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抗體藥物偶聯(lián)物（Antibody-Drug Conjugates,ADCs）通過(guò)化學(xué)連接將細(xì)胞毒素連接至抗體，利用抗體的靶向作用實(shí)現(xiàn)毒素對(duì)腫瘤的特異性殺傷。通過(guò)定點(diǎn)偶聯(lián)技術(shù)得到的ADC化合物相比隨機(jī)偶聯(lián)具有更好的治療指數(shù)，是目前ADC領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

　　Fc結(jié)構(gòu)域N297位是抗體保守的糖基化位點(diǎn)，在該位點(diǎn)引入細(xì)胞毒素形成的糖鏈定點(diǎn)ADC化合物（glycosite-specific ADCs, gsADCs）具有不影響抗原結(jié)合、穩(wěn)定性更好等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。目前，已報(bào)導(dǎo)的糖鏈定點(diǎn)偶聯(lián)策略首先需要對(duì)抗體進(jìn)行糖工程改造，通過(guò)糖基轉(zhuǎn)移酶或糖苷內(nèi)切酶在糖基化位點(diǎn)引入生物正交基團(tuán)，進(jìn)一步通過(guò)生物正交反應(yīng)偶聯(lián)毒素，從而實(shí)現(xiàn)糖鏈定點(diǎn)ADC的制備（如圖1所示）。整個(gè)過(guò)程往往需要2-3種酶的參與，3-4步的反應(yīng)，底物合成復(fù)雜且依賴于生物正交反應(yīng)，阻礙了糖鏈定點(diǎn)ADC藥物系統(tǒng)性的構(gòu)效關(guān)系研究。

　　為解決上述關(guān)鍵問題，中科院上海藥物所黃蔚課題組開發(fā)了新穎的糖鏈定點(diǎn)ADC制備策略?；谛路f截短型糖結(jié)構(gòu)的藥物-連接子和野生型糖苷內(nèi)切酶Endo-S2，將小分子細(xì)胞毒藥物“一步”定點(diǎn)連接到抗體糖基化位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)糖鏈定點(diǎn)ADC化合物的制備。該研究成果于2021年12月24日以“One-step synthesis of site-specific antibody-drug conjugates by reprogramming IgG glycoengineering with LacNAc-based substrates”為題發(fā)表在《藥學(xué)學(xué)報(bào)》英文刊（Acta Pharmaceutica Sinica B）上。

　　研究人員首先篩選了一系列糖底物和糖苷內(nèi)切酶，發(fā)現(xiàn)野生型糖苷內(nèi)切酶Endo-S2可以將二糖底物L(fēng)acNAc轉(zhuǎn)移至去糖抗體N297位糖基化位點(diǎn)，且LacNAc半乳糖6號(hào)位唾液酸化修飾不影響Endo-S2的轉(zhuǎn)糖基化活性（如圖2A所示）。由于Endo-S2本身是非常強(qiáng)的特異性水解抗體N297位點(diǎn)不均一N-糖鏈的水解酶，而研究發(fā)現(xiàn)其可以催化LacNAc轉(zhuǎn)移至糖基化位點(diǎn)，同時(shí)喪失對(duì)LacNAc修飾抗體的糖鏈水解活性。這表明Endo-S2和LacNAc的組合可以直接實(shí)現(xiàn)野生型抗體的糖基化改造，且Endo-S2對(duì)多樣化LacNAc修飾的兼容性，可以高效獲得多樣性功能修飾的巖藻糖化或去巖藻糖化的糖工程抗體（如圖2B所示），以及實(shí)現(xiàn)抗體的內(nèi)吞成像研究及糖鏈延伸等功能化研究。

　　研究人員進(jìn)一步利用疊氮化修飾的LacNAc底物實(shí)現(xiàn)了抗體糖基化位點(diǎn)的“一步”疊氮化修飾，并通過(guò)點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)偶聯(lián)藥物-連接子BCN-Lys(PEG)24-VC-PAB-MMAE，“兩步”制備得到定點(diǎn)ADC化合物gsADC-1。此外，研究人員直接在LacNAc半乳糖6號(hào)位偶聯(lián)毒素MMAE，獲得LacNAc-VC-PAB-MMAE復(fù)合物，并在Endo-S2的催化下直接實(shí)現(xiàn)了MMAE連接至抗體糖基化位點(diǎn)，“一步”獲得了均一性的糖鏈定點(diǎn)ADC化合物gsADC-2。高分辨質(zhì)譜分析、疏水相互作用分析（HIC）、聚集穩(wěn)定性分析（SEC）測(cè)試顯示，上述兩種策略獲得的糖鏈定點(diǎn)ADC化合物具有非常好的結(jié)構(gòu)均一性（drug to antibody ratio，DAR=2）、親水性和體外穩(wěn)定性，獲得的ADC化合物具有很強(qiáng)的體外腫瘤抑制活性。同時(shí)，在NCI-N87腫瘤模型中，相比陽(yáng)性對(duì)照ADC化合物（DAR=3.5）及前期寡糖鏈定點(diǎn)ADC化合物（DAR=4），該策略研發(fā)的糖鏈定點(diǎn)ADC化合物（DAR=2）在低載藥量的情況下依然具有更強(qiáng)的體內(nèi)腫瘤抑制活性。上述研究體現(xiàn)了基于截短型連接子LacNAc形成的糖鏈定點(diǎn)ADC化合物不僅具有更好的工藝優(yōu)勢(shì)，也具有顯著的藥效優(yōu)勢(shì)。除研究使用的曲妥珠單抗外，策略同樣適用于其它治療性單抗、雙特異性抗體及Fc融合蛋白。

　　綜上所述，研究人員基于截短型糖連接子LacNAc和糖苷內(nèi)切酶Endo-S2，實(shí)現(xiàn)了野生型抗體的“一步”糖基化改造，并建立了糖鏈定點(diǎn)ADC化合物的“一步”制備策略。該策略克服了傳統(tǒng)“兩酶三步”糖鏈定點(diǎn)ADC制備策略的限制，實(shí)現(xiàn)了小分子細(xì)胞毒藥物的“一步”定點(diǎn)組裝，避免了對(duì)生物正交反應(yīng)的依賴，同時(shí)該策略的工藝優(yōu)勢(shì)將促進(jìn)糖鏈定點(diǎn)ADC藥物系統(tǒng)的構(gòu)效關(guān)系研究，有利于推動(dòng)定點(diǎn)ADC藥物的深入發(fā)展。

　　上海藥物所博士后施偉為本文的第一作者，上海藥物所黃蔚研究員、唐峰副研究員為本文共同通訊作者。同時(shí)，該工作還獲得上海藥物所宮麗崑研究員、李鐵海研究員及聊城大學(xué)范樹泉老師的幫助。該研究得到了國(guó)家自然基金委、上海市科技重大專項(xiàng)、中科院特別研究助理計(jì)劃、山東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

全文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211383521004858

圖1. 糖鏈定點(diǎn)ADC化合物制備策略

圖2. 糖底物及糖苷內(nèi)切酶的篩選及抗體的多樣性糖工程改造。A，糖底物及糖苷內(nèi)切酶的篩選；B，LacNAc的衍生化及抗體的糖工程改造。

圖3. 基于LacNAc和Endo-S2的糖鏈定點(diǎn)ADC化合物制備。A-B，糖鏈定點(diǎn)ADC化合物的“一步”和“兩步”制備策略；C，疏水相互作用色譜（HIC）顯示出該策略制備的定點(diǎn)ADC化合物均有很好的結(jié)構(gòu)均一性；D，分子排阻色潽（SEC）顯示出該策略制備的定點(diǎn)ADC化合物具有很好的穩(wěn)定性；E，定點(diǎn)ADC化合物對(duì)SK-Br-3細(xì)胞的體外抑制曲線；F，ADC化合物對(duì)NCI-N87移植瘤的體內(nèi)腫瘤抑制曲線；G，小鼠體重曲線；H，治療周期結(jié)束后腫瘤照片。

參考資料：http://www.simm.ac.cn/web/xwzx/kydt/202201/t20220113_6339903.html