近日，华人抗体协会旗下期刊，牛津大学出版社发行的《Antibody Therapeutics》发表了一篇原文标题为“Challenges and Opportunities to Develop Enediyne Natural Products as Payloads for Antibody-Drug Conjugates”的综述，并被选为封面文章。本文的通讯作者是来自Scripps Research, FL的Dr. Ben Shen和Dr. Christoph Rader，作者简介见文末。值得一提的是，Dr. Rader也是《Antibody Therapeutics》期刊编辑委员会成员。烯二炔天然产物是毒性非常强的能导致DNA损伤的小分子，具有独特的分子和细胞层面的作用机理。在本综述中，作者阐述了目前开发以烯二炔天然产物作为抗体偶联药物（ADC）的机遇和挑战以及一些成功的案例。该论文的英文全文可通过如下链接或点击文末左下角的“阅读原文”来免费获得：https://academic.oup.com/abt/article/4/1/1/6089012
Anitibody Therapeutics的新一期封面卡奇霉素作为一类烯二炔天然产物，是FDA批准上市的抗体偶联药物Mylotarg（gemtuzumab ozogamicin）和Besponsa（inotuzumab ozogamicin）偶联的毒性小分子。从1985年新制癌菌素发色团被分离并且结构被解析以来，烯二炔类作为DNA损伤小分子在肿瘤治疗中的潜在价值就引起了极大关注。因其对肿瘤细胞和正常细胞都具有毒性，所以临床使用烯二炔天然产物就需要像抗体一样的偶联载体来提高其靶向特异性。本文详细介绍了烯二炔类作为偶联小分子的第一代抗体偶联药物的现状和新一代抗体偶联药物的前景。抗体偶联药物（ADC）利用抗体的靶向特异性的优点使强细胞毒性的小分子选择性杀伤肿瘤细胞，从而提高了ADC在临床上的治疗指数。作为ADC偶联的小分子药物一般具有以下几个特点：首先，小分子的细胞毒性要非常强，对靶向细胞的EC50达到亚纳摩尔；其次，小分子的稳定性和溶解性要足够好；最后，小分子具有易于和连接子反应的活性位点，同时偶联后不会影响其杀伤活性。基于这些苛刻条件，只有少数小分子能成功作为ADC的偶联药物，图1展示了一些代表性的小分子及其结构。
目前临床上应用的ADC偶联小分子主要包括两类：微管组装抑制剂（图1蓝色）和DNA损伤分子（图1红色）。作为强效DNA损伤分子，烯二炔天然产物既是微生物次生代谢产物也是非常有应用前景的下一代ADC药物的偶联小分子。烯二炔天然产物有一个共同的结构基序，该结构基序包含两个在9或10元碳环内的炔基。烯二炔类代表性结构见图2A。烯二炔天然产物的生物活性在于其与靶标DNA的相互作用，烯二炔核的环芳构化会产生苯甲双自由基，当其与DNA靠近时与脱氧核糖主链发生夺氢反应，使得到的自由基与分子氧反应生成单链断裂（SSB），双链中断（DSB）或链间交联（ICL）（图2B）。
作为色素蛋白存在的9元烯二炔类在进一步的开发过程中显现出独特的需要克服的障碍和机遇，其中最值得注意的是需要使用与色素蛋白相容的偶联化学，这就发展出了利用两种不同偶联方法来开发ADC（图3）。第一种方法是“直接”偶联方法，使用双功能连接子将抗体偶联至色素蛋白。第二种“重载”策略是在细菌或哺乳动物中表达抗体（或抗体片段）与烯二炔载体蛋白的融合蛋白，然后通过与生色团孵育而重载，从而形成非共价复合物。迄今为止，已经报道的ADC中，有两种不同的9元烯二炔作为偶联小分子：NCS和C-1027。
10元烯二炔天然产物可大致分为CAL家族和蒽醌融合烯二炔。与相应的9元烯二炔对比，这些10元烯二炔化合物即使在没有任何相关蛋白质存在的情况下也通常比较稳定。此特点使10元烯二炔可进行更广泛的半合成修饰并且更容易安装与抗体反应的连接子。迄今为止，已报道的ADC中，有三种不同的10元烯二炔作为偶联小分子：CAL，SHI和UCM。ADC用到的CAL在很大程度上取决于M.echinospora的微生物发酵。通过硫醇置换将CAL衍生物与mAb结合时，采用了四种不同的策略（图4A）。而图4B则显示了将接头安装到SHI上以产生四个适合抗体偶联的接头-药物构建体。
以DYNs，UCM，TNM和YPMs为代表的蒽醌类双烯炔是10元烯二炔的第二亚类，其特征是蒽醌与烯二炔碳环融合，从而能与DNA相互作用。利用蒽醌融合的双烯炔类药物的ADC的临床转化尚未实现，但是临床前研究报告了通过全合成与靶向CD70和间皮素的mAb偶联的UCM类似物。这些小分子通过在C8位置引入了乙二胺基团从而可以偶联具有活性巯基基团的不可酶切或可酶切的连接子（图5），仅在使用可酶切的连接子时才显示出有效的抗原特异性活性。另外一部分小分子通过C13羟基偶联了可酶切的连接子，并在体外和异种移植小鼠模型中显示出有效的抗原特异性活性。
最后作者指出，烯二炔天然产物作为ADC新型有效载荷具有来源丰富的独特优势，但是同时新型烯二炔天然产物的生物合成潜力尚未得到充分开发，还有许多尚待发现。发现新型烯二炔可能会从根本上促进其作为ADC有效载荷小分子的化学和生物学新见解的产生，并为癌症生物学和天然产物化学之间的交叉联系提供机会。现在我们在9元和10元烯二炔转化为ADC有效载荷方面取得的进展和基础性工作，很可能适用于尚未发现的烯二炔作为下一代ADC有效载荷小分子的开发。
Dr. Christoph Rader，1995年于University of Zurich获得博士学位。随后在Scripps Research, CA进行博士后研究并晋升为助理教授；2003年加入NCI, NIH作为Head of the Antibody Technology Section; 2012年至今在Scripps Research, FL担任教授，同时担任Associate Dean of Graduate School of Scripps Research.同时，Dr. Rader也是华人抗体协会旗下期刊《Antibody Therapeutics》的编辑委员会成员。Dr. Rader教授实验室长期致力于开发抗体相关的肿瘤治疗新方法和新的靶标的鉴定，工作主要集中在噬菌体展示技术筛选抗体、双特异性抗体、ADC、Antibody-siRNA Conjugates (ARC)和CAR-T。实验室主页：https://www.scripps.edu/rader/
Dr. Ben Shen, 1991年于Oregon State University获得博士学位。随后在University of Wisconsin-Madison进行博士后研究；并先后在University of California, Davis和University of Wisconsin-Madison担任助理教授、副教授和教授；2011年至今在Scripps Research, FL担任教授，同时担任Chair of Department of Chemistry。Dr.Shen教授实验室主要致力于研究微生物天然产物合成的机制及其调控研究，应用有机化学、生物化学和分子生物学技术研究微生物天然产物的化学结构、生物合成酶及基因，通过研究微生物天然产物合成的机制来发现和开发新药。实验室主页：https://www.scripps.edu/shen/
Ajeeth Adhikari是Dr. Rader和Dr. Shen的博士研究生，主要从事天然产物的药化、生物合成、以及相关ADC开发用于肿瘤治疗等方向的研究。
中文翻译：齐鲁青未了
审阅：李玉彬 彭海勇
编辑：商建宇
华人抗体协会旗下期刊，牛津大学出版社出版的Antibody Therapeutics正在组织“Antibody-targeted Cytotoxic agents-Immunotoxins and ADCs”专辑，客座编辑为美国国家癌症研究所的Antonella Antignani博士和David FitzGerald博士，欢迎ADC和免疫毒素领域的专家投稿（无出版费）。详情请访问：https://academic.oup.com/abt/pages/call-for-papers-antibody-targeted-cytotoxic-agents--immunotoxins-and-adcs。
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