ADC与点击化学

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引言

2022年诺贝尔化学奖的揭幕，将“点击化学”这一前沿技术推向公众视野。三位科学家的突破性工作，不仅革新了有机合成领域，更为癌症治疗开辟了新路径——抗体偶联药物（Antibody-Drug Conjugate, ADC）的研发因点击化学的赋能，正迈向更高精度与更低毒性的新纪元。

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什么是点击化学？

点击化学是一种高效、精准的分子合成技术，其核心思想是通过快速、高选择性的化学反应，像“拼乐高”一样将分子模块连接起来。该技术由诺贝尔化学奖得主Barry Sharpless于2001年提出，具有以下核心特点：

1. 高效性：反应在温和条件下即可快速完成，产率高达90%以上，副产物极少。

2. 模块化：通过标准化反应基团（如叠氮化物和炔烃），实现不同分子模块的灵活拼接。

3. 生物正交性：反应在活体环境中（如细胞、血液）也能安全进行，几乎不干扰正常生理过程。

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点击化学赋能ADC的三大核心优势

1. 精准靶向：告别“随机偶联”时代

早期ADC通过抗体自身赖氨酸或半胱氨酸随机偶联药物，导致药物-抗体比（DAR）不均，疗效波动明显。点击化学在抗体和药物上分别引入特定官能团（如叠氮化物与炔烃），实现“一对一”精准连接，DAR值可控性达96%以上。 

2. 超强稳定性：分子级的“铆钉技术”

点击化学反应（如CuAAC、SPAAC）形成的环状结构（如三唑环）具有化学惰性，抗酸抗酶能力显著提升。实验数据显示，基于SPAAC技术构建的ADC在血清中稳定存放3天仍保持95%以上完整性，远优于传统硫醚键。

3. 多元化应用场景：“模块化”药物设计

通过“点击-释放”策略定向激活药物，例如M1231双抗ADC使用IEDDA反应，将毒性载荷仅释放于HER2/HER3共表达肿瘤。双载荷ADC利用分支连接子搭载不同机制药物（如微管抑制剂+DNA损伤剂），通过一次点击反应实现双重抗肿瘤打击。 

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点击化学在ADC合成中的实际应用

点击化学在ADCs合成中的应用主要包括以下反应：

铜催化叠氮-炔烃环加成（CuAAC）

CuAAC是点击化学的核心反应，该反应利用Cu(I)催化叠氮与炔烃生成1,4-二取代三唑键，具有高产率、高选择性和温和条件等优势。在ADCs中，CuAAC常用于抗体与连接子（linker）或细胞毒素的偶联，例如通过叠氮化抗体与炔基化药物分子的结合。但铜离子的细胞毒性限制了其在活体系统中的应用。

应变促进叠氮-炔烃环加成（SPAAC）

SPAAC通过环辛炔的环张力降低活化能，无需金属催化剂即可高效反应，解决了CuAAC的生物相容性问题。已有研究通过SPAAC将LILRB4抗体与MMAF偶联，成功构建靶向白血病的高DAR（药物-抗体比）ADC，表现出靶向选择性和良好药效。

肟键形成（Oxime Ligation）

利用醛/酮与氨基氧基的缩合反应，偶联位点可控。例如，研究表明通过抗体的醛基修饰与氨基氧官能化的药物结合，可以形成肟键连接。尽管早期肟键因酸碱敏感性应用受限，但优化后的体系已显示出血清稳定性提升。

例

迈克尔加成（Michael Addition）

迈克尔加成反应是ADC合成中最核心的化学偶联策略之一，尤其在基于半胱氨酸的随机偶联技术中占据主导地位。该反应通过α,β-不饱和羰基化合物（如马来酰亚胺）与巯基的共轭加成，实现抗体与细胞毒素的高效偶联。

酰肼-异吡咯烷-斯佩格勒连接（HIPS）

通过醛基与酰肼的缩合生成稳定的C-C键。例如，使用甲酰甘氨酸生成酶在抗体引入醛基，随后与含有异吡咯烷的载药接头反应，生成特异性ADC。实验显示该连接方式的HIPS-ADC体外活性与已获批ADC相当，并在动物模型中抑制肿瘤生长。

狄尔斯-阿尔德反应（Diels-Alder, DA）

正向DA反应：通过双烯体（如环戊二烯）与亲双烯体（如马来酰亚胺）的环加成，实现温和条件下的稳定偶联。研究证明该反应制备的ADC在血清中稳定性优于传统硫醇-马来酰亚胺连接。

逆向电子需求DA（IEDDA）：采用四嗪与环辛烯类化合物快速反应（速率达10³–10⁶ M⁻¹s⁻¹），适用于活体环境。例如，抗体搭载环辛烯后通过IEDDA与四嗪修饰的载药MMAE连接，显著提升偶联效率及靶向性。

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突破与挑战：点击化学的未竟之路

1. 体内反应效率的优化
尽管体外实验显示点击反应高效，但活体环境中的复杂因素（如血流量、渗透压）可能降低偶联效率。解决方案包括开发更活泼的环辛炔衍生物（如DIBAC）。

2. 连接子稳定性的平衡
过度稳定的连接子可能导致药物无法释放，而过于活跃的连接子易在血液中分解。新型“双响应”连接子（如同时响应pH和酶）正在临床试验中验证。

3. 规模化生产的成本控制
无铜点击试剂（如DBCO）价格高昂，限制工业化应用。合成生物学技术的进步（如微生物发酵生产环辛炔）有望降低成本。

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结语

从实验室到临床，点击化学正推动ADC从“粗放型”向“精准型”跨越。目前，全球已有超过20款点击化学衍生ADC进入临床，涵盖乳腺癌、淋巴瘤、实体瘤等适应症。未来，随着生物正交工具的迭代与跨学科合作（如AI辅助连接子设计），点击化学有望彻底改写癌症治疗格局，为患者带来更高生存质量与更长生存期。

参考文献：

1.Click chemistry in the synthesis of antibody-drug conjugates. Bioorg Chem.2024 Feb:143:106982.