支持ADC藥物開發(fā)的PK/PD轉(zhuǎn)化框架研究

 文章來源公眾號(hào)：藥理毒理開發(fā)     作者：曾子像

近年來，抗體-藥物偶聯(lián)物（ADC）的獲批從根本上改變了某些血液系統(tǒng)惡性腫瘤和實(shí)體瘤的治療模式與標(biāo)準(zhǔn)治療方案。ADC將單抗的特異性和細(xì)胞毒類藥物的高活性通過連接子結(jié)合在一起，旨在提高細(xì)胞毒性藥物的治療指數(shù)。這類產(chǎn)品在設(shè)計(jì)非臨床到臨床的轉(zhuǎn)化策略時(shí)，有幾項(xiàng)重要考慮因素。首先，動(dòng)物模型在預(yù)測(cè)人體對(duì)ADC反應(yīng)方面的相關(guān)性。其次，ADC的PK與PD之間的相互作用——即藥物在靶點(diǎn)處的濃度如何影響治療結(jié)果，這方面需要復(fù)雜的建模技術(shù)。最后，理解ADC的免疫原性潛力，包括抗藥抗體的生成，對(duì)于預(yù)測(cè)其臨床療效和安全性同樣重要。

鑒于ADC的獨(dú)特結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制，其非臨床安全性評(píng)估較為復(fù)雜。ADC的安全性不僅取決于藥物的藥理學(xué)作用，還與其生物物理和生化特性、免疫原性風(fēng)險(xiǎn)以及非靶向作用有關(guān)。這種復(fù)雜性要求對(duì)ADC的各個(gè)組成部分（抗體、連接子和載荷）有深入的了解，因?yàn)樗鼈儗?duì)ADC的毒理學(xué)特點(diǎn)分別有不同的貢獻(xiàn)。非臨床PK/PD特征對(duì)于ADC同樣重要。ADC的PK特征受抗體組分的穩(wěn)定性、解離、連接子的可切割性以及載荷的物理化學(xué)性質(zhì)的影響。因此，非臨床PK/PD研究必須精心設(shè)計(jì)，以表征ADC的體內(nèi)特性，然后利用定量建模來預(yù)測(cè)人體的PK行為、生物分布和ADC的消除。定量PK/PD建模整合了各種非臨床研究的數(shù)據(jù)，可用于有效劑量預(yù)測(cè)和某些安全風(fēng)險(xiǎn)緩解。

ADC開發(fā)是一項(xiàng)多學(xué)科的工作，需要將非臨床安全性、藥理學(xué)和PK/PD建模戰(zhàn)略性地整合在一起，以成功地從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用。ADC開發(fā)所涉及的復(fù)雜性強(qiáng)調(diào)了對(duì)強(qiáng)大藥理學(xué)和疾病理解的需求，借助先進(jìn)的分析和建模工具來預(yù)測(cè)人類反應(yīng)并優(yōu)化治療結(jié)果。本文旨在提供一個(gè)ADC 的PK/PD轉(zhuǎn)化框架（如下圖所示）。​

分析方法/分析物
ADC藥物具有復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)，融合了小分子藥物和大分子藥物的特性。根據(jù)偶聯(lián)方法的不同，ADC藥物產(chǎn)品可以是均質(zhì)或異質(zhì)的混合物，這些混合物不僅在于連接的載荷分子數(shù)量不同，載荷連接的蛋白結(jié)合位點(diǎn)也可能存在差異。此外，ADC在體內(nèi)的降解和代謝過程會(huì)進(jìn)一步增加其復(fù)雜性。這會(huì)導(dǎo)致初始載荷/抗體比（DAR）分布的改變，原因是藥物載荷的脫落，以及新藥物形式的產(chǎn)生，如代謝物、連接子和連接子-藥物、與內(nèi)源性分子（如白蛋白、半胱氨酸）形成的加合物，以及與可溶性/脫落的靶抗原和其他抗體形成的復(fù)合物。由于DAR分布可能在體內(nèi)持續(xù)變化，并可能影響ADC的清除、分布和活性，因此建立合適的檢測(cè)方法至關(guān)重要。通常，利用親和捕獲LC-MS生物分析法來表征DAR分布。除了DAR分布外，這些分析方法還可以提供關(guān)于藥物載荷脫落機(jī)制的證據(jù)，例如對(duì)于采用馬來酰亞胺化學(xué)偶聯(lián)的ADC，會(huì)發(fā)生馬來酰亞胺交換以及與白蛋白或半胱氨酸形成加合物。

鑒于ADC給藥后濃度和組成的異質(zhì)性和復(fù)雜變化，通常在非臨床和臨床研究中測(cè)量3種不同的分析物，以表征ADC的藥代動(dòng)力學(xué)特性，即偶聯(lián)物（以偶聯(lián)載荷或偶聯(lián)抗體測(cè)量）、總抗體（完全偶聯(lián)、部分偶聯(lián)和未偶聯(lián)抗體）和未偶聯(lián)載荷，如下表所示。

PK轉(zhuǎn)化
對(duì)于單抗，典型的PK預(yù)測(cè)方法通常是基于單一種屬進(jìn)行異速縮放，其中以猴為主。單抗基于體重的縮放指數(shù)范圍為0.75到1。相比之下，小分子藥物的人體PK預(yù)測(cè)涉及多種放大方法，包括基于代謝的縮放、多種屬異速縮放、含校正因子異速縮放以及基于指數(shù)規(guī)則的異速縮放。不過，考慮到ADC的PK主要由其抗體部分主導(dǎo)，故縮放策略主要參照單抗。

有研究預(yù)測(cè)了11種MMAE/DM1 ADC人體PK的預(yù)測(cè)方法。這些方法包括使用猴的PK數(shù)據(jù)以及幾種多種屬縮放方法，主要針對(duì)ADC的兩個(gè)成分：偶聯(lián)物和總抗體。大多數(shù)方法要么低估，要么高估了人體的清除率（CL），但使用猴的PK數(shù)據(jù)和CL的縮放指數(shù)為1進(jìn)行的預(yù)測(cè)的最為準(zhǔn)確，而且這一結(jié)果在偶聯(lián)物和總抗體中是一致的。

不過，與微管蛋白抑制劑不同，DNA損傷劑，無論是直接與DNA結(jié)合（如Loncastuximab tesirine），還是通過拓?fù)洚悩?gòu)酶I抑制間接作用（如Trastuzumab deruxtecan和Sacituzumab govitecan），其PK轉(zhuǎn)化則不那么明確。對(duì)于Loncastuximab tesirine，其轉(zhuǎn)化為人的PK接近1，與微管抑制劑類似。對(duì)于Trastuzumab deruxtecan和Sacituzumab govitecan，則比較有趣。這兩種ADC均通過鏈間二硫鍵實(shí)現(xiàn)高偶聯(lián)率（DAR，7-8個(gè)載荷/單抗），分別使用可切割的連接子mc-GGFG-AM和CL2A。對(duì)于Trastuzumab deruxtecan，基于從猴預(yù)測(cè)人體清除率比實(shí)際觀察到的更慢。相反，Sacituzumab govitecan在人中的清除率與預(yù)測(cè)相似或略快。對(duì)于這些新型高DAR ADC（包括對(duì)連接子化學(xué)差異的理解），需要更多數(shù)據(jù)來了解從非臨床到臨床的PK轉(zhuǎn)化。

首次用于人體（FIH）的劑量計(jì)算
鑒于ADCs結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包含大分子和小分子成分，因此在估算FIH劑量時(shí)，兼顧小分子藥物和生物制品策略。Sabre等人在對(duì)20個(gè)ADC的IND評(píng)估時(shí)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)IH劑量確定方法雖然主要基于毒理學(xué)終點(diǎn)，但也呈現(xiàn)一定的多樣性。這些標(biāo)準(zhǔn)包括采用典型的小分子毒理學(xué)終點(diǎn)，例如在10%動(dòng)物引起嚴(yán)重毒性的劑量（STD₁₀），以及采用大分子毒理學(xué)終點(diǎn)，例如最高非嚴(yán)重毒性劑量（HNSTD）或未觀察到不良效應(yīng)水平（NOAEL）（Saber和Leighton，2015）。

同樣，在確定ADCs的人體等效劑量時(shí)，也采用了不同的換算方法。對(duì)于小分子藥物，通常采用體表面積（BSA）進(jìn)行換算；而對(duì)于大分子藥物，則常采用體重（BW）進(jìn)行換算。最終，Sabre等人發(fā)現(xiàn)，基于食蟹猴HNSTD的1/6或嚙齒動(dòng)物STD10的1/10，并根據(jù)體表面積（BSA）進(jìn)行換算，通常能夠在Ⅰ期臨床試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)安全且有效的劑量遞增。

不過，Sabre等人的這項(xiàng)研究中，ADCs的載荷主要集中在美登素或單甲基奧瑞他汀，對(duì)于其它載荷是否也適用呢？Saber等人對(duì)含其他載荷的ADC（如DNA損傷劑）的FIH起始劑量也進(jìn)行了研究，與美登素/奧瑞他汀類不同，建議采用更大的安全系數(shù)（如1/10 HNSTD），以確�；颊甙踩�。對(duì)于其他一些較老的ADCs，如Gemtuzumab ozogamicin和Inotuzumab ozogamicin，其FIH劑量的確定采用了NOAEL（EMA，2008，2017）。此外，有時(shí)還會(huì)采用PK/PD模型來確定劑量。

筆者之前也寫過一篇《已上市11款A(yù)DC產(chǎn)品臨床起始劑量設(shè)計(jì)推演》，有興趣可以翻看。已上市11款A(yù)DC產(chǎn)品臨床起始劑量設(shè)計(jì)推演

臨床有效劑量預(yù)測(cè)
近年來，針對(duì)ADCs預(yù)測(cè)人體有效劑量的方法不斷發(fā)展，從基于體重的經(jīng)驗(yàn)方法（Griffin等人，2022），到semi-mechanisticPK/PD建模方法（Li等人，2023），再到more mechanism-based的方法（如multiscale mechanistic PK/PD或定量系統(tǒng)藥理學(xué)建模方法）（Scheuher等人，2023）。

Griffin等人提出使用種屬間體形大小（如體表面積或體重）將小鼠有效劑量換算為臨床有效劑量（Griffin等人，2022）。研究顯示，基于體重的劑量換算方法能夠較為合理地預(yù)測(cè)人體有效劑量。在9種ADC中，有6種的預(yù)測(cè)值在臨床有效劑量的2倍和3倍范圍內(nèi)。與此一致，在12種獲批的ADC中，使用基于體重的方法，分別有67%和83%的ADC的臨床有效劑量預(yù)測(cè)值在臨床批準(zhǔn)劑量的2倍和3倍范圍內(nèi)。這種方法所需數(shù)據(jù)較少，僅需相關(guān)小鼠異種移植模型中的有效劑量數(shù)據(jù)，但其預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性通常低于其他兩種方法。該方法通常用于藥物發(fā)現(xiàn)的早期階段，用于優(yōu)先選擇分子并評(píng)估劑量可行性，以避免進(jìn)一步開發(fā)那些可能需要過高臨床劑量的ADC。

Jumbe等人開發(fā)了一個(gè)semi-mechanistic腫瘤生長(zhǎng)抑制（TGI）模型，用于描述小鼠異種移植模型中對(duì)T-DM1的抗腫瘤反應(yīng)（Jumbe等人，2010）。該模型包含多個(gè)腫瘤傳遞室，以考慮ADC藥代動(dòng)力學(xué)與腫瘤生長(zhǎng)抑制之間的延遲，藥物的殺傷效應(yīng)由外周ADC濃度引發(fā)。為了將PK/PD模型從小鼠轉(zhuǎn)化為人體，小鼠的PK參數(shù)被預(yù)測(cè)的人PK參數(shù)所替代，而估計(jì)的藥效學(xué)參數(shù)則假設(shè)在小鼠和人類之間是相同的。人體PK參數(shù)可以通過從食蟹猴的PK數(shù)據(jù)進(jìn)行異速縮放預(yù)測(cè)。通過模型模擬不同劑量和方案以實(shí)現(xiàn)疾病穩(wěn)定（即腫瘤停滯），可以估計(jì)人類有效劑量和方案。由于癌癥患者的腫瘤倍增時(shí)間遠(yuǎn)慢于小鼠異種移植模型，這種方法比較保守，使用PK/PD轉(zhuǎn)化模型實(shí)現(xiàn)疾病穩(wěn)定的預(yù)測(cè)被認(rèn)為在人體中至少是最低限度有效的，可能實(shí)現(xiàn)腫瘤縮�。˙etts等人，2020）。該模型已通過T-DM1有效劑量預(yù)測(cè)的臨床驗(yàn)證（Haddish-Berhane等人，2013），并被用于將PF-06804103（Betts等人，2020）和一種針對(duì)惡性實(shí)體瘤的間皮素靶向ADC從臨床前轉(zhuǎn)化到臨床（Li等人，2023）。

值得注意的是，上述PK/PD轉(zhuǎn)化模型是適合特定目的且semi-mechanistic的。該模型只需要藥代動(dòng)力學(xué)和體內(nèi)腫瘤生長(zhǎng)/縮小數(shù)據(jù)，并在經(jīng)驗(yàn)的基于體型大小的方法和full-fledge mechanistic模型（如multiscale定量系統(tǒng)藥理學(xué)模型）之間提供了一種折衷。它在從小鼠模型轉(zhuǎn)化為人體時(shí)，沒有考慮種屬間在靶點(diǎn)表達(dá)/分布、ADC及其載荷在作用靶部位的PK、腫瘤穿透、腫瘤生長(zhǎng)速率和異質(zhì)性方面的差異。Shah等人開發(fā)了一個(gè)multiscale mechanistic ADCs的PK/PD模型，該模型整合了多個(gè)維度，以實(shí)現(xiàn)ADC療效從臨床前到臨床的轉(zhuǎn)化（Shah等人，2012）。該模型包括四個(gè)子模塊：1）一個(gè)藥代動(dòng)力學(xué)模型，描述ADC及其釋放載荷在系統(tǒng)循環(huán)中的代謝和清除；2）一個(gè)腫瘤相關(guān)模型，描述ADC擴(kuò)散到腫瘤情況；3）一個(gè)細(xì)胞模型，描述ADC與靶點(diǎn)的結(jié)合、內(nèi)吞、細(xì)胞內(nèi)載荷釋放、載荷與靶點(diǎn)的結(jié)合、從腫瘤細(xì)胞外排或擴(kuò)散（如果有旁觀者效應(yīng)）；4）在小鼠異種移植模型中，由腫瘤載荷濃度引發(fā)藥物殺傷效應(yīng)的腫瘤生長(zhǎng)抑制。通過納入人體藥代動(dòng)力學(xué)以及相關(guān)患者人群中的臨床相關(guān)腫瘤體積、腫瘤生長(zhǎng)速率和靶點(diǎn)表達(dá)，將建立的臨床前模型轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用。這種模型已成功預(yù)測(cè)了brentuximab vedotin（Shah等人，2012）、inotuzumab ozogamicin（Betts等人，2016）、T-DM1和trastuzumab deruxtecan（T-DXd）的臨床療效（Scheuher等人，2023）。盡管該模型較為復(fù)雜，開發(fā)需要更多時(shí)間和資源，但其建�？蚣鼙徽J(rèn)為可以通過替換相關(guān)參數(shù)來適應(yīng)其他ADC，并用于促進(jìn)ADC設(shè)計(jì)、候選藥物選擇、臨床有效劑量預(yù)測(cè)、FIH劑量遞增選擇以及臨床劑量方案優(yōu)化。

PK/PD安全性轉(zhuǎn)化
血液學(xué)毒性（如血小板減少癥和中性粒細(xì)胞減少癥）是ADC藥物常見不良事件，通常需要進(jìn)行劑量調(diào)整（暫停或減少劑量），直到血小板或中性粒細(xì)胞恢復(fù)。為了表征ADC給藥后血液細(xì)胞計(jì)數(shù)的動(dòng)態(tài)變化，已開展了許多臨床和臨床前PK/PD模型的建立工作。

例如，Ait-Oudhia等（2017）開發(fā)了臨床semi-mechanistic PK/PD模型，用于表征T-DM1和PCA062（抗P-鈣粘蛋白-DM1 ADC）對(duì)患者血小板計(jì)數(shù)的影響，能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確描述血小板計(jì)數(shù)的動(dòng)態(tài)變化以及3級(jí)及以上血小板減少癥的發(fā)生率。同樣，Ait-Oudhia等（2017）還開發(fā)了一個(gè)臨床前PK/PD模型，用于研究小鼠中T-DM1的血小板減少癥和中性粒細(xì)胞減少癥。通過建模，評(píng)估了ADC及其相關(guān)成分（如總抗體、偶聯(lián)抗體和未偶聯(lián)載荷）的血藥濃度和血液毒性的關(guān)系。結(jié)果顯示，T-DM1的濃度是導(dǎo)致血小板減少癥和中性粒細(xì)胞減少癥的物質(zhì)基礎(chǔ)，與臨床一致。

對(duì)于從臨床前動(dòng)物模型到人體的骨髓抑制外推，建議對(duì)小分子抗癌治療藥物進(jìn)行種屬差異校正，包括蛋白結(jié)合和通過粒細(xì)胞/巨噬細(xì)胞集落形成單位（CFU-GM）實(shí)驗(yàn)確定的敏感性。比如，MMAE血漿蛋白結(jié)合就具有種屬依賴性，大鼠和人類的結(jié)合水平較高（67.9%-82.2%），而小鼠和猴的結(jié)合水平較低（17.1%-28.5%）。

Jie等利用4種不同的vc-MMAE ADC治療后的PK和PD數(shù)據(jù)，探索了基于猴數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)患者血液學(xué)毒性的潛力。在該研究中，首先建立了抗體偶聯(lián)MMAE（acMMAE）的PK模型，以預(yù)測(cè)食蟹猴和癌癥患者的濃度時(shí)間曲線。采用acMMAE濃度，分別開發(fā)了臨床前和臨床semi-mechanistic中性粒細(xì)胞減少癥模型。結(jié)果顯示，可以用猴預(yù)測(cè)ADC的人體血液學(xué)毒性，以支持候選藥物選擇并制定臨床風(fēng)險(xiǎn)緩解策略。