RDC藥物系列報告（一）：核藥賽道新星-放射性核素偶聯(lián)藥物（RDC）

前言：RDC藥物的興起1905年，居里夫人使用鐳針進(jìn)行第一例放射性同位素插入治療，自此揭開核藥發(fā)展的序幕，因各種局限因素，核藥發(fā)展百年卻波瀾不驚。直到2018年和2022年諾華的兩款重磅放射性核素偶聯(lián)藥物（RadionuclideDrugConjugates,RDC）產(chǎn)品Lutathera、Pluvicto獲批上市，展現(xiàn)了優(yōu)異的療效以及快速的商業(yè)化放量，全球越來越多的的MNC將資源投入到核藥的開發(fā)上，RDC藥物作為核藥賽道新星冉冉升RDC藥物的結(jié)構(gòu)和分類在藥物結(jié)構(gòu)[1]上，RDC藥物主要由靶向配體（Ligand）、連接子（Linker）、螯合物（Chelator）和放射性核素（Radioisotope）構(gòu)成。圖1.RDC藥物結(jié)構(gòu)圖片來源：imagingprobes2016年以來，F(xiàn)DA共批準(zhǔn)了9款RDC藥物，涉及6個新分子實體，諾華表現(xiàn)突出。目（PSMA靶向配體都是肽類，主要適應(yīng)癥為神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤、前列腺癌，最常用的螯合劑為DOTA、HBED-CC。表1.2016年后FDA批準(zhǔn)的RDC藥物（點擊查看大圖）數(shù)據(jù)來源：FDA，藥智咨詢整理1.放射性核素Radioisotope放射性核素是RDC藥物的主要活性成分，通過核衰變放出電離輻射（如α射線、β射線、γ射線等）實現(xiàn)治療目的。根據(jù)核素用途可分為診斷型核素和治療型核素[2]，診斷型核素主要包括兩類：一類是以1?F、6?Ga和123I為代表的發(fā)射正電子的核素，常用CT。治療型核素則以發(fā)射α射線的223Ra、22?Ac以及發(fā)射β射線的9?Y、131I、1??Lu、選擇放射性核素用于靶向治療需考慮粒子能量、穩(wěn)定性和半衰期等因素，多項研究表明，理想放射性核素必須具有以下基本特征[3]：放射性核素必須釋放低于40keV的能量。光子與電子的發(fā)射比不應(yīng)超過2units。為了產(chǎn)生“醫(yī)學(xué)”放射性核素，子代放射性核素必須穩(wěn)定且半衰期大于60days。放射性核素的理想半衰期應(yīng)為30min-10days，以便為患者提供后續(xù)養(yǎng)護(hù)和治療計α粒子具有較短的路徑長度(50-80微米)和大約100keV/微米的高線性能量轉(zhuǎn)移。試劑盒或合成劑形式的放射性藥物必須能夠盡快將放射性核素納入載體基質(zhì)中在患者體內(nèi)發(fā)揮作用。2.連接子Linker+螯合劑Chelator連接子和螯合劑是連接靶向配體與核素的橋梁，連接子負(fù)責(zé)連接靶向配體和螯合劑，螯合劑負(fù)責(zé)在到達(dá)腫瘤細(xì)胞前穩(wěn)定放射性核素。與ADC需要與細(xì)胞表面受體結(jié)合并需要高效的內(nèi)吞效率不同，RDC不需要細(xì)胞內(nèi)吞，Linker也不需要定點斷裂。相比ADC復(fù)雜的Linker設(shè)計如水溶性、可降解、旁觀者效應(yīng)改造等，核藥產(chǎn)品的Linker和螯合劑創(chuàng)新空間有限，側(cè)重點在于開發(fā)更理想的化學(xué)選擇方法將螯合劑與配體結(jié)合。表1.常見螯合劑及適用核素[4]螯合劑適用核素螯合劑適用核素111In,86/90Y,44/47Sc,212/213Bi,68Ga,177LuTETA64Cu111In,90Y,177Lu,64Cu,68H4octapGaau68Ga，64CuHYNICNETA177Lu,90Y,205/206BiSarbicyclicchelators64Cu數(shù)據(jù)來源：參考文獻(xiàn)43.靶向配體Ligand靶向配體起到精準(zhǔn)定位的作用，引導(dǎo)放射性核素到達(dá)靶標(biāo)。RDC最常用的靶向配體[5]包括抗體、多肽、核酸、小分子和納米粒子(NPs)修飾等，不同的配體選擇具備不同的體內(nèi)行為特征和優(yōu)缺點（圖2）。根據(jù)靶向配體的不同類型，RDC可分為抗體偶聯(lián)核素藥物（antibodyradionuclideconjugates，ARC）、多肽偶聯(lián)核素藥物（peptideradionuclideconjugates，PRC）和小分子偶聯(lián)核素藥物（small-moleculeradionuclide，SMRC）等，其中PRC是目前的熱門研發(fā)方向。圖2.靶向配體主要類別及優(yōu)缺點[5]圖片來源：參考文獻(xiàn)5目前可以應(yīng)用于RDC的抗體及抗體片段類型[6]包括免疫球蛋白單克隆抗體、微型抗體、雙抗體、單域抗體、納米抗體、替代的非抗體蛋白支架、雙特異性抗體等?？贵w作為核素配體具有高親和力和特異性，但全長抗體分子量較高，其藥代動力學(xué)緩慢，在實體瘤內(nèi)的擴散率低。經(jīng)過改造得到的抗體片段（Fab片段、單鏈抗體、納米抗體等）分子量更小，可以改善實體瘤治療的藥代動力學(xué)，但是穩(wěn)定性降低，在健康組織中表現(xiàn)出顯著的非特異性積累（腎臟毒性等）。圖3.不同抗體類配體的RDC藥物體內(nèi)行為特征圖片來源：參考文獻(xiàn)6多肽核藥的發(fā)展可以追溯到20世紀(jì)90年代，隨著對藥物多肽分子的研究不斷深入，大量數(shù)據(jù)表明,多肽是一類理想的核素藥物靶向分子,其優(yōu)勢主要表現(xiàn)為[7]：①分子量適中,對靶標(biāo)蛋白具有較高親和力(亞納摩爾級別)和專一性，耐藥性發(fā)生率低；②免疫原性低，組織穿透能力強；③藥物代謝性質(zhì)優(yōu)異，血液清除快，腎?膀代謝占主導(dǎo)；④合成修飾簡單,成本優(yōu)勢明顯。諾華核藥Lulathera和Pluvicto都是采用的多肽靶向分子，目前圍繞多肽靶向配體進(jìn)行核藥開發(fā)已經(jīng)成為全球核藥行業(yè)的潮流和共識。但是基于傳統(tǒng)的多肽修飾策略改造方式，如D-氨基酸替換、非天然氨基酸插入、N端修飾、釘書化、大環(huán)肽、PEG修飾、脂質(zhì)修飾等，在創(chuàng)新性和效率方面存在不足，難以篩選到親和力強的分子，異源二聚體肽(靶向不同受體)和雙環(huán)肽等新型多肽分子有望得到進(jìn)一步優(yōu)化。此外，傳統(tǒng)策略中多肽靶向分子主要來源于天然多肽的類似物或改性產(chǎn)物，未來面向新靶標(biāo)蛋白的多肽配體篩選將是多肽核藥創(chuàng)制面臨的共同挑戰(zhàn)。發(fā)展靶向多肽高通量篩選技術(shù)和人工智能篩選技術(shù)[8]（圖4），如DNA編碼化合物庫、噬菌體展示、RNA展示和One-Bead-One-Compound(OBOC)等，或許能為上述難題提供有效的解決方案。圖4.A：傳統(tǒng)多肽修飾技術(shù)；B:多肽高通量篩選技術(shù)圖片來源：參考文獻(xiàn)7小分子類靶向配體[9]主要是使用天然來源配體的衍生物，如靶向葉酸受體的葉酸衍生物、靶向前列腺特異性膜抗原的谷氨酸脲衍生物、靶向生長抑素受體的生長抑素類似物等。優(yōu)勢是體積小、低免疫原性，可以快速穿透腫瘤并從非靶組織中快速清除，從而降低毒性。然而小分子配體的遞送效率較低，主要是因為它們的高遷移率（可誘導(dǎo)脫靶效應(yīng)）和小尺寸（需要分子接觸才能表現(xiàn)出組織特異性）。例如，尿素、葉酸等小分子在組織中表現(xiàn)出高擴散系數(shù)以及高膜轉(zhuǎn)運，可以促進(jìn)它們在脫靶器官中的生物分布；然后通過增強核素在目標(biāo)部位的保留而不是將核素主動導(dǎo)航到目標(biāo)組織來介導(dǎo)靶向，很大一部分配體可能從一開始就永遠(yuǎn)不會接近靶標(biāo)，如果核素的半衰期較短和/或在肝臟等高度灌注器官中代謝，則更具有挑戰(zhàn)性。ASO[9]已經(jīng)取得了一系列成功，如2016年Kang等人成功制備99mTc放射性標(biāo)記的anti-miRNA-155(AMO-155)寡核苷酸。但ASO配體存在體內(nèi)穩(wěn)定性差的問題，許多科研團(tuán)隊正在探索更有效的策略改善ASO的靶向傳遞。例如采用細(xì)胞穿透肽基納米探針，優(yōu)化標(biāo)注方法，應(yīng)用核酸類似物反義肽核酸(PNA)，使用RNA介導(dǎo)的預(yù)靶向，利用寡核苷酸功能化的NPs等。適配體[10]也是一種極具潛力的放射性藥物配體，它由功能性RNA或單鏈DNA組成，可以產(chǎn)生獨特而多樣的三級結(jié)構(gòu)，以高親和力和特異性與靶標(biāo)相互作用。在核醫(yī)學(xué)中用于治療和診斷的有機NPs基本上有五大類[6]：①脂質(zhì)體②基于白蛋白的NPs③核酸驅(qū)動物④聚合膠束和⑤聚合NPs。無機NPs包括金NPs、二氧化硅NPs和碳基NPs。它們本身作為放射性核素載體在癌癥治療中的應(yīng)用已被廣泛討論，由于納米顆粒的高表面積與體積比，可以實現(xiàn)高放射性標(biāo)記產(chǎn)量。此外，納米粒子的表面可用一個或多個靶向配體進(jìn)行修飾，與跨膜受體的特異性結(jié)合改善了放射性向靶組織的輸送，從而提高治療效果（圖5）。圖5.用于放射性藥物的有機NPs及放射性標(biāo)記策略圖片來源：參考文獻(xiàn)6RDC的作用機制通常RDC藥物經(jīng)靜脈給藥，藥物隨著血液循環(huán)與腫瘤細(xì)胞表面抗原或微環(huán)境中的蛋白結(jié)合，通過內(nèi)化或吞噬作用，無需內(nèi)吞即可發(fā)揮藥效。RDC的作用機制和治療效應(yīng)有3種模式[11]：（A）直接損傷。靶向配體特異性結(jié)合腫瘤表面的膜抗原后，放射性核素直接損傷腫瘤細(xì)胞的DNA、線粒體DNA、細(xì)胞膜等。（B）旁觀者效應(yīng)。周圍的腫瘤細(xì)胞因為交叉火力效應(yīng)（cross-fireeffect）被核素輻射導(dǎo)致細(xì)胞損傷，從而分泌細(xì)胞因子、離子、ROS、RNS、外顯體等并釋放到細(xì)胞外微環(huán)境中。微環(huán)境中釋放的細(xì)胞因子和其他效應(yīng)分子與細(xì)胞死亡受體結(jié)合，誘導(dǎo)鄰近腫瘤細(xì)胞死（C）遠(yuǎn)端效應(yīng)。受照射損傷或死亡的細(xì)胞通過損傷相關(guān)分子模式DAMPs，分泌內(nèi)源性因子（如熱休克蛋白、IL-1α等）結(jié)合抗原提呈細(xì)胞的T細(xì)胞受體，激活CD4或CD8T細(xì)胞免疫，攻擊遠(yuǎn)端腫瘤細(xì)胞。遠(yuǎn)端效應(yīng)為RDC藥物研發(fā)提供了更大的想象空間。圖6.RDC的作用機制圖片來源：參考文獻(xiàn)11RDC的多重臨床優(yōu)勢[12]1.實現(xiàn)“可視即可治”的精準(zhǔn)個體化診療一體化RDC藥物采用相同的靶向配體和連接子，結(jié)合不同的核素，在臨床上實現(xiàn)診療一體化。先與釋放γ射線的診斷核素結(jié)合，根據(jù)監(jiān)測到的診斷用RDC的體內(nèi)分布、代謝和排泄等信息，個體化地制定治療用RDC的劑量，再與釋放α和β射線的治療核素相結(jié)合，進(jìn)行精準(zhǔn)治療和調(diào)整劑量。整個過程涵蓋疾病診斷、分級與分期、治療、療效監(jiān)測及預(yù)后判斷等階段，節(jié)約研發(fā)成本，更加方便醫(yī)生給患者精準(zhǔn)、個性化用藥。2.實現(xiàn)精準(zhǔn)靶向，不易耐藥且安全性高RDC藥物通過特異性高的靶向配體將核素精準(zhǔn)遞送至腫瘤內(nèi)部，實現(xiàn)高效定位、打擊。其核素直接照射損傷腫瘤細(xì)胞過程不涉及靶點和通路，相較于常規(guī)藥物更不易耐藥；且起效過程中l(wèi)inker無需斷裂，避免payload提前釋放，降低正常細(xì)胞損傷，同時提升藥物穩(wěn)定性和安全性。這種設(shè)計既減少副作用，又允許更長時間的放射性暴露，從而增強治療效果。3.滿足臨床未滿足需求，適應(yīng)癥廣傳統(tǒng)腫瘤診療依賴影像學(xué)檢查和病理活檢，存在有創(chuàng)操作、周期長、對醫(yī)生技術(shù)要求高及難以精準(zhǔn)定位轉(zhuǎn)移性腫瘤等問題。相比之下，RDC藥物只需通過注射結(jié)合影像學(xué)檢查，可快速獲得腫瘤病灶位置及敏感性信息，特別適用于傳統(tǒng)方法難以診斷或治療的腫瘤領(lǐng)域，例如前列腺癌、神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤、多發(fā)轉(zhuǎn)移性腫瘤等；因其診療幾乎無創(chuàng)，在癌癥早期診斷和監(jiān)測中也具有重要作用。探索RDC藥物新賽道，共創(chuàng)未來新機遇目前，RDC藥物憑借其獨特的藥物結(jié)構(gòu)設(shè)計及在疾病診療方面的優(yōu)勢，為核藥壁壘下的企業(yè)開辟了一條全新的發(fā)展賽道。未