引言
作为一种新型的生物治疗药物，经典的抗体偶联药物（ADC）由抗体，连接子和有效的细胞毒药物（有效载荷）组成。ADC可以选择性地将高细胞毒性有效载荷传递给癌细胞，并通过利用抗体的选择性将有效载荷的全身毒性降至最低。然而，由于靶抗原的表达特征，抗体的结构特征，连接子稳定性和有效载荷特性，许多ADC具有不可接受的毒性作用，这减缓了它们的开发进程。
这篇综述描述了ADC分子每个组分的结构对其毒性的影响，通过使用从市售ADC获得的非临床和临床数据，探索和讨论了各种ADC在主体组织/器官中的毒性特征，旨在为新型ADC分子的开发提供参考，并促进相关的非临床和临床研究。
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一、影响抗ADC毒性的因素
有效载荷
有效载荷是ADC的弹头。目前，市售ADC的有效载荷包括微管抑制剂，DNA损伤剂和拓扑异构酶抑制剂。有效载荷的性质如半数最大抑制浓度（IC50），亲水或亲脂性，电荷，药物与抗体比（DAR）和一些其他性质在ADC效率和毒性中起这关键作用。
IC50：一些具有较高的IC50值的有效载荷，如阿霉素杀伤肿瘤细胞需要比较高的浓度，ADC功效较差。最具细胞毒性的有效载荷在pg或pmol浓度甚至更低时就能够发挥细胞杀伤作用。然而，因为小于1%的ADC剂量在肿瘤部位累积，大多数剂量在身体的其余部分循环，所以即使循环中释放少量有效载荷也会产生显着的毒性。像PBD，auristatin和maytasine这些具较低IC50值的有效载荷的ADC就在多个组织/器官中表现出明显的毒性。此外，拓扑异构酶I抑制剂的IC50值介于上述两类药物之间，像trastuzumab-deruxtecan 的DAR可达到8，从而实现功效和毒性之间的平衡。
亲水性/亲脂性：亲水性有效载荷在水中具有合适的溶解度，促进药物在体内的运输和分布，并且可以很容易地与抗体偶联，从而增加DAR。另一方面，亲水性损害了ADC或其代谢物的细胞膜通透性，这使得难以发挥旁观者效应。
亲脂性有效载荷很容易通过细胞膜，但它们可能会增加ADC的聚集和免疫原性的潜力，并阻碍进入抗原识别或结合所必需的结合位点。过度的疏水性促进肝脏摄取并引起肝毒性。此外，ADC疏水性可能通过巨胞饮作用促进非特异性摄取，这可能导致眼部毒性和血小板减少。
电荷：带负电荷的有效载荷会增加ADC聚集并降低膜通透性。例如，将有效载荷从不带电的MMAE转变到带负电荷的MMAF会导致较低的ADC毒性，这可能与由于膜通透性降低而导致的旁观者效应降低有关。不带电的有效载荷增加了ADC的疏水性。当与带正电荷的抗体结合时，酸性连接子-有效载荷附着具有更大的聚集潜力。由于离子对带负电荷的细胞膜的吸引，带正电荷的分子通常会增加电荷介导的内吞作用。对于MMAF偶联的ADC，其细胞毒性受连接聚赖氨酸带正电荷的肽或带负电荷的聚谷氨酸肽的影响。
DAR：DAR与疗效和毒性呈正相关，DAR值大于9可能会增加ADC的清除率，并在肝脏中迅速积累。
除了以上这3点，一些新型有效载荷或策略可能会产生新的毒性特征。例如RNA抑制剂、Bcl-xL抑制剂、PROTAC、免疫调节剂、放射性核素（90Y，131I），有毒蛋白质（PE38），光吸收剂（IRDye700DX）和寡核苷酸等，还要双有效载荷策略。这些新型的有效载荷或策略，可能带来我们之前没遇到过的全新毒性谱，这也是未来需要重点关注的地方。
连接子
ADC中连接子的作用是将抗体连接到有效载荷，这是ADC分子稳定性和脱靶毒性的关键因素，并直接影响ADC的治疗指数。目前，连接子可分为两种类型，可裂解连接子或不可裂解连接子。
目前，ADC主流应用可裂解连接子，包括酸不稳定型，还原型和酶可裂解型。酸不稳定型，如腙连接子在血液中不稳定。gemtuzumab ozogamicin在血液循环中过早或非特异性释放有效载荷，会导致严重的骨髓抑制和肝毒性。还原型，如GSH缺乏对二硫化物还原的精确选择性以及血浆中硫醇（半胱氨酸，GSH等）的存在导致有效载荷过早释放。肽接头相对稳定，比如ValCit，它相对来说在血液中比较稳定，半衰期长。但是，ValCit对多种组织中都存在的蛋白酶比如组织蛋白酶B、K、L都比较敏感。由于只有组织蛋白酶B被认为在癌细胞中高度表达，因此对其他组织蛋白酶的广泛敏感性可能会在正常细胞中诱导脱靶毒性。相比之下，像Gly-Gly-Phe-Gly这种简单的四肽连接子，在动物实验中表现出了更好的稳定性。
不可裂解连接子优于可裂解连接子，这是由于稳定性的提高而产生的低脱靶毒性。不可裂解连接子需要溶酶体中抗体部分的蛋白水解，以在ADC被内化到细胞中后释放具有氨基酸残基和接头的有效载荷。由于有效载荷带有氨基酸残基，因此膜通透性降低，旁观者效应受到限制。
此外，连接子的属性如亲水性，长度和空间位阻对连接子的稳定性和脱靶毒性有显着影响。具有低亲水性的连接子可以将有效载荷驱动到不同的组织中，导致脱靶毒性。较短的连接子有利于有效载荷隐藏在抗体的空间结构内，从而减少有效载荷的酶促降解并延长循环中ADC的半衰期，另一方面，这可能影响ADC在靶位点的有效载荷释放。连接子的空间位阻通过阻碍暴露于连接子有效载荷附着来增加ADC的稳定性。
靶抗原
ADC的理想靶抗原要在肿瘤中高表达，在正常组织中低表达或不表达。细胞表面抗原的较高表达水平可能导致细胞内更大的有效载荷释放。即使非肿瘤组织表达较低水平的靶抗原，持续循环的大量ADC也可能导致不希望的结合和相应的不良反应。
此外，人们对肿瘤微环境中的靶标越来越感兴趣，包括新血管中的抗原，内皮下细胞外基质和肿瘤基质。预计这些更具体的靶标将进一步降低ADC的全身毒性。
抗体
抗体是ADC的重要组成部分。其亲和力，特异性，多聚反应性和Fc片段的作用直接影响ADC的功效和脱靶效应。
具有高特异性的抗体通常表现出更大的亲和力，这使得它们能够与靶抗原更紧密地结合。较高的亲和力会导致ADC更快地内化，直到达到其上限。然而，过度的亲和力产生了“结合位点屏障”，导致实体瘤中ADC分布不均匀，抗原与血管附近的细胞结合更强，对远端区域的渗透更少。抗体的亲和力还受抗体结合位点的构象，抗原，溶液的pH和温度的影响。
多聚反应性是抗体与各种自身和外来抗原结合的能力，这些抗原可能完全不相关，并且通常归因于构象更灵活的抗原结合口袋。电荷和疏水性是影响抗体多聚反应性的关键因素。此外，过量的疏水性可能导致与膜和其他疏水表面的非特异性低亲和力结合，这可能会增加胞饮速率并影响药物的PK和生物分布。
正常组织识别抗体的Fc片段可能介导非特异性内吞作用，相关受体包括Fcγ受体（FcγR），新生儿Fc受体（FcRns）和C型凝集素受体（CLR）等。例如FcγRIIa介导的巨核细胞（MK）中ADC的内化以及随后有效载荷对细胞骨架的破坏，这是血小板产生减少的潜在机制。此外，由C型凝集素家族成员甘露糖受体（MR）介导的摄取已被证明是ADC肝毒性的潜在机制。
位点偶联
ADC偶联方法分为两类，即非位点特异性偶联和位点特异性偶联。ADC已经开发了许多位点特异性偶联技术，包括涉及引入工程化反应性半胱氨酸残基，非天然氨基酸，糖基，二硫键再桥接，酶促偶联和pClick等技术。
工程化半胱氨酸残基偶联采用基因工程技术在特定位置插入半胱氨酸残基，然后将半胱氨酸上的巯基与有效载荷偶联以合成位点特异性ADC。所得产物具有高均匀性，低毒性和可调稳定性。二硫键重桥接是指打开抗体的链间二硫键以获得反应性半胱氨酸。二硫键重新桥接通常会导致较窄的DAR分布，而桥接错误是一个潜在的缺点。非天然氨基酸可以构建成重组蛋白，以获得与小分子药物发生化学反应的残留侧链，从而实现位点特异性抗体-药物偶联。然而，具有非天然氨基酸的抗体可能诱导免疫原性，非天然氨基酸的疏水性增加了抗体聚集的风险。酶促偶联和糖基偶联均可以产生高均一性和稳定性的的ADC。最近还开发了一种pClick技术，可以以更方便和有效的方式进行ADC的位点特异性偶联。
内吞作用
基于内吞作用的ADC必须内化以引起功效，但如果它们被表达靶抗原的正常组织内化，则会触发其毒性作用。正常细胞对ADC的非特异性内吞作用是毒性的重要因素。非特异性内吞作用的潜在机制主要包括小窝蛋白依赖性内吞作用、巨胞饮作用和吞噬作用。影响非特异性内吞率的关键因素是ADC的细胞类型和理化性质。带正电荷的分子被大多数细胞的细胞膜以及细胞外基质的带负电荷的基团所吸引，从而增加了非特异性内吞作用。具有高疏水性的ADC可能被其他具有高非特异性内吞能力的正常细胞迅速清除，从而导致脱靶毒性。ADC的聚集激活FcγRIIa或FcγRIIIa表达细胞，并增加FcγR依赖性非特异性摄取。
患者因素
患者的体重，年龄和医疗状况以及药物-药物相互作用在药物代谢和消除中起作用。老年人往往伴随多种基础疾病，他们的器官功能可能下降，对药物的耐受性也变差，更容易出现不良反应，甚至因为毒性太大而不得不停止治疗。基础疾病状态，比如肝肾功能不全，会显著影响药物的代谢和排泄。药物相互作用也很关键，如果患者同时服用其他药物，比如利福平或酮康唑，可能会影响Brentuximab vedotin释放的MMAE的暴露量。患者的免疫状态也会影响他们对ADC产生免疫原性的风险。所以，个体化治疗和密切监测患者的反应，对于ADC的成功应用至关重要。
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二、ADC的非临床和临床毒性
血液毒性
化疗对肿瘤最常见的副作用是骨髓抑制，因此，所有市售的ADC都有不同程度的血液毒性，表现为外周血细胞减少，如中性粒细胞减少，淋巴细胞减少和血小板减少，导致感染，出血和贫血。
不同类型的ADC的具体表现各不相同。在非临床研究中，以DNA损伤剂为有效载荷的ADC在较低剂量下显示出血液毒性，血液毒性可能与有效载荷的早期释放，连接子类型，抗体Fc片段的结构，抗原表达和非特异性内吞作用等因素有关。
胃肠道反应
13种市售ADC中有11种会引起胃肠道不良反应，包括恶心（23%–79%），呕吐（13%–47%），腹泻（2%–59%），腹痛（9%–36%），便秘（12%–37%），临床上消化不良（9.2%–12%），口干（16.7%）和口腔炎（13%–14.1%）。
为什么ADC这么容易引起胃肠道反应呢？原因可能有两个。第一，很多ADC的靶抗原，比如HER2、Trop2、Nectin4、LewisA等等，在消化系统里广泛分布。第二，人体的肠道黏膜细胞更新速度非常快，属于快速增殖细胞。而ADC的Payload通常都是超细胞毒性的，对这些快速增殖的细胞特别敏感。
所以，靶抗原的广泛表达和超细胞毒Payload的特性，共同导致了ADC频繁的胃肠道毒性。具体的机制还需要更深入的研究，理解这些因素，有助于我们未来设计出更安全的ADC。
皮肤毒性
皮肤毒性是ADC的典型AE，在非临床研究中很容易观察到，表现为皮肤色素沉着，黑斑，干燥，脱皮，脱皮，皮炎和溃疡。临床上，很少或偶尔观察到皮疹（13%–31%），瘙痒（12%–30%），皮炎（10%），干燥（4%–10%）和脱发（13%–39%）。
皮肤毒性主要是通过包含Val-Cit MMAE组件的ADC观察到的，在非临床或临床环境中表现出不同程度的皮肤毒性。此外，ADC使用SN-38，Dxd，DM4，PE38和SG3199的有效载荷也注意到非临床皮肤毒性。
周围神经疾病
周围神经疾病是ADC的典型AE，临床表现为周围感觉神经病（11%–68.2%），其特征是肌肉无力，味觉障碍，头痛，眩晕，脱髓鞘性周围神经病和周围运动神经病。使用MMAE，DM1，DM4和其他微管抑制剂治疗ADC的患者经常观察到周围神经病变。使用SN38和卡利霉素作为有效载荷的ADC治疗的患者仅报告头痛或眩晕。由于关于ADC相关外周神经毒性机制的研究很少，因此所涉及的机制尚不清楚，需要进一步研究。
眼部毒性
眼部毒性（1.2%–84%）是ADC治疗的典型AE，表现为视力障碍，干眼症，角膜病变，角膜炎，微囊上皮改变和角膜沉积物等。到目前为止，非临床毒理学研究中只有三个ADC报告了眼部毒性，人类/临床试验中的10个ADC报告了各种严重程度的眼部毒性。
已经表明眼毒性与抗原表达的可能关联。例如，针对在眼上皮中表达的MUC16的ADC的临床试验报道，40%的患者经历了眼部毒性。在组织交叉反应性研究中，Tisotumab vedotin与人类和猴子的角膜和结膜上皮组织呈阳性交叉反应，并且在非临床研究中注意到眼部毒性。临床上报道了高频率的不良眼部反应，包括3.2%的患者出现严重的溃疡性角膜炎。
肝毒性
肝毒性是ADC的常见AE。13个ADC中有9个在非临床研究中报告了肝毒性，主要表现为肝氨基转移酶升高和肝脏组织病理学改变。临床上，在13个ADC中有10个注意到肝氨基转移酶升高（24%–98%）。
在非临床研究中，具有MMAE有效载荷的ADC几乎总是表现出肝毒性。由于单独使用MMAE可能在较低剂量下引起肝损伤，因此认为相关的ADC肝毒性与循环中MMAE暴露有关。另一方面，HER2，EGFR，TF和CD30的靶抗原都在肝脏中表达，并且在非临床研究中注意到相关的ADC具有肝毒性。总之，ADC的肝毒性与有效载荷，靶抗原表达，Fc受体和非特异性内吞作用有关。
肺毒性
间质性肺炎（ILD）是一组以肺损伤为特征的疾病，以不同程度的炎症和间质纤维化为特征的异质性弥漫性实质性肺病。ILD是药物相关肺毒性的最典型形式，在大多数情况下是由抗肿瘤药物诱导的，这些药物通常可以通过细胞毒性和免疫作用机制引起ILD。
其他
结语
自第一个ADC获得批准以来，二十多年来，人们不断努力以各种方式优化ADC成分，例如，改变现有的有效载荷，探索对切割具有更强特异性的连接子和更合适的稳定性，通过最新的偶联和掩蔽技术优化抗体结构，寻找具有更高特异性的靶抗原，以及探索新型ADC，包括非内吞ADC和XDC。所有这些努力都希望有效降低脱靶毒性，提高患者对ADC的耐受性。
作为当今最有前景的药物类别之一，尽管目前ADC的发展仍面临许多挑战，但随着新兴技术创新和资本市场的持续投入，具有更高疗效和更高安全维度的ADC正在不断被开发出来应用于治疗癌症和其它疾病，造福广大患者。
参考资料：
1.Overview of antibody-drug conjugates nonclinical and clinical toxicities and related contributing factors. Antib Ther. 2025 Mar 18;8(2):124–144
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2025-07-27
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