季雙敏¹，朱校²

¹國家食品藥品監(jiān)督管理總局藥品審評中心,，北京100022,；

²新西蘭奧塔哥大學(xué)藥學(xué)院，達(dá)尼丁9016

摘要：近年來,，國內(nèi)外諸多企業(yè)正在積極地進(jìn)行單克隆抗體藥物的研發(fā)和申報,。作為一種大分子蛋白藥物，單克隆抗體因其特殊的結(jié)構(gòu)和生理性質(zhì),，在體內(nèi)的吸收,、分布、代謝及排泄與小分子藥物相比均存在較大差異,。單抗具有的靶點(diǎn)介導(dǎo)的藥物處置,、非線性藥動．代謝、時間依賴性,、較長的半衰期等獨(dú)特的藥代動力學(xué)特征,，使得其在藥物研發(fā)過程中存在了一系列的挑戰(zhàn)。合理的應(yīng)用模型和仿真技術(shù)可幫助研究者充分發(fā)掘數(shù)據(jù)信息,、預(yù)測臨床試驗(yàn)結(jié)果,、指導(dǎo)臨床試驗(yàn)設(shè)計以及優(yōu)化給藥方案等，其中靶點(diǎn)介導(dǎo)的藥物處置模型在單抗藥物研發(fā)中的應(yīng)用目前已有一些探索,。本文將通過對單抗藥物藥動學(xué)特征的介紹,，探討靶點(diǎn)介導(dǎo)的藥物處置模型在單抗藥物研發(fā)中應(yīng)用的可行性和必要性，以期幫助研究者科學(xué),、高效地進(jìn)行單抗類藥物的研發(fā),。

關(guān)鍵詞：單克隆抗體,；藥代動力學(xué)；靶點(diǎn)介導(dǎo)的藥物處置

    近年來,，隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，患者對于臨床用藥的需求在日益增加,，同時,，醫(yī)藥政策的改革也為新藥研發(fā)營造了良好環(huán)境。單克隆抗體研發(fā)在中國正值勃興之際,，特別是腫瘤免疫治療領(lǐng)域的突破,，掀起了新一輪腫瘤免疫檢查點(diǎn)抑制劑研發(fā)的熱潮。截至2017年10月,，已有112項(xiàng)單克隆抗體藥物的臨床試驗(yàn)在我國“藥物臨床試驗(yàn)登記與信息平臺”上進(jìn)行了登記^[1],。因此，深入了解單抗藥代動力學(xué)特征及新技術(shù)在單抗研發(fā)中的應(yīng)用,，對于促進(jìn)我國單抗藥物研發(fā)進(jìn)程具有廣泛的意義,。

    單克隆抗體是B細(xì)胞產(chǎn)生的一種免疫球蛋白(Ig)，分為IgA,，IgD,，IgE，IgG和IgM五大類,。目前已批準(zhǔn)上市的所有治療性單抗均為IgG類,。IgG包括IgG1、IgG2,、IgG3和IgG4四大類,，均具有較大的相對分子質(zhì)量，約為150 000,。單克隆抗體對應(yīng)的靶點(diǎn)既可以是位于細(xì)胞膜表面的,，也可以是游離的^[2]。目前已開發(fā)的單克隆抗體根據(jù)其人源化程度的不同可分為四大類,，不同人源化程度的單抗,，有著不同的生理特性，并具有不同的藥動學(xué)特征^[3],。

2004年3月,，F(xiàn)DA推出“關(guān)鍵路徑計劃”，2017年,，“在FDA計劃如何幫助消費(fèi)者獲益于科學(xué)的進(jìn)步”中特別指出了采用模型化技術(shù)的方法推動新藥研發(fā)^[4-5],。在單克隆抗體的代謝中，其與靶點(diǎn)結(jié)合形成單抗靶點(diǎn)復(fù)合物進(jìn)行消除是單抗代謝的重要特征之一,。1993年,，Gerhard Levy首先提出了靶點(diǎn)介導(dǎo)的藥物處置(target mediated drug disposition,，TMDD)理論^[6]。TMDD模型應(yīng)用房室模型的方法描述單抗線性消除和分布特征,，并通過與靶點(diǎn)的結(jié)合和解離常數(shù)描述單抗的非線性特征部分,。與采用典型的米氏( Michaelis-Menten)方式描述非線性特征相較，TMDD模型描述了抗體與靶點(diǎn)的相互作用,，幫助我們更加理解其機(jī)制,，并更好地運(yùn)用已往研究得到的靶點(diǎn)研究結(jié)果。

單克隆抗體在體內(nèi)的吸收,、分布,、代謝及排泄的過程中與小分子藥物相比均存在較大差異，具有非線性代謝,、TMDD,、較長的半衰期等藥代動力學(xué)特征，用藥過程中可能產(chǎn)生的抗藥物抗體( anti-drug antibodies,，ADAs)也會加速單克隆抗體的消除,，使得單抗藥物的研發(fā)過程中存在了一系列的挑戰(zhàn)。本文將首先簡介單抗與小分子藥物的代謝特征的差異,，并簡述TMDD模型技術(shù)在單抗類藥物研發(fā)中應(yīng)用的重要性,。

按照單克隆抗體的人源化程度，單克隆抗體可以分為四類：鼠源性單克隆抗體,、嵌合性單克隆抗體,、人源化單克隆抗體和全人源單克隆抗體。單克隆抗體英文名的尾綴指代了其人源化程度：-momab/monab對應(yīng)鼠源性單抗,；-ximab對應(yīng)嵌合性單抗,；-zumab對應(yīng)人源化單抗；-umab對應(yīng)全人源單抗,。例如,，muromonab作為第一個獲批的單抗，為鼠源性的,。cetuximab是嵌合性單抗,，certol-izumab是人源化單抗，目前處于業(yè)內(nèi)熱點(diǎn)的mv-olumab則是全人源單抗,。不同人源化程度的單抗,，有著不同的生理特性，對應(yīng)著不同的藥動學(xué)特征^[3],。一般情況下,，隨著人源化程度的增加，單抗半衰期加長，免疫原性減弱,。最新的研究發(fā)現(xiàn),，一些嵌合性單抗的免疫原性弱于全人源化單抗。

因單克隆抗體特殊的結(jié)構(gòu)和生理性質(zhì),，其藥動學(xué)特征與常見的小分子藥物均存在較大的差異,，以下將從吸收、分布及代謝消除的角度逐一進(jìn)行闡述,。

1.1  吸收 對于相對分子質(zhì)量較小的大多數(shù)小分子藥物(<>給藥途徑,。但單克隆抗體因其超大的相對分子質(zhì)量(~150 000)和親水性，口服易受到胃腸道酶的降解,，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，口服給藥可行性較小,，通常情況下,，單克隆抗體的口服生物利用度不超過1%^[7]。目前已上市藥物的給藥方式均為腸道外給藥,，主要采用靜脈注射（滴注或推注）的方式,，給藥后藥物快速到達(dá)全身各部位。也可采用皮下或肌肉注射,，由于單抗藥物相對分子質(zhì)量較大,，難以通過血管擴(kuò)散作用進(jìn)行吸收，目前的研究認(rèn)為皮下或肌肉注射后單抗主要經(jīng)由淋巴系統(tǒng)完成吸收過程,，由于淋巴液流速緩慢,，血藥濃度達(dá)峰時間Tmax約為1.7-13.5 d，生物利用度為50%~100%,，吸收速率常數(shù)ka的中位數(shù)為約0.217/d^[8],。

1.2分布 小分子藥物可因其理化性質(zhì)的不同，有著多種組織和器官分布形態(tài)的可能,。但是對于單克隆抗體,，由于其超大的相對分子質(zhì)量，它的分布往往局限于血漿和組織間隙,。血液中單抗的分布主要通過細(xì)胞旁路和跨細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)完成,，其中跨細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)包括受體介導(dǎo)的內(nèi)吞、吞噬,、液相胞飲三種方式^[9],。

1.3代謝和排泄  小分子藥物主要通過細(xì)胞色素P450（CYP450酶）及葡萄糖醛酸基轉(zhuǎn)移酶( UDP-glucuronosyltrans-ferase，UGT)等代謝,，有時其代謝產(chǎn)物也具有相應(yīng)的活性,，如利培酮，主要經(jīng)由CYP2D6酶代謝，其主要代謝產(chǎn)物9-羥基利培酮與原藥具有相似的藥理活性^[10],。同時,，腎清除也是小分子藥物消除的重要途徑之一。但對單克隆抗體而言,，不能通過CYP450及UGT等酶代謝消除,，腎清除作用也較少。單克隆抗體主要通過以下兩大途徑進(jìn)行消除：(1)和內(nèi)源性的lgG類似,，通過蛋白水解酶的異化作用分解代謝為肽類和氨基酸,；(2)TMDD。

1.3.1  異化作用  新生兒Fc受體(neonatal Fc-receptor,，F(xiàn)cRn)介導(dǎo)的胞內(nèi)再循環(huán)是影響單抗藥物異化作用的一個重要因素^[11],。在血管內(nèi)皮細(xì)胞和肌肉細(xì)胞等細(xì)胞中，單克隆抗體通過與FcRn結(jié)合,，能夠避免被溶酶體降低,，是單克隆抗體具有較長半衰期的一個原因。單克隆抗體與FcRn的結(jié)合具有種屬特異性,，在lgG類抗體中,，IgG1、IgG2,、IgG4的半衰期約為18~21 d,，IgG3的半衰期約為7d，主要原因?yàn)镮gG3與FcRn的受體結(jié)合率較低^[12],。通常情況下,，單克隆抗體的人源化程度越高，它與人體FcRn的結(jié)合能力越強(qiáng),，相應(yīng)的半衰期也就越長^[13],。在一些半衰期較短的蛋白質(zhì)藥物中，研發(fā)者希望能加入細(xì)胞內(nèi)FcRn受體循環(huán)的機(jī)制,，延長藥物在患者體內(nèi)的半衰期,。如長效重組人凝血因子Ⅸ(IDELVION⑧)中，通過將重組因子Ⅸ與白蛋白融和,，使制品可以經(jīng)由FcRn進(jìn)行胞內(nèi)再循環(huán),，將重組凝血因子Ⅸ的半衰期由約13 h顯著延長至約100 h，目前該藥物已在歐美等多個國家上市^[14],。

1.3.2  TMDD  TMDD是指單克隆抗體與靶點(diǎn)結(jié)合后通過內(nèi)化作用而消除,。該途徑的作用程度取決于單克隆抗體的暴露量和靶點(diǎn)量之間的相對大小關(guān)系。當(dāng)單克隆抗體的暴露量遠(yuǎn)小于靶點(diǎn)量時,，該消除途徑未達(dá)飽和,，藥物代謝總體呈現(xiàn)為線性藥動學(xué)特征。當(dāng)單克隆抗體的暴露遠(yuǎn)大于靶點(diǎn)量時，該消除途徑達(dá)到飽和,，表現(xiàn)為清除率隨著劑量的增大而減小,，藥物代謝曲線呈現(xiàn)出非線性特征。但當(dāng)進(jìn)一步增加單克隆抗體的暴露量時,，靶點(diǎn)介導(dǎo)的藥物消除途徑的作用將遠(yuǎn)小于異化作用的影響,，該消除途徑的影響可忽略不計，單抗的藥時曲線表現(xiàn)為清除率的減小達(dá)到一個平臺,，總體呈現(xiàn)為線性PK,。在實(shí)踐中，為了達(dá)到最優(yōu)的藥效（往往對應(yīng)最大靶點(diǎn)占有率）,，單克隆抗體的暴露量將遠(yuǎn)大于靶點(diǎn)的量,，所以后兩種情形較為常見。

    Fig.1為單抗的典型藥時曲線圖,，其中圖中縱坐標(biāo)在對數(shù)化的濃度,。第一階段(A)，藥物與靶點(diǎn)間快速形成平衡,。第二階段(B)，靶點(diǎn)處于飽和狀態(tài),，藥物主要通過異化作用消除,，該過程是一級動力學(xué)過程，所以總體呈現(xiàn)為線性PK,。第三階段(C),，靶點(diǎn)的飽和狀態(tài)逐步減弱，此時靶點(diǎn)介導(dǎo)藥物處置,，這一消除途徑的影響越來越明顯,，總體呈現(xiàn)為非線性PK。第四階段(D),，藥物濃度進(jìn)一步降低,，靶點(diǎn)遠(yuǎn)未達(dá)飽和，靶點(diǎn)介導(dǎo)的消除和異化作用都為一級動力學(xué)過程,，總體又呈現(xiàn)為線性PK^[15],。由于檢測手段和試驗(yàn)采樣設(shè)計的限制，在臨床實(shí)踐中,，并不一定能觀測到單抗消除過程中的所有四個階段,，通常可能只會觀察到兩個或者三個階段,。

    由于單克隆抗體具有潛在的免疫原性( im-munogenicity),，可能誘導(dǎo)人體產(chǎn)生ADAs。ADAs的生成會加速單克隆抗體的消除。通常情況下免疫原性與單抗的人源化程度相關(guān),，人源化程度越高,，產(chǎn)生免疫原性反應(yīng)的可能性就越低^[16]。

2.1  單抗類藥物監(jiān)管中TMDD相關(guān)內(nèi)容  在EMA 2012年出臺的《臨床使用單克隆抗體的免疫原性評價指導(dǎo)原則》,，對單克隆抗體免疫原性的臨床后果,、影響因素、檢測,、風(fēng)險管理進(jìn)行了闡述,，其中，認(rèn)為PK,、PD的測定可幫助確認(rèn)單抗的免疫原性,，并有助于試驗(yàn)過程中的風(fēng)險管理^[30]。在同年出臺的《生物類似藥指南（包括單克隆抗體．非臨床和臨床事項(xiàng)）》中,，詳細(xì)闡述了單克隆抗體非臨床和臨床試驗(yàn)設(shè)計中的考慮要點(diǎn),，其中臨床試驗(yàn)部分主要包括PK研究（第一步）、PD研究及有效性（第二步）和安全性考慮^[31],。作為單抗生物類似藥研究的第一步,，PK研究中的受試人群的選擇、樣本量估算等均需充分考慮TMDD的影響,；對于存在多個適應(yīng)癥的單抗,，通常不要求進(jìn)行所有適應(yīng)癥的PK對比試驗(yàn)，但若在不同適應(yīng)癥中存在不同的TMDD,，則需分別進(jìn)行PK研究,。

在2017年藥品審評中心( CDE)發(fā)布的關(guān)于“貝伐珠單抗注射液生物類似藥臨床研究設(shè)計及審評的考慮”征求意見通知中，對貝伐珠單抗PK研究的進(jìn)行了深入探討,，基于貝伐珠單抗生物類似藥半衰期較長(18~20 d)及免疫原性等特點(diǎn),，推薦在健康男性受試者中采用隨機(jī)、雙盲,、兩組,、平行對照的試驗(yàn)設(shè)計進(jìn)行單次給藥的PK比對研究，考慮到多次給藥PK比對研究可以間接反映貝伐珠單抗藥物劑量依賴和時間依賴性相關(guān)的免疫原性,，以及酶介導(dǎo),、靶介導(dǎo)、FcRn介導(dǎo)等相關(guān)的藥物清除,，建議在完成單次給藥PK比對研究判定相似后,，在開展臨床有效性比對研究期間，同時考察多次給藥的PK特征^[32],。

    綜上,，TMDD在單抗臨床研究和試驗(yàn)設(shè)計中為關(guān)鍵性影響因素之一,，因此，我們有必要充分利用已有的單抗相關(guān)數(shù)據(jù)和信息,，通過TMDD模型等方式深入地認(rèn)識和學(xué)習(xí)TMDD的機(jī)制及其在不同適應(yīng)癥中的異同,，對于后續(xù)單抗臨床試驗(yàn)設(shè)計具有重要意義。

2.2采用TMDD模型的優(yōu)勢 TMDD在單抗藥物的消除過程中,，具有重要的影響作用,，對于此類藥物，采用群體藥動學(xué)模型和仿真的方法進(jìn)行分析具有以下優(yōu)勢：

    首先,，非線性藥動學(xué)特征在單克隆抗體的體內(nèi)代謝過程中較為普遍,。單純進(jìn)行數(shù)據(jù)驅(qū)動( da-ta-driven）的分析，例如,，采用米氏(Michaelis-Men-ten)方程進(jìn)行擬合,，即使可以成功擬合數(shù)據(jù)但并無生理機(jī)制的支持，對于模型最終參數(shù)生理意義的解讀會存在較大的挑戰(zhàn),。其次,，單克隆抗體主要用于抗腫瘤的臨床治療，其臨床I期試驗(yàn)通常會直接在敏感適應(yīng)癥的患者中進(jìn)行,。出于倫理及藥效角度的考慮,，這對于首次人體試驗(yàn)的劑量( First Dose in Human)選擇提出了更高的要求，如何能充分利用地臨床前研究結(jié)果,，進(jìn)行有效的外推,，尤為關(guān)鍵。另外,，單克隆抗體的半衰期很長,，造成其藥動學(xué)研究的時間跨度也相應(yīng)變長,，傳統(tǒng)意義上的密集采樣設(shè)計受到了挑戰(zhàn),。這對臨床試驗(yàn)的優(yōu)化設(shè)計提出了一定的要求。在單抗治療過程中,，其藥效可能會反作用于藥動,。對近幾年處于研發(fā)熱點(diǎn)的免疫檢查點(diǎn)抑制劑( nivolumab)的數(shù)據(jù)分析表明機(jī)體對藥物的清除能力與病人的應(yīng)答相關(guān)^[17]。簡而言之,，具有更好藥效的患者清除率更小,。如何理清疾病因素與藥物暴露之間的相互作用，從而更好地闡明量效關(guān)系來指導(dǎo)臨床實(shí)踐,，是一個很大的挑戰(zhàn),。

    在單抗藥物研發(fā)存在眾多挑戰(zhàn)的同時，有存在可加快藥物研發(fā)過程的機(jī)遇：(1)相比于小分子藥物的千變?nèi)f化,，單克隆抗體種類有限,，結(jié)構(gòu)相似,，不同單克隆抗體藥物的分布和代謝消除存在諸多共性。即,，在進(jìn)行單克隆抗體藥物,，研究者將擁有更為豐富可靠的先驗(yàn)知識可以整合進(jìn)行模型化。所建立模型的生理學(xué)意義也更為充分,。其中典型的代表就是minimal PBPK模型,，在研究中，基于單克隆抗體的特性,，對傳統(tǒng)PBPK模型進(jìn)行了有效簡化,，使之更具實(shí)際應(yīng)用價值^[18]。(2)擁有靶點(diǎn)介導(dǎo)藥物處置行為的藥物,，其藥動學(xué)行為本身即包含了部分藥效信息,。例如，靶點(diǎn)的占有率可以作為藥效學(xué)的初步評價,，這在藥物的早期開發(fā)中具有指導(dǎo)意義^[19],。

    綜合以上挑戰(zhàn)及機(jī)遇，在單抗研究過程中有必要建立基于機(jī)制的藥動學(xué)模型,。從另一個角度考慮,，模型化過程本身即為對已知信息的一種薈萃分析( Meta-analysis)，這些信息不僅僅包括所采集的藥物濃度數(shù)據(jù),，也包括對于藥物本身理化性質(zhì)的認(rèn)知（如相對分子質(zhì)量大小,、親水疏水性等），機(jī)體生理的認(rèn)知（生理參數(shù),、異速生長等）,，同類藥物與機(jī)體相互作用機(jī)制的認(rèn)知( TMDD等)等等。整合的信息越全面,，那么基于模型預(yù)測結(jié)果進(jìn)行的推斷也更具參考價值,。這一理念已在免疫檢查點(diǎn)抑制劑Pembrolizumab的開發(fā)過程中得到了充分的應(yīng)用^[20]。也希望能將其合理有效地應(yīng)用于國內(nèi)正在積極進(jìn)行的生物藥研究過程中,。

    本文的主旨在于介紹在單克隆抗體研發(fā)過程中,，運(yùn)用模型與仿真技術(shù)的可行性和必要性，因此將不在此處具體展開TMDD模型的內(nèi)容,，后續(xù)將詳細(xì)探討^[21-22],。特別值得關(guān)注的是，從模型參數(shù)擬合的角度出發(fā),，TMDD模型經(jīng)歷了一系列的模型簡化過程,。在Mager和Jusk0 2001年首次提出了全TMDD模型后^[23]，Mager和Krzyzanski于2005年提出了TMDD模型的簡化模型,，quasi-e-quilibrium模型(QE)^[24],。接著,，Gibiansky等發(fā)展了更多簡化模型，包括quasi-steady-state模型( QSS)和Michaelis-Menten模型^[25],。通過近十幾年的發(fā)展,，TMDD模型庫已初具雛形，這有效降低了單克隆抗體建模與仿真的門檻,。在大多數(shù)情況下,，研究者并不需要構(gòu)想新的結(jié)構(gòu)模型，而是可以從已有的眾多TMDD模型中進(jìn)行選擇,。合理運(yùn)用TMDD模型有以下幾個要點(diǎn)可供參考：

3.1從研究目的出發(fā)  如果是運(yùn)用TMDD模型來進(jìn)行臨床試驗(yàn)的群體藥代動力學(xué)分析,，簡化后的TMDD模型可能更適合這類分析。例如,，在denosumab群體藥代動力學(xué)的分析中,，便運(yùn)用了QSS模型^[26]。如果研究目的是首次人體試驗(yàn)劑量的推算,，全TMDD模型或是基于生理的TMDD模型更適合用于整合各類臨床前信息進(jìn)行合理外推,。例如，研究者運(yùn)用全TMDD模型成功預(yù)測了PF-03446962在人體的PK行為^[27],。此外,，如果研究目的是對末相半衰期進(jìn)行估計，QSS模型將不是合理的選擇,，因?yàn)槠洳荒軠?zhǔn)確預(yù)測末相的藥動學(xué)行為^[15],，這種情況下，QE模型將是更好的選擇,。

3.2考慮數(shù)據(jù)上的局限  當(dāng)只有單克隆抗體的濃度數(shù)據(jù)時,，簡化后的TMDD模型（QSS模型、QE模型和MM模型）能夠被辨識(identifiable),，可以被用來擬合數(shù)據(jù),，進(jìn)而估計藥物的效價。以AMG 317為例,，在僅有藥物血漿濃度信息的情況下,，研究者采用了QSS模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析^[28],。此外,，當(dāng)檢測技術(shù)無法區(qū)分結(jié)合和未結(jié)合的受體或藥物時，需要對受體或藥物的總濃度進(jìn)行分析,，對應(yīng)的TMDD模型也需要做相應(yīng)的調(diào)整^[21],。而當(dāng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)并不完整（采樣點(diǎn)并不充分，抑或采樣種類并不完全）時,，MM模型是一種較穩(wěn)健的模型選擇^[29],。

3.3考慮藥物和靶點(diǎn)性質(zhì)的影響  每一種簡化的模型都有其相應(yīng)的模型假設(shè),。在選擇合適的TMDD模型時，需要根據(jù)試驗(yàn)藥物和靶點(diǎn)的性質(zhì),，判斷各個模型假設(shè)成立與否,。例如，QE模型不適用于靶點(diǎn)介導(dǎo)消除速率遠(yuǎn)大于靶點(diǎn)解離速率的情況,，此種情況下QSS模型更為合適,。常規(guī)的TM-DD模型往往假設(shè)靶點(diǎn)作用在中央室（出于模型辨識性的考慮）,，當(dāng)藥物的作用靶點(diǎn)在外周時，minimal PBPK模型就有其獨(dú)特的優(yōu)勢^[18]。

    單克隆抗體在藥動學(xué)行為上存在很大程度的相似性,，相較于小分子藥物，其藥動學(xué)行為更具可預(yù)測性,。通過近十幾年TMDD模型的發(fā)展,，相關(guān)的模型和仿真方法已日漸成熟，為其應(yīng)用提供了一定的技術(shù)支持,，建議研究者考慮將模型和仿真技術(shù)整合到單抗藥物研發(fā)過程中,，以推進(jìn)相關(guān)藥物的研發(fā)。

    參考文獻(xiàn)略