能把毒素帶進癌細胞的魔法子彈，期待它飛得更久更遠
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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（當時屬于德國，現(xiàn)為波蘭的弗羅茨瓦夫）。在醫(yī)學院讀書時，受表兄卡爾·魏格特（Karl Weigert）影響，埃爾利希對細胞染料產(chǎn)生了濃厚的興趣，從此一發(fā)不可收拾。在教授們眼里，埃爾利希是一個前途堪憂的學生，認為染色會導致其“玩物喪志”，根本無暇學習更有用的技能[1]。
埃爾利希最初把玩的是當時紡織印染工業(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，只能和細胞部分結(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)，不同細胞有些偏酸，有些偏堿，有些比較寡淡（中性）。而染料和誰親近，部分取決于酸堿度。這些初步研究為發(fā)現(xiàn)不同白細胞提供了工具，同時埃爾利希也朦朦朧朧形成了細胞特異性結(jié)合分子的概念，也就是說，每個細胞好比一把鎖，都存在能打開這把鎖的鑰匙。
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胞之間，也存在于其他化學物質(zhì)和細胞之間。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)學靶向療法的理論基礎[2]。
既然染料能特異性結(jié)合細胞，一個奇思妙想誕生了：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，埃爾利希開始研究針對瘧疾病原體的染料。測試幾十種染料后，他發(fā)現(xiàn)一種叫亞甲藍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準。于是，埃爾利希迫不及待地在幾位瘧疾患者身上進行測試，并成功治愈其中兩人[3]。
至此，世上第一款完全經(jīng)由人類設計的藥物問世，出乎所有人意料，它竟然是一款深藍色的染料。
15世紀梅毒在法國軍隊中暴發(fā)，這是有記載的第一次大規(guī)模暴發(fā)，之后梅毒席卷整個歐洲，成為傳染性最強的疾病之一，上百萬歐洲人都感染了這種可怕的疾病。
梅毒還沒被正式命名前，歐洲各國互相“甩鍋”，意大利人稱之為“法國病”，法國人則叫它“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，水銀對人體也有毒。兩害相權(quán)取其輕，患者不得不服用水銀，當時有一種流行的說法“一夜風流情，一生水銀伴”[3]。
梅毒是通過性傳播的，但導致它的微生物梅毒螺旋體直到1905 年才被發(fā)現(xiàn)，當時一位年輕的日本細菌學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秦佐八郎加入自己的團隊，測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中，灑爾佛散成績斐然，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，副作用報道也隨之而來，埃爾利希因此遭受了侮辱性指控。但是他化壓力為動力，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。圖片來源：Science History Institute
灑爾佛散和914幾十年來都保持著治療梅毒重磅藥物的地位，直到 20世紀40年代抗生素問世。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》。然而當時納粹政府反對向一位猶太科學家致敬，曾經(jīng)試圖剝奪這部電影在德國上映的機會[5]。
埃爾利希博士的魔法子彈電影海報。圖片來源：IMDb
木秀于林，風必摧之。埃爾利希聲名鵲起后，一小群持不同觀點的政見者宣稱灑爾佛散是一種危險藥物，又指責埃爾利希是個牟取暴利的騙子，甚至從其他研究人員那里竊取榮譽。埃爾利希的朋友們堅持認為，這場“灑爾佛散之戰(zhàn)”損害了埃爾利希的健康，并最終導致他于1915年去世，享年61歲[5]。
因為灑爾佛散的巨大成功，20世紀早期最大的幾個藥物研發(fā)實驗室，特別是萊茵河邊的幾家德國公司對合成藥物表現(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，埃爾利希的目標就是找到和癌細胞親和力高的化合物。然而問題來了：針對病原體化合物之所以成功，是因為病原體和宿主細胞差異甚大。但在埃爾利希所處的時代，癌細胞和正常細胞的差異化認知并不明確，因此埃爾利希的探索沒有理論指導，完全是大海撈針，很難找出區(qū)分敵我的魔法子彈，因此他只能帶著遺憾離開。
埃爾利希去世后，對治療癌癥魔法子彈的尋覓卻從未停止。先是針對癌細胞旺盛繁殖的特性，大量化療藥物走上歷史舞臺。緊接著伴隨癌癥生物學的迅猛發(fā)展，癌細胞與正常細胞的不同之處也慢慢被揭示出來，靶向藥物隆重登場。
靶向藥物的主將單克隆抗體特異性高，但體型偏大，限制了其向癌細胞內(nèi)部滲透的行動力，但作為導航卻是一把好手，于是真正意義上的魔法子彈夢想照進現(xiàn)實，ADC概念進入成熟期。
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：識別癌細胞的抗體，殺傷力極強的毒素，以及將兩者串起來的連接子（linker）。
ADC有一套非常嚴謹規(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)癌細胞后便牢牢抓住。癌細胞被ADC攻擊后，直接啟動胞吞作用，自以為將ADC“吃”進肚子就高枕無憂。然而被癌細胞吞食的毒素，就像特洛伊木馬殺出的伏兵，神不知鬼不覺進入敵人內(nèi)部后才亮劍，癌細胞后知后覺，自取滅亡，吃了個禍害。
ADC作用機理。圖片來源：[6]
很顯然，ADC比普通化療更強更精準，但它的研發(fā)之路并不是一帆風順。
很長一段時間里受限于技術(shù)，ADC只停留在概念階段，畢竟再高明的魔法，如果抗體和毒素沒有備齊也憋不出什么大招。20世紀50年代，法國免疫學家就把甲氨蝶呤連接到多克隆動物抗體上，用來治療白血病[7]。
動物來源的抗體，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啟，不過早期的ADC藥物基本都以失敗告終[7]。甚至在2007年，《紐約時報》公開點名了幾家“僵尸生物技術(shù)公司”追求單一技術(shù)，燒起錢來不客氣，卻長年不見盈利，其中就包括ADC研發(fā)企業(yè)Immunomedics和ImmunoGen[8]。慶幸的是，這些“僵尸”咬緊牙關不放棄：2020年，Immunomedics ADC藥物獲得FDA認可后，總算修得正果，被輝瑞以210億美元巨額收購。
第一代ADC在2000年登上歷史舞臺，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)品很容易因為各種缺陷成為炮灰，Mylotarg也沒能走出這個魔咒，因為安全隱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的設計并沒有什么問題，CD33抗體和卡奇霉素分工非常明確，前者負責導航，后者進行攻擊?？赡梅糯箸R仔細瞅瞅，原來是貌似不起眼的“連接子”壞了好事。
ADC結(jié)構(gòu)。圖片來源：NJBIO
就ADC而言，一個優(yōu)秀的連接子必須懂得收放自如：進入癌細胞前，要經(jīng)受住血液循環(huán)洪流的考驗，一手拽緊抗體，一手牽好毒素，但凡一點松懈，就好比打開了潘多拉魔盒，毒素就會漫無目的地瞎搗亂，引發(fā)毒副作用。這就是第一代ADC藥物踩的雷，還沒到癌細胞那，走一路，毒素掉一路，禍害一路。
進入癌細胞后，連接子就必須立即轉(zhuǎn)換態(tài)度，不能有半點依依不舍，該放手時就放手，迅速斷開毒素，快準狠地給癌細胞致命一擊。
當然，在選擇抗體和毒素上也有不少學問，比如抗體親和力不是簡單粗暴地越高越好，需要有個最優(yōu)的平衡點。對于毒素來說，大前提就是要夠彪悍，至少得比傳統(tǒng)化療藥強上幾百上千倍，畢竟癌細胞內(nèi)吞能力有限。此外，經(jīng)營抗體和毒素之間的親密關系也很微妙，這難度不比處理兩性關系低。
吸取第一代ADC教訓后，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步。期間，單克隆抗體以及毒素的開發(fā)也沒閑著，繼續(xù)平行發(fā)展，比如提高了抗體的癌細胞靶向性，以及減少和健康細胞的交叉反應。隨后不久，HER2靶向的ADC藥物 Kadcyla (T-DM1) 在2013年順利獲批, 開啟了ADC藥物向?qū)嶓w瘤挑戰(zhàn)的新篇章。T-DM1與HER2單抗單獨治療的復發(fā)風險比，下降了50%，妥妥的大贏家[9]。
當然第二代ADC也并不完美，比如毒素和抗體上的結(jié)合過于隨機。理論上說，每個抗體能連上的藥物數(shù)量在0~8之間。如果太過隨性，有些抗體沒有連接任何藥物，不但“裸”著上戰(zhàn)場，寡不敵眾，還會和其他裝著真槍實彈的ADC競爭。反過來，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）還處在小馬過河階段，當下普遍認為2~4會比較理想。
因此，第三代ADC追求的便是實現(xiàn)可控的特定位點偶聯(lián)（Site-Specific Conjugation），以此進一步提高治療窗口[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
從PD1抑制劑開始，內(nèi)卷現(xiàn)象如雨后春筍，卷完PD1，卷CAR-T，卷完CAR-T，又輪到了ADC。總而言之，哪里熱門哪里就卷出新高度。
先是內(nèi)卷，上文已提到，特定位點偶聯(lián)成為了第三代ADC的標配，不少企業(yè)，比如日本的第一三共，還在繼續(xù)追求卓越，爭取將DAR富集控制為4。不但如此，還時不時抖了個小機靈，琢磨著怎么利用“旁觀者效應”來進一步提高ADC藥物療效。
說起“旁觀者效應”，那絕對是殺手锏。大家知道，開發(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)部像個萬花筒，聚集著形形色色的癌細胞。以乳腺癌為例，有些癌細胞攜帶高水平的HER2，有些很低，有些甚至沒有。對于沒有HER2的癌細胞來說，靶向HER2的ADC自然沒什么威懾力。
既然ADC自帶子彈，是不是可以讓子彈飛久一點？于是“旁觀者效應”隆重登場：ADC進入癌細胞后，如果毒素能穿透HER2陽性癌細胞跑到外面去瀟灑，那么附近的癌細胞，管它有沒有HER2，都得遭殃，這就叫“旁觀者效應”。也就是說，看熱鬧的旁觀者，如果離被攻擊癌細胞很近，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”，有三個前提：第一，連接子可以裂解，這樣毒素才能被釋放；第二，毒素有很好的細胞膜穿透能力；第三也是非常重要的一點，脫離連接子的毒素半衰期不能太長，不然撒腿跑太遠，容易誤傷健康細胞。
旁觀者效應示意圖。圖片來源：[13]
此外，“外卷”也持續(xù)升級，首當其沖就是多肽偶聯(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)勢就是小巧玲瓏。分子量小，就意味著來去更自如，穿透力就強。目前國際上已經(jīng)有幾款PDC藥物上市，比如2021年2月加速獲批的PEPAXTO?，治療復發(fā)/難治多發(fā)性骨髓瘤，國內(nèi)暫時還處在蓄勢待發(fā)階段。
當然PDC也有它的軟肋，所謂成也蕭何敗也蕭何，個頭小穩(wěn)定性就會較弱，半衰期也短，不過PDC領先企業(yè)，比如Bicycle Therapeutics，有自己的一套獨創(chuàng)技能，通過化學修飾加以改善。
和PDC同樣受到關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設計理念就是給抗體加個遮蔽肽口罩（Mask）。神奇之處在于，只有等PBDC抵達腫瘤微環(huán)境，癌細胞相關的蛋白酶才能將口罩掀開（切割），這樣脫掉口罩的抗體就能大展拳腳攻擊癌細胞[14]。但健康組織沒有此類蛋白酶，口罩拿不下來，PBDC就沒有攻擊性，因此有了口罩就相當于上了雙保險。
抗體前體偶聯(lián)藥物原理示意圖。圖片來源：[15]
結(jié)語
如果將抗體類藥物研發(fā)比作是爬樹摘水果，那以ADC為代表的“魔法子彈”則是高高掛在樹頂那個[16]，想拿下可沒那么容易，必須得解鎖各種技能和創(chuàng)新思維，不但得配對好子彈和導航，還得處理好它們的親密關系，什么時候合，什么時候分，都需要謹慎設計。
抗體藥物開發(fā)難度果樹圖。圖片來源：[16]
挑戰(zhàn)雖大，但魔法子彈帶來的可能性和前景也不可限量。癌癥以外，魔法子彈在風濕病治療的探索也已進入臨床階段。一代代ADC推陳出新，PDC不甘示弱，PBDC雖有待臨床驗證，但在理論上給魔法子彈提供了新視角。
其實藥物研發(fā)說復雜確實復雜，說簡單也簡單，簡單之處就在于只要邏輯正確，能不能實現(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。
跨越一個世紀的魔法子彈，期待它飛得更久更遠。
生物化學博士，青年寫作者。武漢大學本科，曾就職MD安德森癌癥中心，現(xiàn)從事咨詢行業(yè)。
參考文獻：
