综述：针对多重耐药癌症的抗体药物偶联物：基于生物标志物的患者选择、有效载荷设计、连接子化学结构以及旁观者效应

《Cancer Letters》：Antibody-Drug Conjugates Against Multidrug-Resistant Cancers: Biomarker-Guided Patient Selection, Payload Engineering, Linker Chemistry, and Bystander Effects

　　摘要
抗体药物偶联物（ADCs）是现代癌症治疗领域最重要的进展之一。它结合了单克隆抗体的靶点选择性以及载药成分的细胞毒性，能够有效杀死癌细胞，为那些对传统疗法无效的癌症患者带来希望。除了增加癌症患者的治疗选择外，ADCs还成为克服多药耐药性（MDR）的重要手段。多药耐药性是有效治疗癌症面临的最艰巨挑战之一，其形成机制包括ATP结合盒（ABC）转运蛋白介导的药物外排、靶点突变以及凋亡功能紊乱。那些专为克服多药耐药性而设计的ADCs在多种肿瘤及具有旁路信号通路的癌细胞中已展现出显著的临床效果。例如，曲妥珠单抗德鲁司特卡尼在HER2低表达、HER2阳性及HER2突变型癌症中表现优异；萨西妥珠单抗戈维泰坎在TROP2阳性的三阴性乳腺癌和尿路上皮癌中疗效显著；恩福妥单抗维多汀则对Nectin-4阳性的膀胱癌具有良好治疗效果。通过克服多药耐药性，ADCs使得多种恶性肿瘤的治疗方案更加有效。更重要的是，ADCs的临床应用与癌症基因组学紧密相连。HER2检测已从传统的二元分类系统发展为涵盖HER2极低表达、低表达、阳性表达以及ERBB2突变等多种状态的连续谱系，不同状态对应不同的ADC适用患者标准。随着癌细胞不断进化并通过突变产生对ADCs的耐药性，研究人员和临床医生开始运用药物基因组学来预测患者对ADCs的反应及耐药情况。为明确ADC耐药性肿瘤亚群的基因组特征，人们采用单细胞转录组学研究和液体活检技术，实时监测ADC治疗过程中的肿瘤基因组变化，从而优化治疗方案，避免因新出现的突变带来的耐药性问题。本综述全面分析了ADCs的分子结构、其针对多药耐药性癌细胞发挥强效细胞毒作用的药理机制、用于指导患者选择的基因组学和转录组学生物标志物，以及未来将影响新一代ADC发展的耐药机制。

引言
多药耐药性仍是现代化疗面临的最棘手问题之一。尽管经过数十年的研究，人们已经发现了多种耐药机制，包括ABC转运蛋白介导的药物外排、靶点突变、旁路信号通路、凋亡功能紊乱以及DNA修复能力增强等。然而，针对这些耐药机制的逆转策略在临床应用中效果并不理想[1][2][3]。例如，第一代、第二代和第三代ABCB1（P-糖蛋白/P-gp/MDR1）抑制剂由于临床疗效不佳、与其它药物的药代动力学相互作用难以控制，以及在对ABCB1表达的正常组织（如肠道）产生的毒性作用，已在临床试验中大多失败[4][5]。因此，研究重点逐渐从抑制这些耐药机制转向通过设计新一代ADCs来绕过或完全避免它们。

ADCs的设计理念是将单克隆抗体的靶向选择性与其所含小分子载药的细胞毒性相结合，以此克服诸如旁路信号通路等会导致化疗失效的耐药问题[6][7]。通过将高细胞毒性药物与抗体连接起来，可以避免未结合形式的全身给药所带来的过度毒性。这样，ADCs能够选择性地将致命剂量的药物递送至癌细胞内，同时最大限度地减少对正常组织的损害。更重要的是，ADCs是通过受体介导的内吞作用进入癌细胞，而非被动扩散，这一途径使其能够避开ABCB1介导的细胞毒性药物外排，从而在细胞内实现高浓度的药物积累[8][9]。

近年来，随着越来越多的ADCs被研发出来，其在临床上的应用范围大幅扩大。截至2024年初，已有15种ADC获得了美国食品药品监督管理局的批准[10]。作为一种在HER2阳性乳腺癌治疗中已被证实高效的药物，ADC类药物曲妥珠单抗德鲁司特卡尼在原本被视为HER2阴性或低表达的患者群体中也表现出优异的疗效[11][12]。另一种TROP2选择性ADC——萨西妥珠单抗戈维泰坎，在经前期治疗的TROP2阳性三阴性乳腺癌和尿路上皮癌患者中也能带来具有临床意义的生存益处[13][14]。此外，恩福妥单抗维多汀也极大地改变了晚期膀胱癌的治疗方法[15]。

除了直接的临床疗效之外，ADCs还通过多种机制克服多药耐药性。为避开那些严重影响传统化疗的多药耐药性机制，ADCs的作用机制主要体现在：（1）通过肿瘤抗原选择性降低引发多药耐药性的选择压力；（2）通过内吞作用释放细胞内的载药成分，从而避免ABCB1介导的药物外排及随之导致的细胞内药物浓度下降；（3）通过“旁观者效应”杀死抗原表达较低的邻近癌细胞，以应对肿瘤的异质性；（4）通过高药物与抗体比例实现细胞内药物浓度的快速上升，即便在凋亡功能紊乱的耐药细胞中也能突破触发凋亡的浓度阈值[16][17]。

ADCs的临床应用越来越与基因组学密切相关。许多基因组因素会影响ADCs疗法的疗效，因此临床医生会结合HER2和ERBB2检测、TROP2免疫组化、基因组分析以及液体活检结果来选择合适患者并优化治疗效果。药物基因组学因素也被认为是预测临床疗效和耐药性的重要指标，这类因素包括：（1）药物外排转运蛋白基因（如ABCB1和ABCG2）的种系多态性；（2）影响癌细胞上靶点抗原数量和外排转运蛋白数量的拷贝数变异；（3）同源重组功能的缺陷；（4）癌细胞中的突变负荷。为提前预判并防止治疗失败，研究人员正在开发单细胞基因组学方法，以识别多药耐药性癌细胞中导致ADC抵抗的转录组调控因子[18][19]。

本综述详细阐述了ADCs的分子设计原理、其克服多药耐药性的作用机制，以及用于指导患者在特定群体中接受ADC治疗的基因组学和转录组学生物标志物。我们重点探讨了以下内容：（1）载药成分的发展历程，从微管抑制剂到拓扑异构酶I抑制剂及其他类型的药物载体；（2）可切割与不可切割连接子的分子化学特性及其对载药释放的影响；（3）ADCs的“旁观者效应”及其对肿瘤异质性的影响；（4）影响ADC疗效的基因组生物标志物，包括HER2的不同表达分类、预测TROP2过表达的转录组指标，以及导致ABBC转运蛋白过度表达的药物基因组学因素；（5）用于识别耐药性的单细胞基因组学方法。最后，我们分析了不断出现的ADC耐药机制对其整体应用的影响，以及这类快速发展中的药物在未来可能带来的发展前景。

片段摘录
ADC的结构与演变
每种ADC都由三个在结构上各不相同但在功能上相互关联的组成部分构成：（1）一种能特异性识别特定肿瘤抗原的单克隆抗体；（2）一种能在细胞内杀死癌细胞的细胞毒性载药成分；（3）一种化学连接子，它将这两部分共价连接在一起，同时控制载药成分的释放时间和位置[20]（如图1A所示）。只有当这三个组成部分协同且最佳地发挥作用时，ADC才能发挥其应有的作用。

载药成分的设计
ADC的细胞毒性载药成分对目标癌细胞具有亚纳摩尔级的半最大抑制浓度（IC50），属于高效杀灭物质。由于仅有少量注射后的ADC能够进入癌细胞并被其内吞，因此载药成分必须具备足够的毒性，即便在极低的细胞内浓度下仍能杀死癌细胞[38]。这类载药成分还具有多种临床意义，比如能够对多药耐药性癌细胞产生“旁观者效应”。目前ADC中常用的载药成分主要有……

连接子的化学特性
连接子通过将细胞毒性载药成分与抗体共价连接起来，实际上起到了化学桥梁的作用，它影响着ADC的药代动力学特性、治疗指数以及载药成分的释放时机[72]。设计理想连接子的关键在于精确控制并平衡载药成分的释放时间。如果连接子在体内循环过程中过于稳定，就能防止载药成分过早释放，从而降低对正常组织的毒性。但若连接子稳定性过高，又可能导致无法按时释放载药成分。

“旁观者效应”
与早期ADC相比，第三代ADC的一大特点就是具有“旁观者效应”——即ADC在杀死原本的抗原阳性目标癌细胞后，还能杀死那些抗原表达较低或无抗原的肿瘤细胞[82]（如图3A所示）。这一效应对于理解ADC在肿瘤异质性环境中的疗效至关重要，因为它使得ADC载药成分能够在不论抗原表达水平如何或存在何种基因组变异的情况下杀死癌细胞。肿瘤异质性正是……

ADC作为克服多药耐药性的策略
ADCs通过多种药理机制独特地规避了多药耐药性（如图3B所示），而多药耐药性早已被证实会降低传统化疗的疗效。例如，ADCs进入细胞的方式与传统化疗截然不同：传统化疗药物是通过被动扩散穿过细胞膜，容易受到ABC转运蛋白的外排作用；而ADCs则是通过受体介导的内吞作用进入细胞，因此不会受到此类外排机制的影响。

用于选择ADC患者的基因组学与转录组学生物标志物
ADCs的疗效取决于患者选择以及有助于临床医生判断哪些患者最能从中受益的基因组生物标志物。与具有广谱细胞毒性的化疗药物不同，ADCs本质上是靶向性药物，其疗效受目标抗原的表达水平、抗原的可及性以及基因组变异等因素的影响。这些因素会改变目标抗原和载药成分的生物学特性，同时也影响药物运输和代谢等药物基因组学因素。目前……

ADCs的新兴耐药机制
虽然第6节（及表2）介绍了ADCs如何克服癌细胞本身已存在的固有多药耐药性，但本节则探讨另一个概念上有所不同但同样重要的问题——即肿瘤随后对ADCs本身产生的耐药性，也就是原本有效的抗多药耐药性药物反而变得无效的逆向过程。尽管ADCs在对抗多药耐药性方面成效显著，但它们并非不会产生获得性耐药性。为应对这一问题，研究人员正在……

临床证据的定量分析
为支持上述定性分析，我们对近期发表的ADC临床试验数据进行了两项针对性的定量分析。首先，我们汇总了不同HER2表达水平下患者无进展生存期的风险比，以此评估曲妥珠单抗德鲁司特卡尼的临床益处在不同HER2表达水平患者群中的一致性。其次，我们统计了各类含德鲁司特卡尼作为载药成分的ADC药物所导致的间质性肺病发生率，这类药物是目前临床应用中最具代表性的类别。

未来发展方向
ADCs正在快速发展，新的载药成分类型不断被研究探索。随着ADC耐药机制的持续演变，相关研究进一步提升了ADC疗法的临床效果，也让更多患者能够从中受益。目前，研究人员正在开发新型分子结构、优化联合治疗方案，并加强基因组生物标志物的检测技术。

将两种不同的抗原结合特性整合到同一分子中——双特异性抗体……

结论
ADCs彻底改变了现代化疗的治疗准则。除了能够保护正常组织外，它们还能将高效细胞毒性药物精准递送至那些对传统化疗已产生耐药性的癌细胞。凭借独特的作用机制，ADCs重新定义了克服多药耐药性的现代治疗标准。它们通过细胞内载药释放及“旁观者效应”来打破包括肿瘤异质性在内的各种耐药机制。随着……

CRediT作者贡献说明
陈哲盛：写作——审稿与编辑、验证、监督、资源提供、项目管理、概念构思。黄庆国：写作——审稿与编辑、验证、研究工作。凌洪健：写作——审稿与编辑、验证、研究工作。李瑞安：写作——审稿与编辑、初稿撰写、可视化分析、方法学研究、研究工作、正式分析、数据整理、概念构思。陈翔：写作——审稿与编辑、验证、资源提供、研究工作。

数据与材料的可用性
作者确认，本研究的所有数据均保存在论文中，可供查阅。

资金支持
无。

利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢
我们感谢BioRender.com提供了绘制图表所需的工具。

李瑞安 | 陈翔 | 黄庆国 | 凌洪健 | 巩坤祥 | 陈哲盛
美国纽约州皇后区圣约翰大学药学院与健康科学系