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抗体-药物偶联物: 全面分析,确保安全有效
http://www.100md.com 2012年1月5日 中国医药报 2012.01.05
    □ 文/孙金花 图/本报记者 董笑非

    在过去10年中,肿瘤治疗药物研发取得了极大的进展,尤其是生物制品的出现,增加了医生和患者对肿瘤药物的选择机会。传统的小分子化疗药物一般是非特异性的(即可结合和影响其他生理靶点),并可能产生严重的副作用;相反,更具靶向性的单克隆抗体(mAb)药物一般具有非常强的选择性,虽然严重的不良事件(包括输液反应、血小板减少症、急性肾功能衰竭、免疫毒性、肺毒性和潜伏病毒感染的易感性)也偶有发生,不过整体而言,其副作用相对较小。

    许多临床应用的单克隆抗体的研制最初使用的是鼠源性杂交瘤技术,含有非人类蛋白(鼠蛋白)。虽然这些抗体具有治疗作用,但其中的非人类蛋白可引起细胞因子释放综合征或失控的高细胞因子血症,从而导致多个脏器损害。减少单克隆抗体中鼠蛋白比例的技术,包括嵌合化(即对鼠源单克隆抗体序列进行部分人源单克隆抗体替代)和人源化(即基本完成人类序列替代)以减少毒性。人源化的抗体已经被批准用于治疗癌症、炎症、自身免疫性疾病、传染病和修复移植排斥反应。然而,单克隆抗体的药代动力学(PK)和药效学(PD)非常复杂,取决于单克隆抗体的同种型、亚型、半衰期和目标适应证。
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    理想的药物就是把具有优异临床疗效的靶向特异性抗体和小分子药物的药代动力学结合起来,这就是抗体-药物偶联物(ADC)。抗体-药物偶联物结构是具有靶向作用的单克隆抗体与具有特定药理学特性(如细胞毒作用)的化合物结合。然而,利用单克隆抗体把一种化疗药物靶向到肿瘤细胞,在实际操作中是一项复杂的技术。单克隆抗体必须与一个具有治疗作用的细胞毒素偶联,并且这种结合足够稳定,而不至于释放大量细胞毒素进入全身循环;如果结合不稳定导致细胞毒素释放,最终将引起靶向细胞对毒素的内化。同时,把细胞毒素偶联到单克隆抗体产生一种抗体-药物偶联物的制备过程,在偶联后应该保持该药物(抗体-药物偶联物)对靶点的识别。对细胞毒素与每个完整的单克隆抗体结合的数量,以及未结合的单克隆抗体的水平必须加以控制,以减少批次之间的差异。

    基因泰克公司(已被罗氏收购)开发的emtansine(曲妥珠单抗,T-DM1)就是抗体-药物偶联物,它结合了单克隆抗体赫赛汀(曲妥珠单抗)与美登素(maytansine)。曲妥珠单抗可靶向作用于乳腺癌和胃癌人表皮生长因子受体2(HER2),而emtansine是美登素的合成衍生物(美登素是一种小分子毒素,可与微管蛋白结合,通过非还原的双-马来酰亚胺-丙二醇联合体防止微管形成)。曲妥珠单抗仅被批准用于HER2阳性的癌症,但曲妥珠单抗并非能够促使所有的HER2阳性细胞凋亡。T-DM1结合了选择性地靶向HER2受体的曲妥珠单抗与强效的细胞毒性剂maytansine而杀死肿瘤细胞(不管HER2是否诱导凋亡反应)。即T-DM1抗体与HER2受体结合,引起从偶联物释放的美登素细胞内化,进而杀死肿瘤细胞。体内外研究显示,与曲妥珠单抗相比,T-DM1具有较好的整体疗效和药代动力学特性,并且毒性较低。T-DM1在最近的Ⅱ期临床试验中取得了成功。
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    目前唯一被批准上市的抗体-药物偶联物Mylotarg(吉姆单抗-奥佐米星),因上市后对急性髓细胞性白血病临床试验显示出安全性和疗效问题,辉瑞公司于2010年6月21日自愿将其退市。

    抗体-药物偶联物

    生物制品分析方法通常开始于创建适当制造工艺,然后通过其确认目标产品(起初是单克隆抗体,然后是抗体-药物偶联物)的正确结构和功能。监管机构提出的对生物制品分析包括对其分子结构、乙二醇微观不均一性、杂质、降解产物和生物利用度的研究。

    因为抗体-药物偶联物三个主要组成部分(单克隆抗体,连接器和细胞毒素)各个部分都需要充分满足某些特点,因此评价批次差异将会异常复杂。根据欧洲药品管理局(EMA)的生物仿制药指南,“每一种单克隆抗体都是独特的,结构也会有微小的改变,进而显著影响其功能,即使是在同样的表达系统和相似的培养条件下,也可能会产生一个不同特性的产品(例如,杂质和微观不均一性)”。
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    抗体-药物偶联物结构完整性评价是使用如氨基酸测序(N-或C-末端)、生化检测、糖定位、高效液相色谱(HPLC)、电泳(即十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳[SDS-PAGE],等电点聚焦[IEF]和Western blot)、免疫测定(酶联免疫吸附试验[ELISA法]和Gyros),大分子的液相色谱-质谱法/质谱(LC-MS/MS)、磁共振(NMR)光谱、分光法、X射线晶体学、肽图谱、超速离心法和其他物理化学方法,以证明纯化的单克隆抗体没有碎片、聚集和其他改变。特异性表征可通过体外细胞检测或体内动物模型实施,并应提供抗体-药物偶联物对预期靶点特异性和与人体组织发生低交叉反应的证据。药性效能表征通过不同批次的一致性和稳定性评价,可能涉及的技术有ELISA法、Gyros、流式细胞仪、细胞毒性和动物模型等。

    大多数单克隆抗体是在生物反应器中生产的,因此最终的抗体-药物偶联物产品,需要对DNA、RNA、病毒负荷、宿主细胞蛋白、内毒素/热原性质和培养基进行监测和控制。单克隆抗体是由四个肽链通过二硫键连接组成的糖化蛋白。单克隆抗体上的寡糖残基可能具有活性,因此,单克隆抗体应该具有蛋白质、肽序列、糖蛋白和寡糖的特点,其结合活性、亲和力、免疫源、化学结构和生产工艺、纯度、病毒载量和单抗-药物平均比例,都必须明确界定。同时,对污染物和杂质必须小心控制,监测和最小化。另外,还应仔细监测稳定性,保证抗体-药物偶联物的完整和生物活性。而免疫原性是非人源单克隆抗体的主要关注点,必须对其进行充分评价。
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    生物等效性研究的分析方法

    人源化单克隆抗体是在生物反应器中生产的,主要利用细胞株克隆表达预期产物。人源化单克隆抗体氨基酸骨架精确度非常高,翻译后修饰(如糖基化)难以控制。生产过程中的细微修饰(许多都是偶然的),都可能会导致表达蛋白微观不均一性或糖形分布产生巨大差异。由于糖基化可通过内源性蛋白酶保护蛋白免受消化,因此,不同的糖基化模型都可显著影响糖基化单克隆抗体的药代动力学和药效学,从而导致半衰期和潜在疗效的不同。

    糖基化和微观不均一性

    药代动力学分析

    人源化抗体药物的开发通常需要药代动力学分析结合抗药物抗体测定法。不过,确定蛋白质吸附、分布、代谢和排泄(ADME)将会面临巨大的技术挑战。人源化抗体是人体生物化学自然产生的,与传统的小分子异生药物开发不同,ADME研究相对简单。由于抗体-药物偶联物是由人源化单克隆抗体、连接器和小分子组成,其与内源性抗体相似的推断可能并不成立。在抗体-药物偶联物开发中,血浆暴露最完整的评价包括四个关键的生物分析:
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    抗体-药物偶联物释放到循环系统游离药物量 这一分析相对简单,但需要方法开发和验证以确保在检测执行过程中没有额外的游离药物产生。

    与人源化单克隆抗体结合的药物量 主要取决于血浆样品中抗体-药物偶联物过滤或免疫沉淀,以及小分子从蛋白上的化学释放,通过液相色谱-质谱法/质谱(LC-MS/MS)检测小分子,进而确定“结合药物”量。

    游离抗体量 通过免疫法(对抗体具有特异性,但与抗体-药物偶联物没有交叉反应)确定。通过免疫沉淀分离,所有人IgG获得完整的IgG Fc片段,然后应用ELISA法获取特异型抗体。

    抗体-药物偶联物混合物 使用ELISA法检测抗体-药物偶联物,同时应保证与游离抗体无交叉反应。检测试剂是很难开发的,因为检测需要的抗体能够识别连接器小分子复合物。另外,这些检测试剂可能会被LC-MS/MS检测消化掉,或者,如果小分子连接到抗体-药物偶联物Fc片段,Fc片段免疫沉淀可以分离游离抗体与抗体-药物偶联物,随后需要通过抗独特型抗体的ELISA法检测。
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    虽然上述检测看似全面,但缺乏关于抗体-药物偶联物降解特性的信息而导致其局限性。例如,尽管药物从复合物释放,但检测没有测量从抗体-药物偶联物释放的连接器部分是否与药物结合。同样,进入循环系统的肽片段包含连接器/小分子复合物也能够释放药物,尽管批次间具有类似的药代动力学特性,然而剂量研究中缺乏质量平衡和分析信息,以及小分子的不可测量性,都可能会引起安全性和疗效的差异。

    安全性影响分析

    细胞毒素提前释放进入全身循环是抗体-药物偶联物的主要安全问题。因此,在药物开发中,应为循环中游离细胞毒素建立安全系数,并对其进行解释。然而这并不能说明由于抗体-药物偶联物固有变差,引起不同批次循环中游离细胞毒素水平的概率改变。了解特定抗体-药物偶联物批次的潜在毒性,需要确定所有可能产生游离细胞毒素在体内的来源,包括完整的抗体-药物偶联物、结合连接器的细胞毒素、部分连接器结合细胞毒素片段,以及含有完整连接器和细胞毒素降解的肽片段。比较其各自细胞毒素释放比例以及药代动力学消除速率,才能够评价各种来源的游离细胞毒素对安全性的影响。如果一种特定来源的游离细胞毒素消除速率比其他来源释放率慢,开发方法应包括特定来源游离细胞毒素曲线下面积(AUC)测算。安全性研究也应该比较游离细胞毒素和快速释放来源的AUC,以及毒素毒理学研究的游离细胞毒素安全系数。除了游离细胞毒素分析,也应对连接器-细胞毒素结合物毒性进行评价,以确保其无活性。显然,根据美国食品药品管理局(FDA)的《安全性试验中的代谢物指导原则》,对游离细胞毒素的任何重要的活性代谢产物都应进行监测。
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    疗效影响因素分析

    疗效的主要决定因素是具有足够量的完整抗体-药物偶联物以达到预期的效果,以及游离抗体应保持在足够低的水平,以便不能与抗体-药物偶联物发生影响疗效的竞争。如果抗体-药物偶联物和游离抗体对靶点亲和力相当,完整的抗体-药物偶联物将与游离抗体平等竞争受体;但是,如果抗体-药物偶联物亲和力较低,那么即使少量的游离抗体也会影响到最后的疗效;如果抗体-药物偶联物的亲和力高于游离抗体,游离抗体的水平就几乎不会显著影响到疗效。

    利用每个抗体的平均细胞毒性评价抗体-药物偶联物,并不能够提供可与抗体-药物偶联物竞争的游离抗体水平信息。同样,抗体-药物偶联物给药后细胞毒素显著裂解,也可能会导致安全性担忧,潜在生成的循环系统中的游离抗体可能会因再次结合与抗体-药物偶联物构成竞争,从而影响疗效。另外,人体内产生的抗体-药物偶联物片段也可对疗效产生影响,然而目前对其结合和疗效还不清楚。抗体-药物偶联物结合区的断裂可能产生片段与受体结合,进而逃避ELISA检测,这同样会影响到抗体-药物偶联物的疗效。需要注意的是,不同批次糖微观不均一性的改变,亦可引起批次之间降解片段的差异。

    结合单克隆抗体靶向作用和小分子药理学治疗模式的应用,使抗体-药物偶联物技术迅速发展。然而,抗体-药物偶联物也面临着监管机构严格的要求和分析方法开发的挑战。例如,建立抗体-药物偶联物等效性研究需要弄清代谢物以及代谢物和抗体-药物偶联物各组成部分排泌物(分泌物)的特征。由于抗体片段和游离抗体在体内的生成可对疗效产生影响,这些代谢物和分解代谢物在体内形成的速度,以及其对安全性和疗效的潜在影响,都必须进行评价。任何代谢物和分解代谢物(包括细胞毒性作用),与完整的抗体-药物偶联物结合以及竞争受体的能力,必须予以检测。这些挑战需要结合小分子和生物制剂开发的专业知识,经过深思熟虑和制订周密开发计划来克服。, 百拇医药