抗体偶联药物（ADC）进入体内后，抗体部分与肿瘤细胞表面的靶向抗原结合 ，肿瘤细胞会将 ADC 分子内吞。其中一部分能够与内体中的 Fc 受体结合，从而一部分 ADC 被转运到细胞表面并通过FcRn介导的转胞吞作用释放到胞外，而其他ADC-抗原复合物则进入溶酶体，溶酶体中的酶或者酸性环境可降解ADC，从而释放出有细胞毒性的化学药物，破坏 DNA 或阻止肿瘤细胞分裂，起到杀死肿瘤细胞的作用。

ADC结构的任一组分发生异常或在周期性治疗压力下都会导致耐药性的产生。ADC的耐药机制可能包括：ADC暴露压力过大；靶点抗原下调、缺失或抗原基因突变；内化途径的缺失；溶酶体蛋白水解功能降低；溶酶体转运蛋白突变；细胞周期停滞；药物外排转运蛋白表达异常；下游信号通路被激活；凋亡失调等等。

多次暴露ADC会诱导肿瘤细胞产生耐受。例如：多次暴露于抗HER2的Trastuzumab-emtansine(T-DM1)，会使HER2阳性乳腺癌细胞系对T-DM1产生抗性。这也是目前构建ADC耐药小鼠模型的常规实验手段。

矛盾的是，高抗原表达也可能会降低 ADC 的有效性。这种情况主要发生在Gemtuzumab ozogamicin(Mylotarg®)，外周血中高 CD33 抗原负荷是一个独立的不良预后因素，Gemtuzumab 静脉输注导致外周血中CD33 完全饱和，与相应外周血样本中的 CD33 饱和度（>90%）相比，骨髓中的 CD33 饱和度显著降低（40-90%）。显然，血液中的高 CD33 抗原负荷会消耗吉妥珠单抗，从而限制其渗透到骨髓中。这可能也是Gemtuzumab ozogamicin仅在大约 30% 的复发性 AML 患者中诱导缓解的原因。

抗原胞外域的截断或细胞外基质成分的掩蔽可能与 HER2对曲妥珠单抗的耐药机制有关。过表达 HER2 的肿瘤亚组也表达 p95HER2，这是一种具有激酶活性的氨基末端截短受体。在 46 名接受曲妥珠单抗治疗的 HER2 过表达晚期乳腺肿瘤患者的样本中，通过免疫荧光评估 p95HER2 的表达。显示了 p95HER2与曲妥珠单抗耐药性直接相关（ P = .029，使用双边卡方检验计算）。

抗原配体的存在可能影响对ADC的敏感性。研究表明，促进 HER2 与 HER3 和 HER4 异二聚化的配体（如神经调节蛋白NRG-1β）会削弱 T-DM1 的功效。NRG-1β 对HER2 扩增的乳腺癌细胞系中 T-DM1 活性的影响（如下图）。A、BT-474、SK-BR-3 和ZR-75-30：NRG-1β (2 nmol/L)几乎完全抑制 T-DM1活动（左）。右图显示 NRG-1β 对 T-DM1 活性的剂量依赖性降低。

抗体与靶点结合后被内吞到细胞中。内吞作用可以通过不同的内化途径发生，例如网格蛋白介导 (CME)、小窝蛋白介导和网格蛋白-小窝蛋白非依赖性内吞作用。据报道，CME 是各种 ADC 采用的中心路线。

ADC需要到达溶酶体，然后细胞毒剂通过化学或酶促切割释放。在长期暴露于药物而对 T-DM1 产生抗药性的细胞中，已观察到T-DM1在溶酶体积累。在这些细胞中，药物到达溶酶体区室，但蛋白水解活性低于敏感细胞中的蛋白水解活性。这种缺陷是由于溶酶体 pH 值升高，这反过来又抑制了溶酶体蛋白水解酶活性。

对 ADC 耐药的另一种机制与细胞毒剂从溶酶体腔转运到细胞质有关。这与不可切割接头的 ADC 具有相关性，ADC的分解代谢会释放连接在氨基酸残基上的接头-细胞毒剂。溶酶体膜对这些分解代谢物是不可渗透的，需要运输机制将它们从溶酶体腔运输到胞质中。     

由于ATP 结合盒式转运蛋白(ABC)的过度表达，药物从细胞中排出，抑制了抗癌剂的细胞毒性作用，这是人类恶性肿瘤多药耐药 (MDR) 的主要原因。这些药物外排泵也可能导致对 ADC 的耐药性，因为许多细胞毒剂是 ABC 转运蛋白的底物。

细胞周期蛋白 B是一种参与 G2-M 转变的细胞周期蛋白，细胞周期蛋白 B 的沉默导致对药物的耐药性。有研究观察到，在对T-DM1 敏感的 HER2 + 乳腺癌细胞中，该药物导致细胞周期蛋白 B 的增加，而在对 T-DM1 产生抗性的细胞中没有观察到这种增加。有研究者用针对细胞周期蛋白B1 mRNA的siRNA转染细胞系，发现细胞周期蛋白B1水平显著低于sicontrol；通过测定细胞活力发现沉默细胞周期蛋白B在三个亲本细胞系中诱导了对 T-DM1 的显著抗性(图A）。

激活的 PI3K/AKT 信号传导可能会产生ADC抗性。AKT小分子变构抑制剂 MK-2206使耐药细胞对gemtuzumab ozogamicin（GO）或游离加利车霉素变敏感。一项临床研究目前正在探索 T-DM1 与 PI3K 抑制剂组合的安全性和早期疗效迹象（NCT02038010）

凋亡情况的变化也可能调节对 ADC 的敏感性。抗凋亡蛋白 BCL-2 和 BCL-X 的过表达与gemtuzumab ozogamicin（GO）抗性有关，有研究表明PK11195 可以增加表达抗凋亡蛋白和药物转运蛋白的 AML 细胞中的 GO 细胞毒性。并发现 PK11195 可以在小鼠模型中安全地增加 GO 的抗白血病活性；另外，Oblimersen 选择性靶向 Bcl-2 mRNA，在临床前研究中显示可增强各种抗白血病药物（包括GO）的凋亡活性；在 NHL 细胞系中，Dornan 及其同事发现 BCL-XL 的表达水平与抗 CD79b-缬氨酸-瓜氨酸-MMAE 敏感性降低相关。体内数据显示，BCL-2 家族抑制剂 ABT-263 增强了 ADC 的活性。