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抗体药PK/PD，人源化小鼠模型有些答案告诉你

作者：北京百奥赛图基因生物技术有限公司 2020-05-08T11:19 (访问量:7787)

在过去数十年，无论是制药企业还是学术界都耗费了大量的财力物力来提高体外筛选技术的实用性和准确性。既然体外筛选技术已经能够测试出化合物的生物活性及理化性质，为什么还要继续在动物模型中研究潜在的候选药物呢？

FDA、NMPA及其他监管机构要求：在药物进入临床前必须在动物体内证明其有效性和安全性。对于一个完整的动物而言，无论是鼠、犬、猴，甚至人类，都是一个相互交织、互相作用的复杂生物系统。目前，没有体外筛选方法或是组合方法能够模拟和反映整个有机体的复杂性。因此，利用动物模型来评价候选药物对人体及疾病的影响是不可或缺的。

肿瘤动物模型的分类

1、小鼠异种移植肿瘤模型及分类

在肿瘤动物模型中，使用广泛的一种是小鼠异种移植肿瘤模型，该模型利用了特定的小鼠，如SCID，NSG，B-NDG鼠等常规免疫缺陷或者重度免疫缺陷小鼠，该类小鼠无法对外来细胞产生免疫攻击。有以下分类：

（1） CDX模型（Cell-line-Derived Xenograft）：使用标准化的癌种细胞系进行建模，该类细胞培养方便，容易获得，不过有其缺点，就是不能代表原始临床肿瘤。

（2） PDX模型（Patient-Derived Tumor Xenograft）：从肿瘤病人身上获得的肿瘤组织或细胞，虽然有其临床肿瘤的特点，该种组织不易获得，并且生长“繁育”周期比较久，成功率较低。

图1. 小鼠异种移植肿瘤模型示意图

抗体药物多数是通过介导免疫系统对肿瘤进行杀伤的，所以评价其有效性需要重建（Reconstitute）人免疫系统（包括DC，B，T，NK等）的动物模型。

表1. 小鼠异种移植肿瘤模型是否需要人的免疫系统重建

2、小鼠同种移植肿瘤模型

异种移植模型的缺点就是需要使用免疫缺陷的小鼠进行建模，为了避免跨种属移植免疫系统的排斥反应。而重建人的免疫系统似乎又是无奈之举，不是小鼠本身的免疫系统，影响了免疫细胞的发育和成熟。同种移植肿瘤模型可以让研究者使用免疫系统健全的小鼠模型，但需要使用小鼠肿瘤细胞系进行建模研究。功能完整的免疫系统使得同种移植模型比异种移植模型能更好地模拟癌症的真实情况。

（1）野生小鼠同种移植模型：主要应用于Surrogate抗体的药理药效研究

（2）基因改造（人源化）小鼠模型：用于人源化抗体的研究

图2. 人源PD-1在小鼠基因组上的改造方案

3、野生小鼠及宠物自发肿瘤模型

随着年龄的增长，小鼠和宠物大概率会发生肿瘤，这种自发肿瘤更接近人类癌症，对于临床的转化将更有意义。

图3. 体内外模型及临床转化

利用基因人源化小鼠进行抗体药生物标记物的研究

开发创新药物需要对疾病、靶点及药理机制有更深入理解。基因人源化小鼠模型体内药效研究逐渐受到药企认可，那么如何利用它进行药理药代（PD/PK）的研究、怎样寻找合适的生物标记物，如何联系药理药代、动物模型和疾病状况之间的关系？如果想要回答这个问题，可能您又有一个疑惑是基因人源化小鼠是否可以作为研究PD/PK的模型。

这个问题目前很难给出明确的答案，仍需要药企，CRO及监管部门三方共同进行探索。需要验证什么是相关种属， FDA等监管机构要求临床前的动物实验必须使用相关种属，对于抗体药物的研究，除了需要和靶点结合外，更重要的是需要有药效PD活性，才能叫做相关种属。

如何评估PD（pharmacodynamics）?

需要寻找合适的生物标记物（正常生物过程、致病过程或治疗过程中，可以被客观地测量和评价的一种特征指标。）

生物标记物主要分三类：

1、靶点生物标记物

靶点受体占位（Receptor occupancy，RO）实验：

图4. RO实验的原理

2、机制生物标记物

肿瘤微环境的检测：Biomarker Profiling

肿瘤微环境检测包括

（1）肿瘤内免疫细胞的数量，位置及状态（如激活，dysfunction）的改变

（2）肿瘤细胞数量，状态的改变

图5. 肿瘤微环境示意图

表2. 常用肿瘤微环境检测Biomarker

（此表让人有想要收藏的冲动~）

（3）实验设计及结果：

图6. Urelumab给药后肿瘤体积变化

图7. 不同给药频次对于肿瘤微环境的效果差异

图8. 免疫荧光检测肿瘤微环境

3、毒性生物标记物

利用基因人源化小鼠进行抗体药药物代谢的研究

一般认为，药物治疗的因果逻辑链条是：剂量-暴露量-靶点作用-效应-临床获益。由于生命体和疾病的多样性及复杂性，从药物剂量到病人获益之间每一个环节，实际上都没有绝对的因果关系。

图9. 药物的作用机理

与小分子药物不同，影响抗体药代的因素有以下几方面（图10）：

（1） Fcγ受体

（2） FcRn循环

（3）吸收代谢

（4）免疫原性

（5） TMDD（靶点介导的药物处置）

图10. 影响抗体药物代谢的因素

因抗体有靶点特异性，在抗体与靶点结合后会介导药物的代谢变化，这也是相关种属或者靶点人源化小鼠所特有的，当然，仅仅依靠靶点结合就判定与临床一致是不现实的。抗体在每个物种的半衰期不同，在人体一般为21天，在小鼠一般为两周，在人源化小鼠上时间还要缩短。所以不能通过半衰期及其他药代参数的绝对值判定动物模型与人体的相关性。