“杀”屋及乌：ADC的旁观者效应

图1 ADC的基本结构

（https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=58772304）

作者 | 小墙

前言

抗体偶联药(ADC)是治疗癌症的一大类药物，近年来越来越受到人们的青睐。ADC主要由三个部分组成，包括一个单克隆抗体，一个细胞毒素，以及连接二者的连接子，抗体用于特异性地靶向肿瘤细胞，细胞毒素发挥细胞杀伤作用，连接子起连接和释放毒素的作用。2013年，T-DM1的上市标志着ADC药物开始进入到实体瘤治疗领域。ADC治疗实体瘤最难的地方在于转移瘤组织中靶抗原(Ag)的异质性表达，这会导致作用于原发性肿瘤的药物对转移瘤组织无效。而ADC的旁观者效应(Bystander effect)有望解决这一问题，下面让我们一起来了解一下。

ADC旁观者效应概念

那什么是旁观者效应呢？所谓的旁观者(bystander cell)其实就是肿瘤细胞周围的细胞(图2)，包括异质性肿瘤细胞和上述的转移瘤细胞，这些附近的癌细胞可以是Ag+或Ag-的。而旁观者效应就是药物也能将这些细胞杀死。并不是所有的ADC都有这种效应，它往往与连接子和细胞毒素的生化特性有关。 

图2 ADC的旁观者效应示意图 （doi: 10.1038/bjc.2017.367）

旁观者效应的机制

旁观者效应能够杀死目标肿瘤细胞周围的细胞，与没有该效应的ADC具有很大的差异(图3)。影响旁观者效应的因素有很多。

首先，抗体与连接子之间化学键的稳定性是影响因素之一，没有旁观者效应的ADC在到达肿瘤细胞之前是不会释放细胞毒素的，因此该化学键稳定性很好，不会轻易断裂，而稳定性相对较弱的ADC，则会导致细胞毒素的提前释放(图2,⑧)，反而有机会到达肿瘤细胞附近的细胞，产生旁观者效应。

其次连接子的稳定性也是一样的道理，也是导致旁观者效应的因素之一(图2,⑧)，连接子通常分为可切割和不可切割，前者包括化学不稳定连接（如对pH敏感的腙键、二硫键）和酶不稳定连接(如二肽，可被组蛋白酶B切割)，后者主要为共价连接(如硫醚键)，必须内化进入细胞，由溶酶体对其进行分解，才能释放毒素。

细胞毒素的性质也是影响旁观者效应的重要因素，极性小的毒素容易透过细胞膜，因此在肿瘤细胞中释放后仍有可能通过胞膜扩散到肿瘤外，从而作用于周围的细胞(图2,⑥)，产生旁观者效应，而极性太大的毒素则难以穿透细胞膜。这里也有特殊情况，例如T-DM1虽然其细胞毒素极性并没有很大，但由于其裂解不完全，导致毒素上残留一个带正电的赖氨酸，这使其无法透过细胞膜，因此T-DM1不会产生旁观者效应。

此外，当目标肿瘤细胞最终瓦解时，其内部的细胞毒素会被释放出来，扩散到周围的细胞，发挥旁观者效应(图2,⑩)。

图3 无旁观者效应(上)和有旁观者效应(下)下ADC的作用机制

（doi: 10.1007/s11912-022-01266-4）

T-DM1和T-DXd

关于旁观者效应的研究已经越来越多，T-DM1和T-DXd是最典型的例子。T-DXd(又名DS-8201a)由曲妥珠单抗(靶向HER2)、毒素DXd(拓扑异构酶I抑制剂)、四肽连接子构成，其中四肽连接子与抗体的半胱氨酸残基进行连接(图4)。T-DM1由曲妥珠单抗、毒素DM1(微管蛋白聚合抑制剂)、硫醚连接子(不可裂解)构成(图4)。二者都需要内化进入肿瘤细胞，由溶酶体裂解才能释放毒素，但DXd具有较好的透膜性，产生旁观者效应，而DM1因为带正电而没有这种功能。

图4 T-DXd和T-DM1及其裂解后的毒素结构(Anti-HER2-DXd (2)与T-DXd的不同在于裂解后的毒素DXd (2)其氨基在体液中带正电荷）

（doi: 10.1111/cas.12966）

将(HER2+)人乳腺癌细胞KPL-4和(HER2-)人乳腺癌细胞MDA-MB-468混合培养并进行细胞活力测试，结果发现，这两种细胞都能被T-DXd杀死，而T-DM1只能杀死KPL-4(图5)。在体内，用(HER2+)人胃癌细胞NCI-N87细胞和表达荧光素酶的(HER2-)MDA-MB-468细胞进行异种移植实验，T-DXd能够降低小鼠的荧光素酶信号，而T-DM1则不行(图 6)。此外，T-DXd的旁观者效应只能作用于局部，这意味着几乎不会产生全身毒性。

图5 (HER2+)KPL-4和(HER2-)MDA-MB-468混合培养的细胞活力

（doi: 10.1111/cas.12966）

图6 T-DXd在(HER2+)NCI-N87和(HER2-)MDA-MB-468异种移植中的旁观者效应

（doi: 10.1111/cas.12966）

结论

临床前研究表明，除了T-DXd外，很多其他ADC也具有旁观者效应，如sacituzumab govitecan(SG)、tisotumab vedotin(TV)、enfortumab vedotin(EV)、anetumab ravtansine(BAY 94–9343)。

此外，大量的临床试验也开始研究旁观者效应，这种效应扩大了ADC的临床适应症。目前已有5种ADC药物用于治疗实体瘤，包括T-DM1、T-DXd、SG、TV和EV。虽然旁观者效应对疗效似乎很有意义，但其是否会带来毒性也更需要考虑，越来越多的临床前/临床试验开始关注这些问题，为下一代ADC的设计指引方向。

参考文献： 

[1] Giugliano F, Corti C, Tarantino P, Michelini F, Curigliano G. Bystander effect of antibody-drug conjugates: fact or fiction? Curr Oncol Rep. 2022 Mar 19. doi: 10.1007/s11912-022-01266-4.

[2] Ogitani Y, Hagihara K, Oitate M, Naito H, Agatsuma T. Bystander killing effect of DS-8201a, a novel anti-human epidermal growth factor receptor 2 antibody-drug conjugate, in tumors with human epidermal growth factor receptor 2 heterogeneity. Cancer Sci. 2016 Jul;107(7):1039-46. doi: 10.1111/cas.12966.

[3] Staudacher AH, Brown MP. Antibody drug conjugates and bystander killing: is antigen-dependent internalisation required? Br J Cancer. 2017 Dec 5;117(12):1736-1742. doi: 10.1038/bjc.2017.367.

[4] https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=58772304