分享一篇发表在Nature Biotechnology上的文章，文章的标题是Antibody–bottlebrush prodrug conjugates for targeted cancer therapy。本文的通讯作者是来自麻省理工学院的Jeremiah A Johnson教授。
抗体偶联药物（Antibody-Drug Conjugates, ADCs）是一类将单克隆抗体的靶向性与细胞毒性药物的高效性相结合的创新抗癌药物。通过将高活性细胞毒素利用连接子与靶向肿瘤相关抗原的抗体偶联，ADCs能够实现对肿瘤细胞的精准打击，同时减少对正常组织的毒副作用。
然而，ADCs存在固有局限性，其中一条便是药物抗体比（Drug-to-Antibody Ratio, DAR）的限制。DAR是指每个抗体分子上偶联的药物分子数量，是影响ADCs疗效和安全性的关键参数。为保证ADCs的结构稳定性、溶解度和药代动力学性能，DAR一般不能超过8。因此，ADCs必须荷载毒性极强的药物（IC50小于10 nmol），生产过程中未除尽的游离药物以及脱靶效应将产生极大的毒性反应，限制ADCs的应用。
为克服ADCs的局限性，一类名为抗体-瓶刷前药（Antibody– Bottlebrush Prodrug, BPD）偶联物（Antibody– Bottlebrush Prodrug Conjugates, ABCs）的创新药诞生。ABCs通过将单克隆抗体连接到BPDs构建而成。其中BPDs是纳米级聚合物（长度和直径约为10 nm），瓶刷的刷毛由亲水性聚合物聚乙二醇（PEG）和与药物相连的可剪切连接子组成。PEG外壳能有效隐藏负载药物和连接子的化学特性，使各类ABCs保持统一的理化性质。通过调控BPDs合成过程，可精准调节DAR，使其比传统ADC高出1-2个数量级，同时支持通过单一末端“点击化学”手柄在抗体上实现随机偶联（赖氨酸）和位点特异性的偶联（半胱氨酸）。（图1）
图1. 传统ADCs（a）、带有线性聚合物链的ADCs（b）以及ABCs（c）的结构示意图
通过开环复分解聚合（ROMP）合成BP和有效荷载的BP，随后使用含有6-甲基-1,2,4,5-四嗪的炔烃终止剂终止反应，得到主链末端带有单个四嗪的BP-Tz。BP-Tz的构建旨在通过反电子需求的Diels-Alder环加成反应与反式环辛烯（TCO）官能化的单克隆抗体偶联。（图2）
图2. 在赖氨酸上随机连接BP的ABCs合成方法
作者在靶向HER2的曲妥珠单抗（HER2-TCO）上连接六种不同荷载的BPD，BPD上分别带有荧光基团（Cy5.5-Tz）、紫杉醇（PTX-Tz）、单甲基奥瑞他汀（MMAE-Tz）和SN-38（SN-38-Tz）（图3d）。SDS-PAGE数据显示，反应24小时内HER2-TCO即被完全消耗（图3e）。
在ABCs体系中，DAR由BPD主链的聚合度以及单抗上BPD的平均数量共同决定（BPD-to-Antibody Ratio, BAR）。作者分别以BP-Tz：mAb-TCO=1：1至4：1的不同进料比例进行偶联反应——当使用1：1投料时，主要结合产物的BAR为1；相比之下，当采用2：1比例时，mAb-TCO消耗殆尽，主要形成BAR为1或2的产物；进一步提高反应化学计量比可获得更高的BAR。由于尺寸和电荷差异，可分离出BAR为1、2或3的结合物，从而研究BAR对抗原结合的影响（图3f）。
作者通过微尺度热泳（MST）和ELISA检测法检测ABC-HER2的结合亲和力，结果表明ABC、单抗以及相应的ADC在与HER2的结合能力上并无显著差异（图3g）。流式细胞术检测表明在表达HER2的细胞中，Cy5.5-HER2的摄取量显著高于Cy5.5-IgG1和Cy5.5-BP（图3h）。对于HER2+型细胞系，MMAE-HER2的IC50值相较于MMAE-BP大幅下降（图3i），而对于HER2-型细胞系，两者的作用效果基本一致。
图3. ABCs的构建和体外评价
需要指出的是，虽然上述方法可调控BAR，但无法精确控制结合位点——赖氨酸酯化是一个随机过程。为验证ABC合成与位点特异性单抗结合技术的兼容性，作者使用经过工程改造的曲妥珠单抗（含有两个反应性半胱氨酸残基）进行类似反应，成功制备出BAR值为1或2的位点特异性修饰ABC。（图4）
图4. 在半胱氨酸上特异性修饰BP的ABCs合成方法
后续，作者通过大量动物实验验证ABCs具有长循环半衰期和高肿瘤积蓄；不同荷载的ABCs具有均有较好的疗效，与相应临床药物相当甚至更优。除此之外，ABCs的荷载不局限于小分子药物，作者测试荷载新型PROTAC药物ARV771的ABC，仍能达到较好的肿瘤清除效果；抗体的选择亦具有普适性，MMAE-MUC1对于MUC1+ CAOV-3卵巢癌细胞的IC50值远低于MMAE-BPD的相应值。
总的来说，本文开发的ABCs通过“抗体 - 瓶刷前药”的创新结构，突破了传统ADCs的DAR限制、载荷范围限制和设计灵活性限制，在体外和体内均展现出更高的靶向性、更强的疗效和更低的毒性，且可适配PROTAC等新型载荷及多种肿瘤靶点。该技术为靶向癌症治疗提供了全新范式，具有明确的临床转化潜力，有望解决现有ADC难以覆盖的低毒性载荷、低抗原表达肿瘤治疗等临床需求。
作者：WZH 审校：ZHR
DOI: 10.1038/s41587-025-02772-z
Link: https://doi.org/10.1038/s41587-025-02772-z
