單抗產(chǎn)品中聚山梨酯20降解的分析與控制

孫慧東，張甘良，張江禎

（1.復(fù)旦大學(xué)，上海200433；2.上海津曼特生物科技有限公司，上海201203）

單克隆抗體藥物為多結(jié)構(gòu)域大分子蛋白，與傳統(tǒng)小分子藥物相比，在儲(chǔ)存過(guò)程中容易發(fā)生聚集、降解等不穩(wěn)定現(xiàn)象，造成藥品批間差異增大及免疫原性改變等不良后果[1]。為了保證藥品的長(zhǎng)期有效，并滿(mǎn)足監(jiān)管的要求，一般在制劑處方中加入穩(wěn)定劑，增強(qiáng)單克隆抗體穩(wěn)定性，確保產(chǎn)品的有效性和安全性。穩(wěn)定劑一般包括表面活性劑和有機(jī)助溶劑。表面活性劑具有防止界面蛋白吸附、蛋白質(zhì)變性和蛋白質(zhì)聚集的保護(hù)作用，可以降低凍融、混合、過(guò)濾、凍干、運(yùn)輸和儲(chǔ)存等過(guò)程中蛋白的聚集，防止蛋白被吸附到容器表面，對(duì)蛋白質(zhì)的穩(wěn)定起到關(guān)鍵作用，已成為穩(wěn)定蛋白藥物配方中不可或缺的部分[2]。

藥物制劑中常見(jiàn)的表面活性劑是聚山梨酯20（Polysorbate 20，PS 20）和聚山梨酯80（Polysorbate 80，PS 80），在生物制劑中廣泛應(yīng)用，但同時(shí)也面臨許多挑戰(zhàn)。目前，市售的聚山梨酯20或聚山梨酯80都是不同脂肪酸酯的混合物，可能導(dǎo)致批次之間的顯著差異[3]，且在放置過(guò)程中，不可避免地發(fā)生不同程度的降解，產(chǎn)生各種降解產(chǎn)物，包括過(guò)氧化物、甲酸、乙酸、反應(yīng)性醛/酮和游離脂肪酸[4]。隨著時(shí)間的推移，游離脂肪酸的積累會(huì)導(dǎo)致蛋白藥物產(chǎn)品中形成可見(jiàn)異物和不溶性微粒[5]，可能存在風(fēng)險(xiǎn)。

聚山梨酯化學(xué)不穩(wěn)定的機(jī)制已經(jīng)被廣泛研究，自氧化、脂肪酯鍵的水解以及環(huán)氧乙烷亞基的裂解都會(huì)導(dǎo)致這種不穩(wěn)定性[6-8]。這種化學(xué)不穩(wěn)定性降低了制劑中聚山梨酯的含量，并有可能在凍融、制造、運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中影響蛋白質(zhì)藥物的質(zhì)量。另外，降解產(chǎn)物對(duì)蛋白質(zhì)的影響也需要進(jìn)一步研究。Kishore等[9]在藥物相關(guān)條件下對(duì)安慰劑和蛋白質(zhì)制劑進(jìn)行的一系列研究中觀察到過(guò)氧化物的積累，并得出結(jié)論認(rèn)為自氧化是主要機(jī)制。在這項(xiàng)研究中，還研究了隨時(shí)間推移可能形成的各種聚山梨酯降解物對(duì)蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，盡管存在聚山梨酯降解物，但聚山梨酯閾值水平的存在對(duì)于維持蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性很重要。Labrenz[10]報(bào)道，包含聚山梨酯80的多種單抗產(chǎn)品在儲(chǔ)存過(guò)程中觀察到可見(jiàn)顆粒物。這些顆粒是由聚山梨酯80水解產(chǎn)生的游離脂肪酸，并且制劑產(chǎn)品中的聚山梨酯80含量也隨之下降。殘留宿主細(xì)胞蛋白中的一種磷脂酶B2被認(rèn)為是聚山梨酯80水解的根本原因[10]。Anthony Tomlinson等[11]報(bào)道有2種單抗成品在2～8 ℃長(zhǎng)期儲(chǔ)存后，輔料中的聚山梨酯20發(fā)生降解，生成的游離脂肪酸經(jīng)長(zhǎng)期累積后形成白色顆粒沉淀。Dixit等[12]也報(bào)道了在一種硫酸酯酶藥物產(chǎn)品在2～8 ℃長(zhǎng)期儲(chǔ)存后，輔料中的聚山梨酯20發(fā)生降解形成游離脂肪酸顆粒，磷脂酶B2同樣被認(rèn)為是造成聚山梨酯20發(fā)生降解的根本原因。

上海津曼特生物科技有限公司在抗EGFR（Epidermal growth factor receptor，一種表皮生長(zhǎng)因子受體）單克隆抗體藥物制劑的早期開(kāi)發(fā)工作中，發(fā)現(xiàn)其在（5±3）℃長(zhǎng)期儲(chǔ)存后，產(chǎn)品中的聚山梨酯20會(huì)發(fā)生降解，游離脂肪酸經(jīng)長(zhǎng)期積累形成白色顆粒，將樣品放置于室溫后，這些顆粒仍然可見(jiàn)，且搖晃后顆粒不消失。本文對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)查，以探討聚山梨酯20發(fā)生降解的根本原因。通過(guò)疏水“流穿”模式層析，去除產(chǎn)品中可能導(dǎo)致聚山梨酯20降解的殘留宿主細(xì)胞雜質(zhì)磷脂酶B2，并進(jìn)行加速穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，于25 ℃儲(chǔ)存6個(gè)月后，考察可見(jiàn)異物和不溶性微粒情況。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

抗EGFR單克隆抗體為津曼特公司生產(chǎn)，醋酸鈉、冰醋酸、乙醇、氫氧化鈉等化學(xué)試劑均為藥用級(jí)，供應(yīng)商為湖南爾康；Hamster PLBL2 ELISA KIT試劑盒購(gòu)自ICL（Immunology Consultants Laboratory）；填料為GE Healthcare的Captophenyl（high sub）；所用設(shè)備為GE Healthcare的液相層析系統(tǒng)AKTA purifier，Tricron 5/100層析柱；貝克曼的液體顆粒計(jì)數(shù)系統(tǒng)HIAC9703。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 磷脂酶B2含量檢測(cè)

將Hamster PLBL2 ELISA KIT中的磷脂酶B2標(biāo)準(zhǔn)品用超純水溶解后，梯度稀釋?zhuān)玫搅字窧2梯度系列標(biāo)準(zhǔn)品，濃度依次為20.00 ng/mL、10.00 ng/mL、5.00 ng/mL、2.50 ng/mL、1.25 ng/mL、0.63 ng/mL和0.31 ng/mL，將單抗藥物制劑樣品經(jīng)過(guò)適當(dāng)倍數(shù)的稀釋后，與標(biāo)準(zhǔn)品及空白對(duì)照加樣到酶標(biāo)板條上，孵育，后經(jīng)過(guò)洗板、加一抗、加二抗、顯色等步聚，在酶標(biāo)儀上讀取OD450值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)品的濃度和OD450值通過(guò)四參數(shù)邏輯擬合法擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。如圖1所示，擬合得到四參數(shù)的數(shù)值分別為A=0.063、B=1.288、C=2.474、D=3.267。

圖1 磷脂酶B2含量與OD450標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)與方程

1.2.2 疏水層析

將 Captophenyl（HS）填料裝入 Tricon 5/100層析柱，柱體積2 mL，按表1參數(shù)進(jìn)行層析實(shí)驗(yàn)，上樣載量100 mg/mL，收集流穿樣品。

表1 疏水層析參數(shù)

1.2.3 穩(wěn)定性研究

將疏水層析前后的樣品灌裝成制劑進(jìn)行穩(wěn)定性加速實(shí)驗(yàn)考察，（25±2）℃考察6個(gè)月，分別于0個(gè)月、1個(gè)月、3個(gè)月、6個(gè)月取樣，考察可見(jiàn)異物及不溶性微粒。

2 結(jié)果與分析

2.1 疏水層析實(shí)驗(yàn)

采用疏水層析流穿模式純化蛋白，即使目的蛋白流穿，疏水性強(qiáng)的雜質(zhì)結(jié)合在層析柱上。在低鹽條件下上樣，收集目的蛋白流穿液，檢測(cè)流穿收集液的磷脂酶B2含量，磷脂酶B2濃度由上樣前的17.3 mg/L降低至0.1 mg/L以下，疏水層析去除磷脂酶B2效果良好。

2.2 去除磷脂酶B2樣品的穩(wěn)定性研究實(shí)驗(yàn)

疏水層析前后，對(duì)樣品進(jìn)行穩(wěn)定性考察，結(jié)果如表2所示。去除磷脂酶B2后，樣品中未出現(xiàn)可見(jiàn)異物，不溶性微粒也未出現(xiàn)明顯增加，制劑穩(wěn)定性得到明顯改善。導(dǎo)致聚山梨酯20降解的根本原因是蛋白產(chǎn)品中存在的痕量雜質(zhì)磷脂酶B2，磷脂酶B2蛋白是藥物中的殘留宿主細(xì)胞蛋白雜質(zhì)，隨目的蛋白一起被共純化，具有水解酶活性，已被證實(shí)可以降解藥物產(chǎn)品中的聚山梨酯20，從而導(dǎo)致長(zhǎng)期儲(chǔ)存過(guò)程中形成不溶性微粒等可見(jiàn)異物。

表2 疏水層析前后樣品（25±2）℃穩(wěn)定性研究結(jié)果

3 結(jié)論

磷脂酶B2是一類(lèi)脂酶，具有較強(qiáng)的疏水性，通過(guò)疏水“流穿”模式層析，去除了磷脂酶B2雜質(zhì),并在隨后的穩(wěn)定性研究中證實(shí)去除磷脂酶B2可有效抑制聚山梨酯20的降解，避免單克隆抗體產(chǎn)品中形成不溶性微粒和可見(jiàn)異物，為單抗產(chǎn)品商業(yè)化開(kāi)發(fā)的下游工藝及制劑配方篩選等方面的研究提供了思路與方法。