关于创新型抗体药物药学评价的思考

刘伯宁, 罗建辉

国家食品药品监督管理总局药品审评中心

摘要

近年来, 随着我国生物制药自主创新能力的提高, 越来越多的创新型抗体药物申请注册临床试验。

按 照其技术特点, 可分为全新序列抗体 (改良型抗体或新靶点抗体)、双特异性抗体 (或复方抗体)、抗体偶联物等 三类。

与生物类似药不同, 创新型抗体的开发具有“创试性” 、“阶段性”和“渐进性”等显著特点。

与之相适 应, 其药学评价内容与技术要求也区别于生物类似药。

本文总结了近年来国内外创新型抗体的发展趋势与申报 现状, 对代表品种的技术特点进行分析 。

并结合新药审评实践, 着重就创新型抗体药学评价的关注点、一般考虑 与评价要点展开探讨, 以期促进此类药物由研发顺利转入早期临床试验阶段。

长期以来, 我国的生物制药产业以跟踪、仿制国外已上市品种为主, 注册申报的单抗药物多为国 外已上市品种的生物类似药。

近年来, 随着国内企 业在“抗体药物制备关键技术”上的突破以及自主创新能力的提高, 我国抗体药物的研发与注册已经由“生物类似药”开始向“创新药”转变。

截止 2017 年 8 月, 国内已有至少 40 余种创新型抗体药物注册临床试验。

上述品种按照其技术特点可分为: 已有靶点的改良抗体 (bio-better)、全新靶点抗体药物 (new target anybodies)、双特异性抗体 (bispecific antibodies)、复方抗体 (antibodies cocktail)、抗体偶联药物 (antibody-drug conjugates, ADCs)、纳米抗体 (nanobody) 等。

由于创新型抗体药物的靶点、结构特征与作用机制, 有别于已上市抗体或传统生物类似药, 工业界与监管界对此类品种的科学认知积累有限, 其安全性、有效性需要全面的临床前研究和临床试验研究。

因此对于创新型抗体药物的药学研究, 工业界通常结合临床试验进展“分阶段”开展 (clinical phase- appropriate), 产品上市前普遍存在多次生产工艺变更。

可以说, 创新型抗体药物的研发规律具备“创试性”(临床研究存在较大失败风险)、“阶段性” (药学研究分阶段展开) 和“渐进性”(临床期间普遍 存在工艺变更) 等显著特征。

上述特点也决定了此类品种药学评价的一般考虑与特殊要求区别于生物类似药。

近年, 由于工业界与监管方对于创新风险评价经常存在分歧, 加之缺乏有效的沟通交流机制, 造成目前此类品种“审评周期长, 发补率高”等情况。

本文回顾了近年来创新型抗体药物研发趋势与申报现状, 并结合代表品种的技术特点, 就创新型抗体药学 评价一般考虑与特殊要求展开讨论, 以期促进药物研发顺利转入临床试验。

1

抗体工程技术研究进展与创新型抗体申报现状

早期的单克隆抗体来自免疫小鼠的鼠源单抗, 为降低抗体药物的免疫原性, 需要进行嵌合抗体、人源化抗体等改 造。

近年来, 随着体外展示 (噬菌体、酵母菌、核糖 体等)、人源化小鼠、单个 B 细胞等技术的发展, 目前全人序列基因工程单克隆抗体已经成为抗体药物的主流; 在此基础上, 利用“抗体工程技术”(antibody engineering) 对可变区、恒定区的改构可进一步提高抗体分子的成药性, 最终催生出多种类型的创新型抗体药物进入临床。

在抗体可变区改构方面, 依赖 pH或钙离子结合的“清道夫” (sweeping antibody) 在溶酶体内可实现抗原−抗体复合物的解离。

由于此类抗体经 FcRn 转运胞外后可多次中和靶标, 临床上可显著减 少给药剂量或延长给药间隔; 通过构建靶向 T 细胞 和肿瘤细胞的双特异性抗体 BiTE (bispecific T cell engager) 或 DARTs (dual-affinity re-targeting protein), 可直接连接并诱导效应细胞 (T 细胞) 杀伤靶细胞 (肿瘤细胞); 通过构建靶向转铁蛋白受体 (transferrin receptor) 或胰岛素受体的双功能抗体, 可以促使抗体 药物借助转运机制穿过血脑屏障或进行肠道给药。

在抗体恒定区改构方面, 通过对受体结合位点 的氨基酸突变, 来改变抗体的恒定区 (Fc) 效应功 能、延长半衰期, 或提高结构稳定性。

如: 抗 C5 单 抗 eculizumab (Soliris®) 采用 IgG2/4型恒定区来消除效应功能; 抗 CD52 单抗 alemtuzumab (Lemtrada®) 通过恒定区改构 (S239D/I332E, S239D/I332E/A330L) 提高 ADCC (antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity) 效应; 抗PD-L1 (programmed death-ligand 1) 单抗 atezolizuamb (Tecentriq®) 通过突变糖基化位点 (N297A) 消去 Fc 效应功能; 抗 CTLA-4 (cytotoxic T lymphocyte-associated protein 4) 融合蛋白 belatacept (Nujolix®) 和 abatacept (Orencia®) 通过对铰链区多 处氨基酸突变, 消除ADCC与CDC效应; 抗PD-1 (programmed cell death 1 receptor) 单抗 nivolumab    通过恒定区改构 (S228P) 避免 IgG4 恒定区形成半抗 体; 抗金葡菌抗体 MEDI4893 通过恒定区改构 (M252Y/S254T/T256E), 提高 FcRn 亲和力以延长体内半衰期。

近年来研究发现, 抗体的糖型分布 (去岩藻糖、 半乳糖、唾液酸、非人糖基化修饰等) 可显著影响其 临床生物活性与免疫原性, 应作为抗体药物的“关键质量属性”进行研究和控制。

如: 抗 CD20 单 抗obinutuzumab (Gazyva®) 和抗CCR4单抗mogamulizumab (Poteligeo®) 经宿主细胞改造后降低或消除岩藻糖修饰, 临床上提高抗体的 ADCC 效应。

为提高抗体的生物活性, 可在传统裸抗的基础上偶联小分子药物构建抗体药物偶联物 (ADCs)。

裸 抗与小分子药物的连接方式, 早期多使用不稳定连接子 (腙键、二硫键等), 目前应用较多的稳定连接子 (蛋白酶缬氨酸−瓜氨酸连接肽、硫醚键等); 使用较多的小分子药物有 ImmunoGen 公司的美登素系列 (DM1、DM4 等) 和 Seattle Genetics 公司的海兔毒素 系列 (MMAE、MMAF) 等。

传统的随机偶联或半定点偶联造成了 ADCs 药物的高度“异质性”。

未来通过糖基化修饰和氨基酸突变或非天然氨基酸引入进行“定点偶联”将是 ADCs 药物发展方向。

截止2017年 5 月, 世界范围内进入临床研究阶段的候选抗体药物 有 719 种。

这其中除了传统裸抗外 (493 种), 还包括 抗体片段 (13 种)、抗体药物偶联物 (87 种)、双特异 性抗体 (61 种)、Fc 融合蛋白 (37 种)、放射性偶联 抗体 (17 种)、免疫细胞因子 (11 种) 等。

在我国, 目前受理申报临床的创新型抗体药物总数已经超过 40 个, 按照其技术特点可分为: 全新序列抗体 (改良 型抗体或新靶点抗体)、双特异性抗体 (或复方抗体)、抗体偶联物等三类 (表 1)。

如 : 降低临床不良 反应的抗 EGFR (epidermal growth factor receptor) 单 抗、增强 ADCC 效应的抗 HER2 单抗、抗 PD-L1 单 域抗体KN-035、抗埃博拉病毒复方抗体MIL77、 国内首个抗 PD-1 单抗 JS-001、国内上市品种抗 VEGFR1/2-Fc 融合蛋白 Conbercept[28]等 (表 2)。

值得一提的是, 其中多个自主研发的创新型抗 体药物已经在欧美同期注册或开展临床。

如: 抗 PD-1 抗体 BGB-A317、抗 c-MET 抗体偶联药物 SHR-    A1403、抗 PD-L1 抗体 SHR-1316、抗 PD-L1 单域抗 体 KN-035、抗 EGFR 改良抗体 HLX07、抗 MET 单 抗 emibetuzumab 等。

这也标志我国抗体药物的创 新能力提升, 已经获得国际监管界的认可, 中国制药 公司开始参与全球生物制药创新的进程。

与生物类似药不同, 创新型抗体药物的分子结构、作用机制和临床效果有待临床试验的研究, 研发过程中仍存在着较大的失败风险。

如: 抗 CD28 单抗 TGN1412在I期临床中引起严重的“细胞因子风暴”, 因安全性终止临床实验; 礼来公司治疗阿尔兹海默症抗体 solanezumab, III 期临床试验未达到主要终点宣告失败; 辉瑞公司抗 PCSK9 (proprotein convertase subtilisin/kexin type 9) 抗体 bococizumab 中止 III 期 临床试验; 西雅图遗传公司终止抗体偶联药物 SGN-CD33A 的临床试验等。

因此, 对于创新型抗 体药物的开发, 药学研究通常在保证临床基本安全性的前提下可分阶段、有步骤地展开, 产品上市前通过工艺变更逐步提高生产效率。

长期以来, 我国的生物制药申报以“生物类似 药”为主, 药物评价关注于候选药与原研药之间质量比对研究的“相似性”, 药效毒理比较研究的 “桥接性”、临床试验的“非劣性”和临床价值的 “可接受性”。

因此, 抗体生物类似药在申请 IND 前应基本确定生产工艺, 并进行充分的结构确证与质量研究。

而创新型抗体药物研发进程具有“创试 性” (临床试验存在较大的失败风险)、“阶段性” (药学研究可分阶段展开) 和“渐进性” (临床期间 通常发生工艺变更) 的特征, 其评价关注点应区别于 传统生物类似药, 药学研究内容可按照临床试验进 展分阶段进行要求, 重点关注于影响临床用药“基 本安全性”的药学问题。

2

创新型抗体药物药学研究的一般原则与审评要点

笔者认为, 参照创新型化药审评实践与国外同类品种技术要求, 对于创新型抗体药物的药学研究与评价的一般原则如下: 在保证临床用药“基本安全性”的前提下, 基于科学与风险的评估 (science- and risk-based approach), 药学研究应按照早期临床 试验、关键性临床试验和申请上市等不同时间节点分 阶段进行要求。

对于创新型抗体药学研究的审评要点, 除了满足一般重组单抗药物的基本要求外, 还应 结合其分子结构、作用机制的“新”特点进行特殊要求。

下文拟结合国内外创新型抗体代表品种的药学评 价实践, 对上述观点进一步阐述。

自 2013 年肿瘤免疫疗法位列年度“科学十大突破” 首位后, 以PD-1/L1为代表的免疫检查点蛋白已经成 为抗肿瘤抗体开发的新靶点。

目前国际上已经有两个抗PD-1单抗 (nivolumab、pembrolizumab) 和3个抗PD-L1单抗 (atezolizumab、avelumab 和 durvalumab) 上市。

目前早期的抗 PD-1/L1 单抗多使用无效应功能的 IgG4 (S228P) 或 IgG1 (N297A) 恒定区。

后期开发的抗 PD-L1 抗体出于作用机制的考虑采用具备效应功能的 IgG1 亚型。

在国内, 也有至少 10 个抗 PD-1/L1 单抗注册临床。

对于此类新靶点抗体药物, 由于其氨基酸序列为自主筛选优化, 药学资料应说明基因序列来源, 并详述分子构建过程 (如: 免疫原、免疫方法、人源化 过程等)。

并且, 应通过免疫学、生物学活性研究说 明可变区结合表位是否与已有上市抗体发生重叠。

若恒定区存在改构, 还应说明突变位点选择依据、改构方法, 并进行功能验证。

上述信息不仅可为后期临床试验的设计和评价提供必要信息, 也从药学角度及早规避了候选药物开发风险。

如: 目前已经证实多个抗 PD-1/L1 单抗的抗原结合表位并未重叠、亲和力也不尽相同, 这为其分析临床差异提供了线索。

而最早进入临床研究的抗PD-1单抗CT-011进展缓慢, 已经证实是其结合靶点和作用机制不仅依赖于设计靶 标 (PD-1), 还可能与结合 Delta-like 1 有关。

利用“抗体工程技术”对已上市抗体进行“分子改构”是开发“改良药” (biobetter) 的惯用策略。

如: 抗 SP2/0 细胞生产的 EGFR 西妥系单抗由于可变区存在非人糖基化, 临床上容易产生免疫原性。

可通过改变表达系统、去除可变区糖基化位点或优化亲和力降低毒副作用。

抗 CD20 抗体 obinuuzumab 通过减少恒定区岩藻糖修饰提高了与 FcγR 的亲和力, 增强抗体的 ADCC 效应功能。

对于此类“改良”型抗体药物, 由于其设计依 据在于通过分子改构, 克服原型蛋白临床局限性。

因此, 其药学评价应重点关注其“分子改构”的目的、 方法与效果。

上游构建方面应结合立题依据, 在详述分子改构的原因、突变位点的选择依据。

质量研究中应结合原型抗体进行比较研究, 从结构确证、免疫学活性、生物活性等方面验证分子改构符合预期。

如果缺乏与原型抗体 (或已上市抗体) 的质量比较数据, 或证实上述改构不具有功能学意义, 是不支持其作为“创新药”生物制品进入临床试验的。

抗肿瘤药物甲氨蝶吟 (MTX) 是一种对二氢叶酸还原酶具有高度亲和力的抗代谢药, 静脉给药后主要经肾脏直接清除, 部分则在肝内氧化为 7-羟基 甲氨蝶吟 (7-OH MTX), 再由肾脏排泄, 其胆汁排泄的量不超过 20%。

MTX 毒性表现包括皮疹、胃肠道反应, 甚至可引起严重的骨髓抑制, 大剂量长期用药可致肝、肾损害以及神经毒性。

MTX 的肾毒性主要与MTX结晶沉积物和水难溶代谢物7-OH MTX的 生成有关, 而 MTX 的低清除率是其发生不良反应 的决定性因素。

转运蛋白介导的肾小管主动分泌途径约占 MTX 肾清除的三分之一, 占总清除量的四分之一, 因此相关转运蛋白是影响 MTX 的药代动力学变化的主要因素。

SLC19A1编码的还原型叶酸载体 (reduced folate carrier, RFC1) 属于溶质蛋白转运体家族, MTX 进入细胞主要通过它介导的主动转运机制实现。

RFC1 的基因与蛋白表达水平显著影响 MTX 的吸收, 从而影响其疗效与毒性。

基因多态性的研究结果表明 RFC1 80G/A 多态性与 MTX 毒性不相关, 而 RFC1 rs7499 的基因多态性与 MTX 的总体毒性相关, 而 MTX 的胃肠道毒性分别与 RFC1 rs7499、80G/A、 rs2838956 具有相关性。

这些结果说明不同 RFC1 基 因的多态性具有不同的临床结果。

当RFC1饱和后, MTX 也可以通过叶酸受体 α (folate receptor alpha, FOLR1)、OATP1B1、OATP1B3 等转运蛋白进入细胞。

进入肝细胞后大部分的MTX由MRP3 和MRP4 进入血液, 只有一小部分经由 MRP2、MDR1、BCRP 分泌到胆管。

此外, MTX 从细胞外排至肠腔则依赖 ATP 结合盒 (ABC) 转运蛋白, 即 MDR1、BCRP完成。

在动物模型中, 研究者发现 7-羟基甲氨蝶吟在 Mrp2、Mrp3、Bcrp 基因敲除小鼠尿液中的排泄量显 著高于野生型小鼠, 肾毒性显著降低, 这表明 Mrp2、 Mrp3、Bcrp 三者对由 MTX 和 7-OH MTX 蓄积所导致 的肾毒性非常重要。

服用 MTX 时, 那些携带 MDR1 基因 1199GA/3435CC 位点的患者比携带 3435CT/TT 的患者显示更明显肝毒性。

此外, 一些分布在肾小 管近端细胞基底层的 OAT1、OAT3 和肾小管近端细胞 顶膜的 OAT4、OATP1A2 也参与摄取 MTX 进入肾细 胞。

有关转运蛋白的基因多态性影响MTX和7-OH MTX 的肾清除。

相关基因多态性研究结果表明, 单核 苷酸多态性在 SLC19A1 rs7499 G 携带者, SLC46A1 rs2239907 G 纯合子, SLCO1B1 rs4149056 T 携带者和 T纯合子分别与MTX 有关的总体毒性的风险相关。

SLC19A1 rs7499 G携带者和SLC19A1 rs1051266 G携 带者、SLC19A1 rs2838956 携带者、SLCO1B1 rs4149056 携带者均与 MTX 胃肠毒性的相关。

ADCs 由裸抗、小分子和连    接子组成, 生产工艺包括单抗生产、化学偶联和下游 纯化, 结构特征较传统裸抗更具“异质性”。

因此, ADCs 是单抗药物中药学评价内容最多、难度最大的 品种。

目前, 国内有近 10 个 ADCs 药物申报临床, 多 数为在已注册单抗 (或生物类似药) 基础上进行“二 次开发”。

偶联方式多选择传统的赖氨酸随机偶联、 巯基半定点偶联, 也有采用氨基酸突变定点偶联的方式。

对于 ADC 药物的药学评价, 一般采用与化 药专业“联合审评”的模式, 围绕“原材料”、“生 产工艺”和“质量研究”等 3 个方面展开。

生产原材料方面, 裸抗分子可参照同类品种 (全新序列抗体或生物类似药) 进行评价。

小分子毒 素、连接子作为 ADC 药物的关键原材料, 应提供详 细的起始物料、合成工艺、结构确证、质量控制等信 息, 应重点关注影响产品安全性的小分子化药杂质 (可偶联、不可偶联) 和有机溶剂残留。

建议申请人 对于含量较高的杂质 (> 0.1%) 应进行结构鉴定或安 全性评估, 有机溶剂残留应符合按照 ICH Q3A 或 2015 版《中国药典》相关规定。

生产工艺方面, 应结合产品质量属性 (平均载 药量、聚体等) 对化学偶联相关工序进行优化, 通过 设置工艺参数控制范围和建立中间体验收标准, 保 证工艺稳健性和产品质量一致性。

偶联后纯化工艺一般采用凝胶过滤、切向流过滤或超滤技术等去除小 分子杂质和有机溶剂。

应结合工艺相关杂质的去除   效果或残留量, 对纯化工艺关键参数 (过滤体积等) 验证。

质量研究方面, 由于化学修饰会造成裸抗分子的 等电点、纯度、生物活性等改变, ADCs 应与裸抗进 行全面质量比对研究, 说明偶联修饰后的抗体结构 与功能改变是否符合预期。

ADCs 原液与制剂质量标 准应体现对平均载药量 (或载药分布、偶联位点)、 相关杂质 (游离药物、残留有机溶剂、未偶联裸抗等) 含量的限度要求。

稳定性研究中若样品生物活性显著 提高, 可能提示由于连接子稳定性造成游离小分子 药物含量超标。

3

关于创新型抗体药物药学评价中的焦点问题

由于工业界和监管界对于创新型抗体的研发经 验、审评认知均在积累过程中。

申请人往往因缺乏可 供参考的生产工艺与“原研药”, 致使其药学研究 不充分; 审评员也可能惯用“生物类似药”审评原 则和标准进行要求。

双方对于药学研究中的一些“焦 点问题”存在着明显的认识分歧, 如: 创新药的临床 风险认识、IND 阶段药学研究的必要内容、临床期间 工艺变更、优先审评与沟通交流政策等。

上述问题也 是造成此类品种药学审评中发补率高, 甚至多轮发 补的主要原因。