开发抗体药物偶联（ADC）药物的技术挑战（一）：申报和...

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无容置疑，抗肿瘤免疫疗法（I-O）是当下制药工业最热门的研究领域。美中药源在昨天甚至把这个领域的重中之重—嵌合抗原受体T细胞疗法（CAR-T）比作“医药界的阿波罗11”，是最有希望治愈癌症的一个颠覆性科学突破。不过中国制药工业要稍微慢半拍，虽然也有象江苏恒瑞、百济神州这样的中国药企紧随国际抗肿瘤免疫疗法大潮流，开发了自主知识产权的抗PD-1/PD-L1抗体，恒瑞最近还把其抗PD-1抗体转让给美国Incyte制药公司，但更多的中国药企对另一个如火如荼的一类抗肿瘤新药—抗体药物偶联（ADC）药物的开发更情有独钟。继江苏恒瑞在2013年4月向国家食品药品监管局提交了首个基于曲妥珠单抗和DM1的ADC药物（SHR-A1201）的临床实验申报（IND）之后，包括烟台荣昌制药的“注射用重组人源化抗HER2单抗-MMAE偶联剂”（RC48）等多个ADC类药物也向CFDA提交了临床申请。更多的研究机构和制药企业纷纷进入或正在进入ADC药物研发领域。但是ADC药物的开发涉及抗体、细胞毒素、以及复杂的化学偶联技术，从研发到监管技术壁垒都远远高于其它小分子和生物制剂的开发。考虑到一些企业和研究机构对ADC药物开发的技术挑战估计不足，笔者准备在今后的一段时间内陆续和读者探讨一些ADC药物开发当中可能遇到的技术问题。

1、ADC以哪类药物申报？

                               
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图1、辉瑞ADC药物Mylotarg的分子示意图

绝大多数的ADC药物是由靶向肿瘤细胞表面抗原的单克隆抗体和细胞毒素通过接头（也称连接器）偶联而成。图1是首个上市ADC药物Mylotarg（辉瑞，在2000年获得FDA批准上市，后在2010年自动撤市）的分子示意图。因为通常ADC的主要作用机制是通过小分子效应分子或弹头来完成，而整个ADC又是一个大分子化合物，所以对ADC到底应该属于哪类药物的认定比较复杂（按定义应该以主要作用机制为准但ADC的确是大分子化合物）。美国FDA对ADC药物的监管程序也随着时间推移发生过一些变化，在2003年之前ADC由药物评价和研究中心（Center for Drug Evaluation and Research，CDER）评审（根据主要作用机制是小分子化药），而在2003年之后，ADC药物被视为和单克隆抗体药物相同，都由生物制剂评价和研究中心（Center for Biologics Evaluation and Research，CBER）评价。所以，FDA在2000年以化药这个主要作用模式批准了史上第1个ADC药物gemtuzumab ozogamicin的新药申报（NDA，商品名Mylotarg），而在2011年和2013年分别作为大分子生物药批准了西雅图遗传的brentuximab vedotin（商品名Adcetris）和基因泰克的traztuzumab emtansine（商品名Kadcyla）的生物制剂许可（BLA）。

2、ADC作为生物制剂在美国是否享有12年市场独占期？

美国FDA依据“公共健康服务法”（PHSA）和在2010年补充颁布并作为平价医疗法案一部分的“生物制剂价格竞争和创新法案”（BPCIA）监管ADC药物的申报。因此ADC药物的第一个BLA应该享受12年市场独占期，也就是说FDA在批准一个BLA之后12年内将不批准其它生物仿制药（ABLA）上市（FDA Guidance for Industry（August 2014）；Reference Product Exclusivity for Biological Products Filed Under 351（a）of the PHS Act）。但是由于ADC药物结构复杂，主要作用模式通过小分子化药完成，抗体主要起着靶向输送作用，所以对ADC药物是否是第一个BLA的认定需要具体情况具体分析。比如Adcetris由抗CD-30单克隆抗体和细胞毒素MMAE连接组成，而CD-30和MMAE之前作为单药使用从未获得FDA批准上市，所以Adcetris和其两个组成部分从监管角度都是全新的，毫无疑问是第一个BLA。尽管FDA到目前为止还没有公布，但笔者相信Adcetris能获得12年生物制剂的市场独占期。但Kadcyla有所不同，虽然其效应分子TM-1从未获得FDA批准上市，但其抗HER2抗体trastuzumab（商品名Herceptin）早在1998年就获得FDA的生物制剂许可（BLA）。据此FDA可能不会认定Kadcyla是首次BLA，无法享受生物制剂的12年市场独占期。但是根据2014年10月的“Guidance for Industry：New Chemical Entity Exclusivity Determinations for Certain Fixed-Combination Drug Products”，Kadcyla也可以看做是trastuzumab和TM-1固定剂量的复方组合，而TM-1之前从未获批上市，根据该项条款Kadcyla可以获得NDA的5年市场独占期。

所以，ADC是否享受生物制剂许可的12年市场独占期将“因药而定”，同时需要和FDA协调，引用有利于药厂的法律条款。比如如果能使FDA确信Kadcyla只是trastuzumab单抗的一个结构修饰，并导致安全性、纯度和活性的变化（me-better），则认定是第一个BLA，应该奖励12年市场独占期。

3、ADC药物的申报由FDA的那个部门负责，是ONDQA还是OBP?

因为ADC药物的结构高度复杂，既要评价来自单克隆抗体部分的生物制品质量，也要监管来自细胞毒素，接头、以及效应分子（细胞毒素+接头）等小分子部分的质量属性，还有最终产品ADC药物的质量控制。所以ADC药物的评价由新药质量评价办公室（Office of New Drug Quality Assessment，ONDQA）和生物制品办公室（Office of Biological Products，OBP）协同完成。前者审查ADC的小分子部分（细胞毒素和接头）、后者为单克隆抗体的发酵、细胞系（cell banking）、和结构鉴定把关。两个办公室对最终产品（final drug substance，ADC DS）共同负责。图2表明FDA的这两个部门对ADC药物审查的具体分工。

                               
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图2、美国FDA对ADC评审的责任分配

如图2所示，OBP负责ADC药物抗体部分的质量审查，具体要求和对单克隆抗体的审批完全相同。这不仅包括MAb的一级、二级、和三级结构，糖基化程度、翻译后修饰、片段或聚集体的检验、电荷和电荷变体的存在、以及对靶向抗原的亲合力和特异性评价，也包括单抗或其中间体对FcγR和FcRn的亲和力和效应功能测定。而且因为一些单抗本身具有细胞毒性，所以对单抗或其中间体活性的鉴定不仅仅限于对靶向细胞内的信号传导。当然病毒和宿主细胞的含量也必须定量分析。

ONDQA部分对ADC药物的监管也和对小分子新药申报完全相同。这包括对细胞毒素、接头、以及效应分子（细胞毒素+接头）的分子手性、光学纯度、晶体形态、来自起始原料和中间体、生产过程中的所有杂质、重金属、催化剂、溶剂残留物等。任何高于0.1%的杂质（细胞毒素、接头、以及效应分子）都必须进行结构鉴定。

4、ADC药物到底有多复杂，如何检测？

ADC药物非常复杂，其复杂程度远不止是一个小分子化药和生物制剂的叠加。除了以上OBP负责的单抗部分和ONDQA负责的小分子部分之外，OBP和ONDQA共同监控最终ADC药物的产品质量。虽然通常检测ADC药物纯度的方法和单抗相同（SDS-PAGE/CGE，SEC-HPLC），但ADC药物有其特殊性，比如ADC药物经常出现聚合（aggregation）而且包括效应分子等片段（fragments）也可能脱落（不稳定）。而且引入不同性质以及个数的效应分子对ADC药物分子的大小、电荷、糖基化、以及活性和单抗本身相比会发生较大变化。ONDQA负责的两个最重要的验证性实验有药物-单抗比例（drug-antibody ratio，DAR）和药物分布（drug distribution）。前者是连接到抗体药物的平均比例，后者是含有1至多个药物的分布。显然，药物偶联的不确定性（heterogeneity of drug conjugation）还会因为糖基化的不确定性（heterogeneity of glycosylation）进一步叠加，导致样品分析更多的复杂性和挑战（见图3）。其中左图是完整ADC的质谱图（糖基化），而右图是一个脱糖基化ADC的质谱图，后者更清楚地显示在ADC药物中抗体携带药物（美登素）的数目分布。但是，因为图3是质谱图，其质量分布只表明ADC药物的分子量分布，而不是药物对抗体连接位点的分布，所以实际情况更为复杂。

                               
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图3、ImmunoGen的一个美登素ADC质谱实例，比较糖基化单抗（左图）和脱糖基化单抗（右图）携带药物的数目和分布（Copyright Solvias AG）

显然，ADC药物的分析方法必须精确分析DAR和药物分布，常见分析方法有疏水作用层析（HIC）、UV/VIS光谱、UV-MALDI质谱分析等，其中HIC常用于通过半胱氨酸偶联的ADC。但是因为赖氨酸偶联ADC的电荷异质性，以上这些方法并不适用通过赖氨酸偶联ADC的方法学建立，对这类ADC药物的分析常常采用MALDI-TOF和ESI-TOF质谱。

总之，ADC药物非常复杂，无论是监管还是生产工艺其复杂程度都高于传统的生物药和小分子化学药。所以在进入ADC研发领域之前，药企不仅需要了解ADC药物的市场竞争，制定适合自己的研发策略，也要充分考虑ADC药物的研发、申报、和生产的技术壁垒。