生物標(biāo)記物指導(dǎo)下的新藥研發(fā)

自去年年初中國的精準(zhǔn)醫(yī)療計劃初見端倪以來，精準(zhǔn)醫(yī)療即成為生物醫(yī)療行業(yè)里的熱點話題，各類討論、爭論層出不窮，以至如何定義精準(zhǔn)醫(yī)療都有很多不同意見。但有一點有著廣泛的共識，即生物標(biāo)記物指導(dǎo)下的精準(zhǔn)用藥（以下簡稱個性化治療），是精準(zhǔn)醫(yī)療中公認(rèn)的一個核心領(lǐng)域。其新標(biāo)志是新藥在FDA獲批時，以該藥的生物標(biāo)記物開發(fā)的體外診斷伴隨試劑盒（Companion Diagnostics）也同時獲批，因為有規(guī)范的臨床數(shù)據(jù)證明該藥只有在生物標(biāo)記物陽性的病人中有顯著療效。該藥上市后需用伴隨診斷來篩選適宜病人，從而達到精準(zhǔn)治療的效果。

同樣的藥同樣的劑量，有些病人吃了有效，有些吃了無效或者還有副作用，這種由于病人間個體化差異導(dǎo)致對藥物的不同反應(yīng)，這普遍存在于大多數(shù)藥物治療過程中，也是個性化治療領(lǐng)域發(fā)展的動因。

個性化治療最早的成功案例就是治療乳腺癌的單抗藥赫賽汀，基因泰克公司較早地確定了赫賽汀的藥物靶標(biāo)HER2是其生物標(biāo)記物，其臨床試驗針對性地選擇HER2過度表達乳腺癌病人，三期臨床只用了二百多病人就證明了赫賽汀的療效，隨即獲得FDA的加速審批獲準(zhǔn)上市。如果基因泰克當(dāng)年沒有采用HER2作為生物標(biāo)記物來篩選潛在的有效病人，由于只有不到百分之三十的乳腺癌病人有HER2過度表達，只有幾百人的臨床三期試驗結(jié)果很可能就會失敗。

赫賽汀自1998年上市以來，造福于廣大乳腺癌患者，同時迅速成為銷售過十億的重磅炸彈新藥，為原研藥廠帶來巨大回報。赫賽汀的成功也催生了個性化治療這個新型領(lǐng)域，讓業(yè)界見證了其巨大潛力，尤其是創(chuàng)新藥研發(fā)的成本越來越高、但失敗率高居不下，個性化治療被認(rèn)為是解決這一難題的靈丹妙藥。

個性化治療的理念淺顯懂，加上赫賽汀治療及后來的治療有BCR-ABL融合基因慢性粒細(xì)胞白血病格力維等個性化新藥的優(yōu)異療效并同時伴隨著商業(yè)上的巨大成功，很快就被新藥研發(fā)領(lǐng)域廣泛接受。在過去十余年，新藥領(lǐng)域、尤其是腫瘤創(chuàng)新藥領(lǐng)域的國際大藥廠，已經(jīng)普遍將生物標(biāo)記物作為指導(dǎo)其創(chuàng)新藥的重點。FDA 也對這一領(lǐng)域給予了高度的支持，對于有生物標(biāo)記物指導(dǎo)的個性化新藥會給予加速審批，有時甚至有臨床二期的結(jié)果就可以批準(zhǔn)上市，例如輝瑞治療肺癌的ALK抑制劑克唑替尼，F(xiàn)DA同時還及時出臺了伴隨診斷的與新藥同步研發(fā)報批的指南。與此同時，精準(zhǔn)醫(yī)療也成為生物醫(yī)藥領(lǐng)域里越來越熱門的話題，直至去年已引起中美兩國政府的高度重視。

生物標(biāo)記物成個性化治療瓶頸

綜上所述，可以看出個性化治療是一個跨行業(yè)的新興領(lǐng)域，將分子診斷同藥物研發(fā)有機地結(jié)合起來，從而到達精準(zhǔn)用藥的目的。二者成功結(jié)合的最核心之處就是能否找到可預(yù)測藥物療效的生物標(biāo)記物了。盡管十余年來個性化治療已成生物醫(yī)藥領(lǐng)域的共識，很多藥廠也高度重視，有的機構(gòu)甚至要求進入的項目都需要有生物標(biāo)記物，但是在FDA批準(zhǔn)上市的上百個新藥中，獲批作為伴隨診斷的生物標(biāo)記物只有十余個，絕大多數(shù)創(chuàng)新藥都沒有真正的經(jīng)過臨床雙盲試驗驗證的生物標(biāo)記物?？梢姲l(fā)現(xiàn)正確的生物標(biāo)記物是非常不容易，實際上這已經(jīng)成為個性化治療的瓶頸。

第一代生物標(biāo)記物最直觀也最容易理解，即藥物靶標(biāo)的過度表達就是生物標(biāo)記物。因為靶點越多藥物越容易擊中目標(biāo)，如果沒有靶點，自然打不中目標(biāo)。譬如預(yù)測赫賽汀對HER2過度表達的乳腺癌有效，還有最近獲批的PD1單抗用于治療PD1陽性的肺癌?？墒荅GFR抑制劑易瑞沙的療效卻同EGRF的表達水平無關(guān)，后來發(fā)現(xiàn)其療效是同EGFR的基因突變相關(guān)。

隨著下代測序技術(shù)的興起，對于靶點突變作為生物標(biāo)記物的研究越來越多。但是不是只把寶押在藥物靶點上就萬無一失呢？

治療結(jié)腸癌的單抗藥Erbitux 的靶點也是EGFR，但其療效同EFGR的表達和突變都沒有關(guān)聯(lián)，后來通過大量的回顧性試驗發(fā)現(xiàn)其生物標(biāo)記物是出于EGFR信號傳導(dǎo)通路下游的K-RAS基因突變。這類靶點以外的生物標(biāo)記物可歸為第二代生物標(biāo)記物，可想而知這類生物標(biāo)記物要比第一類難找得多。

生物標(biāo)記物在新藥研發(fā)里的重要性、尤其是在腫瘤領(lǐng)域，已得到空前的重視。很多藥廠要求新藥進入臨床試驗時一定要有生物標(biāo)記物，這當(dāng)然是最理想的模式，前提是能在臨床前動物實驗時即可確定生物標(biāo)記物，這通常發(fā)生在生物標(biāo)記物即是藥物靶點或其突變本身時。比如Peter Hirth領(lǐng)導(dǎo)的Plexxikon 很早就針對B-Raf突變開發(fā)出B-Raf抑制劑維羅非尼，并很快在在臨床試驗中證明維羅非尼含有B-Raf突變的黑色素瘤有著非常顯著的療效。

對大多數(shù)新藥項目來說，將藥物靶標(biāo)作為生物標(biāo)記物是最常見的方式，有些還在在動物實驗或細(xì)胞株試驗中有不錯預(yù)測藥效的結(jié)果。但遺憾的是，由于生物信號傳導(dǎo)的復(fù)雜性及人體和動物或單一細(xì)胞株的巨大差異，很多情況這些結(jié)果未見得在人體臨床試驗中能夠重復(fù)，該新藥的生物標(biāo)記物未見得是藥物靶標(biāo)本身。例如輝瑞研發(fā)的cMet激酶抑制劑可銼替尼，針對cMet擴增的腫瘤未有很顯著的療效。不過幸運的是克唑替尼被發(fā)現(xiàn)在很少見的一些含有ALK融合基因的肺癌病人中療效異常顯著，輝瑞的科學(xué)家們很快改用ALK作為生物標(biāo)記物指導(dǎo)可銼替尼治療這一小部分肺癌病人。由于其效果顯著，F(xiàn)DA在可銼替尼臨床二期試驗完成后即批準(zhǔn)該藥上市。

兩大難點

從上面的闡述可見，在創(chuàng)新藥研發(fā)過程中找到真正的臨床生物標(biāo)記物并不容易，這也是為什么這么多年來上市新藥只有很少數(shù)帶有伴隨診斷共同上市，而且這其中還有不少幸運的成分。發(fā)現(xiàn)生物標(biāo)記物的難度如此之大是有多方面的原因。

其一，在靶向藥物為主導(dǎo)的今天，藥物的作用機理大多是在細(xì)胞株和動物模型中建立完成的，但人體是一個多細(xì)胞多器官的高度復(fù)雜的生物體，很多疾病的治病機理涉及到多個生物信號傳導(dǎo)通路且不同器官會有不同的機理（對大多數(shù)疾病而言，現(xiàn)代科學(xué)了解的其致病機理的很小一部分），這是臨床前藥物研發(fā)所用的體外試驗體系很難模擬的。例如，B-Raf突變在黑色素瘤中是維羅非尼很好的生物標(biāo)記物，但維羅非尼對于含有同樣B-Raf突變的結(jié)腸癌療效卻相差甚遠(yuǎn)。因而不能簡單地根據(jù)一型腫瘤試驗里的生物標(biāo)記物的結(jié)果就貿(mào)然推斷其他腫瘤的療效，一定要有相應(yīng)的臨床數(shù)據(jù)支持才能真正的成為生物標(biāo)記物。另外靶向藥也常會作用于原始設(shè)計靶標(biāo)以外的蛋白，尤其是激酶抑制劑，這個現(xiàn)象尤為明顯。例如克唑替尼會抑制Met及ALK， 伊馬替尼抑制BCR-ABL，Kit，和PDGFR。

另外，生物信號傳導(dǎo)通路常涉及到靶標(biāo)以外的多個基因，例如抑制EGFR的單抗藥Erbitux的生物標(biāo)記物是EGFR下游的K-RAS基因突變。這都使得常用的只以單一原研藥物靶標(biāo)為生物標(biāo)記物有很大的局限性。

其二，是我們對人類基因組了解的局限，因為能否正確選擇生物標(biāo)記物是基于對基因組功能的了解。盡管本世紀(jì)初，我們就完成了人類基因組的測序，獲得了全部三十億堿基對的序列。但直到今天，我們只對人類基因組不到5%的基因編碼區(qū)有一定的了解，對于90%以上的基因組序列知之甚少。

個性化治療與基因組學(xué)即大數(shù)據(jù)

與精準(zhǔn)醫(yī)療的熱度相似，大數(shù)據(jù)也成為一個熱點。大量的基因組學(xué)數(shù)據(jù)無疑會加速對解碼人類基因組及了解各基因區(qū)域位點同疾病藥物療效的關(guān)系，進而推進生物標(biāo)記物的發(fā)掘，助力個性化治療的發(fā)展。

人類基因組測序也極大地推動了DNA芯片技術(shù)迅猛發(fā)展及應(yīng)用，一塊小小的芯片可以檢測人類基因組中大部分乃至全部的基因，這類基于組學(xué)的微陣列芯片的普及突破了傳統(tǒng)的基于靶向基因或少量候選基因的局限，催生了新一代包含多個基因生物標(biāo)記物群的出現(xiàn)，例如MammaPrint檢測試劑就是由從全基因組RNA微陣列芯片試驗中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)中挑選出的70個基因組成，用以預(yù)測乳腺癌患者的預(yù)后，進而幫助患者和醫(yī)生確定是否采用化療來防止癌癥復(fù)發(fā)。

隨著類似大量組學(xué)的試驗公開，形成了一個龐大的組學(xué)大數(shù)據(jù)，其中蘊藏了大量信息可供發(fā)掘，包括生物標(biāo)記物。例如，密西根大學(xué)的Arul Chinnaiyan小組從大量的微陣列芯片的數(shù)據(jù)中首次發(fā)現(xiàn)了前列腺癌的生物標(biāo)記物TMPRSS2-ETS融合基因。

在RNA芯片的崛起后，基于全基因組的單核苷酸多態(tài)性（SNP）芯片也有了迅猛的發(fā)展，目前的全基因組芯片可以包囊上百萬個SNPs，這項技術(shù)催生了全基因組關(guān)聯(lián)研究的迅速普及，到目前為止已有上千個全基因組關(guān)聯(lián)研究公開發(fā)表，為了解危害人類健康主要疾病的致病遺傳因素取得了豐碩的成果，同時很多研究也使用這項技術(shù)來發(fā)掘新的生物標(biāo)記物。

過去幾年，二代測序的迅猛發(fā)展把組學(xué)研究帶向一個新的水平，高通量測序的發(fā)展使得我們可以輕易地檢測人類基因組的所有外顯子及整個基因組的基因序列及其變異，其產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)會進一步加速生物標(biāo)記物的開發(fā)。下代測序等一系列組學(xué)研究新技術(shù)是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域里不可或缺的重要工具，如能合理、有針對性地將這些工具及同包括臨床試驗等醫(yī)療大數(shù)據(jù)有效結(jié)合起來，將會對個性化治療領(lǐng)域有著不可估量的重大意義，并最終大幅提高新藥研發(fā)的成功率，我們有理由相信未來幾年將會是個性化治療迅猛發(fā)展的黃金時代。