(MMAE/MMAF),效力比长春碱类化疗药高20-50倍。另一种ADC微管抑制剂美登木素生物碱衍生物(DM1/DM4),效力比紫杉醇高1000倍。这些ADC细胞毒的原料药,很多是我们中国厂家生产的。

 

2001年,经FDA批准,辉瑞上市了头个治疗急性髓细胞性白血病的ADC药物Mylotarg,由细胞毒药物卡奇霉素(calicheamicin)和CD33抗体的制导系统通过连接子腙键偶联而成。但是到了2010年,Mylotarg宣布退市。

 

退市很重要的原因在于Mylotarg的连接推进结构出了问题。腙键在酸性条件下可发生水解,导致Mylotarg在人体循环中不够稳定,还没有到达癌细胞就释放出细胞毒药物,结果癌细胞安然无恙,正常细胞阵亡了一大片。

 

美国药厂的药,犯了美军在战场上常犯的错误:把导弹扔到自己阵地上了

 

在连接子上吃了亏,药厂的设计师们也从失败中加深了科学理解,大家就像米开朗基罗雕琢大卫像那样,用艺术家制作艺术品的匠心去设计连接子,二代、三代……新的连接子层出不穷。

 

罗氏公司推出的新型ADC药物Kadcyla,连接子换用了稳定性强的硫醚共价键,微管抑制剂美登素和HER2抗体曲妥珠单抗组成了战斗部和制导系统,武器换代了,再也没有出现朝自己阵地上扔导弹的乌龙。Kadcyla也获得FDA批准用于HER2阳性的转移性乳腺癌。Mylotarg在改进后进行了新的临床试验,也重新入市

 

ADC的研发,近年进入快车道。ADC相关的临床试验,在过去5年内增加了3倍,目前有60多个临床试验正在进行中,7种ADC药物获FDA批准用于癌症治疗。

 

2019年12月18日,FDA刚刚批准ADC药物Padcev用于治疗PD-1/PD-L1抗体耐药的尿路上皮癌。2020年1月,笔者在安德森陪同盛诺客户见诊泌尿科的主治医生时,医生就把Padcev作为标准治疗方案,给这位对症的盛诺客户使用

 

在2019年下半年至2020年的工作中,笔者也明显感觉MD安德森癌症中心的ADC临床试验招募病人数开始增加。

 

目前,安德森正在招募中的ADC临床试验有4个,其中乳腺癌3期临床一个,编号为2018-0828,靶向HER2的ADC药物DS-8201A;针对实体瘤的临床试验三个:编号为2017-0851的1期临床HuMax-AXL-ADC试验,编号为2017-1064 的1/2期临床CAB-AXL-ADC试验,编号为2018-0282 的1/2期临床CAB-ROR2-ADC试验。

 

作为靶向性很强的治疗,除了目前标准的单药方案以外,ADC必然会应用在免疫联合治疗上,寻求与免疫调定点抑制剂PD-1/PD-L1等药物联合,达到抗癌效果更大化。潜在的研究热点也会聚焦在清理休眠癌细胞、清理肿瘤干细胞、清理肉眼不可见的微小残余病灶等方面。


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作者:张翔

盛诺一家休斯顿客服主管


扬州大学血液学硕士

美国肿瘤研究协会(AACR)会员

曾在MD安德森癌症中心从事肿瘤治疗研究相关工作11年

休斯顿“盛诺之家”营养课堂主讲人


参考链接:

https://zh.wikipedia.org/wiki/V-2%E7%81%AB%E7%AE%AD

Evelyn Warner:The ABCs of ADCs: A Review of Antibody Drug Conjugates

Antibody-Drugconjugate-based therapeutics: state of the science. JNCI 2019 111(6):djz035


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