免疫調(diào)節(jié)劑FIH起始劑量計算決策樹和案例分享

免疫調(diào)節(jié)分子大致可以分為兩大類：免疫刺激劑和免疫抑制劑。免疫刺激劑是能夠增強或激活免疫系統(tǒng)活性的治療性分子。這些分子通過多種作用機制發(fā)揮作用，例如促進免疫細胞的生成、增強其活性，或者將它們與靶細胞接觸以激活并實現(xiàn)對靶細胞的直接、特異性殺傷。小分子藥物可用于激活腫瘤微環(huán)境中的免疫效應細胞，而免疫檢查點抑制劑、共刺激激動劑和CD3靶向雙抗則通過激活T細胞來增強對腫瘤的殺傷能力。免疫抑制劑可以抑制或減弱免疫系統(tǒng)的活性，主要用于治療自身免疫和炎癥性疾病或預防器官移植后的排斥反應。免疫抑制劑通常通過靶向特定細胞類型（例如自身反應性T細胞或B細胞）來降低其功能、耗竭它們，或者抑制這些細胞產(chǎn)生的炎癥介質(zhì)，如皮質(zhì)類固醇、利妥昔單抗、阿達木單抗等。

首次人體試驗中的免疫毒性風險

在首次人體（FIH）試驗研究中，免疫抑制劑和免疫刺激劑的免疫介導毒性風險有所不同。免疫抑制劑（如抑制T細胞或B細胞或阻斷可溶性細胞因子）可能會增加感染風險，而在長期連續(xù)給藥時，還可能因感染致癌病毒而增加癌癥風險。然而，這些風險通常不會在FIH研究中觀察到，由于急性毒性風險較低，通常可以采用更高的起始劑量。相反，旨在直接或間接激活免疫系統(tǒng)的免疫刺激劑可能會導致急性毒性，包括細胞因子釋放綜合征（CRS）、免疫細胞激活相關神經(jīng)毒性綜合征（ICANS）和自身免疫反應，通常需要更低的FIH起始劑量。2006年TGN1412災難性事件凸顯了免疫調(diào)節(jié)劑不當FIH劑量選擇的潛在后果。這一事件促使采用最低預期生物效應水平（MABEL）來確定安全起始劑量。MABEL計算考慮了多種藥代動力學和藥效學（PK/PD）數(shù)據(jù)，例如靶點結(jié)合、受體占有率（RO）、暴露-反應分析以及相關動物種屬中的藥理學劑量暴露。然而，在FIH劑量選擇中過度強調(diào)安全性，可能會導致保守的劑量設定和更長的劑量遞增時間，使過多患者暴露于無效或亞治療劑量。一些監(jiān)管機構(gòu)，如FDA，正變得更加開放地接受非MABEL策略，而不再是嚴格依賴最敏感的方法，以更快地達到藥理學活性劑量。之前，國際藥品開發(fā)創(chuàng)新與質(zhì)量聯(lián)盟（IQ Consortium）發(fā)表了一篇論文，基于對88種免疫調(diào)節(jié)藥物的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)約1/3的具有晚期數(shù)據(jù)的分子，其最大耐受劑量、有效劑量或推薦的2期劑量比起始劑量高出100倍以上，再次印證了傳統(tǒng)MABEL策略的保守性。

PMDA和工業(yè)界過往經(jīng)驗

近期，日本藥品監(jiān)管機構(gòu)PMDA與諾華、強生、百時美施貴寶、賽諾菲、吉利德等藥企發(fā)表了一篇白皮書《Beyond MABEL: An Integrative Approach to First in Human Dose Selection of Immunomodulators by the Health and Environmental Sciences Institute (HESI) Immuno-Safety Technical Committee (ITC)》，探討了MABEL以外的免疫調(diào)節(jié)藥物FIH起始劑量計算策略，并給出大量案例，略作分享。

文中分析了2001年至2022年公開可用的356種免疫調(diào)節(jié)劑的數(shù)據(jù)。如下圖所示，免疫調(diào)節(jié)劑被分為兩組：A組是非腫瘤適應癥（如過敏或自身免疫疾病），主要是免疫抑制劑，急性毒性風險較低；B組是用于腫瘤適應癥的藥物，主要是免疫刺激劑，急性毒性風險較高。MABEL方法成為腫瘤相關免疫調(diào)節(jié)劑（B組）FIH劑量設定的首選方法，達70%。尤其是CD3雙特異性抗體，100%采用MABEL法。

MABEL法中最常用的兩個指標是RO值（%）和細胞實驗的ECx（有效濃度）。那么企業(yè)究竟如何選擇這些量值呢。先看下RO值（%），如下圖所示。總體趨勢是對于高風險免疫調(diào)節(jié)劑使用小于50%的RO值，而對于低風險產(chǎn)品則使用大于50%的RO值。然而，在選擇具體數(shù)值時存在一些差異。例如，對于免疫激活劑，公司A選擇了10%的RO作為起始點，公司C選擇了20%，公司G則在20%-50%之間。公司D和F采用了小于50%的RO范圍。對于免疫抑制劑，基本選擇了大于50%的RO。

對于ECx選擇方面，對于免疫激動劑，4家公司（A、B、C、J和K）傾向于選擇EC10作為起始點。一些公司（D、F、J和K）還展示了不同的取值區(qū)間，例如EC20-EC30或EC20-EC50。對于免疫抑制劑，如果是新靶點藥物，公司D選擇EC30-EC50。對于已經(jīng)有臨床先例的靶點，公司A、D、F選擇EC50-EC80進行計算。

優(yōu)化免疫調(diào)節(jié)劑FIH劑量設定的決策樹

文中修訂了免疫調(diào)劑FIH起始劑量計算的決策樹。該修訂版決策樹的主要流程與Leach等人提出的框架一致，采用三級體系：1）基于作用機制、靶點藥理學和/或臨床經(jīng)驗的安全性風險；2）體外人體實驗和/或毒理學動物模型的相關性；3）基于非臨床毒理學研究的臨床安全性風險。如下圖所示。對于MABEL和PAD途徑，比較容易理解，不再贅述，根據(jù)風險級別，選擇合適的RO值和ECx即可。對于安全性風險較低的低毒性分子，傳統(tǒng)的NOAEL，HNSTD/STD10（腫瘤藥物）也可以作為計算依據(jù)之一。

案例一：新型共刺激抗體A1

A1是一種免疫激動型IgG1單抗，靶點在多種免疫細胞上表達，具有直接激活免疫系統(tǒng)的作用。另外，該靶點在腫瘤細胞也表達，可以通過抗體依賴的細胞毒性（ADCC）機制殺傷腫瘤細胞。另外，正常毒理學實驗動物（如猴）中靶點表達很低或缺失，因此A1采用了基于MABEL的FIH起始劑量。

A1僅與食蟹猴的靶點具有高親和力（與人類抗原相似），因此在食蟹猴中進行了為期4周的GLP毒理學研究，劑量分別為10 mg/kg和100 mg/kg，未觀察到不良反應。隨后，將HNSTD設定為100 mg/kg。然而，由于正常猴的靶點表達很低，因此采用鼠源替代分子在小鼠同種異體腫瘤模型中進行了PK/PD和療效研究，這些研究對FIH劑量的確定至關重要。

由于食蟹猴毒理學研究得出的起始劑量過高（HNSTD=16.7 mg/kg或NOAEL =10 mg/kg），因此主要根據(jù)小鼠替代分子的PK/PD數(shù)據(jù)來確定FIH起始劑量。為了估算MABEL，從小鼠同種異體腫瘤模型中獲取的替代單抗的PK/PD數(shù)據(jù)建模，從小鼠數(shù)據(jù)中計算MABEL劑量（即靶點抑制），并根據(jù)替代單抗與小鼠靶點和A1與人類靶點之間的親和力差異進行調(diào)整，同時從小鼠和猴的藥代參數(shù)外推到人體。MABEL被設定為在預測的平均穩(wěn)態(tài)Cmax下導致血清可溶性靶點抑制10%的劑量，從而得出10 mg Q3W的FIH起始劑量，該劑量獲得了監(jiān)管部門認可。臨床上，該劑量未顯示出劑量限制性毒性（DLT）、輸液反應或細胞因子產(chǎn)生。

這個案例適用于那些在人體中存在毒性風險但在健康猴中未表現(xiàn)出毒性的免疫激活藥物。使用替代單抗和具有更接近人類靶點表達的小鼠腫瘤模型進行PK/PD評估，可能更適合用于預測FIH劑量。回顧性分析發(fā)現(xiàn)，基于PK/PD建模的藥理活性劑量（PAD，即300 mg）更適合用于定義臨床起始劑量，從而在沒有DLT的情況下，得出具有更高藥理學水平的劑量，該劑量距離臨床目標劑量僅5倍。

案例二：免疫細胞連接器抗體H4

H4是一種免疫刺激型人源化雙抗，包含針對腫瘤相關抗原（TAA）和效應細胞共刺激受體的結(jié)合域，F(xiàn)c為IgG1亞型，臨床用于治療嚴重且危及生命的癌癥。

在確定H4抗體FIH試驗的起始劑量時，綜合考慮了藥理學和毒理學研究的數(shù)據(jù)。基于藥理學數(shù)據(jù)的FIH起始劑量估算，通過體外實驗研究H4介導的靶細胞殺傷和效應細胞激活，計算出能夠產(chǎn)生約90%最大藥理活性（PA）的濃度。90%的PA對應的FIH起始劑量為亞毫克級別。選擇基于90% PA計算起始劑量，而不是基于最低預期生物效應水平（MABEL，≤30% PA）的原因是：在體外藥理學研究中，H4相比另一種針對相同TAA的免疫刺激性雙抗（T細胞接合劑，TCE），在相同濃度下顯著減少了細胞因子釋放。

基于毒理學數(shù)據(jù)的FIH起始劑量是根據(jù)食蟹猴1個月重復給藥毒性研究中的HNSTD確定的。在食蟹猴實驗中未觀察到細胞因子釋放。根據(jù)ICH S9規(guī)定，應用6倍安全系數(shù)計算得到的基于HNSTD的FIH起始劑量，比基于藥理學數(shù)據(jù)（90% PA）計算得到的劑量高出約1000倍。盡管基于HNSTD計算的FIH起始劑量較高，但由于H4是一種免疫刺激性分子，可能存在人體中不可預測的毒性，因此建議采用相對保守的方法，即采用基于90% PA的亞毫克起始劑量，如下圖虛線所示，并向監(jiān)管部門提交該方案。

然而，監(jiān)管部門未接受該提議的FIH起始劑量，強調(diào)了這種新型未經(jīng)臨床驗證的治療藥物，不應將細胞因子釋放數(shù)據(jù)與其他分子進行比較。根據(jù)監(jiān)管部門的建議，最終選擇了大約低8倍的FIH起始劑量，對應的PA約為40%-50%（即MABEL方法），這使得臨床研究中需要增加兩個額外的劑量組。

案例三：一種新型免疫刺激性抗體偶聯(lián)物NJH395

NJH395是一種新型的抗腫瘤免疫刺激型抗體偶聯(lián)物（ISAC），由一個小分子TLR7激動劑與經(jīng)過臨床驗證的抗體偶聯(lián)而成。為了評估NJH395的PK和PD關系，研究者在食蟹猴中進行了多項研究。NJH395通過靜脈注射給予食蟹猴，單次給藥劑量范圍為3至30 mg/kg，多次給藥劑量范圍為0.1至10 mg/kg，Q3W。

藥效學終點分析：0.1 mg/kg和0.3 mg/kg劑量的NJH395未出現(xiàn)明顯的細胞因子升高或炎癥。3 mg/kg和10 mg/kg組單次給藥出現(xiàn)血清IL-6升高和心率增加。1 mg/kg重復給藥后，6至12小時內(nèi)細胞因子（如IL-6、IP-10、IL-1RA、MCP-1和I-TAC）升高更為顯著，第三次藥后心率增加，但心電圖顯示QT延長風險極小。30 mg/kg劑量導致血清細胞因子升高，組織（尤其是大腦）出現(xiàn)明顯炎癥，形成病變。基于上述數(shù)據(jù)，體內(nèi)細胞因子釋放的MABEL被定為0.3 mg/kg。

毒理學：在7周的GLP非人靈長類動物毒理研究中，NJH395以3 mg/kg或10 mg/kg單次，或1 mg/kg Q3W共3次的方式給藥。與PK/PD研究一致，NJH395導致血清細胞因子增加，由于ADA的存在，96小時后清除率增加，影響后續(xù)劑量的暴露量，并似乎加劇了細胞因子釋放。1 mg/kg和3 mg/kg給藥后的急性期反應（即炎癥）在3周恢復期內(nèi)緩解。組織病理學結(jié)果與T細胞激動和細胞因子釋放綜合征相關。多次給藥的HNSTD被確定為1 mg/kg。

FIH研究分為兩部分：單次遞增劑量（SAD）和多次遞增劑量（MAD）。鑒于作用機制新穎，I期研究設計為先進行SAD，再進行MAD階段。

SAD起始劑量：基于食蟹猴PK/PD研究數(shù)據(jù)，采用MABEL方法估算SAD起始劑量。0.3 mg/kg劑量未觀察到IL-6（安全性細胞因子）或IP-10（藥效學細胞因子）的升高。該劑量轉(zhuǎn)換為人體HED為0.1 mg/kg，符合FDA指導建議。與食蟹猴耐受的10 mg/kg單次給藥相比，預測SAD的暴露安全系數(shù)為AUC的343倍和Cmax的93倍。

MAD起始劑量：基于食蟹猴GLP毒理學研究的多次給藥HNSTD估算MAD起始劑量，因為重復給藥后CRS風險更大，ADA的增強效應需要考慮，而ADA主要在多次給藥后出現(xiàn)。猴HNSTD為1 mg/kg，預計患者中的最小推薦起始劑量（MRSD）約為0.05 mg/kg。這種方法被監(jiān)管部門接受。

案例四：用于非腫瘤適應癥的T細胞連接器J1

J1是一種基于IgG1的雙抗，能夠同時結(jié)合T細胞上表達的CD3和靶細胞，用于治療非腫瘤適應癥。

鑒于其非腫瘤適應癥，非臨床評估和選擇FIH起始劑量的關鍵考慮因素是充分降低患者安全性風險，例如靶向T細胞激活、細胞因子釋放。食蟹猴被確定為部分相關動物種屬，之所以稱為部分，因其僅與食蟹猴CD3結(jié)合，只能用于評估與J1的CD3結(jié)合臂相關的非特異性活性。在食蟹猴中，可用于研究降低CD3? T細胞的非特異性激活及其導致的細胞因子釋放的風險。J1通過靜脈輸注以10 mg/kg、30 mg/kg和100 mg/kg的劑量QW給藥，共給藥5次。簡而言之，在最高劑量下未觀察到與J1相關的不良反應。高劑量為NOAEL。但是，由于食蟹猴中缺乏目標靶點，與FIH起始劑量確定相關的安全性不具備參考價值。

J1的FIH起始劑量是通過改良的MABEL方法估算的，該方法建議使用與藥理活性最相關的指標，而不是最敏感的指標。決策性的體外數(shù)據(jù)包括：1）細胞殺傷實驗中的靶細胞殺傷和細胞因子釋放；2）健康供體和患者中的T細胞激活和細胞因子釋放；3）共孵育實驗中靶細胞殺傷的靶向與非靶向窗口。在細胞殺傷實驗中，EC??為0.12 μg/mL。此外，在患者來源的PBMCs中，在0.1 μg/mL濃度下未觀察到可測量的T細胞激活或細胞因子釋放，且在健康供體的血漿中，在0.1 μg/mL濃度下未檢測到細胞因子。最后，在共孵育實驗中，T細胞激活的靶向與非靶向EC??的差異超過100倍。

盡管Saber等人在2017年推薦FIH劑量在10%–30%藥理活性水平是可接受的，但細胞殺傷實驗中的EC??被認為是J1活性的最相關指標，并且與任何細胞因子釋放無關。因此，F(xiàn)IH起始劑量5 μg/kg（0.1 μg/mL*50mL/kg）。

該劑量獲得FDA認可。

案例五：用于過敏性疾病治療的單抗B1

B1是一種人源化IgG1單抗，通過修飾增強了其ADCC活性，專門用于治療過敏性疾病。在FIH劑量計算中，綜合考慮了B1的作用機制、靶點特性以及非臨床研究的結(jié)果，采用了NOAEL、MABEL和PK/PD建模的方法。

基于NOAEL的劑量估算：在食蟹猴8周重復給藥毒性研究中，NOAEL被確定為100 mg/kg。根據(jù)NOAEL方法和10倍安全系數(shù)，初步估算的人體劑量為10 mg/kg。

基于MABEL的劑量估算：通過猴的PK/PD研究中靶點表達細胞數(shù)量的減少來估算體內(nèi)MABEL。根據(jù)血液中不同靶點表達細胞的情況，體內(nèi)MABEL被估算為0.001至0.01 mg/kg。

體外細胞耗竭實驗：使用人血液進行的體外細胞耗竭實驗顯示，B1在0.1至1 ng/mL的濃度下能夠耗竭靶點表達細胞。然而，由于將體外ADCC活性外推到體內(nèi)面臨挑戰(zhàn)，該結(jié)果未用于FIH劑量設定。

細胞因子釋放評估：體外評估了B1對人外周血細胞因子釋放的影響。B1在少數(shù)供體中誘導了輕微的IL-6和IFN-γ細胞因子釋放，但細胞因子濃度接近定量下限且無濃度依賴性。此外，在猴毒性研究中，B1輸注超過15分鐘后未觀察到明顯的細胞因子升高。基于作用機制和上述結(jié)果，認為CRS不是FIH劑量的風險。

PK/PD建模與模擬：基于食蟹猴研究數(shù)據(jù)進行PK/PD建模和模擬，以支持基于MABEL的劑量。估算的人體MABEL劑量為0.001 mg/kg。

綜合考慮，基于NOAEL的FIH劑量計算為10 mg/kg，而基于MABEL的方法顯示FIH劑量為0.001 mg/kg。由于B1是一種強效免疫細胞耗竭劑且具有免疫激活活性，因此最終選擇以0.001 mg/kg作為B1的初始劑量（基于體內(nèi)MABEL方法）。監(jiān)管機構(gòu)同意了這一方案。

在健康志愿者的I期研究中，B1在所有測試劑量（包括0.001 mg/kg的FIH劑量）下均比預期更長時間地耗竭了靶點表達細胞。I期試驗中未觀察到嚴重不良事件。綜上所述，體內(nèi)MABEL劑量在患者中顯示出藥理活性，是合理的且并未過于保守。

案例六：免疫檢查點抑制劑單抗H3

H3是一種人源化單抗，其Fc區(qū)無效應功能，靶向一種免疫檢查點受體，用于腫瘤學適應癥。FIH試驗的起始劑量選擇綜合考慮了毒理學和藥理學研究的數(shù)據(jù)。此外，還利用了針對同一靶點的競爭抗體（CMP-A）的臨床安全性經(jīng)驗，通過CMP-A與H3進行對比（即反向轉(zhuǎn)化）來指導起始劑量的選擇。

基于毒理學的起始劑量：食蟹猴1個月重復給藥毒性研究中確定的HNSTD為100 mg/kg/周，計算得到的起始劑量為16.7 mg/kg（應用6倍安全系數(shù)）。

基于藥理學的起始劑量：利用小鼠中替代單抗的抗腫瘤藥效數(shù)據(jù)來預測人體的有效劑量。具體而言，評估了小鼠同種異體腫瘤中腫瘤浸潤性淋巴細胞中靶點的RO，并將其與抗腫瘤藥效相關聯(lián)。研究發(fā)現(xiàn)，當腫瘤中靶點RO在谷濃度時達到≥95%時，小鼠表現(xiàn)出強大的抗腫瘤效果。以相同程度的腫瘤RO為目標，預測H3在人體中的有效劑量為2.5 mg/kg。由于預測的有效劑量為2.5 mg/kg，因此將起始劑量設定為1 mg/kg，比有效劑量低一個劑量水平，以確保足夠的安全性。此外，該起始劑量比基于體外RO測定（全血）的MABEL劑量高出3000多倍。

臨床安全性經(jīng)驗支持：H3的起始劑量選擇還得到了CMP-A的臨床安全性經(jīng)驗的支持。CMP-A在臨床上的2期推薦劑量為10 mg/kg，靜脈注射，Q2W。在此劑量下，藥物耐受性良好，未達到MTD。通過對比體外KD值和人血液RO的EC50值，發(fā)現(xiàn)H3在臨床上比CMP-A強1.3至2.7倍。在根據(jù)體外效力差異（3倍）對劑量進行標準化后，H3的1 mg/kg起始劑量比CMP-A在臨床上的推薦2期劑量10 mg/kg低3倍。

H3的全部臨床前藥理學和毒理學數(shù)據(jù)支持1 mg/kg的起始劑量。該起始劑量進一步基于同一靶點的臨床安全性經(jīng)驗以及與臨床分子CMP-A的體外效力對比得到了合理化，并在FIH試驗中成功實施。

案例七：用于非腫瘤適應癥的細胞因子阻斷三特異性抗體M1

M1是一種新型多價抗體，旨在抑制三種可溶性炎癥細胞因子的藥理活性。臨床擬用于治療自身免疫和炎癥性疾病。這三種靶點的表達和功能已被充分表征，并且已有大量臨床經(jīng)驗。M1沒有預期的急性毒性風險，，主要風險在于，由于抑制先天免疫，長期給藥可能會增加感染風險。

在非人靈長類動物中，M1耐受性良好，但由于部分動物皮膚中金黃色葡萄球菌和其他細菌的增殖，出現(xiàn)了不良的皮膚膿腫和皮炎，因此無法確定NOAEL。然而，之前的研究已經(jīng)表明，食蟹猴中的這種感染并不會直接轉(zhuǎn)化為人體風險。

體外藥理活性實驗可用于確定M1對每種細胞因子生物活性。因此，基于其拮抗機制、對靶點的現(xiàn)有知識、藥理相關體外和體內(nèi)模型的可用性以及單藥治療的臨床安全性經(jīng)驗，認為FIH研究受試者沒有高風險的不良安全事件。因此，未采用基于MABEL方法的起始劑量。

為了安全起見，在定義FIH起始劑量時，考慮了血液和靶組織中對所有三種細胞因子的結(jié)合。使用M1的人PK參數(shù)估計值、TK數(shù)據(jù)和預測的藥理效應。由于FIH研究是在輕度炎癥疾病患者中進行的，為了避免過多患者接受亞治療劑量，需要避免極低的RO。因此，起始劑量被定義為在靶組織中達到一定水平靶點結(jié)合的劑量。

體外活性評估：通過不同的體外實驗生成了M1對每個靶點的各種結(jié)合親和力值。選擇在體外細胞實驗中生成的EC??值，作為更接近體內(nèi)情況的指標，用于計算M1對細胞因子的結(jié)合百分比。

多靶點周轉(zhuǎn)模型：使用針對可溶性內(nèi)源性細胞因子的單抗的多靶點周轉(zhuǎn)模型，預測在血漿和靶組織中對每種細胞因子的結(jié)合百分比。細胞因子在血液中的表達量來自內(nèi)部數(shù)據(jù)和文獻，靶組織中的表達量來自文獻數(shù)據(jù)。假設單抗在組織中的分布為30%（范圍為10%至50%）。

靶點結(jié)合預測：選定的起始劑量預計在靶組織中對三種細胞因子的結(jié)合程度分別為20%、10%和95%。雖然對其中兩種細胞因子的結(jié)合程度較低，藥理效應可能較小，但對第三種細胞因子的結(jié)合可能在起始劑量下產(chǎn)生藥理效應。而且，第三張細胞因子已有大量非臨床和臨床經(jīng)驗，認為發(fā)生顯著不良事件的風險較低。另外，預計在血液中對所有三種細胞因子的結(jié)合程度均大于95%。

暴露量評估：起始劑量下的預測暴露量（C???和AUC）比猴子在最低給藥劑量下觀察到的暴露量低數(shù)百倍。

由于在毒理學研究中未確定NOAEL，M1利用PK/PD建模確定的首次人體劑量。