基于实体瘤特异性酶释药的新型抗体偶联药物研究

Solid tumors account for more than 90% of malignant tumors, which current treatment is still limited and need continuous innovation. Antibody-drug conjugates (ADCs) enable the combination of small-molecule chemotherapeutic agents with the advantages of antibodies to deliver true survival benefits. ADC has become the most promising direction. At present, most enzyme-cleaved ADCs have the core defect that the enzymes responsible for drug release are a non-tumor specific enzymes and therefore inevitably presents a risk of off-target toxicity. ADC studies based on tumor-specific enzyme release are still blank.The present application proposes the development of new ADCs based on tumor-specific expression of the enzyme nitro reductase in order to overcome the off-target risk of existing ADCs.The purpose of this project is to fully validate the feasibility of this innovative ADC strategy and to further design and screen innovative ADCs with good lysis to identify novel ADCs with good antitumor activity and lower toxicity.The advancement of this project is expected to open up a new development direction for ADC research.

实体瘤占恶性肿瘤的90%以上，目前治疗手段依然有限，现有实体瘤疗法仍需不断创新。抗体偶联药物（antibody-drug conjugate，ADC），实现了小分子化疗药与抗体优势的强强联合，可带来真正的总生存期获益，其已成为最有发展前景的热点方向之一。目前主流的酶裂解型ADC均存在核心缺陷：释药酶为非肿瘤特异性酶，不可避免存在脱靶毒性风险。而基于肿瘤特异性酶释药的ADC研究领域仍为空白。本申请首次提出基于实体瘤特异性表达的酶—硝基还原酶来发展全新释药机制的ADC，以期克服现有ADC的脱靶风险。本研究旨在基于对ADC电子驱动释药机制的科学理解，优化设计并筛选出具有良好硝基还原酶裂解性能的创新ADC，全面验证该ADC创新策略的可行性，并从中发现良好抗肿瘤活性、更低毒性的新型ADC。本项目的推进，有望为ADC研究开拓全新的发展方向。

目前实体瘤的治疗手段依然有限，化疗药物因靶向性差易导致严重的毒副作用，而抗体普遍存在活性偏弱和耐药等不足。抗体偶联药物（ADC）联合了单抗药物和小分子化疗药物的双重优势，其利用抗体的靶向性将细胞毒药物靶向肿瘤以实现“增效减毒”。然而，当前ADC设计仍普遍存在核心缺陷：释药机制缺乏肿瘤特异性，其主要利用正常组织同样存在的溶酶体酶、酸性等特征进行设计，难以有效避免＞99%剂量的脱靶ADC带来的系统性毒性。.针对当前ADC发展过程中存在的基本问题，本课题首次提出利用实体瘤微环境中特异性表达的酶发展ADC的创新理念，以解决ADC普遍存在的脱靶毒性问题。硝基还原酶过表达于实体瘤，其在实体瘤缺氧环境中可选择性催化芳硝基单电子还原为氨基过程。该酶用于抗肿瘤前药的设计已得到充分的临床概念验证，但小分子靶向性差所致的剂量限制毒性成为制约其进一步发展的瓶颈。本课题旨在基于对ADC电子转移驱动的释药机制的科学理解，将抗体的靶向性和硝基还原酶的释药选择性有机地融入ADC之中。.在前期研究基础上，进一步开展多层次的释药机制、药效及安全性评价，以充分验证该释药策略的可行性并阐明较传统ADC设计策略的优势，以开发出新一代的安全性更高的ADC，并进一步提高ADC的治疗安全性。本课题基于实体瘤微环境中特异性表达的硝基还原酶裂解释药机制，结合前期基础设计并合成新型ADCs三类共计10个，并对新型ADC进行了结构优化筛选及系统性的成药性评估，验证了该新型释药策略的可行性。首先，在释药机制研究方面，本项目在化学因子水平、酶水平、细胞水平等多个层面上验证了该释药机制的可行性。其次，本研究在体外细胞水平，验证了新型ADC的抗原依赖性细胞毒性、缺氧依赖性细胞毒性、时间依赖性细胞毒性等。更进一步地，本项目在多个异种移植肿瘤模型的体内水平验证了该类新型ADC的药效及安全性。上述研究结果表明，基于硝基还原酶裂解释药机制的ADCs在维持与传统ADCs基本相当药效的基础上，安全性方面具有显著的提升。例如，优选ADC-5的最大耐受剂量（MTD）较传统蛋白酶裂解型ADC提高了1倍（160 mg/kg vs. 80 mg/kg）。该项目的开展，有望为ADC的研究开拓全新的发展方向。