正文

生物技术药物以美国礼来1982年推出世界上第一个人工基因合成的人胰岛素优泌林为起点，在近30年来得到了飞速发展。

其中，抗体类药物占据了巨大的市场份额。

从1986年首个抗体药物OrthocloneOKT3获批上市以来，经过30多年的发展，截至2018年，美国FDA累计批准上市了81个抗体类药物。

其中包括单克隆抗体药物、抗体偶联药物、双特异性抗体药物等。

治疗性单克隆抗体（Therapeutic Monoclonal Antibodies，mAb）是通过分子生物学手段得到的针对单一抗原表位的高度均一且具有药理学作用的一类抗体药物。

单克隆抗体药物特点在于其靶向性强、毒性小、研发相对容易，长期位居生物技术药物研发的主流。

2018年全球药物销售前10席，其中有8席是属于生物技术药物；而8席中又有5席是属于单克隆抗体类药物，尤其是其中的阿达木单抗，从2012年至2018年上半年都一直占据着销售排行榜的第一名，2018年全年的销售额接近200亿美元，是名副其实的药王。

抗体偶联药物（Antibody-Drug Conjugates，ADC）是一类通过化学接头将单克隆抗体与不同数目小分子细胞毒素（效应分子）偶联起来的药物。

此类药物结合了单克隆抗体的靶向性强和小分子毒素的高活性等优点，既降低了小分子细胞毒素的毒副作用，又提高了疗效，成为了近年来肿瘤治疗药物的研究热点之一。

双特异性抗体（Bispecific Monoclonal Antibodies，BsAbs）是一种自然状态下不存在、人工制备出来的、能同时结合两种不同抗原的抗体。

其作用机制主要有3种：（1）介导免疫细胞杀伤；（2）双靶点信号阻断；（3）促进蛋白形成功能性复合体。

自2014年12月，美国FDA批准全球首个双特异性抗体Blinatumomab（Blincyto）以来，全球已有数十个双特异性抗体进入到了临床研发阶段。

近几年来，随着国际上阿达木单抗（Adalimumab）、英夫利昔单抗（Infliximab）、利妥昔单抗（Rituximab）以及曲妥珠单抗（Trastuzumab）等重磅生物药物专利的到期或即将到期，以及靶向PD-1（Programmed Cell Death Protein 1）、PD-L1（ProgrammedDeath-Ligand1）的纳武单抗（Nivolumab）、派姆单抗（Pembrolizumab）、阿特朱单抗（Atezolizumab）等免疫检查点的单克隆抗体药物的上市和其在肿瘤治疗方面显示出的疗效，在国内引发了一大波抗体药物的仿制以及研发热潮。

与欧美等发达经济体的抗体药物研发相比较，国内的抗体药物研发起步较晚、专业人才以及技术储备不足。

此外，因抗体类药物的药代谢动力学特征与小分子药物的药代动力学特征有着较大的差别，药代动力学特征又是药物的筛选与开发，以及临床给药方案设计等的基础。

深刻地认识与理解抗体类药物的药代谢动力学特征，将有利于从理论上指导抗体类药物的研发。

本文从药代动力学特征的四个方面：吸收（Absorption）、分布（Distribution）、代谢（Metabolism）、排泄（Excretion），即ADME过程，对单克隆抗体药物以及ADC药物的药代动力学特征进行综述，为抗体类药物的研发以及临床给药设计等提供参考。

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单克隆抗体ADME过程

1.1 吸收

大部分单克隆抗体药物经静脉注射给药，不涉及吸收过程，也可经皮下或肌肉注射给药[1]。

单克隆抗体药物经皮下或肌肉注射给药涉及吸收过程，过程如下：药物由细胞外基质（Extracelluar Matrix，ECM）进入间质（Interstitium）后，进入血液或淋巴系统。

一般认为，大分子药物（分子量大于20kDa）先进入淋巴系统，然后被输送至血液循环系统[2]。

皮下或肌肉注射给药的生物利用度比静脉注射给药要低，这是因为单克隆抗体药物存在于间质液或淋巴系统时可被降解[2]。

由于淋巴液流入血液速率缓慢，所以单克隆抗体药物经皮下或肌肉注射给药的吸收速率也较慢，相应的血药浓度达峰时间则变长[3]。

例如，美国AMGEN公司进行的一项阿达木单抗生物类似药ABP501及阿达木单抗在健康志愿者单次给药的药代动力学、安全性、耐受性以及免疫原性的比较研究中，皮下注射40mg的药物，其Tmax长达120h。

1.2 分布

单克隆抗体药物进入血液循环后，必须穿过血管壁到达靶组织以发挥相应的药理作用。这一过程至少包括两步：（1）抗体药物穿过血管壁到达间质空间；（2）药物由细胞外基质扩散至靶标[1]。

一般认为，单克隆抗体可经对流作用（Convection）或内吞作用（Endocytosis）通过血管内皮细胞进入间质[4]。

对流作用指血浆在毛细血管动脉端滤过管壁生成组织液时，抗体可通过血管内皮细胞间隙进入间质；同时，抗体也可通过淋巴系统回流至血液。

内吞作用指血液中的抗体通过胞吞进入血管上皮细胞，进而再转运至细胞膜，而后被释放至组织液。

由于单克隆抗体的分子量大且亲脂性差，其表观分布容积很低，其主要分布在血液、细胞外基质和淋巴系统中[4，5]。

1.3 代谢

单克隆抗体药物由于其特殊性与小分子药物的代谢过程有较大差异。

单克隆抗体药物的代谢主要通过在细胞内发生蛋白水解并生成肽片段与氨基酸的方式，其过程复杂，半衰期较长，一般在2~30天；而小分子药物的代谢需要细胞色素P450（Cytochrome P450，CYP450）酶的参与，其半衰期较短，一般不超过24h[3]。

1.3.1 靶向介导的特异性代谢途径

靶向介导的特异性代谢途径是指由单克隆抗体的Fab区（Fragment of AntigenBinding）与其药理学靶标相互作用介导的特异性代谢途径。

单克隆抗体与靶抗原特异性结合后内化（Internalization）进入细胞，在细胞内溶酶体的作用下被分解为肽片段与氨基酸[5]。

该途径根据单克隆抗体的剂量与靶标的表达水平可被饱和[3]。

1.3.2 非特异性代谢途径

非特异性代谢途径不依赖于抗体与靶标抗原的特异性作用，而是通过抗体的Fc区（Fragment Crystallizable）与巨噬细胞、自然杀伤细胞、B细胞、T细胞等效应细胞表面的Fc受体（Fc Receptor）结合而使抗体被内化[5]。

其中一部分抗体被内化至以上效应细胞后在溶酶体的作用下，被降解成肽片段和氨基酸；另一部分抗体则在弱酸性条件下，通过Fc段与FcRn（Neonatal Fc Receptor,新生儿Fc受体）结合被转运至细胞表面而免于被降解[6]。

由于FcRn对于抗体的保护作用，使得该途径具有较低的代谢清除率。

内源性IgG与治疗性IgG单克隆抗体药物均存在这种非特异性代谢途径。

对于靶向可溶性抗原的单克隆抗体，其主要是通过以上Fc片段介导的非特异性代谢途径进行代谢的，而且这种途径主要存在于低剂量抗体水平或高可溶性抗原水平的情况下[7]。

1.3.3 单克隆抗体药物的免疫原性

治疗性单克隆抗体药物在发展过程中，研究者一直都在通过不断的人源化尝试以减少它的外源属性，从而降低免疫原性。

但是由于个体差异的存在，抗体药物对于一些个体或多或少的存在免疫原性，从而刺激机体产生抗药物抗体（Anti-Drug Antibody，ADA）[7]。

抗药物抗体可以与药物特异性结合，进而通过Fc片段介导的非特异性代谢途径被免疫系统消除，而使药物的代谢清除率增高。

1.4 排泄

完整的单克隆抗体药物由于其分子量较大，不能被肾小球滤过以至于不能通过肾脏排泄。

单克隆抗体在相应效应细胞中经溶酶体途径分解为肽片段和氨基酸后则可以经肾脏排泄。

同时，分解生成的肽片段与氨基酸还可以参与机体能量供应与新蛋白质的合成[4]。

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抗体偶联药物药代动力学特征及与单克隆抗体药物的异同

抗体偶联药物（ADC）是一类新型分子实体，它通过化学接头将单克隆抗体与不同数目小分子细胞毒素（效应分子）偶联起来，利用单克隆抗体的靶向性将效应分子递送至预期的药理学靶标，以达到理想的治疗效果。

ADC药物的ADME过程受其结构中三个部分的共同作用：单克隆抗体部分是ADC药物的主干；ADC药物的药动学特征主要由其单克隆抗体部分决定；化学接头、小分子药物、药物抗体比（Drug Antibody Ratio，DAR）对于ADC分子的药代动力学过程也有影响[8，9]。

单克隆抗体本身具有清除率较低、半衰期较长、表观分布容积较低等药动学特征。作为整体，ADC药物的药动学特征与单克隆抗体类似。

例如，辉瑞公司研发的靶向CD22的抗体偶联药物伊珠单抗奥加米星（Inotuzumab Ozogamicin）的半衰期为12.3天，清除率为0.0333L·h-1[10]。

但是由于ADC药物中化学接头的存在及DAR的不同，使得ADC药物的药代动力学与其裸抗体相比有所不同。

例如，美国西雅图基因公司和日本武田公司合作开发的一种靶向CD30的新型抗肿瘤药物Brentuximab Vedotin是通过化学接头将海兔毒素类衍生物单甲基auristainE（MMAE）与Brentuximab（布妥昔单抗）偶联而得。

Brentuximab Vedotin的半衰期为4~6天，而未偶联MMAE的布妥昔单抗的半衰期长达1~3周[11]。

2.1 吸收

ADC药物一般经静脉注射给药，不涉及吸收过程。

2.2 分布

与单克隆抗体类似，当毛细血管动脉末端的血压大于周围组织的胶体渗透压时，在血液中ADC药物可以通过血管内皮细胞间隙转移到间质液。

例如，将Doxorubicin与人源化抗CD74抗体（hLL1）连接形成的ADC药物（IMMU-110）在BALB/C小鼠的13个组织中的分布概况与裸抗体hLL1相似[12]。

进入间质液后，ADC与靶标结合并内化进入细胞，而部分不与间质液靶标作用的ADC通过淋巴系统再循环至血液内[13]。

由于血管内皮细胞间隙及淋巴系统回流的限制，ADC药物在组织中的浓度远低于血液，表观分布容积小。

例如OceanAJ等[14]发现，当Sacituzumab Govitecan（IMMU-132）的给药剂量为8mg·kg-1时，IMMU-132的表观分布容积仅为35.76±12.6mL·kg-1，表明ADC药物在组织中分布有限。

ADC药物的分布受到靶标抗原在体内分布以及组织器官血流量丰度的影响。

例如，某些ADC药物的靶标抗原可由肿瘤细胞或正常组织细胞脱落而进入循环系统[15]，ADC可与这些存在于循环系统的抗原结合而影响其分布，由此形成的复合物可由肝脏清除，该过程中释放效应分子造成肝毒性[12]。

2.3 代谢

与单克隆抗体类似，ADC药物的代谢可分为靶标介导的特异性代谢、非靶标介导的非特异性代谢以及ADC药物的免疫原性。

2.3.1 靶向介导的特异性代谢途径

靶标介导的特异性代谢过程，即ADC药物与存在于细胞表面的靶抗原结合形成ADC-抗原复合物，该复合物随即内化进入靶细胞并在细胞中降解。

如EricksonHK等[16]分别向肿瘤组与非肿瘤组小鼠静脉注射T-DM1、T-SPP-DM1，肿瘤组小鼠T-DM1与TSPP-DM1的清除率分别为80mL·d-1·kg-1和40mL·d-1·kg-1；而非肿瘤组小鼠T-DM1与T-SPP-DM1的清除率分别为40.1mL·d-1·kg-1和18.9mL·d-1·kg-1。

此结果证明，ADC药物靶标介导特异性代谢过程的存在。

2.3.2 非特异性代谢途径

非靶标介导的非特异性代谢过程，通常会导致小分子细胞毒素释放至非预期靶点。

其中一种被称为“清道夫受体”（Scavenger Receptors）的一组蛋白质，常表达在骨髓细胞和肝脏的窦状内皮细胞中[12]，ADC药物可通过该受体被清除。

另一种非特异性代谢途径为非特异性胞饮作用（Nonspecific Pinocytosis）。

与受体介导的内化作用不同，胞饮作用是一种非特异性过程，效应细胞可吸收细胞间质液、包括细胞间质液中存在的ADC。

2.3.3 ADC与裸抗体代谢产物的区别

ADC是抗体部分、化学接头、效应分子共同构成的药物，与裸抗体不同，其代谢产物比较复杂。

除了生成无活性的肽片段与氨基酸，ADC代谢后还会生成仍具有细胞毒性的效应分子。

由于化学接头类型的不同（即为可裂解型与不可裂解型化学接头）[17]，ADC代谢包括两种可能过程：①去偶合过程；②分解代谢过程。

①去偶合代谢过程：去偶合过程指通过酶促反应或化学反应从ADC释放游离的细胞毒性药物，同时保留抗体骨架[18]，这种方式主要发生在化学接头为可裂解型的ADC药物中。

例如，Immunomedics公司旗下的候选产品Sacituzumab Govitecan（IMMU-132）是由抗TROP-2单克隆抗体和细胞毒性药物SN-38组成。

TROP-2是一种细胞表面受体，在包括乳腺癌在内的许多肿瘤组织中均有过度表达，而在人类正常组织中几乎没有表达。

Sacituzumab Govitecan经去偶合过程生成游离的效应分子SN-38[14]。

再如，Immunomedics公司研制的Milatuzumab Doxorubicin（IMMU-110）是由阿霉素（Doxorubicin）和抗CD47人源化的单克隆抗体Milatuzumab构成。Milatuzumab Doxorubicin经去偶合过程生成游离的效应分子Doxorubicin[19]。

②分解代谢过程：分解代谢过程指ADC抗体部分经分解代谢形成具有较高活性的效应分子结构类似物（带有氨基酸残基和/或偶联子的效应分子）[18]，这种方式主要发生在化学接头为不可裂解型的ADC药物中。

如于2013年2月获得美国FDA批准，用于HER2阳性乳腺癌治疗的ADC药物TSMCC-DM1（Ado-trastuzumab Emtansine；Trastuzumab-SMCC-DM1）是由美登素衍生物DM1通过不可裂解型硫醚键接头SMCC与曲妥珠单克隆抗体偶联，其主要代谢产物为赖氨酸残基-SMCC-DM1[18]。

形成的游离效应分子或效应分子结构类似物在体内可继续接受药物代谢酶介导的生物转化[15]。

大体上，可裂解型化学接头ADC药物的清除率比不可裂解型化学接头ADC药物的清除率高[12]。

如EricksonHK等[20]发现，分别给予小鼠静脉注射T-DM1和T-SPP-DM1，具有可裂解型二硫键接头的T-SPP-DM1的清除率和半衰期分别为40.1mL·d-1·kg-1和2.7d；而具有不可裂解型硫醚键接头的T-DM1的清除率和半衰期分别为18.9mL·d-1·kg-1和5.9d，这与以上结论相符。

2.3.4 ADC药物的免疫原性

由于ADC药物在抗体部分的基础上偶联了外源成分的小分子细胞毒素，使得ADC药物具有比裸抗强的免疫原性，从而使得机体在给药后更易产生ADA[21]。

同裸抗产生ADA后的代谢途径一样，ADA与ADC结合后，同样使得机体加快对ADC药物分子的清除。

2.4 排泄

完整的ADC分子或裸抗体分子由于其分子量较大，不可能通过肾小球滤过排泄，但是ADC的小分子代谢产物则有可能。

另外，这些代谢产物也可能通过转运体的介导排泄至粪便中。

同时，代谢生成的肽片段与氨基酸还可以参与机体能量供应与新蛋白质的合成[22]。

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结语

生物技术药物已成为当今世界医药产业发展的重点，而抗体类药物的研发又是其重中之重。

以医药产业发展大省江苏省为例：2015~2017年该省共受理生物制品药70件，占全国的10.5%；其中全人源化抗体注册申请就有25件，占受理数的36%[23]。

对抗体类药物的药代动力学数据进行的总结性研究，势必会助力同类型产品的研发进程；需进一步促进产业自身的发展，尤其是在临床研究阶段，可有效减少不必要过程的耗时，加快药品的上市，早日造福病患。

参考文献

详见 药学与临床研究 2019Jun;27(3)