ADC 内吞机制综述

1 引言

1、ADC 药物的设计目的是靶向肿瘤细胞表面过度表达的受体,然后释放细胞毒素,它们在肿瘤内部递送的药物效力可达传统化疗药物的 10000 倍,同时最大限度地减少对健康组织的毒性

2、一些 ADC 药物由于效力不足以有效杀伤肿瘤或对健康组织造成过大损害而被放弃。目前成功的方法,是将超强毒性有效载荷偶联到单克隆抗体(mAb)上,从而使 ADC 能够更高效地将细胞毒素递送至肿瘤细胞内,并减少循环过程中的过早释放。本质上,连接子类型、有效载荷的效力和作用机制以及靶点的生物学特性必须协调一致,才能产生有效的药物

3、ADC 的疗效取决于靶向介导的内吞作用将有效载荷递送至肿瘤细胞内的效率。ADC 须满足以下要求:(1) 与靶细胞表面受体结合;(2) 高效内吞至细胞质部分;(3) 通过内体-溶酶体途径运输,最终递送至功能性溶酶体。 (4) 完全代谢,释放出活性有效载荷代谢物,这些代谢物可以渗透或可能通过溶酶体膜转运蛋白从溶酶体转运出来,与细胞质或细胞核中的分子靶点相互作用

4、本综述旨在整合信息并深入探讨内吞作用的重要方面,具体包括:(1) 描述目前已获批准的九种 ADC 靶向的正常细胞和/或肿瘤细胞中的受体所利用的内吞途径(或缺乏内吞途径);(2) 描述受体与 ADC(包括在研 ADC 和抗体类药物)结合时的独特内吞特征;(3) 概述关于这些内吞途径作为 ADC 特异性耐药机制的现有零散信息;以及 (4) 我们对内吞作用及其临床意义的看法

2 目前已获批准 ADC 的相关内吞途径

2.1 网格蛋白介导的内吞作用(Clathrin-Mediated Endocytosis)

1、网格蛋白介导的内吞(CME)是一个按序发生的过程:首先在细胞膜上形成内吞位点,AP-2(适配蛋白复合物2)识别并结合膜上的受体(cargo)以及特定的膜脂(如 PIP2),起到“桥梁”的作用,把货物和内吞机器连接起来;随后 clathrin(网格蛋白)在 AP-2 的招募下组装成笼状包被结构,驱动膜发生弯曲并形成包被窝(coated pit);接着在 dynamin 等蛋白作用下囊泡被剪切释放,之后 clathrin 包被迅速解离(uncoating),囊泡进入内体系统。简单来说:AP-2 决定“选谁进来”(cargo 选择 + 起始),clathrin 负责“怎么进来”(形成结构 + 驱动膜弯曲)

2、对于某些位于质膜上的受体,CME 可以组成性地发生,而其他受体则需要配体和/或抗体结合才能启动 CME 或增强其活性


2.2 网格蛋白非依赖性内吞作用

非网格蛋白依赖性内吞作用介导多种细胞外配体、受体、病原体以及将要描述的抗体药物偶联物(ADC)的细胞摄取。现在对非网格蛋白依赖性内吞系统的理解远不如对网格蛋白介导的内吞作用(CME)的理解全面。在ADC内化方面,现在知之甚少。下面简要概述了发现的三种可能与ADC内化相关的系统,即小窝介导的内吞作用、小窝蛋白非依赖性载体/GPI锚定蛋白富集的早期内体区室(CLIC/GEEC)以及巨胞饮作用

2.2.1 小窝介导的内吞作用(Caveolae-Mediated Endocytosis)

1、这是一种典型的非网格蛋白依赖性 (Clathrin-independent) 内吞途径,需要 Caveolin-1 的磷酸化来诱导内吞。与网格蛋白介导的内吞(CME)不同,据估计只有约 1% 的小窝会从质膜出芽进入胞内(低频内化)

2、由于小窝的内化比例极低且倾向于循环回表面,对于那些以此途径为主要摄取方式的 ADC 靶点来说,可能难以积累足够的药物浓度来杀伤肿瘤

2.2.2 CLIC/GEEC 内吞作用

1、一种主要存在于配体激活细胞中的内吞室,负责摄取特定配体、受体、病原体(如细菌毒素和病毒)。GRAF1 是其关键调控蛋白。常由生长因子、抗体介导的受体交叉联结(Receptor Crosslinking)或环境应激触发。对膜流动性要求极高,在生理温度以下或膜张力过大时无法正常工作。

2、与 CME 或小窝介导途径不同,其质膜剪切过程不依赖于动力蛋白(Dynamin-independent)。虽然目前对该途径介导 ADC 内化的研究不及 CME 深入,但由于其受抗体交叉联结诱导的特性,它被认为是 ADC 进入细胞的潜在重要路径

2.2.3 巨胞饮作用(Macropinocytosis)

1、巨胞饮的典型特征是质膜产生大幅度的褶皱 (Ruffling) 或突起。与网格蛋白介导或小窝介导的内吞相比,巨胞饮涉及的膜面积更大,能摄取更多的胞外物质。PAK1 (p21-activated kinase 1),巨胞饮的关键调节蛋白

2、文中通过麻疹病毒(Measles Virus)的研究推测,其受体 Nectin-4 可能利用巨胞饮途径进行内化。研究表明,该病毒进入细胞需要 PAK1 和肌动蛋白,而不依赖动力蛋白 (Dynamin) 或小窝蛋白 (Caveolin)

3 已获批准的抗体偶联药物的靶抗原及其内吞特性


目前已获批准的抗体偶联药物(ADC)共涉及 8 个核心靶点。以下是这些靶抗原及其内吞特性的逻辑总结:

1. 血液肿瘤相关靶点(B 细胞与髓系相关)

  • CD33 (靶向药物: GO)
    • 内吞机制: 依赖网格蛋白(CME),但独立于 AP-2 蛋白。
    • 特性: 内吞速度较慢。其内吞效率受细胞内 ITIM 基序磷酸化水平调节,且易受磷酸酶影响而脱磷酸化,导致内化效率降低。
  • CD30 (靶向药物: BV)
    • 内吞机制: 倾向于网格蛋白依赖性途径(CME)。
    • 特性: 本身不擅长内吞,更倾向于在细胞表面发生脱落(Shedding)。ADC 的杀伤依赖于抗体交叉联结诱导的少量内化及受体的不断更新。
  • CD22 (靶向药物: InO)
    • 内吞机制: 经典的网格蛋白介导(CME),与 AP-2 结合。
    • 特性: 快速且组成型内吞。细胞内有大量的 CD22 储备池,可以持续补充至细胞表面,非常有利于 ADC 的持续摄取。
  • CD79b (靶向药物: PV)
    • 内吞机制: 随 BCR 复合物通过 CME 途径内化。
    • 特性: 高效且快速。它不仅内化快,且能精准贩运至溶酶体。研究表明它必须以异二聚体形式内吞,不能作为单体独立内化。
  • BCMA (靶向药物: BM)
    • 内吞机制: 机制尚不完全明确(可能涉及 CME)。
    • 特性: 虽然在浆细胞表面的表达量相对较低,但内化效率极高,这弥补了密度不足的缺陷。

2. 实体瘤相关靶点(上皮与生长因子受体)

  • HER2 (靶向药物: T-DM1, T-DXd)
    • 内吞机制: 主要通过非网格蛋白依赖性途径(如小窝蛋白介导或微囊泡),CME 比例极低。
    • 特性: 在表面非常稳定,通常被认为内吞较慢且易发生回收(Recycling)。其高效性更多源于在肿瘤表面的极高表达量。
  • Trop2 (靶向药物: SG)
    • 内吞机制: 网格蛋白介导(CME)。
    • 特性: 快速且持续的组成型内吞。Trop2 在肿瘤细胞表面常形成聚簇(Clusters),这种聚簇状态显著增强了其内化效率,使其成为 ADC 的极佳靶点。
  • Nectin-4 (靶向药物: EV)
    • 内吞机制: 涉及巨胞饮作用(Macropinocytosis)。
    • 特性: 具有强大的载荷摄取能力。它不依赖于动力蛋白(Dynamin),而是通过肌动蛋白介导的膜褶皱包裹大量胞外物质,内化效率非常可观。

总结分析:内吞特性与 ADC 效力的逻辑关系

  • 高效率组 (CD22, CD79b, Trop2, Nectin-4): 具有天然的快速内化或大规模摄取机制,是理想的 ADC 门户。
  • 低效率/补偿组 (CD33, CD30, HER2): 虽然内吞较慢或倾向于脱落/回收,但通过高密度表达(如 HER2)或持续的膜受体更新(如 CD33)来确保足够的药物累积。

4 内吞作用失调与抗体药物偶联物耐药性

内吞作用失调(Dysregulated Endocytosis) 是导致 ADC 产生获得性耐药的重要机制之一。即使靶抗原表达正常,如果细胞内化或转运载荷的“门户”关闭,ADC 也无法发挥作用。

1. 内吞蛋白(Endophilins)的表达异常

内吞蛋白(如 Endo A2)在调节细胞膜弯曲和囊泡剪切中起核心作用,其表达水平直接影响 ADC 的敏感性。

  • 介导敏感性: Endo A2 被证实是促进 T-DM1 敏感的关键因子。在 HER2 阳性细胞中,Endo A2 的表达往往与 HER2 同步升高。
  • 耐药机制: 当 Endo A2 被沉默或表达下调时,HER2 的内吞过程受阻,导致细胞对 T-DM1 的敏感性显著下降。这表明内吞辅助蛋白的缺失是肿瘤逃避 ADC 杀伤的手段。

2. 小窝蛋白(Caveolins)介导的转运切换

在某些耐药细胞系中,内吞途径会发生“病理性”切换,导致 ADC 被错误分选。

  • 路径劫持: 研究发现,在对 T-DM1 耐药的胃癌细胞(如 N87 细胞)中,Caveolin-1 和 PTRF 的表达显著增加。
  • 溶酶体避难所: 原本应通过 CME 进入溶酶体的 ADC,转而被招募到小窝蛋白阳性的囊泡中。这些囊泡缺乏溶酶体标志物(如 LAMP-1),且内部环境为中性而非酸性,导致非切割型连接码无法被有效降解,药效下降 7-188 倍。

5 参考文献

Hammood M, Craig AW, Leyton JV. Impact of Endocytosis Mechanisms for the Receptors Targeted by the Currently Approved Antibody-Drug Conjugates (ADCs)-A Necessity for Future ADC Research and Development. Pharmaceuticals (Basel). 2021 Jul 15;14(7):674. doi: 10.3390/ph14070674. PMID: 34358100; PMCID: PMC8308841.

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