能把毒素帶進(jìn)癌細(xì)胞的魔法子彈，期待它飛得更久更遠(yuǎn)
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埃爾利希和他的魔法子彈
埃爾利希出生在布雷斯勞附近（當(dāng)時(shí)屬于德國(guó)，現(xiàn)為波蘭的弗羅茨瓦夫）。在醫(yī)學(xué)院讀書(shū)時(shí)，受表兄卡爾·魏格特（Karl Weigert）影響，埃爾利希對(duì)細(xì)胞染料產(chǎn)生了濃厚的興趣，從此一發(fā)不可收拾。在教授們眼里，埃爾利希是一個(gè)前途堪憂的學(xué)生，認(rèn)為染色會(huì)導(dǎo)致其“玩物喪志”，根本無(wú)暇學(xué)習(xí)更有用的技能[1]。
埃爾利希最初把玩的是當(dāng)時(shí)紡織印染工業(yè)常用的染料苯胺。他發(fā)現(xiàn)，和布匹均勻染色不同，苯胺忽然變得挑剔起來(lái)，只能和細(xì)胞部分結(jié)構(gòu)結(jié)合。
這些特殊結(jié)構(gòu)又有什么蹊蹺？之后埃爾利希發(fā)現(xiàn)，不同細(xì)胞有些偏酸，有些偏堿，有些比較寡淡（中性）。而染料和誰(shuí)親近，部分取決于酸堿度。這些初步研究為發(fā)現(xiàn)不同白細(xì)胞提供了工具，同時(shí)埃爾利希也朦朦朧朧形成了細(xì)胞特異性結(jié)合分子的概念，也就是說(shuō)，每個(gè)細(xì)胞好比一把鎖，都存在能打開(kāi)這把鎖的鑰匙。
埃爾利希將鑰匙和鎖之間的結(jié)合稱為“親和力”，它不僅存在于染料和細(xì)胞之間，也存在于其他化學(xué)物質(zhì)和細(xì)胞之間。埃爾利希又提出，藥物要發(fā)揮作用，必須被綁定結(jié)合，這也是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)靶向療法的理論基礎(chǔ)[2]。
既然染料能特異性結(jié)合細(xì)胞，一個(gè)奇思妙想誕生了：如果某種染料既能特異性結(jié)合病原體，又恰好有毒性，那豈不是完美的靈丹妙藥？
1891年，埃爾利希開(kāi)始研究針對(duì)瘧疾病原體的染料。測(cè)試幾十種染料后，他發(fā)現(xiàn)一種叫亞甲藍(lán)的染料不但能染色瘧疾病原體，還有毒性，完全符合他尋找藥物的標(biāo)準(zhǔn)。于是，埃爾利希迫不及待地在幾位瘧疾患者身上進(jìn)行測(cè)試，并成功治愈其中兩人[3]。
至此，世上第一款完全經(jīng)由人類設(shè)計(jì)的藥物問(wèn)世，出乎所有人意料，它竟然是一款深藍(lán)色的染料。
15世紀(jì)梅毒在法國(guó)軍隊(duì)中暴發(fā)，這是有記載的第一次大規(guī)模暴發(fā)，之后梅毒席卷整個(gè)歐洲，成為傳染性最強(qiáng)的疾病之一，上百萬(wàn)歐洲人都感染了這種可怕的疾病。
梅毒還沒(méi)被正式命名前，歐洲各國(guó)互相“甩鍋”，意大利人稱之為“法國(guó)病”，法國(guó)人則叫它“意大利病”。浩劫面前，各種離奇治療方案層出不窮：比如異想天開(kāi)地希望蒸桑拿將梅毒蒸出去，江湖騙子兜售含有水銀巧克力飲料。雖然水銀能殺死梅毒病原體，減輕癥狀，但眾所周知，水銀對(duì)人體也有毒。兩害相權(quán)取其輕，患者不得不服用水銀，當(dāng)時(shí)有一種流行的說(shuō)法“一夜風(fēng)流情，一生水銀伴”[3]。
梅毒是通過(guò)性傳播的，但導(dǎo)致它的微生物梅毒螺旋體直到1905 年才被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)一位年輕的日本細(xì)菌學(xué)家秦佐八郎找到了用梅毒螺旋體感染兔子的方法，于是埃爾利希便邀請(qǐng)秦佐八郎加入自己的團(tuán)隊(duì)，測(cè)試砷化合物衍生物灑爾佛散（Salvarsan）能否治療梅毒[1, 2, 4]。
1909年，在治療梅毒患者的臨床試驗(yàn)中，灑爾佛散成績(jī)斐然，一夜成名。灑爾佛散1910年上市后迅速成為世界上處方最為廣泛的藥物。然而，副作用報(bào)道也隨之而來(lái)，埃爾利希因此遭受了侮辱性指控。但是他化壓力為動(dòng)力，在1912年又推出改良版灑爾佛散，化合物914（neosalvarsan）。
1936年灑爾佛散樣本。圖片來(lái)源：Science History Institute
灑爾佛散和914幾十年來(lái)都保持著治療梅毒重磅藥物的地位，直到 20世紀(jì)40年代抗生素問(wèn)世。巨大的成功讓埃爾利希成為公眾英雄，好萊塢還緊跟節(jié)奏拍了一部電影《埃爾利希博士的魔法子彈》。然而當(dāng)時(shí)納粹政府反對(duì)向一位猶太科學(xué)家致敬，曾經(jīng)試圖剝奪這部電影在德國(guó)上映的機(jī)會(huì)[5]。
埃爾利希博士的魔法子彈電影海報(bào)。圖片來(lái)源：IMDb
木秀于林，風(fēng)必摧之。埃爾利希聲名鵲起后，一小群持不同觀點(diǎn)的政見(jiàn)者宣稱灑爾佛散是一種危險(xiǎn)藥物，又指責(zé)埃爾利希是個(gè)牟取暴利的騙子，甚至從其他研究人員那里竊取榮譽(yù)。埃爾利希的朋友們堅(jiān)持認(rèn)為，這場(chǎng)“灑爾佛散之戰(zhàn)”損害了埃爾利希的健康，并最終導(dǎo)致他于1915年去世，享年61歲[5]。
因?yàn)闉柗鹕⒌木薮蟪晒Γ?0世紀(jì)早期最大的幾個(gè)藥物研發(fā)實(shí)驗(yàn)室，特別是萊茵河邊的幾家德國(guó)公司對(duì)合成藥物表現(xiàn)出前所未有的熱情，埃爾利希也得以繼續(xù)推廣他的“魔法子彈”概念，并將目光轉(zhuǎn)向了癌癥。
借鑒以往的成功模式，埃爾利希的目標(biāo)就是找到和癌細(xì)胞親和力高的化合物。然而問(wèn)題來(lái)了：針對(duì)病原體化合物之所以成功，是因?yàn)椴≡w和宿主細(xì)胞差異甚大。但在埃爾利希所處的時(shí)代，癌細(xì)胞和正常細(xì)胞的差異化認(rèn)知并不明確，因此埃爾利希的探索沒(méi)有理論指導(dǎo)，完全是大海撈針，很難找出區(qū)分?jǐn)澄业哪Хㄗ訌?，因此他只能帶著遺憾離開(kāi)。
埃爾利希去世后，對(duì)治療癌癥魔法子彈的尋覓卻從未停止。先是針對(duì)癌細(xì)胞旺盛繁殖的特性，大量化療藥物走上歷史舞臺(tái)。緊接著伴隨癌癥生物學(xué)的迅猛發(fā)展，癌細(xì)胞與正常細(xì)胞的不同之處也慢慢被揭示出來(lái)，靶向藥物隆重登場(chǎng)。
靶向藥物的主將單克隆抗體特異性高，但體型偏大，限制了其向癌細(xì)胞內(nèi)部滲透的行動(dòng)力，但作為導(dǎo)航卻是一把好手，于是真正意義上的魔法子彈夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)，ADC概念進(jìn)入成熟期。
一代ADC終將老去，但總有ADC正年輕
ADC全稱為抗體偶聯(lián)藥物，由三部分組成：識(shí)別癌細(xì)胞的抗體，殺傷力極強(qiáng)的毒素，以及將兩者串起來(lái)的連接子（linker）。
ADC有一套非常嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范的工作流程：抗體帶著毒素自由飛翔，火眼金睛發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞后便牢牢抓住。癌細(xì)胞被ADC攻擊后，直接啟動(dòng)胞吞作用，自以為將ADC“吃”進(jìn)肚子就高枕無(wú)憂。然而被癌細(xì)胞吞食的毒素，就像特洛伊木馬殺出的伏兵，神不知鬼不覺(jué)進(jìn)入敵人內(nèi)部后才亮劍，癌細(xì)胞后知后覺(jué)，自取滅亡，吃了個(gè)禍害。
ADC作用機(jī)理。圖片來(lái)源：[6]
很顯然，ADC比普通化療更強(qiáng)更精準(zhǔn)，但它的研發(fā)之路并不是一帆風(fēng)順。
很長(zhǎng)一段時(shí)間里受限于技術(shù)，ADC只停留在概念階段，畢竟再高明的魔法，如果抗體和毒素沒(méi)有備齊也憋不出什么大招。20世紀(jì)50年代，法國(guó)免疫學(xué)家就把甲氨蝶呤連接到多克隆動(dòng)物抗體上，用來(lái)治療白血病[7]。
動(dòng)物來(lái)源的抗體，總不能隨便用在人體上吧？于是ADC研究再次被卡殼。
好在這次停滯并不算久。20世紀(jì)80年代抗體人源化技術(shù)誕生，ADC用于治療癌癥患者的臨床才正式開(kāi)啟，不過(guò)早期的ADC藥物基本都以失敗告終[7]。甚至在2007年，《紐約時(shí)報(bào)》公開(kāi)點(diǎn)名了幾家“僵尸生物技術(shù)公司”追求單一技術(shù)，燒起錢(qián)來(lái)不客氣，卻長(zhǎng)年不見(jiàn)盈利，其中就包括ADC研發(fā)企業(yè)Immunomedics和ImmunoGen[8]。慶幸的是，這些“僵尸”咬緊牙關(guān)不放棄：2020年，Immunomedics ADC藥物獲得FDA認(rèn)可后，總算修得正果，被輝瑞以210億美元巨額收購(gòu)。
第一代ADC在2000年登上歷史舞臺(tái)，名為Mylotarg，用于治療急性髓系白血病。大多新技術(shù)的第一代產(chǎn)品很容易因?yàn)楦鞣N缺陷成為炮灰，Mylotarg也沒(méi)能走出這個(gè)魔咒，因?yàn)榘踩[患以及乏善可陳的臨床益處，它只能在2010年灰頭土面地退市。
乍一看去，Mylotarg的設(shè)計(jì)并沒(méi)有什么問(wèn)題，CD33抗體和卡奇霉素分工非常明確，前者負(fù)責(zé)導(dǎo)航，后者進(jìn)行攻擊。可拿放大鏡仔細(xì)瞅瞅，原來(lái)是貌似不起眼的“連接子”壞了好事。
ADC結(jié)構(gòu)。圖片來(lái)源：NJBIO
就ADC而言，一個(gè)優(yōu)秀的連接子必須懂得收放自如：進(jìn)入癌細(xì)胞前，要經(jīng)受住血液循環(huán)洪流的考驗(yàn)，一手拽緊抗體，一手牽好毒素，但凡一點(diǎn)松懈，就好比打開(kāi)了潘多拉魔盒，毒素就會(huì)漫無(wú)目的地瞎搗亂，引發(fā)毒副作用。這就是第一代ADC藥物踩的雷，還沒(méi)到癌細(xì)胞那，走一路，毒素掉一路，禍害一路。
進(jìn)入癌細(xì)胞后，連接子就必須立即轉(zhuǎn)換態(tài)度，不能有半點(diǎn)依依不舍，該放手時(shí)就放手，迅速斷開(kāi)毒素，快準(zhǔn)狠地給癌細(xì)胞致命一擊。
當(dāng)然，在選擇抗體和毒素上也有不少學(xué)問(wèn)，比如抗體親和力不是簡(jiǎn)單粗暴地越高越好，需要有個(gè)最優(yōu)的平衡點(diǎn)。對(duì)于毒素來(lái)說(shuō)，大前提就是要夠彪悍，至少得比傳統(tǒng)化療藥強(qiáng)上幾百上千倍，畢竟癌細(xì)胞內(nèi)吞能力有限。此外，經(jīng)營(yíng)抗體和毒素之間的親密關(guān)系也很微妙，這難度不比處理兩性關(guān)系低。
吸取第一代ADC教訓(xùn)后，十年磨一劍，第二代ADC藥物Adcetris在2011年出現(xiàn)，在連接子上有明顯的進(jìn)步。期間，單克隆抗體以及毒素的開(kāi)發(fā)也沒(méi)閑著，繼續(xù)平行發(fā)展，比如提高了抗體的癌細(xì)胞靶向性，以及減少和健康細(xì)胞的交叉反應(yīng)。隨后不久，HER2靶向的ADC藥物 Kadcyla (T-DM1) 在2013年順利獲批, 開(kāi)啟了ADC藥物向?qū)嶓w瘤挑戰(zhàn)的新篇章。T-DM1與HER2單抗單獨(dú)治療的復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)比，下降了50%，妥妥的大贏家[9]。
當(dāng)然第二代ADC也并不完美，比如毒素和抗體上的結(jié)合過(guò)于隨機(jī)。理論上說(shuō)，每個(gè)抗體能連上的藥物數(shù)量在0~8之間。如果太過(guò)隨性，有些抗體沒(méi)有連接任何藥物，不但“裸”著上戰(zhàn)場(chǎng)，寡不敵眾，還會(huì)和其他裝著真槍實(shí)彈的ADC競(jìng)爭(zhēng)。反過(guò)來(lái)，要是抗體承載藥物太多，容易引起ADC聚集被快速清除[10]。至于藥物和抗體的黃金比例（Drug Antibody Ratio，DAR）還處在小馬過(guò)河階段，當(dāng)下普遍認(rèn)為2~4會(huì)比較理想。
因此，第三代ADC追求的便是實(shí)現(xiàn)可控的特定位點(diǎn)偶聯(lián)（Site-Specific Conjugation），以此進(jìn)一步提高治療窗口[11]，比如2017年和2019年相繼獲批的Besponsa和Enhertu等。
至此，老中青三代ADC藥物齊聚一堂。
內(nèi)卷持續(xù)升級(jí)
從PD1抑制劑開(kāi)始，內(nèi)卷現(xiàn)象如雨后春筍，卷完P(guān)D1，卷CAR-T，卷完CAR-T，又輪到了ADC?？偠灾?，哪里熱門(mén)哪里就卷出新高度。
先是內(nèi)卷，上文已提到，特定位點(diǎn)偶聯(lián)成為了第三代ADC的標(biāo)配，不少企業(yè)，比如日本的第一三共，還在繼續(xù)追求卓越，爭(zhēng)取將DAR富集控制為4。不但如此，還時(shí)不時(shí)抖了個(gè)小機(jī)靈，琢磨著怎么利用“旁觀者效應(yīng)”來(lái)進(jìn)一步提高ADC藥物療效。
說(shuō)起“旁觀者效應(yīng)”，那絕對(duì)是殺手锏。大家知道，開(kāi)發(fā)抗癌藥物很大的挑戰(zhàn)就是腫瘤組織的異質(zhì)性。所謂異質(zhì)性指的是腫瘤內(nèi)部像個(gè)萬(wàn)花筒，聚集著形形色色的癌細(xì)胞。以乳腺癌為例，有些癌細(xì)胞攜帶高水平的HER2，有些很低，有些甚至沒(méi)有。對(duì)于沒(méi)有HER2的癌細(xì)胞來(lái)說(shuō)，靶向HER2的ADC自然沒(méi)什么威懾力。
既然ADC自帶子彈，是不是可以讓子彈飛久一點(diǎn)？于是“旁觀者效應(yīng)”隆重登場(chǎng)：ADC進(jìn)入癌細(xì)胞后，如果毒素能穿透HER2陽(yáng)性癌細(xì)胞跑到外面去瀟灑，那么附近的癌細(xì)胞，管它有沒(méi)有HER2，都得遭殃，這就叫“旁觀者效應(yīng)”。也就是說(shuō)，看熱鬧的旁觀者，如果離被攻擊癌細(xì)胞很近，很容易一并受到牽連[12]。
要想淋漓精致地發(fā)揮“旁觀者效應(yīng)”，有三個(gè)前提：第一，連接子可以裂解，這樣毒素才能被釋放；第二，毒素有很好的細(xì)胞膜穿透能力；第三也是非常重要的一點(diǎn)，脫離連接子的毒素半衰期不能太長(zhǎng)，不然撒腿跑太遠(yuǎn)，容易誤傷健康細(xì)胞。
旁觀者效應(yīng)示意圖。圖片來(lái)源：[13]
此外，“外卷”也持續(xù)升級(jí)，首當(dāng)其沖就是多肽偶聯(lián)藥物（PDC，peptide-drug conjugate）。PDC和ADC只有一字之差，原理差也不多，就是將抗體換成了多肽。
多肽和抗體比，最大優(yōu)勢(shì)就是小巧玲瓏。分子量小，就意味著來(lái)去更自如，穿透力就強(qiáng)。目前國(guó)際上已經(jīng)有幾款PDC藥物上市，比如2021年2月加速獲批的PEPAXTO?，治療復(fù)發(fā)/難治多發(fā)性骨髓瘤，國(guó)內(nèi)暫時(shí)還處在蓄勢(shì)待發(fā)階段。
當(dāng)然PDC也有它的軟肋，所謂成也蕭何敗也蕭何，個(gè)頭小穩(wěn)定性就會(huì)較弱，半衰期也短，不過(guò)PDC領(lǐng)先企業(yè)，比如Bicycle Therapeutics，有自己的一套獨(dú)創(chuàng)技能，通過(guò)化學(xué)修飾加以改善。
和PDC同樣受到關(guān)注的還有抗體前體偶聯(lián)藥物（Probody-Drug Conjugate）。為了以示區(qū)別，暫且叫它PBDC。PBDC設(shè)計(jì)理念就是給抗體加個(gè)遮蔽肽口罩（Mask）。神奇之處在于，只有等PBDC抵達(dá)腫瘤微環(huán)境，癌細(xì)胞相關(guān)的蛋白酶才能將口罩掀開(kāi)（切割），這樣脫掉口罩的抗體就能大展拳腳攻擊癌細(xì)胞[14]。但健康組織沒(méi)有此類蛋白酶，口罩拿不下來(lái)，PBDC就沒(méi)有攻擊性，因此有了口罩就相當(dāng)于上了雙保險(xiǎn)。
抗體前體偶聯(lián)藥物原理示意圖。圖片來(lái)源：[15]
結(jié)語(yǔ)
如果將抗體類藥物研發(fā)比作是爬樹(shù)摘水果，那以ADC為代表的“魔法子彈”則是高高掛在樹(shù)頂那個(gè)[16]，想拿下可沒(méi)那么容易，必須得解鎖各種技能和創(chuàng)新思維，不但得配對(duì)好子彈和導(dǎo)航，還得處理好它們的親密關(guān)系，什么時(shí)候合，什么時(shí)候分，都需要謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)。
抗體藥物開(kāi)發(fā)難度果樹(shù)圖。圖片來(lái)源：[16]
挑戰(zhàn)雖大，但魔法子彈帶來(lái)的可能性和前景也不可限量。癌癥以外，魔法子彈在風(fēng)濕病治療的探索也已進(jìn)入臨床階段。一代代ADC推陳出新，PDC不甘示弱，PBDC雖有待臨床驗(yàn)證，但在理論上給魔法子彈提供了新視角。
其實(shí)藥物研發(fā)說(shuō)復(fù)雜確實(shí)復(fù)雜，說(shuō)簡(jiǎn)單也簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)單之處就在于只要邏輯正確，能不能實(shí)現(xiàn)只需要等待技術(shù)的發(fā)展。這也是魔法子彈歷經(jīng)百年，還能立得住的原因。
跨越一個(gè)世紀(jì)的魔法子彈，期待它飛得更久更遠(yuǎn)。
生物化學(xué)博士，青年寫(xiě)作者。武漢大學(xué)本科，曾就職MD安德森癌癥中心，現(xiàn)從事咨詢行業(yè)。
參考文獻(xiàn)：
