郭建軍，王麗麗，張　琪，張奧博，朱　晶，趙永躍，張炳旭，卜海之

(1.蘇州圣蘇新藥開發(fā)有限公司，江蘇 蘇州　215104；2. 蘇州市藥代動力學(xué)與藥效學(xué)工程技術(shù)研究中心，江蘇 蘇州　215104)

?

單克隆抗體藥物的藥代動力學(xué)研究進(jìn)展

郭建軍1,2，王麗麗1,2，張琪1,2，張奧博1,2，朱晶1,2，趙永躍1,2，張炳旭1,2，卜海之1,2

(1.蘇州圣蘇新藥開發(fā)有限公司，江蘇 蘇州215104；2. 蘇州市藥代動力學(xué)與藥效學(xué)工程技術(shù)研究中心，江蘇 蘇州215104)

中國圖書分類號：R-05；R392.11；R969.1

摘要：單克隆抗體藥物在近30年時間里經(jīng)歷了快速的發(fā)展。由于極大的理化和生物學(xué)特征差異，單克隆抗體和傳統(tǒng)小分子藥物在藥代動力學(xué)的特征和形成機制上具有非常大的不同。充分了解這些機制和特征可以有效地指導(dǎo)單克隆抗體藥物的篩選和開發(fā)，并支持其安全性的評估和臨床給藥方案的設(shè)計。該文的目的就是從吸收、分布和消除等幾個方面對單克隆抗體藥物的藥代動力學(xué)的特征和機制，以及其人體藥代動力學(xué)的預(yù)測進(jìn)行綜合的歸納和闡述。

關(guān)鍵詞：單克隆抗體；藥代動力學(xué)；吸收；分布；消除；人體藥代動力學(xué)預(yù)測

抗體是由B淋巴細(xì)胞分化形成的漿細(xì)胞合成的免疫球蛋白(immunoglobulin, Ig)。每個B淋巴細(xì)胞在成熟至漿細(xì)胞的過程中，通過隨機重排產(chǎn)生獨特的抗原受體基因。機體受到某個抗原刺激后，大量的B淋巴細(xì)胞都會參與免疫反應(yīng)，從而產(chǎn)生多種多樣的抗體，這樣的“抗體群體”被稱為多克隆抗體。通過分子生物學(xué)手段則可得到由單一B細(xì)胞克隆產(chǎn)生的高度均一的抗體，稱為單克隆抗體(單抗, monoclonal antibody, mAb)。相對于多克隆抗體，單抗的優(yōu)勢在于其理化特性、生物活性及抗原表位的單一性，因此易于進(jìn)行藥效學(xué)和安全性評價，并較好地控制生產(chǎn)質(zhì)量。由于單抗與靶標(biāo)的結(jié)合具有極高的特異性和強度，預(yù)期其具有良好的藥效和安全性。1986年，全球首個治療性單抗莫羅單抗-CD3(muromonab-CD3)由美國FDA批準(zhǔn)上市。其后，直到1994年全球第二個治療性單抗阿昔單抗(abciximab)面世，單抗藥物才進(jìn)入發(fā)展的快車道[1]。迄今，已有30余個單抗藥物成功上市，據(jù)估計還有超過350個單抗處于不同階段的臨床試驗中[2]。

新藥的研發(fā)過程中，藥代動力學(xué)的研究具有極其重要的意義，如指導(dǎo)藥物的篩選和開發(fā)，并支持其安全性的評估和臨床給藥方案的設(shè)計。單抗藥物與傳統(tǒng)的小分子藥物相比，具有極為不同的理化特性，如其分子質(zhì)量、體積和極性都遠(yuǎn)大于小分子。這些特性使得單抗藥物在吸收、分布和消除等過程上迥異于小分子藥物。另外，單抗與靶標(biāo)之間的特異性結(jié)合也可以極大地影響單抗藥物的消除等過程。本文的目的就是從吸收、分布和消除等幾個方面對單抗藥代動力學(xué)的機制和特征，及其人體藥代動力學(xué)的預(yù)測進(jìn)行綜合的歸納和闡述。

1抗體藥物簡介

抗體整體上呈現(xiàn)為Y型構(gòu)型，具有兩條重鏈和兩條輕鏈，由二硫鍵連接。抗體在結(jié)構(gòu)上可分為Fab和Fc段， Fab段由輕鏈和部分重鏈構(gòu)成，具有與抗原結(jié)合的能力；而Fc段則由剩余的重鏈部分構(gòu)成，可與補體C1q分子或效應(yīng)細(xì)胞(如自然殺傷細(xì)胞和巨噬細(xì)胞)表面的Fcγ受體結(jié)合以激活相應(yīng)的免疫應(yīng)答，即補體依賴的細(xì)胞毒性(complement-dependent cytotoxicity, CDC)或抗體依賴的細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性作用(antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC)。根據(jù)重鏈的類型，抗體分為5類，即IgA(α 鏈)、IgD(δ 鏈)、IgE(ε 鏈)、IgG(γ 鏈)和IgM(μ 鏈)。其中IgG約占血清免疫球蛋白總量的85%，又分為1、2、3、4四個亞型。人體內(nèi)的自然抗體中，IgG1、IgG2和IgG4的半衰期約為21 d，而IgG3和其它Ig的半衰期在2.5~7 d范圍內(nèi)[3]。因此，目前開發(fā)的單抗藥物基本上都是IgG1、IgG2和IgG4這3種類型。本文所討論的藥代動力學(xué)機制和特征的對象都是IgG。

早期，科學(xué)家們開發(fā)的單抗多為鼠源抗體(fully-rodent mAb)如莫羅單抗-CD3或嵌合抗體(chimeric mAb)如阿昔單抗。但作為異源性或低同源性的抗體，這些藥物不僅在人體內(nèi)的半衰期短，還容易使人體產(chǎn)生抗藥物抗體(anti-drug antibody, ADA)。這些缺點不但帶來較差的藥效和藥代特性，也會形成安全性隱患。近二十年來，科學(xué)家們不斷努力，開發(fā)出了同源性更高的抗體即人源化抗體(humanized mAb)如貝伐珠單抗(bevacizumab)和全人源化抗體(full-human mAb)如阿達(dá)木單抗(adalimumab)，逐步消除了抗體的異源性問題。

2單抗藥代動力學(xué)特征及其機制

2.1吸收抗體等蛋白質(zhì)類藥物口服后的生物利用度極低，原因包括：① 蛋白質(zhì)在酸性的胃液中容易變性；② 蛋白質(zhì)在胃腸道中易被大量的水解酶所降解；③ 蛋白質(zhì)的體積大且極性高，不易通過擴(kuò)散的方式被胃腸道上皮細(xì)胞所吸收。因此，大部分單抗藥物經(jīng)靜脈注射給藥，少部分經(jīng)皮下或肌肉注射給藥。皮下或肌肉注射的抗體主要經(jīng)淋巴系統(tǒng)吸收。由于淋巴液流入血液的速率極慢，抗體在皮下或肌肉的吸收速率也很慢，血藥濃度達(dá)峰時間一般長達(dá)1~8 d，生物利用度一般約為50%~100%[4]。如皮下注射阿達(dá)木單抗和奧馬佐單抗(omalizumab)，說明書所示的達(dá)峰時間分別為131 h和7~8 d。有研究表明，生物利用度可因注射的部位不同而不同。如Subramanian等[5]發(fā)現(xiàn)一種炭疽桿菌單抗PAmAb在臀肌給藥的生物利用度為50%~54%，而在股肌給藥則提高至71%~85%?？贵w在進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)之前的損失被認(rèn)為主要由注射部位的酶降解所造成，而這種局部的酶降解能力則可能達(dá)到飽和。Mortensen等[6]發(fā)現(xiàn)，依法珠單抗(efalizumab)皮下注射的生物利用度隨劑量的增加而提高，研究者認(rèn)為這種現(xiàn)象即由酶降解能力的飽和而引起。近來的研究發(fā)現(xiàn)，新生兒Fc受體(FcRn)可能在抗體的吸收中起到重要作用。如Garg等[7]將單克隆IgG1抗體7E3分別皮下給予野生型和FcRn缺陷型小鼠，發(fā)現(xiàn)抗體在FcRn缺陷型小鼠的生物利用度遠(yuǎn)高于野生型小鼠(分別為82.5%和28.3%)。

2.2分布由于大體積和高極性的特征，抗體在體內(nèi)的分布特征和機制與小分子有很大不同。小分子的分布方式主要是擴(kuò)散和轉(zhuǎn)運體介導(dǎo)的攝取和外排，速率較快。現(xiàn)有文獻(xiàn)報道的抗體分布則主要通過血液-組織液對流(convection)和內(nèi)吞(endocytosis)的方式，速率較慢。

2.2.1血液-組織液對流血漿在毛細(xì)血管動脈端濾過管壁而生成組織液，組織液又通過毛細(xì)血管靜脈端和淋巴系統(tǒng)回流至血液，這個過程稱為血液-組織液對流。在組織液的生成過程中，抗體可通過血管內(nèi)皮細(xì)胞間隙被濾出至組織液中?？贵w經(jīng)此方式攝取的速率用數(shù)學(xué)模型來描述：Uptake rate = C×L×(1-σ)(其中，C是抗體在血管中的濃度，L是對流速率，σ是反射系數(shù)即在血液中沒有被濾出至組織液中的物質(zhì)分?jǐn)?shù))[7-8]。對抗體來說，通常認(rèn)為σ值在大部分組織中為0.95~0.98[7-8]，即濾出效率非常低；而在脾、肝和骨髓等存在有孔毛細(xì)血管(孔徑50~100 nm，抗體小于20 nm)的組織中則應(yīng)低得多。

在組織液的回流中，抗體也可通過毛細(xì)血管靜脈端和淋巴系統(tǒng)回流至血液中。由于淋巴管的直徑遠(yuǎn)大于血管上皮細(xì)胞間隙，淋巴管成為抗體回流的主要通道?？贵w經(jīng)由淋巴管回流的速率也可以通過與抗體分布速率類似的數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行描述，即Efflux rate=C×L×(1-σ)(其中，C是抗體在淋巴管中的濃度，L是對流速率，σ是反射系數(shù)即在淋巴管中沒有回流至血液中的物質(zhì)分?jǐn)?shù))。通常認(rèn)為抗體在淋巴管回流過程中的σ值低至0~0.2?？芍贵w在組織中的回流效率比其攝取效率高得多，這成為抗體在組織中的濃度遠(yuǎn)低于血液中的濃度的重要原因。

2.2.2內(nèi)吞內(nèi)吞是抗體分布的重要機制，包括胞飲(fluid phase endocytosis)和受體介導(dǎo)的內(nèi)吞(receptor-mediated endocytosis)。胞飲是除了血液-組織液對流之外的另一個抗體分布至組織液的重要途徑。血液中的抗體可以通過胞飲的方式進(jìn)入血管上皮細(xì)胞，而后被釋放到組織液中。而受體介導(dǎo)的內(nèi)吞則是抗體分布至細(xì)胞內(nèi)的最重要機制，介導(dǎo)的受體包括效應(yīng)細(xì)胞表面的Fcγ受體以及目標(biāo)細(xì)胞表面的抗原。

2.2.3表觀分布容積與小分子一樣，抗體的總體組織分布程度也可以用穩(wěn)態(tài)表觀分布容積(Vdss)來描述，單抗藥物的穩(wěn)態(tài)表觀分布容積通常很小。目前已上市單抗藥物的Vdss大多在0.04~0.12 L·kg-1的范圍內(nèi)，提示抗體分子在體內(nèi)的組織分布有限。但需要注意到，在經(jīng)典的藥代動力學(xué)理論中，對小分子藥物Vdss的計算模型(房室模型和統(tǒng)計矩模型)和評價分析在數(shù)學(xué)上都有一個假設(shè)的前提，即藥物在消除部位和在循環(huán)系統(tǒng)中的濃度處于快速的平衡中。但與小分子不同的是，抗體在循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)外的遷移效率非常低。如果抗體的主要消除部位在循環(huán)系統(tǒng)外且清除率較高，則可能不符合該前提條件，其結(jié)果是計算出來的Vdss低于真實值。鑒于以上原因，對抗體組織分布的評價也可以采取直接測定特定部位組織-血液濃度比值的方法。有研究者認(rèn)為，大部分抗體的組織-血液濃度比值約為0.1~0.5[4,9]。結(jié)合血清或血漿容量占身體總?cè)萘康?%~5%計，可估算得到大部分抗體的“真實”Vdss約為0.1~0.5 L·kg-1，遠(yuǎn)高于利用血藥濃度的計算值。因此，PK研究得到的Vdss值本身可能具有局限性，需要結(jié)合消除機制和直接測定的手段對抗體的組織分布特性做出正確的判斷。

2.3消除由于極大的分子量，抗體無法從腎臟以原型形式排泄，也無法通過肝臟藥物代謝酶進(jìn)行代謝，而主要以細(xì)胞內(nèi)酶降解的方式被消除。已上市的單抗藥物的清除率一般較低(約為0.1~1 mL·h-1·kg-1)，半衰期較長(約為2~30 d)。單抗藥物的消除機制主要有：抗原介導(dǎo)的消除(antigen-mediated elimination)、吞飲作用(pinocytosis)、FcRn介導(dǎo)的抗體保護(hù)(FcRn-mediated IgG protection)、Fcγ受體介導(dǎo)的消除(FcγR-mediated elimination)和抗藥物抗體(anti-drug antibody, ADA)的中和作用(neutralization)。

2.3.1抗原介導(dǎo)的消除抗原介導(dǎo)的消除是單抗藥物最重要的一種消除途徑，且是一種特異性的消除途徑。根據(jù)抗原分布的不同，該消除途徑又可分為細(xì)胞表面抗原介導(dǎo)的內(nèi)吞消除和可溶性抗原介導(dǎo)的免疫復(fù)合物消除。

對位于細(xì)胞膜表面的抗原，抗體可通過Fab段與之結(jié)合并被內(nèi)吞至細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)入細(xì)胞的抗體被轉(zhuǎn)運至溶酶體內(nèi)而最終被降解成肽片斷和氨基酸。這種消除形式通常是針對細(xì)胞膜表面抗原的抗體的主要消除途徑之一。但由于細(xì)胞表面的靶標(biāo)抗原表達(dá)量通常比較有限，這種途徑則較易被飽和而使PK表現(xiàn)出非線性特征，即清除率隨劑量增高而降低，而半衰期隨劑量增高而延長。在劑量足夠高時，這種消除途徑成為非主要途徑而使非線性PK轉(zhuǎn)變?yōu)榫€形PK。如針對EGFR的帕尼單抗(panitumumab)，在2~3.5 mg·kg-1劑量下在人體內(nèi)的清除率為12~18 mL·d-1·kg-1，而在高于6 mg·kg-1劑量下則為約3~5 mL·d-1·kg-1[10]；針對HER2 的帕妥珠單抗(pertuzumab)，在0.5 mg·kg-1劑量下在人體內(nèi)的清除率為約14 mL·d-1·kg-1，而在高于2 mg·kg-1劑量下則約為4 mL·d-1·kg-1[11]?？乖偭康牟煌矔慰沟腜K特性產(chǎn)生影響，如Dowell等[12]發(fā)現(xiàn)同一群體第2次給藥后，吉妥珠單抗(gemtuzumab，針對CD33的抗體)的清除率由0.265 L·h-1降至0.132 L·h-1，推測是由于第1次給藥后腫瘤及CD33的負(fù)擔(dān)降低所致。針對α4β 1和α4β 7 integrins的那他珠單抗(natalizumab)在0.3~3 mg·kg-1劑量下，在病人身上的清除率和半衰期分別為 0.31~1.45 mL·h-1·kg-1和37~108 h，而在同等劑量下，在缺少目標(biāo)抗原的健康人身上的清除率和半衰期則分別為 0.25~1.01 mL·h-1·kg-1和49~202 h[13]。

而對于可溶性抗原，抗體與之結(jié)合后形成的免疫復(fù)合物可以通過Fcγ受體而被巨噬細(xì)胞或其它吞噬細(xì)胞吞噬?？扇苄钥乖隗w內(nèi)的存在水平通常較低，如TNF-α、INF-α、VEGF、IL-5等。在這種情況下，免疫復(fù)合物消除的形式通常不會成為主要的途徑。但如果可溶性抗原的存在水平較高，免疫復(fù)合物消除也可能成為主要的途徑，進(jìn)而對抗體的清除率造成較大影響。如針對可溶性抗原IgE的單抗omalizumab在低于0.5 g·L-1的劑量下呈現(xiàn)非線性PK特征，主要原因就是在低劑量下IgE介導(dǎo)的免疫復(fù)合物消除是主要的消除途徑，而在高劑量下這種途徑被飽和了[14]。需注意的是，有些位于細(xì)胞膜表面的抗原可能會脫落而成為可溶性抗原，抗體也可與這些抗原結(jié)合形成免疫復(fù)合物而導(dǎo)致最終被消除。但由于脫落的抗原一般僅占總抗原的極小比例，它們一般不會對單抗的總體清除率形成明顯影響。

2.3.2吞飲作用和FcRn介導(dǎo)的抗體保護(hù)通過細(xì)胞膜內(nèi)陷，抗體可被吞飲入細(xì)胞，而后在細(xì)胞內(nèi)(主要是溶酶體內(nèi))降解成肽片斷和氨基酸。這是一種非特異性的消除途徑，也是單抗藥物消除的一個非常重要的途徑。

一部分被吞入細(xì)胞的抗體在溶酶體中被降解；另一部分則借助于弱酸性(pH 6.0~6.5)環(huán)境，通過Fc段與FcRn結(jié)合起來，與FcRn結(jié)合的抗體又被回吐至細(xì)胞表面而免于被降解。FcRn在許多器官和組織的細(xì)胞中廣泛表達(dá)，如血管內(nèi)皮細(xì)胞、腎小球上皮細(xì)胞、腸上皮細(xì)胞和網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的細(xì)胞中。一般認(rèn)為，F(xiàn)cRn對抗體的保護(hù)作用會對抗體的PK特征產(chǎn)生極為重要的影響，如降低其清除率、增加其半衰期。如針對RANKL的地諾單抗(denosumab)在野生型小鼠中的清除率和半衰期分別約為0.15 mL·h-1·kg-1和500 h，而在FcRn敲除小鼠中則分別約為2.1 mL·h-1·kg-1和20 h[15]。血液中存在非常高濃度的內(nèi)源性IgG(約65 μmol·L-1)，在常規(guī)劑量下，進(jìn)入體內(nèi)的治療性抗體(如絕大部分單抗)的濃度則遠(yuǎn)低于此。因此，一般認(rèn)為FcRn對單抗的保護(hù)作用來說很難被飽和。但如果外源性IgG(如注射用人免疫球蛋白)的劑量足夠高時，也可以對這一保護(hù)作用產(chǎn)生飽和效應(yīng)，而對IgG的PK產(chǎn)生明顯的影響。如Hansen等[16]觀察到，對野生型小鼠在2 g·kg-1劑量下給予人免疫球蛋白后，可以使同時給藥的另一種抗血小板單抗的清除率明顯增高(5.2vs14.4 mg·d-1·kg-1)；但在FcRn敲除小鼠體內(nèi)則沒有明顯變化(60.1vs71.5 mg·d-1·kg-1)。

抗體與FcRn之間的親和力在不同的種屬中具有較大差別，是影響FcRn抗體保護(hù)作用的重要因素。有文獻(xiàn)報道，人FcRn與人、兔、豚鼠IgG的親和力較強，但與大鼠、小鼠、綿羊、牛IgG的親和力較弱；而小鼠FcRn則與所有這些種屬IgG的親和力都較強[17]。早期上市的鼠源抗體在臨床上的半衰期通常都較短(僅為1~2 d)，推測即與兩者之間的親和力較弱有關(guān)系。

2.3.3Fcγ受體介導(dǎo)的消除該消除途徑是指抗體的Fc段與細(xì)胞表面的Fcγ受體結(jié)合，導(dǎo)致抗體被內(nèi)吞而在細(xì)胞內(nèi)(主要是溶酶體內(nèi))降解成肽片斷和氨基酸。Fcγ受體主要在巨噬細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、B細(xì)胞、T細(xì)胞和血小板等細(xì)胞上表達(dá)，包括3種即FcγRI、FcγRII和FcγRIII，其中FcγRI與IgG的親和力最強，F(xiàn)cγRIII其次，而FcγRII最弱。該消除途徑是一種非特異性途徑，對不同的單抗藥物可能具有不同的重要性。與FcRn抗體保護(hù)作用一樣，由于體內(nèi)自然存在的高濃度內(nèi)源性IgG(約65 μmol·L-1)，這種消除途徑對常規(guī)劑量下的單抗來說幾乎不可能被飽和。

2.3.4抗藥物抗體的中和作用大分子藥物如治療性抗體可能在體內(nèi)引起免疫反應(yīng)(即免疫原性)，而產(chǎn)生針對藥物本身的抗體即抗藥物抗體，而中和性ADA可與藥物特異性結(jié)合，并被免疫系統(tǒng)消除，從而使藥物的清除率增高。如Ducourau等[18]的研究發(fā)現(xiàn)，對類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和脊柱關(guān)節(jié)炎病人靜注英夫利昔單抗(infliximab)平均3.7個月后，在部分病人血清樣本中檢測到了ADA的生成，并且這部分病人血清中英夫利昔單抗的測定濃度明顯低于未發(fā)現(xiàn)ADA的病人，而有效濃度維持時間縮短至約一半。Gobburu等[19]在早期的一項研究中，發(fā)現(xiàn)單抗5c8在食蟹猴體內(nèi)給藥200 h后檢測到了ADA，與此同時5c8在體內(nèi)的消除則明顯加快。單抗藥物的免疫原性可能受很多因素的影響，其中“同源性”是最為重要的一個因素。一般認(rèn)為，與人“同源性”越高的單抗分子，產(chǎn)生ADA的風(fēng)險越低，反之則越高。如一篇臨床研究報道顯示，鼠源化的莫羅單抗-CD3可在人群中廣泛生成ADA(17%~63%)[20]，而嵌合、人源化和全人源化抗體則一般僅在1%~10%的群體中產(chǎn)生ADA[21]。給藥途徑也可以影響免疫原性。一些科學(xué)家們相信，靜脈注射的風(fēng)險比肌肉注射和皮下注射的風(fēng)險小[21]，但并沒有可靠的文獻(xiàn)證實這一點。另外，給藥劑量可能也是影響因素。一般預(yù)期，單抗劑量越高，ADA生成的風(fēng)險也越高，但有科學(xué)家針對某些單抗的發(fā)現(xiàn)正好與此相反[21]。因為沒有進(jìn)一步的驗證和研究，該發(fā)現(xiàn)的可靠性和原因也不得而知[21]。

3單抗的人體藥代動力學(xué)預(yù)測

盡管目前已經(jīng)成功上市的單抗藥物數(shù)目較多，但單抗的人體藥代動力學(xué)預(yù)測的研究報道較少，且集中于近10年。單抗的人體藥代動力學(xué)預(yù)測方法主要有異率放大推算法和生理藥動學(xué)模型法。

3.1異率放大推算法(allometric scaling)異率放大推算法是對傳統(tǒng)小分子藥物進(jìn)行人體藥代動力學(xué)預(yù)測的主要方法之一。 該方法通過公式Y(jié)=a·Xb(其中Y表示我們所感興趣的藥代動力學(xué)參數(shù)如清除率、分布容積等；X是生理參數(shù)，一般是體重；a是異率系數(shù)；b是異率指數(shù))或相關(guān)衍生公式進(jìn)行預(yù)測。利用多種實驗動物的生理參數(shù)及測得的藥代動力學(xué)參數(shù)(即Y值)對這些公式進(jìn)行擬合后，將人的生理參數(shù)代入公式，可得到預(yù)測的人體藥代動力學(xué)參數(shù)。Lin等[22]首次將該方法應(yīng)用于單抗上，利用小鼠、大鼠和食蟹猴的數(shù)據(jù)預(yù)測了一種VEGF單抗在人體內(nèi)的清除率和半衰期。Vugmeyster等[23]利用小鼠、綿羊和食蟹猴的數(shù)據(jù)預(yù)測了兩種IL-13單抗在人體內(nèi)的清除率和半衰期。需要注意的是，影響單抗PK特性的關(guān)鍵因素(如抗原介導(dǎo)的消除和FcRn介導(dǎo)的抗體保護(hù)等機制)在各種屬中可能存在較大差別，從而導(dǎo)致預(yù)測的失敗。Ducongé等[24]利用小鼠、大鼠、兔和犬的數(shù)據(jù)預(yù)測了一種鼠源的EGFR單抗在人體的清除率，發(fā)現(xiàn)預(yù)測值僅為腫瘤病人身上觀測值的四分之一。研究者認(rèn)為，這種差異的主要原因是腫瘤病人體內(nèi)存在抗原介導(dǎo)的消除途徑，而在動物體內(nèi)則不存在這一途徑；另外，鼠源IgG與人FcRn的結(jié)合力非常弱，由此在人體內(nèi)缺少FcRn介導(dǎo)的抗體保護(hù)，這也可能是清除率的預(yù)測值偏低的一個原因[24]。

靈長類動物如猴與人類的靶標(biāo)抗原通常具有高度的同源性，對同樣的單抗具有相似的親和力[25]。而在其它的消除途徑(如Fcγ受體介導(dǎo)的消除)及相關(guān)機制(FcRn)方面，猴也與人類比較相仿[25]?；诖?，一些科學(xué)家們近來認(rèn)為采用單一種屬(即猴)的異率放大推算法，即可對單抗的人體藥動學(xué)進(jìn)行合理的預(yù)測。如Mahmood等[26]、Deng等[27]和Dong等[28]建議分別采用異率指數(shù)為0.75~0.90或1.0的異率放大模型，進(jìn)行人體清除率或Vdss的預(yù)測；Mahmood等[26]建議采用異率指數(shù)為0.25的異率放大模型進(jìn)行人體半衰期的預(yù)測。

3.2生理藥動學(xué)模型(PBPK)生理藥動學(xué)模型是將全身各器官組織以生理的、理化的、生化的參數(shù)及吸收、分布、代謝與排泄相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行公式化的描述，并借助于血液/淋巴循環(huán)網(wǎng)絡(luò)，將各器官組織連接起來的整體模型。利用動物的參數(shù)和數(shù)據(jù)將模型建立起來后，將人的參數(shù)和數(shù)據(jù)代入即可得到預(yù)測的人體藥代動力學(xué)參數(shù)。該模型最初應(yīng)用于小分子化合物，Covell等[29]首次報道將之應(yīng)用于單抗的研究。研究者們選取了一個并不存在特異性體內(nèi)抗原的小鼠IgG1作為對象，避免了抗原介導(dǎo)的消除途徑。另外，與小分子的模型不同的是，該研究利用了血液-組織液對流的機制來描述抗體在血管內(nèi)外的遷移[29]。隨后，Baxter等[9,30]首次報道了一種整合了抗原介導(dǎo)的消除途徑的PBPK模型。該研究也首次采用了一種“雙孔模式”來描述抗體在血管內(nèi)外的遷移，并達(dá)到了比“單孔模式”更優(yōu)的數(shù)據(jù)擬合效果。最近，Garg等[7]、Davda等[31]、Ferl等[8]和Shah等[32]則各自建立了一種整合了FcRn介導(dǎo)的抗體保護(hù)作用的PBPK模型。可以看到，單抗的PBPK模型已取得了一定的進(jìn)展，而在未來的研究中，科學(xué)家們需要更細(xì)致地考慮單抗藥代動力學(xué)的形成機制和各影響因素，如影響FcRn結(jié)合的pH值、Fcγ受體介導(dǎo)的內(nèi)吞過程、可溶性抗原介導(dǎo)的消除、內(nèi)吞后在細(xì)胞內(nèi)的時間依賴性水解過程等。

4結(jié)語

單抗和傳統(tǒng)小分子藥物在藥代動力學(xué)特征上具有非常大的差異，近來的研究也初步揭示了兩者在藥代動力學(xué)機制上也幾乎完全不一樣。盡管相關(guān)的研究已經(jīng)取得了長足進(jìn)步，我們也需要認(rèn)識到，單抗藥物問世至今不過30年，對其藥代動力學(xué)的研究還處于不斷發(fā)展的過程中?？茖W(xué)家們?nèi)孕韪冻鱿喈?dāng)多的努力對其機制進(jìn)行更深入和細(xì)致的研究。以機制的研究為基礎(chǔ)，科學(xué)家們也需要在PK-PD模型上不斷完善，以更好地指導(dǎo)單抗臨床給藥方案的設(shè)計。

參考文獻(xiàn):

[1]阿麗塔, 穆鑫, 唐小利，等.1984～2014年治療性生物藥物發(fā)展歷程及展望[J]. 中國藥理學(xué)通報, 2015,31(10):1356-62.

[1]Alita, Mu X, Tang X L, et al. Development of therapeutic biologics from 1984 to 2014[J].ChinPharmacolBull, 2015, 31(10): 1356-62.

[2]Wang J, Iyer S, Fielder P J, et al. Projecting human pharmacokinetics of monoclonal antibodies from nonclinical data: comparative evaluation of prediction approaches in early drug development[J].BiopharmDrugDispos, 2015,doi:10.1002/bdd.1952.

[3]Keizer R J, Huitema A D, Schellens J H, Beijnen J H. Clinical pharmacokinetics of therapeutic monoclonal antibodies[J].ClinPharmacokinet, 2010, 49(8):493-507.

[4]Deng R, Jin F, Prabhu S, Iyer S. Monoclonal antibodies: what are the pharmacokinetic and pharmacodynamic considerations for drug development[J]?ExpertOpinDrugMetabToxicol, 2012,8(2):141-60.

[5]Subramanian G M, Cronin P W, Poley G, et al. A phase 1 study of PAmAb, a fully human monoclonal antibody against Bacillus anthracis protective antigen, in healthy volunteers[J].ClinInfectDis, 2005, 41(1):12-20.

[6]Mortensen D L, Walicke P A, Wang X, et al. Pharmacokinetics and pharmacodynamics of multiple weekly subcutaneous efalizumab doses in patients with plaque psoriasis[J].JClinPharmacol, 2005, 45(3):286-98.

[7]Garg A, Balthasar J P. Physiologically-based pharmacokinetic (PBPK) model to predict IgG tissue kinetics in wild-type and FcRn-knockout mice[J].JPharmacokinetPharmacodyn, 2007, 34(5):687-709.

[8]Ferl G Z, Wu A M, DiStefano J J, 3rd. A predictive model of therapeutic monoclonal antibody dynamics and regulation by the neonatal Fc receptor(FcRn)[J].AnnBiomedEng, 2005, 33(11):1640-52.

[9]Baxter L T, Zhu H, Mackensen D G, Jain R K. Physiologically based pharmacokinetic model for specific and nonspecific monoclonal antibodies and fragments in normal tissues and human tumor xenografts in nude mice[J].CancerRes, 1994, 54(6):1517-28.

[10]FDA. Drug Approval Package(panitumumab)[J/OL]. 2006. http://www.accessdata.fda.gov/drugsatfda_docs/nda/2006/125147s0000TOC.cfm.

[11]FDA. Drug Approval Package(pertuzumab)[J/OL]. 2012. http://www.accessdata.fda.gov/drugsatfda_docs/nda/2012/125409Orig1s000TOC.cfm.

[12]Dowell J A, Korth-Bradley J, Liu H, et al. Pharmacokinetics of gemtuzumab ozogamicin, an antibody-targeted chemotherapy agent for the treatment of patients with acute myeloid leukemia in first relapse[J].JClinPharmacol, 2001, 41(11):1206-14.

[13]FDA. Drug Approval Package (natalizumab)[J/OL]. 2004. http://www.accessdata.fda.gov/drugsatfda_docs/nda/2004/125104s000_Natalizumab.cfm.

[14]Genentech Inc S S F, CA, USA & Novartis Pharmaceuticals Corp, East Hanover, NJ, USA. Xolair (omalizumab): US prescribing information[J/OL]. 2006. http://www.gene.com/gene/products/information/pdf/xolair-prescribing.pdf.

[15]FDA. Drug Approval Package(denosumab)[J/OL]. 2010. http://www.accessdata.fda.gov/drugsatfda_docs/nda/2010/125320s0000TOC.cfm.

[16]Hansen R J, Balthasar J P. Intravenous immunoglobulin mediates an increase in anti-platelet antibody clearance via the FcRn receptor[J].ThrombHaemost, 2002, 88(6):898-9.

[17]Ober R J, Radu C G, Ghetie V, Ward E S. Differences in promiscuity for antibody-FcRn interactions across species: implications for therapeutic antibodies[J].IntImmunol, 2001, 13(12):1551-9.

[18]Ducourau E, Mulleman D, Paintaud G, et al. Antibodies toward infliximab are associated with low infliximab concentration at treatment initiation and poor infliximab maintenance in rheumatic diseases[J].ArthritisResTher, 2011, 13(3):R105.

[19]Gobburu J V, Tenhoor C, Rogge M C, et al. Pharmacokinetics/dynamics of 5c8, a monoclonal antibody to CD154 (CD40 ligand) suppression of an immune response in monkeys[J].JPharmacolExpTher, 1998, 286(2):925-30.

[20]Kimball J A, Norman D J, Shield C F, et al. The OKT3 antibody response study: a multicentre study of human anti-mouse antibody(HAMA) production following OKT3 use in solid organ transplantation[J].TransplImmunol, 1995, 3(3):212-21.

[21]Wang W, Wang E Q, Balthasar J P. Monoclonal antibody pharmacokinetics and pharmacodynamics[J].ClinPharmacolTher, 2008, 84(5):548-58.

[22]Lin Y S, Nguyen C, Mendoza J L, et al. Preclinical pharmacokinetics, interspecies scaling, and tissue distribution of a humanized monoclonal antibody against vascular endothelial growth factor[J].JPharmacolExpTher, 1999, 288(1):371-8.

[23]Vugmeyster Y, Szklut P, Tchistiakova L, et al. Preclinical pharmacokinetics, interspecies scaling, and tissue distribution of humanized monoclonal anti-IL-13 antibodies with different IL-13 neutralization mechanisms[J].IntImmunopharmacol, 2008, 8(3):477-83.

[24]Duconge J, Fernandez-Sanchez E, Alvarez D. Interspecies scaling of the monoclonal anti-EGF receptor ior EGF/r3 antibody disposition using allometric paradigm: is it really suitable[J]?BiopharmDrugDispos,2004, 25(4):177-86.

[25]Lin J H. Pharmacokinetics of biotech drugs: peptides, proteins and monoclonal antibodies[J].CurrDrugMetab, 2009, 10(7):661-91.

[26]Mahmood I. Pharmacokinetic allometric scaling of antibodies: application to the first-in-human dose estimation[J].JPharmSci,2009,98(10):3850-61.

[27]Deng R, Iyer S, Theil F P, et al. Projecting human pharmacokinetics of therapeutic antibodies from nonclinical data: what have we learned[J]?MAbs, 2011, 3(1):61-6.

[28]Dong J Q, Salinger D H, Endres C J, et al. Quantitative prediction of human pharmacokinetics for monoclonal antibodies: retrospective analysis of monkey as a single species for first-in-human prediction[J].ClinPharmacokinet, 2011, 50(2):131-42.

[29]Covell D G, Barbet J, Holton O D, et al. Pharmacokinetics of monoclonal immunoglobulin G1, F(ab′)2, and Fab′ in mice[J].CancerRes, 1986, 46(8):3969-78.

[30]Baxter L T, Zhu H, Mackensen D G, et al. Biodistribution of monoclonal antibodies: scale-up from mouse to human using a physiologically based pharmacokinetic model[J].CancerRes, 1995, 55(20):4611-22.

[31]Davda J P, Jain M, Batra S K, et al. A physiologically based pharmacokinetic(PBPK) model to characterize and predict the disposition of monoclonal antibody CC49 and its single chain Fv constructs[J].IntImmunopharmacol, 2008, 8(3):401-13.

[32]Shah D K, Betts A M. Towards a platform PBPK model to characterize the plasma and tissue disposition of monoclonal antibodies in preclinical species and human[J].JPharmacokinetPharmacodyn, 2012, 39(1):67-86.

Progress on pharmacokinetic studies of therapeutic monoclonal antibodies

GUO Jian-jun1,2, WANG Li-li1,2, ZHANG Qi1,2, ZHANG Ao-bo1,2,ZHU Jing1,2, ZHAO Yong-yue1,2, ZHANG Bing-xu1,2, BU Hai-zhi1,2

(1.3DBioOptimaCo.,Ltd.,SuzhouJiangsu215104,China; 2.SuzhouEngineeringResearchCenterofPharmacokineticsandPharmacodynamics,SuzhouJiangsu215104,China)

Abstract:Monoclonal antibody (mAb) represents a class of therapeutics experienced dramatic development over the past 30 years. Because of the tremendous differences in physicochemical and biological properties between mAbs and small molecules, the mAb therapeutics significantly differ from the chemical drugs in pharmacokinetic characteristics and underlying mechanisms. Full understanding of those characteristics and mechanisms may efficiently guide the screening and development of mAb medicines, and would well support their safety evaluation and clinical dosage regimen designing. This review is to summarize pharmacokinetics and underlying mechanisms of mAbs from the aspects of absorption, distribution and elimination, as well as the approaches for prediction of mAb pharmacokinetics in humans.

Key words:monoclonal antibody; pharmacokinetics; absorption; distribution; elimination; prediction of human pharmacokinetics

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1001-1978(2016)02-0172-05

doi:10.3969/j.issn.1001-1978.2016.02.006

作者簡介：郭建軍(1980-)，男，博士，研究方向：藥理學(xué)，E-mail: jianjun.guo@3dbiooptima.com；卜海之(1962-)，男，博士，研究方向：藥物代謝動力學(xué)，通訊作者，E-mail: haizhi.bu@3dbiooptima.com

基金項目：蘇州科學(xué)技術(shù)局姑蘇創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)領(lǐng)軍人才基金資助項目(No XG0826)

收稿日期:2015-10-22,修回日期:2015-12-01

網(wǎng)絡(luò)出版時間：http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20160125.1557.012.html網(wǎng)絡(luò)出版地址：2016-1-25 15:57