Part1 问题的提出

据统计，2022 年中国恶性肿瘤发病情况新发病例 482.47 万，世标发病率 201.61/10 万，总死亡人数257.42 万，世标死亡率 96.47/10 万^[1]。鉴于如此庞大的癌症发病率和死亡人数，开发能够改善肿瘤治疗现状、延长患者生存期的新型药物愈显迫切。虽然化疗仍是癌症治疗中常用策略，但由于其靶向性不足，传统的化疗药物不仅对癌细胞表现出强烈的细胞毒性，还对健康组织也表现出毒性作用，显著限制了其临床效果。随着精准治疗的分子时代到来，越来越多创新靶向药物被研发出来，“靶向 + 杀伤”协同治疗因其可控的疗效和安全性受到越来越多药企瞩目。在此思路指引下，抗体药物偶联物 ADCs（antibody-drugconjugates）被构想并发展壮大起来。

抗 体 偶 联 药 物 是 由 靶 向 特 异 性 抗 原 的 抗 体（antibody）或抗体片段与有效载荷药物（payload）之间通过连接子（linker）偶联而成的创新药物。与传统抗体药物、化疗药物相比，ADC 兼具传统小分子药物强效作用及抗体药物的靶向性，发挥协同作用，以降低全身毒性并更有选择性地将有效载荷递送至肿瘤细胞、肿瘤微环境或其他靶点目标。确切地讲，ADC 是一种前药（prodrug），它要释放药物（payload）才能起效，它的优点是让“子弹如同有了魔力指哪打哪”。ADC 将具有抗癌活性的小分子药物连接在抗体上，像“生物导弹”一样，抗体作为载体“导航”将小分子药物精准运输到目标位置，让 ADC 药物靠近和或进入肿瘤细胞、肿瘤组织等，然后连接子断开释放“弹头”payload，连接子如同“安全带”绑定，在导航出错“误导”时也不过早释放“减少误伤”。从近年的全球药物销售榜单来看，抗体偶联药物发展极其迅猛，表现出良好的市场前景 ；如当前 ADC 明星产品——德曲妥珠单抗（Famtrastuzumab deruxtecan-nxki）， 俗 称 DS-8201， 是 人表皮生长因子受体 HER2（Human epidermal growthfactor receptor-2）抗体与德卢替康（Deruxtecan）的偶联药物，于 2019 年上市，与传统药物相比疗效显著提高，2024 年销售额约 37 亿美金，预计 2026 年全球销售额将超过 75 亿美金^[2]。

ADC 因其分子结构相对传统药物复杂很多，其生产工艺也非常繁琐，涉及到裸抗、连接子、有效载荷的各自生产制备及偶联生产等。ADC 的制造主要包括抗体制备、有效载荷、连接子或有效载荷 - 连接子制备（LP，linker-payload）、ADC 原液制备及制剂成品制备等过程。当前，我国许多“头部”药企产品管线覆盖到了 ADC 这个“高潜赛道”，新建了若干中试或商业化大生产车间厂房，考虑到 ADC 结构特点、生产工艺的复杂性，本文从 ADC 药物的结构特点、生产工艺要求等入手，主要分析关注 ADC 药物偶联车间的设计难点痛点，包括工艺布局、空调暖通、环境洁净度、空气压差等设计分析，提出相应的解决方案。

Part2 问题的分析

2.1抗体偶联药物的结构等特点

ADC 药物的结构可以示意为“大分子抗体 + 连接子 + 小分子活性药物”。ADC 组成之一的裸抗是靶向特异性抗原的抗体或抗体片段，如单克隆抗体（包括单抗、双特异性抗体或多特异性抗体、纳米抗体等）、抗体融合蛋白、抗体片段等。

抗体是免疫系统在抗原的刺激下，由 B 淋巴细胞增殖分化成浆细胞产生的、可与相应抗原发生特异性结合并介导免疫效应的球蛋白，主要存在于血清、体液中，是介导体液免疫的重要免疫分子。所有抗体的化学基础是免疫球蛋白 Ig（Immunoglobulin），但免疫球蛋白并不都具有抗体活性。

抗体的基本结构通常由两条重链 H 链（Heavy chain）和两条轻链 L 链（Light chain），通过链间和链内二硫键连接，基本结构呈“Y”字形（也称“品”字形）的四条肽链主链结构，并在局部有寡糖等侧链的免疫球蛋白。天然免疫球蛋白两条主链和两条支链通常各自相同，根据重链结构和抗原性的差异可分为 5 类（IgG，IgA，IgM，IgD，IgE），同一类 Ig 根据其铰链区氨基酸组成和重链间二硫键的数目位置的不同又细分为不同的亚类。IgA 与 IgM 作为二聚体与五聚体的免疫球蛋白，分子量大，渗透能力弱，又因为 IgD 具有循环不稳定性以及 IgE 在人体内分布稀少，只有 IgG 兼顾有适中的分子量和数量，这使其具有一定的肿瘤渗透能力，又具有较长的半衰期，保证了其在人体循环中的稳定，因此，通常选用 IgG 作为构建 ADC 药物的抗体。IgG 是人体内最主要的抗体，具有抗病毒、中和病毒、抗菌及免疫调节的功能，是免疫反应的最重要的物质基础 ；IgG 分为 4 个亚类 ：IgG1、IgG2、IgG3、IgG4，其中 IgG1半衰期相对更长、诱导 ADCC（抗体依赖性的细胞介导的细胞毒作用，antibody-dependent cell-mediatedcytotoxicity）和 CDC 更有效（补体依赖的细胞毒性作 用，complement-dependent cytotoxicity）。 目 前 全球上市的 18 款 ADC，其中仅有两款 ADC 采用 IgG4亚型抗体，其他均为 IgG1 亚型抗体^[3]。

IgG1 是血清中含量最多的一种亚型，其在体内半衰期较长、能够在杂交瘤细胞中高表达并可用高效、经济的方式进行纯化制备，同时具有较高的稳定性，是一种比较理想的可工业化生产的抗体。IgG1单体分子量约 150 kDa，其重链是 γ1 型，单条重链含约 455 个氨基酸残基，分子量 50 kDa，链内按功能可分为若干区（Regions）也称结构域（Domains），从 N 端开始依次分为 ：VH 可变区（Variable）、CH1恒定区（Constant）、CH2 区、CH3 区 ；IgG1 单条轻链含约 220 个氨基酸残基，分子量为 23 kDa，从 N端依次可分为 ：VL 区、VH 区。IgG1 共有 12 个结构域，每个域内有 1 个链内二硫键连接。IgG1 两条重链在 CH1 和 CH2 功能区之间通过 2 个链间二硫键连接形成铰链区（Hinge）。重链和轻链的可变区域VH 和 VL 根据内部氨基酸组成和排列顺序变化情况又进一步细分为互补决定区 CDR（Complementarity determining region） 和 骨 架 区，VH 和 VL 内 各 3个 CDR 共 同 组 成 了 Ig 的 抗 原 结 合 部 位（Antigen binding site）。

在一定条件下，抗体分子肽链的某些部位可被蛋白酶水解成各种片段，例如木瓜蛋白酶可在 IgG重链铰链区链间二硫键近氨基端处将其裂解为 3 个片段，“Y 形”抗体裂解的的铰链区上部 2 个“叶子”片段称为抗原结合片段 Fab（fragment antigenbinding），下部“茎柄”称为可结晶片段 Fc（fragment crystallizable）。每个 Fab 段由一个完整的轻链和部分重链（VH 和 CH1）组成，该片段有抗原结合活性 ；Fc 段由铰链区链间二硫键连接的两条重链的 CH2 和CH3 功能区组成，此段无抗原结合活性 ；抗体的有效性不仅依赖于 Fab 段的抗原结合能力，还与其 Fc段与 Fc 受体的相互作用密切相关。单克隆抗体 mAb（monoclonal antibody）简称单抗，是仅由同一种类型的免疫细胞制造出来的抗体，相对于多克隆抗体（由多种类型的 B 细胞所制造出来的一种抗体），其分子设计模仿身体免疫系统自然产生的抗体，通过与肿瘤特异性抗原 TSA（tumor-specific antigen）等结合从而对癌细胞作出特有的影响。

ADC 中的抗体，根据是否含有 Fc 段，可分为带 Fc 的和不带 Fc 的抗体（片段），根据其两条重链（轻链）是否相同，可分为对称结构的和不对称结构的抗体（片段）。双特异性抗体 BsAb（bispecific antibody）简称“双抗”属于不对称结构的抗体，是指一个抗体分子同时靶向两个不同抗原或者靶向一个抗原的两个不同的抗原表位 ；肿瘤异质性和耐药性通常限制针对单一靶点治疗的抗肿瘤活性，双特异性抗体与普通抗体相比增加了一个特异性抗原结合位点，因而与普通抗体相比，通常特异性更强、更能准确靶向肿瘤 ；同理，也可设计开发出多特异性抗体MsAb（multispecific antibody）。ADC 药物兼具化药的杀伤力和抗体药的靶向抗癌定位能力，ADC 药物的理想抗体选用，抗体的抗原识别位点应在肿瘤细胞中高表达，在正常细胞中很少表达或不表达，即此抗体能与癌细胞抗原结合具有高识别性、高亲和性，且尽量完全人类或人源化具有低免疫原性，长半衰期。与单抗 ADC 相比，双抗 ADC（或多抗 ADC）通常对肿瘤细胞有更强的结合、内化效率和杀伤作用。

有效载荷是 ADC 到达肿瘤细胞、肿瘤微环境或其他靶细胞后发挥作用的小分子药物，目前最常见的是小分子细胞毒药物（cyto-toxin）；在 ADC 产品中，小分子指与裸抗连接的连接子、有效载荷或有效载荷-连接子，如裸抗首先与连接子反应后，进一步与有效载荷进行偶联反应形成 ADC 原液，则连接子、有效载荷均为小分子 ；若首先合成有效载荷 - 连接子复合物，然后进一步与裸抗偶联反应获得 ADC 原液，则有效载荷 - 连接子可称为小分子[4]。传统的 ADC 载荷大多选择药理作用强但毒性副作用也较大的小分子毒素，而新型载荷倾向于选择药理作用和毒性副作用适中的小分子，如依喜替康衍生物 DXd（Exatecan derivative）；传统的 ADC 载荷主要有 DNA 拓扑异构酶抑制剂、微管蛋白抑制剂等类型，而新型 ADC 载荷具有更丰富的靶标类型、更多的选择和与传统载荷不同的机制 ；传统 ADC 小分子载荷的结构通常复杂且难以合成，新型 ADC 载荷倾向于选择结构简单、分子量低的小分子，大大降低了合成难度并扩大了ADC 载荷的应用市场 ；传统的 ADC 通常连接单一类型的小分子化合物载荷，而新型 ADC 可以将不同类型的载荷结合起来 ；ADC 药物中，抗体所连接有效载荷（药物）数量的平均值称为药物抗体比 DAR（drug-to-antibody ratio），为了发挥多种药物的协同抗癌治疗作用，传统的单种药物的 ADC 发展出双种载荷 ADC，也称双药 ADC（dual-payload），同理也可进一步设计出多种载荷 ADC，提高 ADC 药物的抗癌活性，降低耐药性。

连接子作为大分子 antibody 和小分子 payload 之间的“接头”，良好的“接头技术”——连接位点选择和连接子形式，决定了抗体偶联药物能否“把握时机”发挥疗效，即在非靶点位绝不提前断裂释放药物，而到达靶点后能及时断裂释放药物。目前，偶联位点从早期传统的随机偶联（也称非定点偶联），发展为更加稳定均一重现、更加安全有效质量受控的定点偶联，将特定载荷药物偶联到抗体分子中特定的位置，从而制备均一度高、稳定性好、具有更好活性和药代学特性的 ADC。ADC 连接子大致分为非可裂（non-cleavable linker）和可裂（cleavable linker），两种连接子均要求在血液循环中保持稳定，在结合TSA 前保持偶联物的无活性、无毒性状态 ；非可裂解连接子需要在 ADC 进入癌细胞内化后通过溶酶体降解才能释放有效载荷，通常用于内化 ADC，缺点是抗癌旁观者效应（bystander killing effect）较差 ；可裂解连接子在肿瘤细胞外的微环境中通过特定酶进行裂解释放有效载荷，通常用于非内化 ADC（non-internalizing）。

2.2ADC 偶联车间的生产工艺技术特点

ADC 药物结构的复杂性导致其生产工艺的高度定制化、制备流程较为繁琐，整体工艺通常分为 ：裸抗生产、细胞毒药物生产、连接子生产、“细胞毒药物 + 连接子”生产、ADC 原液偶联及纯化、制剂生产等工序。ADC 药物从原料到制剂的整个上下游生产涉及的原辅料、中间产品太广，既有大分子生物药的生产，又有小分子化药的生产，很难由同一家药厂“上下游通吃”，更难由同一家药厂在同一块厂区内全部实现生产，ADC 的生产通常会涉及多家药厂、多个厂区的“跨药企跨地区的分工协作”，常有“委托生产”、“分段生产”等生产监管模式，这样可以让药企专注做好有核心竞争力的产品，利用全国（全球）药厂资源赋能企业，但需特别注意应将各段（裸抗、小分子、ADC 原液和 ADC 制剂）生产作为一个整体，综合考虑整体生产工艺的质量风险控制。

抗体偶联药物原液的生产通常包括抗体结构修饰、偶联反应、纯化以及原液制备等步骤 ；根据分子设计和偶联技术的不同、有些 ADC 包括以上所有步骤，有些则仅包含偶联反应和后续操作 ；生产全过程应注意控制微生物污染（如细菌内毒素等）；抗体结构修饰的目的是在抗体上引入可用于偶联反应的活性基团 ；偶联反应是将有效载荷或有效载荷 - 连接子与修饰后抗体上的活性基团反应并生成 ADC 分子的过程，与抗体结构修饰的过程要求一致，应考察反应体系中各种影响因素，如投料比例、反应液 pH 值、温度、反应时间以及有机助溶剂的种类和浓度等条件对产品质量的影响，制定合理的工艺参数控制范围，并根据需要设定中间控制策略 ；ADC 纯化主要目的是去除工艺相关杂质和产品相关杂质^[5]。

[1] 参考文献[1] 国家癌症中心发布 2022 年中国恶性肿瘤疾病负担数据 [EB/OL]. https://www.medsci.cn/article/show_article.do?id=6c5c8120 e3b8

[2] 首 个 百 亿 美 金 ADC 快 要 出 现 了 [EB/OL]. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1830104352490686013&wfr=spider&for=pc

[3] 抗 体 偶 联 药 物 的 抗 体 IgG 亚 型 的 选 择 [EB/OL]. https://mp.weixin.qq.com/s/ZNb_HdwwN9dg4s6T0X4q_A

[4] 抗体偶联药物药学研究与评价技术指导原则 -2024[EB/OL]. http://www.cjpi.org.cn/zryyxxw/zxdt/webinfo/2024/03/1708466965441712.htm

[5] 国家药典委员会 . 中华人民共和国药典 2025 年版三部 [M]. 北京 ：中国医药科技出版社， 2025.

[6] 中华人民共和国卫生部，药品生产质量管理规范 [Z]. 2011.