抗体药物偶联物实现含羟基药物的靶向递送

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给大家分享一篇近期发表在Chemical Communications上的研究进展，题为：Targeted Delivery of Alcohol-Containing Payloads with Antibody-Drug Conjugates。在该工作中，作者基于硫酸酯酶和自降解连接子化学设计合成了新型抗体药物偶联物，实现了含羟基药物的选择性细胞释放。该工作的通讯作者是来自丹麦技术大学的Katrine M. Qvortrup。

抗体药物偶联物（antibody-drug conjugate, ADC）是一类得到广泛接受的抗癌药物，至今已有14例产品获得批准。通常来说，ADC是由癌细胞选择性抗体和细胞毒性药物共价连接而成的。其中，连接子的化学结构对ADC的药效和安全性至关重要。多种溶酶体酶响应性的连接子被设计出来，以实现药物被细胞摄入后在溶酶体中的释放。这些溶酶体酶包括蛋白酶、糖苷酶、焦磷酸酶、酸性磷酸酶和硫酸酯酶（sulfatase）等等。

目前，进入临床实验的一类酶响应连接子是溶酶体组织蛋白酶响应的多肽连接子。这些连接子具有出色的人血浆稳定性，并且能够在目标细胞有效释放药物。其中，以二肽连接子，如Val-Cit和Val-Ala，最为常见。然而，二肽连接子也存在一些明显的缺点。例如，它们在啮齿动物血浆中的稳定性较差，这给临床前研究带来了诸多挑战。因此，化学家也不断开发新的连接子以丰富ADC工具箱，克服这些困难。

硫酸酯酶是能够催化硫酸酯键水解断裂的一类酶的统称，对调控生物分子的硫酸化状态起到重要作用，而硫酸化状态最终又会决定这些分子的生物功能（Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 5736–5763）。溶酶体硫酸酯酶的主要功能是降解硫酸化的糖胺聚糖和糖脂。在2020年和2021年，David R. Spring课题组报道了两款硫酸酯酶特异响应的连接子，由它们构成的ADC表现出了出色的鼠血浆和人血浆稳定性以及良好的体外疗效（图1）。

图1. Spring课题组设计的连接子

在以往的研究中，ADC负载的往往是含有氨基官能团的药物。本篇工作中，作者期望设计一种硫酸酯酶响应性的连接子以释放含羟基的药物分子。受Spring组工作的启发，作者在本文中设计了如图2所示的连接子结构（图2）。硫酸酯酶切断S-O键使酚羟基暴露出来，激活1,6-消除反应释放出氨基，氨基再经1,5-环化反应最终释放出含羟基的小分子。

图2. 本文设计

首先，作者以荧光基团Cou（7-羟基苯并二氢吡喃-2-酮）为模型分子（10，图3），并使用荧光分析方法研究了该分子在硫酸酯酶作用下的释放效果（图4）。结果显示，当10与硫酸酯酶孵育时，可观察到显著的荧光信号，而无酶时则无荧光产生。并且，10在人血浆中孵育20 h也未观察到Cou的释放。以上结果说明了此连接子酶选择性释放的可行性。

图3. 模型分子10的合成

图4. 模型分子10的酶响应释放

接下来，作者将含羟基的生物活性分子Auri E连接到连接子上，得到分子13（Auri E具有抗肿瘤和干扰微管蛋白的功能），再通过thiol-Michael反应将13连接到还原态曲妥珠单抗（trastuzumab，靶点为Her 2）上，最终得到ADC1（图5）。ADC1中平均每个抗体对应3.8个药物分子（DAR = 3.8）。ADC1在血浆中具有较好的稳定性，在人血浆和小鼠血浆中孵育96 h分别仅有21.8%和20.2%的马来酰亚胺C-S键断裂。并且，即便发生了此位置的断裂，药物分子也仍然和连接子连在一起，不会释放出来。

图5. ADC1的合成与结构

最后，作者研究了ADC1对不同乳腺癌细胞系的毒性，结果如图6所示。其中，BT474和SK-BR3为Her 2阳性，而MCF7为Her 2阴性。作者选取了FDA批准的ADC Kadcyla作比较。结果显示，对两种阳性细胞系，ADC1均表现出了杀伤效果，并且对BT474，ADC1效果要略好于Kadcyla。