回顾“神药T-DXd（DS-8201）”的研发历程

T-DXd可谓是近年来最成功的一款ADC。在2022年美国临床肿瘤学会（ASCO）年会上，Modi教授分享了T-DXd针对HER2低表达乳腺癌的III期临床研究结果后，听众主动站起来鼓掌，掌声经久不息，这在专业会议上是极为少见的。之所以激动，是因为这个研究结果会直接改变乳腺癌的临床分型和治疗标准，同时这也让大家对新一代的ADC药物有了更多的憧憬。本文让我们回顾下T-DXd的研发历程，着重介绍下T-DXd创新的连接子设计，以及T-DXd的药理作用和一些关键临床研究，以对我们后续的新一代ADC的开发做一个参考和指导。

创新连接子-有效载荷的发现与优化

喜树碱(CPT)类似物被选为T-DXd的细胞毒有效载荷。因为CPT能结合TOP1和DNA，并使其稳定在一个复合体中，从而诱导DNA损伤并导致肿瘤细胞的凋亡。与 SN-38 相比，Exatecan (依喜替康)  是一种较差的P-糖蛋白 (Pgp)底物，对 Pgp 介导的多重耐药细胞有效。然而Exatecan具有显著的胃肠道毒性和骨髓毒性，限制了其临床应用。因而第一三共开发了exatecan的衍生物deruxtecan(DXd)，其与exatecan相比，具有类似的TOP1抑制作用，但骨髓毒性更低。继而开发的多个基于DXd的抗HER2 ADC显示出不同水平的体外有效性，并显示出不同程度的聚集倾向（表1）。

表1. 连接子-药物组合的研究进展

与表1中的其他ADC相比，结构最简单的ADC Entry 4由于药物部分的空间位阻显示出较低的细胞毒力以及由连接子-药物部分的疏水性引起的高水平聚集。因此，通过在药物和可切割肽之间添加一些亚甲基链进行了优化。因此产生了ADC Entry 6到 ADC Entry 9，释放的有效载荷发生了变化，形成了几种具有延伸亚烷基链的烷基胺衍生物。尽管有这些延伸的亚烷基链，但含有部分接头的Exatecan的细胞毒活性得以保留。ADC Entry 9表现出更多的聚集体，这可能是由于其烷基链的疏水性所致。因此，烷基长度从2到4似乎是最好的选择。

进一步，在连接子部分中添加亲水部分。例如含有ADC Entry 3的聚集率远低于含有马来酰亚胺丙基的ADC Entry 7。即使在高载药量的情况下，ADC Entry 3的聚集水平也相对较低，在体外也表现出比带有其他连接子的ADC更有效。另外，在Exatecan和四肽之间有一个氧原子的ADC Entry 1也显示出可接受的理化性质。ADC Entry 1的氧原子排列降低了连接子的疏水性，使更高的DAR依然没有聚集。

ADC Entry 3释放的payload代谢物在结构中含有源自部分接头的伯氨基，因此其膜通透性受损。而ADC Entry 1释放的有效载荷含有一个羟基，因而分子表现出膜通透性。因此相对于ADC Entry 3，ADC Entry 1很有可能在肿瘤内异质性的情况下具有更高的疗效。最终，ADC Entry 1被命名为T-DXd并进入临床评估。

链接子-有效载荷系统的关键属性

T-DXd是一种与TOP1抑制剂偶联的新型ADC，具有七个关键特性，通过链接子有效载荷将其与传统 ADC 区分开来（图1）。

图1. T-DXd的七个关键特性

新型exatecan衍生物 DXd抑制TOP1的效力是伊立替康的活性形式SN-38的10倍。T-DXd通过完全还原IgG1抗体的链间二硫键而制备，实现了更高的DAR，约为8（图2）。理论上， DAR8是传统半胱氨酸链间偶联的最大载药量，符合定点偶联。

图2. 半胱氨酸偶联法制备T-DXd及其linker payloads在抗体上的分布

尽管有很高的DAR， T-DXd在食蟹猴体内的药代动力学曲线是近乎完美的。当静脉注射3 mpk T-DXd时， ADC和总抗体之间的血浆浓度差异较小；ADC与循环中至少7天的总抗体丢失相比没有明显的下降(图3)。此外，DXd只在非常早的时间点被检测到，而且浓度比T-DXd低得多(105倍)，除了DXd之外也没有检测到任何连接药物类似物。

图3. T-DXd在食蟹猴体内的药代动力学

通过在体外对T-DXd进行几个物种血浆稳定性研究，发现T-DXd在所有物种的血浆中都表现出很高的稳定性，包括食蟹猴。特别是，在人血浆孵育21天后， T-DXd的释放量低至2.1%(图4)。

图4. T-DXd的血浆稳定性研究

抗体和药物部分之间的连接子包含一个酶可切割的肽(GGFG)和一个氨甲基部分，这减少了疏水性并提供了体循环的稳定性。有效载荷释放的可能机制如图5所示。首先，内化的ADC被溶酶体蛋白酶，如组织蛋白酶B选择性地切割成由氨甲基-DXd组成的临时水解物，随后，氨甲基部分被迅速水解为氨和甲醛。最后，DXd在细胞内释放，引发细胞死亡。DXd具有细胞膜通透性，可以发挥旁观者的抗肿瘤作用，这是应用该连接子-有效载荷系统的ADC的一大优势。

图5. DXd在T-DXd中的释放机制

非临床研究  

非临床研究中的抗肿瘤疗效

在不同HER2表达的小鼠移植模型中，T-DXd与T-DM1和较低DAR HER2 ADC(DAR 3.4，使用与T-DXd相同的连接子-有效载荷)的疗效进行了比较(图6)。T-DM1仅对HER2高表达的乳腺癌细胞株KPL-4有效。T-DXd除了对KPL-4和JIMT-1（T-DM1耐药HER2阳性乳腺癌细胞株）有效外，对HER2低表达的胰腺癌细胞株Capan-1同样有效。在HER2表达阴性的胃癌细胞系GCIY中，两种ADC均不起作用。DAR 3.4的ADC对所有HER2表达的肿瘤细胞株均显示出抗肿瘤活性，但其程度取决于HER2的表达水平。在低表达HER2的Capan-1细胞中，DAR 3.4的ADC活性低于DAR 8的T-DXd。这些结果表明，与T-DM1或具有DAR 3.4的ADC相比，高DAR的T-DXd可以向肿瘤细胞提供更多的有效载荷，并且提供了T-DXd可以在HER2低表达的癌症中显示出有效活性的初步证据。T-DXd的强大抗肿瘤效果也已在几种患者来源的异种移植模型中得到证实，包括HER2低表达的乳腺癌和胃癌以及异质性表达的肿瘤。
图6. T-DXd与T-DM1和HER2 DXd-ADC（DAR 3.4）体内抗肿瘤活性比较

旁观者抗肿瘤效应的贡献

由于释放的细胞毒有效载荷具有膜通透性，释放的DXd不仅在靶细胞中，而且对邻近的肿瘤细胞中依然有杀伤活性（图7）。

图7.T-DXd的旁观者抗肿瘤作用机制图 将NCI-N87(HER2阳性细胞系)和MDA-MB-468-Luc(HER2阴性细胞系)混合接种异种肿瘤组织，建立异种移植小鼠模型，以证实T-DXd的旁观者抗肿瘤作用。将T-DXd或T-DM1或对照ADC注射到共接种的异种小鼠中，测量每只小鼠的肿瘤体积和荧光素酶活性。在T-DXd处理组中，荧光素酶信号明显减少，表明T-DXd完全消灭了MDA-MB-468-Luc细胞。T-DM1或对照ADC没有观察到类似的结果。

图8. HER2阳性和HER2阴性肿瘤细胞共接种T-DXd的体内抗肿瘤活性

在T-DM1治疗组，免疫组织化学分析显示HER2阳性细胞被清除，而HER2阴性癌细胞占据了肿瘤组织的很大一部分。在T-DXd治疗组，HER2阳性和HER2阴性的细胞几乎全部消失，组织中几乎没有或仅有少量癌细胞残留（图9）。这些结果清楚地表明，在共接种条件下，T-DXd不仅对HER2阳性的肿瘤细胞具有抗肿瘤活性，而且对HER2阴性的肿瘤细胞也具有抗肿瘤活性，而T-DM1对HER2阴性的肿瘤细胞没有影响。因此，T-DXd具有旁观者抗肿瘤作用，有望在异异质性肿瘤中显示出较高的治疗效果。
图9. 共接种异种小鼠模型中HER2的免疫组织化学研究

非临床安全性评估

T-DXd在非交叉反应物种的大鼠和交叉反应物种的猴子体内耐受性均良好。当大鼠的T-DXd 给与剂量为20~197mpk，猴子为10~78.8 mpk，每3周1次，共3次时。在大鼠中，10% 的动物的严重毒性剂量>197 mpk，对猴子的最高非严重毒性剂量(HNSTD)为30 mpk（表2）。

表2. 反复给药对大鼠和猴的毒性研究 这些非临床研究的结果为T-DXd强大的抗肿瘤活性以及良好的药代动力学和安全性提供了强有力的证据。

非临床药代动力学评价

非临床药代动力学研究了T-DXd和DXd在食蟹猴体内的药动学特征。静脉注射后，T-DXd的血药浓度与总抗体的血药浓度下降趋势相似。表明连接子在血浆中稳定，全身DXd暴露较低。生物分布分析表明，完整的T-DXd主要存在于血液中，没有组织特异性滞留。放射性标记T-DXd静脉给药后，DXd的主要排泄途径是粪便。尿液和粪便中唯一可检测到未代谢的DXd（图10）。
图10. T-DXd在食蟹猴体内的生物分布 

总之，连接子在循环中表现出高度的稳定性，释放时DXd的高清除导致低系统暴露。此外，最小的组织特异性保留和DXd以其非代谢形式快速排泄到粪便中，对药物-药物相互作用的潜在影响有限，也是T-DXd药代动力学的关键因素。 临床研究 10%-20%的乳腺癌患者为HER2阳性。这些患者的肿瘤往往生长和扩散更具侵袭性。因此，已经开发了一些针对HER2的药物。曲妥珠单抗是一种人源化的抗HER2 IgG1单抗，是第一个划时代的显著提高患者存活率的抗HER2药物。然而，尽管转移性疾病患者在曲妥珠单抗与普通化疗药物联合治疗时有良好的抗肿瘤反应，但大多数患者最终显示出疾病进展的迹象。T-DM1显著延长了以前用曲妥珠单抗和紫杉烷治疗过的HER2阳性晚期乳腺癌患者的PFS和OS，且毒性低于拉帕替尼加卡培他滨。然而，针对HER2阳性转移性乳腺癌的三线或更多治疗路线的HER2靶向治疗尚未建立，包括对T-DM1耐药的肿瘤。 在非临床研究中，已经证实T-DXd可以有效抑制HER2高表达和低表达的肿瘤的生长，包括那些对T-DM1耐药的肿瘤。此外，非临床安全良好。因此进行了I期临床剂量递增研究，以调查T-DXd的安全性和耐受性，以及对晚期HER2阳性转移性乳腺癌和胃癌的关键研究。

I期剂量递增研究

在T-DXd I期试验的剂量递增研究中 (NCT02564900)，41例患者接受了0.8~8.0 mpk的初始静脉剂量T-DXd ( N=3，0.8、1.6、3.2和8.0 mpk的剂量；N=6，5.4和6.4 mpk)，剂量限制毒性(DLT)以21天为周期进行评估。没有DLT，也没有达到单剂量MTD。最常见的不良反应是轻度或中度的胃肠道和血液毒性。药代动力学特性分析显示，所有剂量的药物动力学曲线都是非线性的，较高剂量的半衰期较长，这与已知的HER2靶向抗体一致。6.4 mpk T-DXd治疗后的完整T-DXd、释放的DXd和总抗体的血浆浓度如图11所示。在评估的所有时间点，总抗体浓度与T-DXd浓度相似，只观察到相当低浓度的DXd，表明连接子有效载荷在患者体内循环中具有很高的稳定性，与非临床结果相似。
图11. 在I期试验中，剂量为6.4 mpk，T-DXd、DXd和总抗体在第1~3周期内的平均血药浓度-时间曲线 
    
在权衡有效性和安全性的基础上，在I期研究的剂量扩展部分，选择T-DXd单药5.4和6.4 mpk的剂量进行进一步研究。T-DXd被用于T-DM1治疗的HER2阳性的转移性乳腺癌、曲妥珠单抗治疗的HER2阳性的胃癌(GC)、HER2低表达的乳腺癌、HER2表达或HER2突变的其他实体瘤。根据I期的中期分析 (表3)，对99名接受曲妥珠单抗和T-DM1预治疗的HER2阳性转移性乳腺癌患者的最新亚组分析显示，54.5%(54/99)确认ORR，93.9%(93/99) DCR。此外，对34例HER2低表达的HER2阳性转移性乳腺癌患者进行的最新亚群分析显示，经T-DXd治疗后，50.0%(17/34)确认ORR，85.3%(29/34) DCR。在接受曲妥珠单抗联合化疗的44例HER2阳性胃癌或胃-食管交界腺癌患者中，T-DXd治疗ORR为43.2%(19/44)，DCR为79.5%(35/44)。
表3.T-DXd在I期研究剂量递增部分按癌症类型划分的疗效结果 

此外，在其他一系列HER2表达或HER2突变的实体肿瘤中也观察到了确认的反应，包括非小细胞肺癌(NSCLC)、结直肠癌(CRC)和唾液腺癌。在所有241名患者中，最常见的不良反应是胃肠道或血液系统(表4)。总的来说，T-DXd具有可接受的安全性。
表4. I期研究中最常见的治疗--紧急不良事件
 

HER2阳性乳腺癌的关键临床研究

II期Destination-Breast01关键研究(NCT03248492)评估了曾接受过T-DM1治疗的HER2阳性转移性乳腺癌成年患者。该研究的第一部分评估了三种不同剂量的T-DXd，以确定推荐剂量(5.4、6.4和7.4 mpk)；第二部分评估了推荐剂量(5.4 mpk)的疗效和安全性。之前已经进行中位数6次治疗的184名患者，接受了5.4 mpk的T-DXd (每3周一次)，ORR为60.9%。中位有效时间为14.8个月，中位PFS为16.4个月（表5）。
表5.  II期Destination-Breast01关键研究的临床主要终点评估 
    
在研究期间，最常见的3级或更高级别的不良反应是中性粒细胞计数下降(20.7%)、贫血(8.7%)和恶心(7.6%)。试验药物与间质性肺疾病(ILD)相关的患者占13.6%(1级或2级，10.9%；3级或4级，0.5%；5级，2.2%) (表6)。
表6. II期Destination-Breast01研究中的不良事件 
    
这些结果表明，T-DXd在HER2阳性转移性乳腺癌的预治疗患者群体中具有持久的抗肿瘤活性。除了恶心和骨髓抑制外，还观察到了ILD，因此需要密切监测患者的肺部症状。

HER2阳性胃癌的关键临床研究

II期DISTY-GASTEC01关键研究(NCT03329690) 评估了HER2阳性的晚期胃癌患者T-DXd与化疗的比较。在接受至少两种先前治疗（包括曲妥珠单抗）时出现进展 HER2 阳性胃或胃食管交界处腺癌的患者以 2:1 的比例随机分配接受 T-DXd 或化疗。在187名接受治疗的患者中，125人接受T-DXd治疗，62人接受化疗(55人接受伊立替康治疗，7人接受紫杉醇治疗)。T-DXd治疗组的ORR为51%，而医生选择化疗组的ORR为14%（表7)。总体生存期(OS) T-DXd组比化疗组长四个月（12.5比8.4个月)。
表7.  II期DISTY-GASTEC01关键研究的临床主要终点评估 

3级或更高级别的最常见的不良事件是中性粒细胞计数下降(在T-DXd组和医生选择的组中分别为51%和24%)，贫血(分别为38%和23%)，以及白细胞计数下降(分别为21%和11%)(表8)。共有12名患者患有T-DXd相关的ILD或肺炎(9名患者为1级或2级，3名患者为3级或4级)。在T-DXd治疗组中发现一例与治疗相关的死亡(肺炎)。
表8. II期DISTY-GASTEC01研究中的不良事件

这些结果表明，与标准疗法相比，T-DXd疗法显著改善了HER2阳性胃癌患者的反应和总存活率。骨髓抑制和ILD的毒副作用应该引起重视。
小  结
T-DXd作为概念验证的研究建立了一种新的ADC连接子有效载荷系统，通过使用独特的TOP1抑制剂DXd和稳定的连接子，显示了卓效的疗效和可接受的安全性。尽管具有疏水有效载荷的高DAR 8，优化的连接子产生了具有优异的物理化学和药代动力学特性的ADC，而且没有在连接子结构中掺入亲水的掩蔽部分，如聚乙二醇--这是一个前所未有的成就。T-DXd成为了FDA批准的第一个平均DAR约为8的ADC。 T-DXd的成功证明了新一代ADC药物的巨大潜力，带给了大家无限的想象力，掀开了又一波ADC研发热潮。祝贺T-DXd的研究团队，也致敬所有在肿瘤新药开发路上默默奋斗的人。T-DXd不是终点，而是一个新的起点。随着今后更多的突破，我们相信把癌症变成一种慢性病，变得越来越近了。

参考文献

1.Chemical Linkers in Antibody–Drug Conjugates (ADCs).

2.Trastuzumab Deruxtecan in Previously TreatedHER2-Low Advanced Breast Cancer.

3.Trastuzumab Deruxtecan: Changing the Destiny of HER2 Expressing Solid Tumors