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有济说 | 基于LC-MS平台的抗体偶联药物(ADC)的生物分析策略

抗体偶联药物Antibody-Drug Conjugate, ADC)因其独特的结构特性,兼具靶向精准性和强效细胞杀伤力,在肿瘤治疗领域展现出显著潜力。ADC通常由三部分组成[1]


  • 靶向抗体:特异性识别肿瘤相关抗原;

  • 细胞毒性载荷(Payload):具有强效杀伤作用的小分子毒素;

  • 连接子(Linker):连接抗体与载荷,调控药物释放。


由于其结构复杂性和多组分特性,ADC在体内可经历脱偶联、代谢转化及降解等过程,产生多种存在形式,包括:完整ADC、总抗体(含裸抗体)、偶联抗体(DAR ≥1)、游离Payload及其代谢物(如Payload-linker、Payload-linker-氨基酸复合物等)。全面表征各组分的体内暴露特征(浓度、形式、动态变化),对理解ADC的药效、毒性及稳定性至关重要。因此,建立稳定、灵敏且多组分整合的生物分析方法,已成为ADC研发的关键环节。


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图1. ADC药物的作用机理






一、ADC生物分析特点和方法选择


2024年3月FDA发布“Clinical Pharmacology Considerations for Antibody-Drug Conjugates Guidance for Industry”[2]指南,明确要求监测:


  1. 游离Payload及其药理活性代谢物;

  2. 完整ADC;

  3. 总抗体(含ADC与裸抗体);

  4. 药物-抗体比(Drug-to-Antibody Ratio, DAR)。


ADC兼具小分子(Payload)和大分子(抗体)的双重属性,其生物分析需采用多平台整合策略[3]。常用的分析方法包括配体结合分析(Ligand Binding Assay, LBA)LC-MS/MS法亲和捕获LC-MS/MS、以及亲和捕获LC-HRMS,具体选择取决于分析物类型:


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LC-MS/MS因其高特异性,通用性强,无需定制试剂,开发周期短等优势,正日益广泛应用到ADC多组分定量分析。本文将结合案例介绍基于LC-MS平台的ADC分析策略。






二、基于LC-MS平台的ADC分析策略


1.结合型Payload(conjugated payload)的检测

根据连接子类型,策略有所不同:

  • 可裂解连接子(如Val-Cit、Glu-Val-Lys):

在血液循环中相对稳定,但在靶点介导的内吞后,在肿瘤细胞溶酶体蛋白酶(如组织蛋白酶)或酸性环境下断裂,释放小分子毒素发挥药效。可采用磁珠免疫捕获ADC,加入特异性蛋白酶(如组织蛋白酶、木瓜蛋白酶等)裂解,LC-MS/MS定量分析释放的Payload。

  • 不可裂解连接子(如MC、SMCC):

不可裂解的连接子由抗蛋白酶降解的稳定结构构成,在胞外不会释放效应分子,需在胞内经溶酶体蛋白酶水解代谢后释放Payload-linker-氨基酸(如Lys-MC-DM1)。此时需要通过全面酶解或位点特异性酶解(如蛋白酶K,胰蛋白酶等),采用LC-MS/MS定量检测特征性代谢物作为替代分析物。

2.总抗及偶联抗体的检测

  • 总抗体:采用抗IgG抗体捕获所有抗体形式(DAR ≥0),酶解后检测恒定区替代肽段(如Fc区肽段)。
  • 偶联抗体(ADC):必须使用抗-Payload抗体进行特异性捕获,再酶解检测替代肽段,以确保仅定量DAR ≥1的分子。

对于ADC药物进行分析,捕获、分离、纯化是关键的步骤,捕获试剂必须选择抗药物抗体,将结合有Payload的抗体分子纯化提取出来,使用特异性的酶解方法选择特征的替代肽段进行LC-MS/MS的定量分析。

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图2. LC-MS方法进行ADC药物分析原理图例

3.游离Payload(free payload)的检测

ADC给药后在血浆或靶组织中释放小分子毒素,血浆中游离型小分子毒素会导致ADC的脱靶毒性,是ADC性能考察的重要组成部分。游离小分子毒素(或其相关代谢物)的分析与常规小分子药物的分析类似。

  • 前处理:蛋白沉淀(PPT)、液液萃取(LLE)及固相萃取(SPE)法;

  • 关键注意事项:

  1. 需要较高的检测灵敏度:由于ADC药物给药后小分子毒素的释放量有限,通常需要较高的检测灵敏度一般需要在pg/mL级别;
  2. 需要关注ADC或Payload相关成分对于游离小分子毒素检测的干扰,在方法开发和验证过程中进行考察;
  3. 防止样本处理过程中ADC释放额外Payload(冰上操作、加蛋白酶抑制剂、控pH);
  4. 排除源内裂解干扰,需要在方法开发时进行考察并对液相条件进行优化。

4.DAR值分析

采用高分辨质谱法(HRMS)测定ADC药物DAR值,一般步骤包括:

  • 免疫捕获:通常采用通用型免疫捕获试剂(如抗IgG抗体)进行免疫捕获;
  • 洗脱富集:将载体进行洗脱得到纯化的ADC及抗体蛋白,可直接进样分析或经过还原处理;
  • HRMS分析:不同DAR值的抗体有不同的分子量,采用高分辨质谱进行检测,可以获得样品中各成分的质荷比;
  • 去卷积分析:对HRMS检测获得的质荷比,经过软件分析得到不同成分的去卷积质谱;
  • DAR值计算:根据不同DAR值组分的质谱强度,归一化计算其平均DAR值。





三、基于LC-MS平台分析ADC的关键考量


基于LC-MS分析平台进行ADC药物的生物分析,方法开发前需明确以下要素:

  • 连接子的类型(可裂解vs.不可裂解);
  • Payload偶联位点(半胱氨酸vs.赖氨酸);
  • 是否有抗Payload抗体(决定能否用LBA);
  • PayloadPayload-linker是否为全新化学实体;
  • 替代肽段的选择:替代肽段需具备高特异性、高响应、无修饰干扰,可通过生物信息学工具(如Skyline)筛选。


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图3. 基于LC-MS平台进行ADC药物分析策略图[4]


结语

随着质谱技术的进步,LC-MS技术已成为ADC生物分析不可或缺的工具。有济医药已建立完善的LC-MS平台,成功完成多项ADC药物的分析,涵盖新型载荷、多样化连接子及不同类型抗体,可为ADC全生命周期研发提供全方位技术服务。


参考文献
[1]国家药品监督管理局(NMPA),抗体偶联药物非临床研究技术指导原则,2023年9月。
[2]FDA Guidance for Industry: Clinical Pharmacology Considerations for Antibody-Drug Conjugates Guidance for Industry. March, 2024
[3]Gorovits B. Bioanalysis of antibody-drug conjugates. Bioanalysis. 2015; 7(13).
[4]Ieki K, Fukuda S, Miyawaki S, Hirowatari K. Regulated bioanalysis of antibody-drug conjugates using LC-MS. Bioanalysis. 2025; 17(8).

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