新药研发评价系列文章精选5

   目前，基于免疫安全方面的新药研发越来越受到人们的关注，而首次人体临床试验起始剂量拟定是从临床前安全性评价试验向临床推进过程中一个关键风险控制节点，也是临床试验设计的重点。近期，我们收集了近几年公开发表的相关文章，分期登出，促进同行交流。本期文章《最低预期生物效应剂量法在免疫调节类药物临床起始剂量设计中应用的研究现状》主要关于免疫调节类药物基于MABEL法的首次临床试验起始剂量设计过程关注的重点内容进行了探讨，包括最低预期生物效应剂量法出现的背景、发展趋势以及基于MABEL法的临床起始剂量计算考量要素等，以期为申办方和研究者提供参考。版权归原文作者和出版社所有，一并致谢！

杜萍 安卓玲

首都医科大学附属北京朝阳医院药事部

   首次临床试验起始剂量的拟定是药物从临床前推进到临床阶段的关键节点。免疫调节类药物因其对机体免疫系统的调控，可引发包括细胞因子风暴、过敏等严重免疫相关毒性。在TGN1412事件发生后，传统的以毒理学终点为基础的临床起始剂量计算在免疫调节类药物中的应用面临很大挑战。本文结合欧洲药品管理局、美国食品药品监督管理局对高风险药物首次临床试验的指南，以及国家药品监督管理局药品审评中心发表的相关电子刊物，总结了最低预期生物效应剂量(minimum expected biological effect dose, MABEL)法出现的背景、发展趋势以及基于MABEL法的临床起始剂量计算考量要素等。最后，以免疫激活药白细胞介素-2和CD3:hEGFRvⅢ双特异性抗体、免疫抑制药CD28单克隆抗体等临床在研药物为案例，介绍了其基于MABEL法的首次人体试验剂量的设计过程，旨在为免疫调节类药物提供重要参考。

   最低预期生物效应剂量；免疫调节类药物；临床起始剂量；

   免疫调节类药物可实现对机体免疫系统的双向(激动或阻断)调节^[1],已广泛应用于肿瘤、感染等疾病的临床治疗中。免疫调节类药物的临床起始剂量至关重要并决定着正向或者反向治疗结局，若剂量设计不合理将导致严重免疫相关毒性。目前，未见明显毒性反应剂量(no observed adverse effect level, NOAEL)和最高非严重毒性剂量(highest nonseverelyl toxic dose, HNSTD)等基于毒理学终点的临床起始剂量设计方法应用较广泛。然而，TGN1412事件证实上述方法将过高估计起始剂量并激活免疫系统^[2]。近年来，以最低预期生物效应剂量(minimum expected biological effect dose, MABEL)为代表的设计方法成为临床起始剂量的主流[3]。本文以免疫激动药(细胞因子、双特异性抗体)及免疫阻断药(单克隆抗体)为例对MABEL法进行全面阐述，以期为工业界免疫调节类药物的临床开发提供参考。

   免疫调节类药物主要通过与免疫系统相互作用，达到增强或抑制免疫反应的目的，这类药物临床主要适应症为肿瘤或自身免疫性疾病。在1993-2011年，欧洲药品管理局(European Medicines Agency, EMA)和美国食品药品监督管理局(US Food and Drug Administration, FDA)共批准174个生物药物上市，其中很大比例属于免疫调节类药物，包括细胞因子类[如白细胞介素-2(interleukin-2, IL-2)、粒细胞集落刺激因子(granulocyte colony-stimulating factor, G-CSF)、干扰素-β(interferon-β, IFN-β)]、激动型抗体类(如CD20抗体Rituxan、CD3抗体Muromonab)、抑制型抗体类[如肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor -α, TNF-α)抑制药Enbrel、免疫球蛋白E(immunoglobulin E,IgE)抗体Omalizumab)]^[1]。其中，抗细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4(cytotoxic T Lymphocyte associated antigen-4,CTLA-4)抗体Yervoy、抗程序性死亡受体1(programmed cell death 1,PD-1)抗体Opdivo、Keytruda等在临床肿瘤治疗过程中明显改善了患者的客观缓解率及生存期；抗TNF-α抗体阿达木单抗(Humira)、抗IL-6抗体托珠单抗(Tocilizumab)在类风湿关节炎等免疫系统过度激活的自身免疫性疾病领域也为患者带来明显获益，提高生存质量^[1]。但是，免疫调节类药物在临床使用过程中也出现了严重的安全性风险，主要包括其药理作用放大和免疫原性等相关风险。

   免疫调节类药物对免疫系统的过度激活或抑制会导致严重的药物不良反应，引发免疫毒性，包括输液反应、细胞因子风暴、感染、肿瘤及过敏等^[4]。莫罗单抗是首个上市的治疗性抗体，其通过靶向T淋巴细胞表面的CD3,抑制免疫系统激活，主要用于降低器官移植引起的免疫排斥。然而，临床研究发现，该抗体给药后1 h内即出现TNF-α、IFN-γ等迅速升高的细胞因子风暴的症状、流感样症状及肺水肿。除免疫系统激活相关药物不良反应外，给予莫罗单抗后还会增加肿瘤、感染等的发生率，导致免疫过度抑制相关的药物不良反应^[5]。2006年，一种T细胞共刺激受体CD28激动药TGN1412在健康人首次给药90 min后，患者出现以促炎性细胞因子快速释放为特点的系统性炎症反应、头痛、肌肉痛、恶心、腹泻、低血压等，给药12～16 h后，药物不良反应进一步加剧，出现肺损伤、肾衰竭及弥散性血管内凝血等症状^[2]。TGN1412事件为免疫调节类药物临床起始剂量设计敲响了警钟。免疫检查点抑制药CTLA-4抗体临床应用过程中，90%患者出现免疫相关的药物不良反应，最常见的3～5级药物不良反应是胃肠紊乱导致的严重腹泻^[6]。免疫检查点激动药4-1BB抗体临床应用后出现剂量限制性肝毒性，该毒性与肝髓细胞4-1BB激活诱发IL-27分泌、CD8+ T细胞浸润增加有关，且药物不良反应严重程度呈剂量依赖性^[7]。SABER等[8]报道，免疫检查点激动药CD40抗体在临床给药后出现超敏反应、细胞因子风暴等免疫毒性。ABRAHAM等^[9]报道，IL-2激动药Aldesleukin临床出现严重血管渗漏、感染和超敏反应，以上药物不良反应随着剂量降低会有所减轻。

   免疫调节类药物特有的免疫相关毒性既来源于其药理作用的延伸和放大，又与其药物本身的特点有关(如生物药导致的过敏反应)，而给药剂量是影响免疫毒性严重程度的重要因素之一。目前，临床起始剂量计算的方法虽然繁多，但临床前体内和体外研究体系与人体真实情况相关性。免疫激动药的高活性以及免疫系统的复杂性等因素给传统基于NOAEL、严重毒性剂量(severely toxic dose, STD)、HNSTD等计算起始剂量的方法带来了很大挑战。

   国际人用药品注册技术协调会(The International Council for Harmonisation of Technical Requirements for Pharmaceuticals for Human Use, ICH)S9抗肿瘤药物非临床研究的指导原则对临床起始剂量设计提出了建议。对于小分子药物，根据种属之间的相关程度可以考虑采用啮齿类动物1/10的STD剂量，或者非啮齿类动物1/6的HNSTD^[10]。此外，HANSEN等^[11]对23种生物制品进行回顾分析，结果发现，1/6的HNSTD也可以作为生物制品的安全起始剂量。

      FDA及国家药品监督管理局等监管机构已发布人体首次研究最大推荐起始剂量选择的指导文件，介绍了以动物毒理学试验的NOAEL为基础，通过适当的缩放因子调整不同种属之间的体表面积，转换为人体等效剂量(human equivalent dose, HED)的推导方式^[12,13]。基于NOAEL的方法某种程度依赖于人为的安全因子来估计起始剂量，起始剂量的估算是基于最小的毒性风险而不是基于药理活性，对于药理活性强而毒性相对较低的靶向治疗药物，即使采用了非常保守的安全因子，某些情况下仍不能够准确地预测安全的人体首次剂量。以TGN1412为例，因食蟹猴CD28胞外区序列与人的序列完全一致，且TGN1412与人和猴CD28的亲和力相近，具备相似的组织交叉反应。其中，食蟹猴NOAEL约为50 mg·kg-1,HED约为16 mg·kg-1,用160的安全系数进行计算，临床起始剂量为0.1 mg·kg-1。然而，患者给药后出现严重药物不良反应事件^[2]。这个案例提示用NOAEL法进行临床起始剂量设计存在一定的风险。

      2007年，EMA颁布了高风险药物首次临床试验的指南^[14],建议采用MABEL作为临床起始剂量选择的重要依据之一。通过综合评估临床前相关种属的体外和体内(如靶点亲和力、受体结合情况、受体占有率、细胞学效应、药效剂量下的暴露量等)实验数据，并进一步分析和计算，获得最佳临床起始剂量。另外，FDA对其数据库中以MABEL法计算起始剂量的32个生物制品进行分析，这些生物制品的靶点涵盖PD-1、程序性死亡配体-1(programmed death-ligand 1,PD-L1)、CD40、糖皮质激素诱导的肿瘤坏死因子受体(glucocorticoid - induced tumor necrosis factor receptor, GITR)、OX40、OX40L、CD33、CD38、CD19、CD137、c-fms、B7家族抗原以及CTLA-4等。其中，以20%～80%药效剂量和20%～80%受体占有率估算的起始剂量具有较好的耐受性，而基于1/6 HNSTD和1/10 NOAEL确定的起始剂量均高于或接近于临床爬坡试验的最大耐受剂量(maximum tolerated dose, MTD)^[15]。如前所述，TGN1412临床起始剂量为0.1 mg·kg-1,受体占有率已超过90%,而受体占有率10%对应的剂量约为1.5 μg·kg-1,较前者低60倍以上。最近，TGN1412(更名为TAB08)以0.1 μg·kg-1的剂量重新启动健康人临床研究，未出现细胞因子风暴等不良事件，再次证明MABEL法在临床起始剂量方面的科学性^[16]。SUH等^[17]对1990-2013年以来79个单克隆抗体临床起始剂量的计算方式进行统计发现，NOAEL法的使用频率最高。随着临床实践的深入，MABEL法在2011-2013年的使用频率明显高于1990-2007年(31.6% vs 6.3%,P<0.05)。以上数据表明，EMA颁布的高风险药物首次临床试验指南正被逐渐接受。

      MABEL法需结合临床前生物学、药理学等研究获得的有效数据，包括药物作用机制、种属间靶点结合差异性、靶点分布、药理活性以及Fcγ受体亲和力等。其中，体外实验应最大程度地模拟体内情况，并科学评估该实验与拟适用人群的相关性。一般而言，对结合于细胞膜表面靶点的药物可通过体外和体内实验获得受体占位(receptor occupancy, RO),激动型药物发挥最大效应的RO通常小于10%，而阻断型药物则通常需要大于90%。此外，用药代动力学/药效学(pharmacokinetic/pharmacodynamic, PK/PD)关联分析法检测体内PD标记物的变化，也能为MABEL计算提供重要信息^[3]。

5.1 案例1

      ALKS 4230是由IL-2与CD25胞外区融合而成的细胞因子类药物，可选择性结合IL-2受体βγ,激活CD8+ T细胞和自然杀伤(natural killer, NK)细胞，从而抑制肿瘤生长。体外研究显示，ALKS 4230在人NK细胞、CD8+ T细胞和调节性T细胞中的10%最大有效浓度(10% of the maximal effective concentration, EC10)分别为0.09,0.18和0.13 nmol·L-1。选择其中最低的0.09 nmol·L-1(约3.1×10-3 μg·mL-1)作为MABEL计算依据[18]。按照70 kg人体含3 L体积血浆推算，对应的临床剂量为0.1 μg·kg-1,因此选择该剂量作为ALKS 4230的首次人体用药剂量^[19]。基于MABEL法选择的浓度比该药在猴子重复给药毒性研究中NOAEL对应的Cmax低750倍，比体外细胞因子释放试验中IL-6、IFN-γ、IL-8升高的浓度低3倍，佐证了MABEL法用于免疫调节类药物临床剂量设计的安全性。目前，该药物处于Ⅱ期临床研究阶段。

5.2 案例2

      SCHALLER等^[20]开发了一种CD3:hEGFRvⅢ双特异性抗体，通过同时结合T细胞表面CD3和肿瘤细胞表面EGFRvⅢ,抑制肿瘤生长。由于该产品通过激活T细胞实现，属于高活性免疫调节类生物制品，低剂量下极有可能引发细胞因子风暴，因此临床起始剂量同样采用MABEL法进行设计。该双特异性抗体开展了结合CD3+T细胞、结合EGFRvⅢ肿瘤细胞、细胞因子释放、T细胞增殖和活化、肿瘤细胞裂解以及体内PD等研究，相关数据及计算得到的临床剂量，见表1。通过MABEL法推算得到临床起始剂量约为57.4 ng·kg-1,而采用动物体内药效获得的HED约为0.6 mg·kg-1,较前者高10 453倍。此外，受体占有率计算的结果显示，57.4 ng·kg-1剂量下对应的CD3受体占有率约为0.17%,再次确保了临床用药的安全性。

5.3 案例3

      BMS-931699是通过阻断CD28-B7结合抑制T细胞活化，临床拟用于自身免疫性疾病及器官移植排斥的治疗^[21]。体外实验中研发者认为混合淋巴细胞在反映CD28阻断方面最为灵敏，且更能代表体内真实情况，最终选择混合淋巴细胞反应EC10(0.32 nmol·L-1)作为临床起始剂量设计依据；体内实验则用RO约10%的小鼠(4 μg·kg-1)和食蟹猴(0.9 μg·kg-1)的剂量，并基于体表面积转换为HED。综合对比后，以混合淋巴细胞反应所得剂量10 μg·kg-1作为临床起始剂量。虽然本品与TGN1412不同，不属于免疫激活药，但考虑到CD28属于高风险靶点，且BMS-931699尚未在人体使用，最终首选MABEL法用于临床起始剂量的设计。

      MABEL法相较于传统NOAEL、HNSTD等方法获得的临床起始剂量偏低，可有效保障健康受试者的安全性，尤其适用于高活性、高风险的免疫调节类药物。但对于晚期肿瘤患者，MABEL法通过临床前EC10、10% RO等计算所得剂量不一定能提供足够的有效性支持，尤其是不确定RO与下游生物学效应关系的情况下^[3]。此外，对于已有充分研究数据支持的免疫调节类靶点，开发的药物不具备高风险特点，MABEL法也不一定是临床剂量设计的首选。美国强生公司开发的一款IL-13抗体CNTO5825,采用NOAEL法、MABEL法计算所得临床剂量分别为0.10 mg·kg-1和0.07 μg·kg-1。但是，由于IL-13不是全新靶点，且CNTO5825是IL-13阻断型抗体，并不属于高风险生物药，最终选择了NOAEL法计算的剂量开展临床研究^[22]。

   随着PD-1抗体类药物在肿瘤免疫治疗领域的突破，越来越多的免疫系统调节药物进入临床研究阶段。临床起始剂量的设计是所有药物完成临床前药理毒理学研究，进入临床研究前需要重点考虑的环节。免疫调节类药物因其高活性，在影响免疫系统的同时也带来了免疫毒性风险。基于NOAEL、HNSTD等方法获得的临床起始剂量，可能带来过高的RO以及免疫系统的完全激活，在免疫调节类药物的应用中受到限制。另外，NOAEL和HNSTD是基于动物毒理学终点进行剂量换算，而动物与人体在受体同源性、药物与不同种属受体亲和力、受体表达丰度及受体分布等方面均可能存在差异，单纯基于体表面积、体质量甚至暴露量进行种属间剂量换算，也会使人体面临过高的毒性风险，TGN1412事件就是一个很经典的案例。MABEL法通过综合考量体内、体外生物学和药理学数据，以最低预期生物效应剂量作为计算依据，很大程度上解决了免疫调节类药物首次临床研究中可能出现的安全性风险。体外生物学活性试验多会采用人源蛋白、人源细胞或人源体系开展试验，很大程度上规避了种属间差异引入的风险。然而，MABEL法并不能解决所有问题，在充分规避安全性风险的同时也需要保障患者的有效性，建议根据具体药物作用机制、靶点的生物学特点、临床风险级别等综合评估，选择最合适的方法应用到免疫调节类药物临床起始剂量设计中。比如为避免早期研究阶段，患者过多暴露在无效剂量下，国家药品监督管理局在《以临床价值为导向的抗肿瘤药物临床研发指导原则》中建议在较低剂量水平可采用加速滴定的方式，还可以采用基于模型的设计和一些新兴的模型辅助方法。

参考文献

   详见《中国临床药理学杂志》2022年第38卷第19期

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