抗体偶联药物（ADC）毒性病理学检查关注点

湖北天勤鑫圣生物科技有限公司和中国食品药品检定研究院安全评价研究所联合在中文核心期刊和中国科技核心期刊《药物评价研究》杂志第8期发表了临床前安全性评价方法学专栏（图1）共4篇文章，其中《抗体偶联药物非临床安全性评价毒性病理学检查关注点》对抗体偶联药物（Antibody-Drug Conjugate, ADC）毒性机制和毒性病理学检查关注点做了简要概述，希望能为ADC非临床安全性评价的毒性病理学检查提供一定参考。

图1. 临床前安全性评价方法学专栏

发表于《药物评价研究》杂志第8期

ADC主要由靶向性抗体、连接子（linker）和有效载荷（payload）3部分组成，其中靶向性抗体负责将ADC药物精准运输至靶细胞；连接子负责在靶细胞内或表面释放有效载荷；有效载荷通常为细胞毒性小分子化合物，负责高效杀伤肿瘤细胞。ADC的毒性机制包括靶向毒性和脱靶毒性，靶向毒性主要由靶点的表达决定，脱靶毒性则由偶联稳定性和非特异性摄取等因素引起。

ADC的靶向毒性与肿瘤细胞和正常组织靶抗原的表达差异密切相关。当靶抗原表达差异不明显时，ADC可能对具有相同靶抗原的正常组织或细胞产生杀伤效应。例如，在bivatuzumab mertansine的临床试验中，由于CD44v6在肿瘤细胞和皮肤角质形成细胞中均有表达，导致了严重的皮肤毒性事件。靶向毒性不仅仅是由靶抗原表达决定，还可能与其他因素有关，如恩美曲妥珠单抗（T-DM1）的主要剂量限制性毒性是血小板减少和肝酶升高，而非心脏、肺脏、皮肤和乳腺等HER2高表达的组织。在非临床安全性评价中，设计动物体内试验时，需要考虑靶抗原在正常组织中的表达，并在具有交叉反应的实验动物中进行评估。

脱靶毒性指ADC在不表达靶抗原的组织或细胞中产生杀伤效应，多与有效载荷（表1）即细胞毒性小分子化合物的安全性有关，且与临床上ADC常见剂量限制性毒性高度相似。目前脱靶毒性的主要机制被认为与偶联稳定性和正常细胞非特异性摄取有关。

连接子的类型和化学偶联技术是影响稳定性的主要因素。理想的连接子应该保证偶联化合物在体内的稳定性和在目标靶点的易释放性，这样才能既保证安全性又保证高效性。不可裂解型连接子相比可裂解型连接子具有更高的稳定性。但过于稳定的连接子在需要旁观者效应时则很难发挥ADC的作用。正常细胞对ADC的非特异性摄取也是ADC脱靶毒性的一个重要原因，但目前对该机制的研究有待进一步深入。

表1 部分ADC靶向毒性和脱靶毒性汇总

备注：MMAE代表单甲基澳瑞他汀E；DM1代表emtansin/mertansine；DM4代表ravtansine。

由于 ADC 的有效载荷为强效的细胞毒性小分子化合物，对正常的人体组织具有较强的毒性作用，非临床研究中尤其应关注小分子化合物的毒性风险是否充分暴露。非临床安全性评价研究相关指导原则可以参考国家药品监督管理局（National Medical Products Administration, NMPA）药品审评中心于2023年 9月发布的《抗体偶联药物非临床研究技术指导原则》以及美国食品药品监督管理局（United States Food and Drug Administration, FDA）于 2022 年 2 月发布的《抗体偶联药物临床药理关注点行业指南草案》，此外还可参考ICH指南S6（R1）、S9和M3（R2）等。

ADC的毒性作用以细胞毒性小分子化合物的骨髓毒性最常见，其次是外周神经病等。另外，ADC毒性作用的组织病理学检查结果随剂量变化而变化，且通常是可逆的。

微管蛋白抑制剂对于活跃分裂的肿瘤细胞非常有效，但它们对于静态癌细胞的效果较差。为了潜在地克服这一限制，目前大多数第三代ADC选择可靶向整个细胞周期的DNA损伤剂作为细胞毒性有效载荷。表2列出了 ADC 毒理学试验中啮齿动物和食蟹猴不同组织常见的组织病理学病变及其对应的有效载荷。

表2  ADC毒理学研究中常见的组织病理学病变汇总

前文简要汇总了不同细胞毒性小分子化合物的毒性特征，本节以吡咯并苯二氮杂䓬（PBD）为例，介绍其常见的组织病理学改变。PBD是一系列选择性DNA小沟结合交联剂，能阻止细胞分裂。其原型是安曲霉素，能够识别和结合特定的DNA序列并形成不稳定的共价化合物。PBD类ADC毒性作用的报道较少，主要毒性包括骨髓毒性、淋巴系统毒性、肠道毒性、皮肤毒性、肾脏毒性和肺脏毒性等（图2-图7）。

图2：非人灵长类动物（NHP），肺脏。

PBD可诱导肺泡II型细胞的多种细胞改变，

如细胞核和细胞异型性，可出现明显的组织坏死。

HE染色（图片引自 Spontaneous Pathology of the Laboratory 

Non-human Primate第15章 图15.34 A）。

图3：非人灵长类动物（NHP），肺脏。

随着时间延长，PBD类ADC诱导的肺损伤可以被纤维

组织增生或纤维化修复。HE染色（图片引自 Spontaneous

Pathology of the Laboratory Non-human Primate

第15章 图15.34 B）。

图4：非人灵长类动物（NHP），肾脏。

PBD类ADC诱导肾损伤的特征是间质纤维化伴单形核细胞

浸润、肾小管萎缩、肾小管变性/再生伴细胞管型。

HE染色（图片引自 Spontaneous Pathology of the Laboratory

 Non-human Primate第9章 图9.41 B）。

图5：非人灵长类动物（NHP），皮肤。

PBD类ADC可导致皮肤表皮棘层肥厚、角化过度、角化不全和

单细胞坏死。对表皮的毒性损伤通常伴有炎症。

HE染色（图片引自 Spontaneous Pathology of the Laboratory 

Non-human Primate第13章 图13.33）。

图6：非人灵长类动物（NHP），皮肤。

与PBD或多卡霉素相连接的ADC可诱导表皮（箭号所示）和真皮

浅层出现色素增多。这部分皮肤的棘层肥厚和角化过度也是烷化

剂的常见皮肤病变特征。HE染色（图片引自 Spontaneous Pathology

of the Laboratory Non-human Primate第13章 图13.35B）。

图7：PBD类ADC给药后雄性SD大鼠，肾脏皮质。

肾小管变性/再生与肾小管扩张（*所示）、细胞及核巨

大（虚线圆圈）。HE染色（图片引自 Comparison of Pyrrolobenzodiazepine Dimer Bis-imine versus Mono-imine: 

DNA Interstrand Cross-linking, Cytotoxicity, Antibody–Drug Conjugate Efficacy and Toxicity. Mol Cancer 

Ther (2023) 22 (2): 254–263.）。

近些年ADC不断迭代，为其非临床安全性评价带来了新挑战，同时也对毒性病理学家和毒理学家提出了更高的要求。ADC 非临床安全性评价中的毒性病理学检查需要结合ADC的药理作用、有效载荷种类、实验动物种属、组织分布特征和研究终点等多种因素综合分析，采取具体情况具体分析（case by case）的原则进行。而众多考虑因素中，有效载荷的毒性作用仍然是最关键的因素。因此，毒性病理学家应熟悉不同有效载荷的毒性作用特点，以期在进行毒性病理学检查前即能预测待研究ADC 药物可能的毒性靶器官和相应的组织病理学变化，有利于更精确地诊断相关病变和对组织病理学结果的理解和解释。

总之，ADC研发方兴未艾，随着这类药物非临床安全性评价毒性病理学检查数据的不断积累，对ADC靶向毒性和脱靶毒性发生机制的了解也在不断深入。