Les anticorps conjugués en oncologie

274 | La Lettre du Cancérologue • Vol. XXI - n° 5 - mai 2012
MISE AU POINT
Les anticorps conjugués
en oncologie
Antibody drug conjugates in oncology
O. Trédan 1, 2, L. Reslan 2
1 Département de cancérologie
médicale, centre Léon-Bérard, Lyon.
2 CRCL Inserm 1052/CNRS 5286,
centre Léon-Bérard, Lyon.
M
algré les progrès signifi catifs réalisés dans
le développement des médicaments anti-
cancéreux, l’amélioration des indices théra-
peutiques de ces molécules reste nécessaire.
Les avancées dans l’ingénierie des anticorps et la
meilleure compréhension des mécanismes cellu-
laires donnent de nouvelles perspectives. Parmi
les applications les plus avancées, les anticorps
conjugués sont conçus pour délivrer, de manière
sélective, une puissante cytotoxicité à l’intérieur des
cellules tumorales exprimant l’antigène de surface
cible. Ils sont composés d’un ou plusieurs agents
cytotoxiques connectés à un anticorps monoclonal
(monoclonal Antibodies [mAb]) par une liaison cova-
lente stable.
Les premiers anticorps conjugués étaient composés
de mAb murins liés de façon covalente à des agents
cytotoxiques, tels que la doxorubicine, la vinblas-
tine et le méthotrexate. Ces anticorps conjugués
ont été évalués dans des essais cliniques précoces,
sans grand succès en raison de l’immunogénicité,
du manque de puissance et d’une sélectivité contre
les antigènes tumoraux insuffisante. Les leçons
tirées de ces premières explorations ont permis
d’optimiser la conception et les performances de
ces composés, et ont conduit à un regain d’intérêt
pour cette technologie.
Conception des anticorps
conjugués
Les 3 composants d’un anticorps conjugué sont
le mAb, l’agent cytotoxique et un agent de liaison
(“linker”) permettant une liaison covalente stable
entre les 2.
Un anticorps conjugué optimal combine les meilleures
caractéristiques de chacun de ses composants (1).
Anticorps monoclonaux
Produits par clonage, les mAb ont la spécificité
de reconnaître un antigène déterminé. Les mAb,
ayant un poids moléculaire moyen de 15 kDa, ont
été optimisés au fi l des années. Après les mAb d’ori-
gine murine, des mAb humanisés puis humains ont
vu le jour. L’humanisation des anticorps a permis de
diminuer l’immunogénicité des anticorps murins (2).
Conjugués à des agents cytotoxiques, les mAb
permettent le relargage sélectif de la toxine dans la
cellule cancéreuse. Outre la capacité à reconnaître la
cellule cancéreuse, les mAb sont dotés de propriétés
pharmacologiques : inhibition de la prolifération,
induction de l’apoptose ou activation d’effecteurs
cellulaires (Antibody-Dependent Cell-mediated
Cytotoxicity [ADCC]) ou sériques (Complement
Dependent Cytotoxicity [CDC]).
Certains antigènes sont exprimés par les cellules
cancéreuses mais peu − voire quasiment aucun − par
les cellules saines. Ils constituent des cibles poten-
tielles pour les mAb (1). Des études précliniques
montrent qu’une forte expression de l’antigène est
corrélée à une meilleure activité anticancéreuse (3).
D’autre part, la conjugaison de la toxine au mAb
ne doit pas altérer la forte affi nité pour l’antigène.
Ainsi, l’agent cytotoxique est souvent lié à au mAb
sur sa portion constante, qui n’interfère pas avec le
site de liaison de l’antigène.
Enfi n, l’effi cacité d’un anticorps conjugué est aussi
liée à une concentration intracellulaire effi cace de la
toxine libérée. En général, le nombre de complexes

La Lettre du Cancérologue • Vol. XXI - n° 5 - mai 2012 | 275
Points forts
» L’arrivée des anticorps monoclonaux a bouleversé le traitement du cancer. L’identification de nouvelles
cibles et les avancées dans l’ingénierie des anticorps ouvrent la voie à de nouvelles applications.
»
Les anticorps conjugués sont composés d’un anticorps monoclonal dirigé contre un antigène spécifique
et d’un agent cytotoxique, connectés par une liaison stable. Un anticorps conjugué optimal combine les
meilleures caractéristiques de chacun de ses composants.
»
Alors qu’un nouvel immunoconjugué, le brentuximab védotine, a récemment été approuvé pour le
traitement des lymphomes CD30+ réfractaires, un grand nombre d’anticorps conjugués est en cours de
développement, notamment dans le cancer du sein HER2-positif, où le trastuzumab emtansine (T-DM1) a
déjà obtenu des résultats prometteurs.
Mots-clés
Thérapie ciblée
Anticorps conjugués
Cancer
Cytotoxicité
Antigène
Highlights
» Despite significant prog-
ress in the development
of anticancer drugs, novel
compounds with improved
therapeutic indexes are still
needed. Advances in antibody
engineering and the under-
standing of cellular mecha-
nisms give new perspectives
in cancer treatment. Among
the most advanced applica-
tions, antibody-drug conjugates
(ADC) are designed to provide,
selectively, a potent cytotox-
icity in tumor cells expressing
surface antigen. ADCs are
composed of one or several
cytotoxic agents connected to
a monoclonal antibody through
a stable linker.
» Early ADCs were composed
of murine monoclonal anti-
bodies covalently linked to
anticancer drugs, such as doxo-
rubicin, vinblastine, and metho-
trexate. These conjugates were
evaluated in human clinical
trials but had limited success
due to immunogenicity, lack of
potency, and insuffi cient selec-
tivity. Lessons learned from
these early explorations led
to improvements in antibody
conjugate therapeutics and
hence to renewed interest in
this technology.
Keywords
Targeted therapy
Antibody-drug conjugates
Cancer
Cytotoxicity
Antigen
internalisés est inférieur au nombre de complexes
fi xés sur la cellule. L’internalisation de l’anticorps
est une étape primordiale (4).
Agents cytotoxiques
La puissance de l’agent cytotoxique est détermi-
nante pour l’effi cacité des anticorps conjugués.
La première génération d’anticorps conjugués
comportait des agents cytotoxiques approuvés dans
le traitement du cancer, comme la doxo rubicine,
le méthotrexate et le 5 fl uoro-uracile (5-FU). Mais
l’effi cacité de ces anticorps était limitée, en partie
du fait de la faible puissance des agents cyto-
toxiques (4). En effet, la concentration des anti-
corps conjugués retrouvée dans les tumeurs ciblées
représente 0,01 % de la dose injectée par gramme
de tumeur. Par conséquent, la cytotoxicité de l’anti-
corps conjugué doit être de 100 à 1 000 fois plus
élevée que celle des agents utilisés dans la chimio-
thérapie conventionnelle pour atteindre l’effi cacité
thérapeutique (4, 5).
Des cytotoxines beaucoup plus puissantes ont
récemment été testées, comme les maitansinoïdes,
les auristatines et la calichéamycine.
➤ Les maitansinoïdes sont des produits naturels de
structure macrocyclique. Leur mécanisme d’action
consiste à inhiber la polymérisation de la tubuline et
induire par la suite la mort cellulaire. Ils ont une puis-
sante cytotoxicité in vitro. Les anticorps conjugués
aux maitansinoïdes sont en cours de développement
clinique (6, 7).
➤ Les auristatines sont des analogues synthétiques
d’un pentapeptide cyclique. Cette famille de toxines
partage le mécanisme d’action des maitansinoïdes
dans la mort cellulaire. Des évaluations cliniques
des anticorps conjugués aux auristatines sont en
cours (8, 9).
➤ La troisième classe de toxine récemment
étudiée est celle dérivée de la calichéamycine (10).
Elle appartient à la classe des ènediynes, composés
naturels 4 000 fois plus cytotoxiques que la doxo-
rubicine. Cette famille est responsable du clivage
oxydatif de l’ADN, entraînant ainsi la mort
cellulaire.
D’autre part, le nombre des toxines liées au mAb est
critique dans l’optimisation de l’anticorps conjugué.
Les études montrent que 2 à 4 molécules de toxines
par anticorps semblent offrir l’effet thérapeutique
optimal (11). Un nombre plus élevé de toxines par
anticorps peut stimuler le système immunitaire,
puis provoquer leur élimination avant même qu’elles
atteignent leur cible.
Les agents cytotoxiques utilisés doivent être suffi -
samment hydrosolubles et stables dans les solu-
tions aqueuses et dans le plasma, car les anticorps
conjugués peuvent rester en circulation pendant
plusieurs jours. Enfi n, ces composés doivent avoir
un groupe fonctionnel approprié pour la conjugaison
avec l’agent de liaison sans être rapidement dégra-
dables par l’activité enzymatique lysosomale (12).
Il faut noter toutefois que certains mécanismes de
résistance s’appliquant aux chimiothérapies conven-
tionnelles, telles que les pompes d’effl ux ABC ou
les barrières physiopathologiques à la pénétration
intratumorale des molécules (13), sont également
susceptibles de réduire l’activité cytotoxique des
anticorps conjugués.
Agents de liaison
La séquence liant le mAb à la toxine doit être stable
dans la circulation sanguine, tout en permettant un
relargage rapide de la toxine après l’internalisation
du complexe dans la cellule cancéreuse. Plusieurs
types de séquences ont été testés dans les anticorps
conjugués. C’est probablement la partie clé dans la
conception des anticorps conjugués.
➤ Les hydrazones ont été les premières séquences
testées. Elles peuvent être hydrolysées dans les lyso-
somes, et sont relativement stables dans le sang à
un pH compris entre 7,3 et 7,5, mais peut-être pas
suffi samment pour maintenir l’agent cytotoxique
dans la circulation sanguine (14).
➤ Après l’échec des hydrazones, les séquences
disulfures ont été développées. Ce type de séquence
est suffi samment stable dans la circulation. Le relar-
gage de la toxine fait suite à un échange avec un
groupe thiol présent dans le milieu intracellulaire,
comme le glutathion. L’avantage de cette méthode
est que la concen tration du glutathion est bien plus

Figure 1. Les composants du trastuzumab emtansine (T-DM1), incluant la séquence de
liaison [N-maleimido méthyl] cyclohexane-1-carboxylate (MCC). En moyenne, 3,5 molé-
cules de DM1 sont conjuguées à la région constante (Fc) du trastuzumab.
O
O
S
O
O
OO
O
O
O
N
Me
Me
MeO
MeO
DM1 (dérivé de la maitansine) MCC (agent de liaison) Trastuzumab
OH
Cl
O
N
NN
H
N
H
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Les anticorps conjugués enoncologie
MISE AU POINT
élevée dans la cellule cancéreuse que dans la cellule
saine (15).
➤ Le dernier type de liaison est la séquence thio-
éther. Elle est stable dans la circulation. Elle libère
l’agent toxique, uniquement après internalisation,
par dégradation lysosomale (16).
Mode d’action des anticorps
conjugués
Grâce à son composant mAb, l’anticorps conjugué
se fixe spécifiquement sur des récepteurs de surface
des cellules tumorales, ce qui constitue la première
étape de son activité. Au-delà de ce rôle de vecteur
de ciblage, les mAb permettent le blocage de la
signalisation en aval du récepteur, ainsi que l’acti-
vation d’effecteurs cellulaires (ADCC) ou sériques
(CDC).
Internalisation
La fi xation de l’anticorps conjugué sur son antigène
est souvent suivie par l’internalisation du complexe
anticorps-antigène (fi gure 1). Les taux d’internali-
sation de l’anticorps conjugué et de l’anticorps non
conjugué ont été comparés. Les anticorps conjugués
sont internalisés suivant des taux similaires, voire
meilleurs dans certains cas, que leurs anticorps
respectifs non conjugués (17, 18).
Trois mécanismes d’internalisation ont été observés
avec les anticorps conjugués : l’endocytose médiée
par la clathrine, l’endocytose médiée par la cavéoline
et la pinocytose (19).
➤ L’endocytose par vésicules recouvertes de
cla thrine est une voie majeure d’internalisation des
anticorps conjugués dans les cellules cancéreuses.
La clathrine est présente dans le cytosol sous forme
de triskèles qui se polymérisent en cages formées
d’hexagones et de pentagones. L’initiation de la
formation de vésicules de clathrine requiert l’acti-
vation de l’antigène, ainsi que l’action concertée
de plusieurs dizaines de protéines. Une enzyme,
la dynamine, induit la fi ssion puis le détachement
des vésicules de clathrine de la membrane plasmique.
La vésicule poursuit alors son chemin vers les endo-
somes précoces.
➤ Les cavéoles, d’autres vésicules où la cavéoline
remplace la clathrine, participent également aux
phénomènes d’endocytose des anticorps conju-
gués. Cependant, les études montrent que, dans
la majorité des cas, l’endocytose par la cavéoline
n’induit pas l’activation de l’anticorps conjugué.
En effet, le matériel internalisé par les cavéoles
s’accumule dans le réticulum endoplasmique ou
l’appareil de Golgi (20). Dans ces compartiments,
aucune activité protéolytique ne permet de libérer
de toxine.
➤ À de fortes concentrations, les anticorps conju-
gués sont internalisés par un mécanisme indépen-
dant de l’antigène, la pinocytose. La pinocytose
implique la formation d’une vésicule qui absorbe
les anticorps conjugués dissous dans le milieu extra-
cellulaire. Dans le cas d’une pinocytose, la mort
cellulaire est induite par nécrose (21).
Relargage intracellulaire de l’agent
cytotoxique
Les analyses métaboliques des cellules cancéreuses
montrent que les anticorps conjugués internalisés
sont déchargés dans les endosomes et les lyso-
somes, où ils sont catalysés par les protéases. Les
toxines sont ainsi libérées à l’intérieur des cellules.
Ces toxines relarguées sont souvent liées à une
lysine, dans le cas des maitansinoïdes, et à une
cystéine, dans le cas des auristatines. Le mécanisme
du transport des toxines entre le compartiment
endosomal-lysosomal et le cytoplasme est encore
mal connu. La mort de la cellule cancéreuse dépend
surtout de la nature de la toxine. Elle est induite par
l’arrêt du cycle cellulaire ou par apoptose.

Figure 2. Internalisation de l’anticorps conjugué et libération de la toxine.
Antigène
cible
Anticorps conjugué
Toxines
Lysosome
Vésicules
de clathrine
La Lettre du Cancérologue • Vol. XXI - n° 5 - mai 2012 | 277
MISE AU POINT
Exemple d’anticorps conjugués
en cours de développement
clinique
Plusieurs anticorps conjugués sont en cours de
développement clinique. Dans les années 2000,
le gemtuzumab ozogamicine avait été mis sur le
marché pour le traitement des leucémies aiguës
myéloïdes, puis fi nalement retiré du marché en 2010
(pour absence de bénéfi ce sur la survie). En 2011,
c’est le brentuximab védotine qui a obtenu l’auto-
risation de la Food and Drug Administration. Il s’agit
d’une immunoglobuline G1 anti-CD30. Le CD30 est
une protéine de la superfamille des récepteurs du
TNF (Tumor Necrosis Factor) qui est notamment
exprimée dans les lymphomes hodgkiniens et les
lymphomes anaplasiques à grandes cellules. L’anti-
corps anti-CD30 est lié à 4 molécules d’un puissant
agent antimicrotubulaire : MMAE (monométhyl
auristatine E). L’effi cacité de cet anticorps conjugué
a été évaluée dans des essais de phase II dans des
lymphomes CD30+ en rechute. Les taux de réponse
étaient évalués entre 73 et 86 % (22).
Dans les cancers solides, l’exemple le plus éloquent
d’anticorps conjugué est le trastuzumab emtansine
(T-DM1). Il s’agit d’un agent ciblant HER2 et composé
d’une immunoglobuline G1 anti-HER2 (le trastu-
zumab), d’un agent de liaison stable thioéther et d’un
puissant agent antimicrotubulaire DM1 (dérivé de la
maitansine) [fi gure 2]. Dans les études précliniques,
le T-DM1 a démontré une activité supérieure à celles
de ses 2 composants (DM1 et trastuzumab) utilisés
séparément ou en association (sans conjugaison),
ainsi qu’une activité antitumorale dans des modèles
expérimentaux réfractaires au trastuzumab et au
lapatinib (23). La dose de T-DM1 retenue à l’issue de
la phase I dans les cancers du sein est de 3,6 mg/ kg
toutes les 3 semaines. Plusieurs études pharmaco-
cinétiques ont été réalisées avec ce composé, démon-
trant la faible exposition systémique au DM1, ainsi
que l’absence d’accumulation du produit au cours
des cycles répétés de traitement (23). Les études de
phases I et II évaluant le T-DM1 ont montré une acti-
vité clinique et un profi l de tolérance favorable. Chez
les patientes atteintes de cancers du sein métasta-
tiques avec surexpression de HER2, 3 essais de phase III
randomisés comparent le T-DM1 aux standards théra-
peutiques de première, deuxième ou troisième ligne et
plus (tableau). Les premiers résultats sont attendus
cette année au congrès de l’ASCO®. ■
Tableau. Études de phase III, actuellement en cours, testant le T-DM1.
Étude Schéma
EMILIA
NCT00829166 Phase III randomisée, multicentrique, en ouvert, évaluant l’effi cacité et la
tolérance du T-DM1 versus lapatinib+ capécitabine, chez des patientes ayant un
cancer du sein HER2-positif, localement avancé ou métastatique et traitées par
une thérapie à base de trastuzumab
MARIANNE
NCT01120184 Phase III randomisée, multicentrique, évaluant l’effi cacité et la tolérance de
l’association T-DM1 + pertuzumab ou placebo versus trastuzumab + taxane
(docétaxel ou paclitaxel) chez des patientes ayant un cancer du sein HER2
positif, localement avancé ou métastatique et non préalablement traitées
TH3RESA
NCT01419197 Phase III randomisée, multicentrique, en ouvert, évaluant l’effi cacité et la
tolérance du T-DM1 comparativement au traitement de choix de l’investigateur
chez des patientes ayant un cancer du sein HER2-positif métastatique et ayant
reçu au moins 2 lignes de traitement à base d’anti-HER2
1. Carter PJ, Senter PD. Antibody-drug conjugates for cancer
therapy. Cancer J 2008;14(3):154-69.
2. Reichert JM, Valge-Archer VE. Development trends for
monoclonal antibody cancer therapeutics. Nat Rev Drug
Discov 2007;6(5):349-56.
3. Law CL, Gordon KA, Toki BE et al. Lymphocyte activa-
tion antigen CD70 expressed by renal cell carcinoma is a
potential therapeutic target for anti-CD70 antibody-drug
conjugates. Cancer Res 2006;66(4):2328-37.
4. Chari RV. Targeted cancer therapy: conferring specifi city
to cytotoxic drugs. Acc Chem Res 2008;41(1):98-107.
5. Lambert JM. Drug-conjugated monoclonal antibodies
for the treatment of cancer. Curr Opin Pharmacol 2005;
5(5):543-9.
Références bibliographiques
Liens d’intérêts. O.Trédan déclare
avoir un lien d'intérêts avec Roche
(consultant).

278 | La Lettre du Cancérologue • Vol. XXI - n° 5 - mai 2012
MISE AU POINT
Les anticorps conjugués enoncologie
6. Tassone P, Gozzini A, Goldmacher V et al. In vitro and
in vivo activity of the maytansinoid immunoconjugate
huN901-N
2’
-deacetyl-N
2’
-(3-mercapto-1-oxopropyl)-
maytansine against CD56
+
multiple myeloma cells. Cancer
Res 2004;64(13):4629-36.
7. Henry MD, Wen S, Silva MD et al. A prostate-specifi c
membrane antigen-targeted monoclonal antibody-chemo-
therapeutic conjugate designed for the treatment of prostate
cancer. Cancer Res 2004;64(21):7995-8001.
8. Doronina SO, Toki BE, Torgov MY et al. Development of
potent monoclonal antibody auristatin conjugates for cancer
therapy. Nat Biotechnol 2003;21(7):778-84.
9. Doronina SO, Mendelsohn BA, Bovee TD et al. Enhanced
activity of monomethylauristatin F through monoclonal
antibody delivery: effects of linker technology on effi cacy
and toxicity. Bioconjug Chem 2006;17(1):114-24.
10. DiJoseph JF, Armellino DC, Boghaert ER et al. Antibody-
targeted chemotherapy with CMC-544: a CD22-targeted
immunoconjugate of calicheamicin for the treatment of
B-lymphoid malignancies. Blood 2004;103(5):1807-14.
11. Ducry L, Stump B. Antibody-drug conjugates: linking
cytotoxic payloads to monoclonal antibodies. Bioconjug
Chem 2010;21(1):5-13.
12. Teicher BA, Chari RV. Antibody conjugate therapeu-
tics: challenges and potential. Clin Cancer Res 2011;
17(20):6389-97.
13. Trédan O, Galmarini CM, Patel K, Tannock IF. Drug resis-
tance and the solid tumor microenvironment. J Natl Cancer
Inst 2007;99(19):1441-54.
14. Kaneko T, Willner D, Monkovic I et al. New hydrazone
derivatives of adriamycin and their immunoconjugates
− a correlation between acid stability and cytotoxicity.
Bioconjug Chem 1991;2(3):133-41.
15. Kigawa J, Minagawa Y, Kanamori Y et al. Glutathione
concentration may be a useful predictor of response to
second-line chemotherapy in patients with ovarian cancer.
Cancer 1998;82(4):697-702.
16. Erickson HK, Park PU, Widdison WC et al. Antibody-
maytansinoid conjugates are activated in targeted cancer
cells by lysosomal degradation and linker-dependent
intracellular processing. Cancer Res 2006;66(8):4426-33.
17. Sutherland MS, Sanderson RJ, Gordon KA et al. Lysosomal
traffi cking and cysteine protease metabolism confer target-
specifi c cytotoxicity by peptide-linked anti-CD30-auristatin
conjugates. J Biol Chem 2006;281(15):10540-7.
18. Smith LM, Nesterova A, Alley SC, Torgov MY, Carter
PJ. Potent cytotoxicity of an auristatin-containing anti-
body-drug conjugate targeting melanoma cells expres-
sing melanotransferrin/p97. Mol Cancer Ther 2006;5(6):
1474-82.
19. Kovtun YV, Goldmacher VS. Cell killing by antibody-drug
conjugates. Cancer Lett 2007;255(2):232-40.
20. Razani B, Woodman SE, Lisanti MP. Caveolae: from
cell biology to animal physiology. Pharmacol Rev 2002;
54(3):431-67.
21. Jedema I, Barge RM, van der Velden VH et al. Inter-
nalization and cell cycle-dependent killing of leukemic
cells by Gemtuzumab Ozogamicin: rationale for effi cacy
in CD33-negative malignancies with endocytic capacity.
Leukemia 2004;18(2):316-25.
22. Katz J, Janik JE, Younes A. Brentuximab vedotin (SGN-35).
Clin Cancer Res 2011;17(20):6428-36.
23. LoRusso PM, Weiss D, Guardino E, Girish S, Sliw-
kowski MX. Trastuzumab emtansine: a unique antibody-drug
conjugate in development for human epidermal growth
factor receptor 2-positive cancer. Clin Cancer Res 2011;
17(20):6437-47.
Références bibliographiques (suite de la p. 277)