單克隆抗體藥代動力學(xué)研究進展及應(yīng)用

徐冉馳 苗紅 鄭劍恒

摘 要 單克隆抗體藥物在腫瘤治療領(lǐng)域表現(xiàn)出顯著療效。單克隆抗體藥物的結(jié)構(gòu)和生物活性與小分子藥物存在顯著差異，故體內(nèi)的吸收、分布、代謝、排泄及毒性過程均表現(xiàn)出與小分子藥物不同的藥代動力學(xué)（pharmacokinetics， PK）特征。本文對單克隆抗體藥物PK特征進行總結(jié)，并結(jié)合抗體免疫原性、糖基化修飾、不同給藥方式等因素，對單克隆抗體藥物PK特性進行討論；簡述其藥代動力學(xué)/藥效學(xué)（pharmacodynamics， PD）（PK/PD）模型在抗腫瘤靶向藥物中的研究情況。

關(guān)鍵詞 單克隆抗體 藥代動力學(xué) 免疫原性 藥代動力學(xué)/藥效學(xué)模型

中圖分類號：R969.1 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-1533（2019）13-0073-04

Advances in pharmacokinetic studies of therapeutic monoclonal antibodies and their application*

XU Ranchi1**， MIAO Hong1， ZHENG Jianheng2***（1. Shanghai Pharmaceuticals Holding Co.， Ltd.， Shanghai 201203， China； 2. Key Laboratory of State General Administration of Sport， Shanghai Research Institute of Sports Science， Shanghai 200030， China）

ABSTRACT Monoclonal antibody （mAb） drugs have recently shown significant efficacy in the field of cancer therapy. Their structure and biological activity are significantly different from those of small molecule drugs. Therefore， their absorption， distribution， metabolism， excretion and toxicity processes in the body show different pharmacokinetics （PK） characteristics from small molecule drugs. The unique PK characteristics of mAbs are summarized and discussed in combination with factors such as antibody immunogenicity， glycosylation modification and different modes of administration. The pharmacokinetic/ pharmacodynamic （PK/PD） model in the function of anti-tumor targeted drug study is also outlined.

KEy WORDS monoclonal antibodies； pharmacokinetics； anti-drug antibody； PK/PD model

單克隆抗體（簡稱單抗）藥物因具有治療靶點特異性強、活性高、安全可控、療效好等特征，近年來在新藥研發(fā)中越來越受到重視[1]。自1986年首個單抗藥物莫羅單抗-CD3由美國FDA批準(zhǔn)上市，目前全球上市的抗體藥物已超過80個。單抗血管通透性較差，體內(nèi)代謝以蛋白質(zhì)分解為主，且與靶點結(jié)合更緊密，因此與小分子藥物相比藥代動力學(xué)（PK）特征存在較大差異，主要表現(xiàn)在吸收、分布、消除以及毒性等過程。同時，選擇合適的藥代動力學(xué)/藥效學(xué)（PK/PD）結(jié)合模型將有助于單抗藥物的臨床研發(fā)。

1 單克隆抗體藥物的藥代動力學(xué)特征

1.1 吸收

單抗分子量較大、膜透過性差、易在胃腸道環(huán)境中變性降解，口服生物利用度極低，因此，通過靜脈注射、皮下注射或肌肉注射等方式給藥。靜脈注射后通過淋巴管吸收轉(zhuǎn)運是其最主要的吸收方式，淋巴系統(tǒng)的多孔性利于相對分子量較大的單抗藥物在細胞間液對流作用下進行轉(zhuǎn)運，而小分子藥物則通常直接吸收進入毛細血管。

單抗藥物皮下和肌內(nèi)給藥過程中，在組織間隙和淋巴轉(zhuǎn)運時易受蛋白水解，由此產(chǎn)生“首過效應(yīng)”，較靜脈給藥生物利用度降低。孫旭等[2]對重組抗腫瘤壞死因子-α（TNF-α）全人源單抗進行動物藥代動力學(xué)研究，對皮下和靜脈兩種給藥方式的體內(nèi)暴露進行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，抗TNF-α全人源單抗的皮下給藥生物利用度為77.5%，較靜脈注射明顯降低。研究表明，給藥部位的分解代謝作用、細胞內(nèi)吞作用、FcRn介導(dǎo)再循環(huán)作用等，是影響單抗生物利用度的主要因素。皮下或肌內(nèi)給藥時，單抗因溶解性差及給藥體積受限，通常采用多次或多部位給藥方式以保證給藥的安全性和耐受性[3]。例如，奧馬珠單抗皮下給藥，臨床單次用藥劑量需超過150 mg，采用多個注射部位分別注射的給藥方案，從而保證最佳藥效。利妥昔單抗等皮下制劑為提高給藥劑量，輔以透明質(zhì)酸酶的方式給藥，以降解皮膚組織或腫瘤組織中的透明質(zhì)酸，增強組織的通透性從而有利于藥物擴散。單抗藥物在皮下或肌肉注射給藥方式中，隨著給藥劑量的增加生物利用度也隨之增加，推測是細胞內(nèi)吞作用或蛋白質(zhì)分解酶降解過程具有可飽和性導(dǎo)致，對于此類單抗藥物可考慮增加給藥劑量從而提高生物利用度。

1.2 分布

因單抗分子量大、極性大，體內(nèi)分布難以通過擴散方式進入組織，主要通過細胞旁路轉(zhuǎn)運或跨細胞轉(zhuǎn)運分布到外周組織。研究表明，單抗藥物主要在淋巴系統(tǒng)中以對流轉(zhuǎn)運的方式進行吸收后，再由對流作用以及抗體細胞間的結(jié)合作用進行其在組織中的分布。

單抗藥物穩(wěn)態(tài)表觀分布容積（Vss）在計算過程中，需選擇合適的非房室模型或靶點介導(dǎo)藥物處置模型（TMDD），用以降低Vss估計值和實測值之間的誤差，因組織含量計算需同時考慮細胞間隙的分布以及與組織的結(jié)合或者進入細胞的量。有研究對快速結(jié)合假設(shè)（RB）、準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)假設(shè)（QSS）以及米氏假設(shè)等進行總結(jié)，建立米氏假設(shè)TMDD模型準(zhǔn)確描述單抗藥物的體內(nèi)分布數(shù)據(jù)。

1.3 代謝與排泄

單抗藥物腎小球濾過困難，其消除方式多是分解代謝。透過腎小球濾過分子量較小的單抗片段未直接排出體外，而是被腎臟再吸收或被近端小管的細胞代謝。研究表明，單抗體內(nèi)的代謝消除方式分為Fc受體介導(dǎo)和靶點介導(dǎo)兩種。單抗藥物臨床使用不會導(dǎo)致FcRn受體的飽和，因此，通過Fc介導(dǎo)消除的單抗通常表現(xiàn)出線性特征。研究發(fā)現(xiàn)[4]，非人源化抗體在與人體的FcRn相結(jié)合時較人源化抗體親和力低，因此隨著人源化程度的增加，單抗體內(nèi)的消除半衰期（t1/2）顯著延長。例如鼠源性單抗莫羅單抗的t1/2為1 d，而人源化單抗阿達木單抗t1/2長達14.7～19.3 d[5-6]。

靶點介導(dǎo)消除機制涉及到單抗與藥效靶點間的相互作用。例如受體介導(dǎo)的細胞內(nèi)吞作用時，一些可溶性的靶點表面具有多個重復(fù)表位，能夠與兩個或以上的抗體結(jié)合形成免疫復(fù)合物，在細胞吞噬作用下快速地對抗體進行消除。曲妥珠單抗、利妥昔單抗、吉妥珠單抗等表現(xiàn)出的非線性消除特征可能正是基于靶點介導(dǎo)消除機制。由于靶點介導(dǎo)消除方式具有可飽和性，對時間依賴性較強，因此，其在PK特征以及藥效關(guān)系的影響上相較Fc受體介導(dǎo)的消除方式更具意義。

1.4 毒性

單抗與小分子結(jié)構(gòu)差異明顯，其自身具有生物活性，表現(xiàn)出免疫原性、心血管系統(tǒng)毒性、腎臟毒性或其它毒性。利妥昔單抗在臨床應(yīng)用過程中的嚴重和潛在不良反應(yīng)常見的是致命性輸液反應(yīng)、腫瘤溶解綜合征、心血管事件等[7]。研究表明[8]，曲妥珠單抗在臨床應(yīng)用過程中出現(xiàn)充血性心力衰竭的心臟毒性。國內(nèi)單抗新藥PD-1（SHR-1210）具有顯著的抗腫瘤活性，但血管瘤不良反應(yīng)嚴重，發(fā)生率高達79.3%。研究表明[9]，大分子蛋白藥物臨床應(yīng)用表現(xiàn)出腎臟毒性，造成腎的排泄困難。

單抗藥物在臨床研發(fā)過程中，發(fā)現(xiàn)不良反應(yīng)和藥效往往相關(guān)。對西妥昔單抗相關(guān)性皮疹機制的研究發(fā)現(xiàn)，皮疹的發(fā)生率高達90%；同時多組臨床研究證實，皮疹出現(xiàn)及其程度可能是單抗靶向藥治療臨床獲益的標(biāo)志，皮疹越嚴重，提示藥物療效可能越好。

1.5 免疫原性及糖基化修飾

1.5.1 免疫原性（anti-drug antibody，ADA）

單抗藥物在治療過程中可引起免疫反應(yīng)，刺激機體產(chǎn)生ADA。ADA的生成將進一步影響到單抗藥物的PK特征，增加單抗的體內(nèi)消除速率。研究表明，ADA對單抗藥物PK行為的影響主要是由其表面抗原位點數(shù)目所決定，若只有1或2個抗抗體與單抗表面的抗原位點結(jié)合，單抗藥物將延長至和內(nèi)源性IgG相似的半衰期；若有3個或以上的抗抗體與單抗結(jié)合將形成免疫復(fù)合物并很快通過細胞的吞噬作用被消除。

此外，給藥方式、劑量、療程長短等因素與ADA的產(chǎn)生也具有相關(guān)性。相對于靜脈注射而言，皮下注射以及肌肉注射可能導(dǎo)致更高的免疫原性反應(yīng)。給藥劑量與單抗的免疫原性之間的關(guān)系比較特別，隨著單抗給藥劑量的增加，ADA的生成反而減少。同時，隨著用藥療程的增加，ADA的發(fā)生概率也會逐漸增加。例如，英夫利昔單抗在給藥初的2個月內(nèi)幾乎不產(chǎn)生ADA，而持續(xù)用藥12個月后，在90%的患者體內(nèi)均檢測到英夫利昔單抗的ADA陽性。

1.5.2 糖基化修飾

糖基化修飾會影響單抗蛋白的性能，對藥代動力學(xué)，藥物穩(wěn)定性、活性及免疫原性產(chǎn)生影響。由于糖鏈結(jié)構(gòu)在體外生物合成產(chǎn)生，對其Fab段和Fc段特定的糖基化進行修飾，引入機體內(nèi)會部分誘發(fā)ADA，對抗體藥物的體內(nèi)清除速率產(chǎn)生影響。研究發(fā)現(xiàn)，單抗的糖基化結(jié)構(gòu)與藥效功能之間關(guān)系密切，能夠通過影響Fc段功能區(qū)的結(jié)合作用，對藥物的體內(nèi)消除半衰期產(chǎn)生影響。通過糖基化修飾，針對單抗的半衰期時間進行設(shè)計，使得長期用藥患者給藥頻率相應(yīng)減少[9]。

有研究報道，西妥昔單抗在美國東南部地區(qū)使用過程中，約22%的患者發(fā)生嚴重超敏反應(yīng)。主要原因是糖基化修飾異常，從而造成嚴重超敏反應(yīng)的發(fā)生。單抗的糖基化修飾影響了臨床使用中的安全性，通過糖基化工程可以控制糖型的形成，進一步優(yōu)化單抗的效應(yīng)功能和降低免疫原性。

2 PK/PD模型在靶向抗腫瘤藥物研究中的應(yīng)用

在單抗藥物的研究過程中，PK/PD模型可以最優(yōu)化給藥劑量的設(shè)計、對臨床有效劑量進行預(yù)測、發(fā)現(xiàn)潛在藥物的作用靶標(biāo)、預(yù)測血藥濃度及靶組織中的藥物濃度等，合理地將藥物臨床前數(shù)據(jù)推導(dǎo)到臨床試驗過程中。例如，在曲妥珠單抗和帕妥珠單抗聯(lián)合用藥方案中，結(jié)合PK和PD的研究結(jié)果，采用序貫治療方式使穩(wěn)態(tài)血藥濃度維持在最低中毒濃度與最低有效濃度之間。

疾病發(fā)生部位的生理結(jié)構(gòu)與正常機體組織或器官有差異，導(dǎo)致多數(shù)情況下靶組織藥物濃度和血藥濃度不一致。需建立合適的模型，用以表達發(fā)生疾病靶部位的藥物濃度和治療藥效的關(guān)系。Singh等[10]建立腫瘤處置模型，用于同時表述抗體偶聯(lián)藥物（antibody-drug conjugate， ADC）在血漿和腫瘤中處置過程，并與TDI模型相結(jié)合創(chuàng)建PK/PD模型，研究腫瘤中藥物濃度與抗癌效應(yīng)之間的關(guān)系。建立合理的PK/PD模型，可準(zhǔn)確地預(yù)測單抗藥物在血液及靶部位的吸收、分布及代謝過程。

PK/PD模型在聯(lián)合用藥中可用于定量描述不同給藥條件下多藥聯(lián)用的藥效、毒效改變，判斷是否存在協(xié)同作用，合理地優(yōu)化用藥方案。如在EGFR抑制劑與血管內(nèi)皮生長因子受體（VEGFR）抑制劑這2個靶向藥物的療效研究中，對血藥濃度與腫瘤抑制之間的關(guān)系進行定量描述，得出聯(lián)合用藥組療效遠遠優(yōu)于單一用藥組的結(jié)論。聯(lián)合治療中單一組分也可在不影響藥效的前提下相應(yīng)減少用藥量，伴隨而來的毒性效應(yīng)也降低。由于單抗藥物及其聯(lián)用的抗體藥物、細胞藥物及化療藥物種類較多，機制研究尚未完全清晰，故在聯(lián)合用藥過程中需要對其藥物體內(nèi)相互作用進行考察，尤其要重點關(guān)注其不良反應(yīng)。

3 結(jié)語

筆者簡述了單抗藥物的藥代動力學(xué)研究進展，建立合適的PK/PD模型指導(dǎo)新藥研發(fā)以及臨床合理用藥具有重要的意義。然而在實際研究中仍然面臨著許多問題和挑戰(zhàn)：如何選擇合適的藥效指標(biāo)來評價藥物的療效；如何解決具有多靶點或多組分特性藥物以及聯(lián)合用藥的PK/PD結(jié)合研究；如何更全面地闡述藥代-毒代相互關(guān)系等。仍需更多的臨床前及臨床試驗提供安全性和有效性數(shù)據(jù)，進一步解決單抗藥物研究中的瓶頸問題。

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