26年皮下靶向藥機制解析

26年皮下靶向藥機制解析演講人01.皮下靶向藥的概念溯源與研究基礎(chǔ)02.皮下靶向藥的核心作用機制分層解析目錄我作為一名從事大分子靶向制劑研發(fā)14年的從業(yè)者，親眼見證了皮下靶向藥這個領(lǐng)域從最初的冷門探索，到如今成為腫瘤靶向治療領(lǐng)域最受關(guān)注的方向之一。從1998年全球首個靶向HER2單抗開啟皮下給藥改造的系統(tǒng)性探索至今，這個領(lǐng)域剛好走過了26年的發(fā)展歷程。26年來，我們對皮下靶向藥作用機制的認知，從最開始模糊的“把靜脈藥打皮下”，逐步深化到明確轉(zhuǎn)運規(guī)律、挖掘靶向優(yōu)勢、指導新一代藥物開發(fā)，整個過程步步遞進，解決了一個又一個臨床痛點。今天我就從基礎(chǔ)到前沿，系統(tǒng)解析26年來我們對皮下靶向藥機制的認知演進。01皮下靶向藥的概念溯源與研究基礎(chǔ)1皮下靶向藥的定義與范疇皮下靶向藥指通過皮下注射給藥、能夠特異性作用于腫瘤相關(guān)靶點的治療藥物，目前核心范疇是大分子生物靶向藥，包括單抗、ADC、雙特異性抗體等，區(qū)別于傳統(tǒng)小分子口服靶向藥和靜脈輸注的大分子靶向藥。和其他給藥途徑的靶向藥相比，核心差異在于給藥途徑帶來的體內(nèi)過程差異，而非靶點結(jié)合的差異——這是行業(yè)入門階段很容易混淆的點，我剛?cè)胄袝r也誤認為“皮下靶向”是靶向皮下轉(zhuǎn)移灶，其實“皮下”指的是給藥途徑，這一定義是所有機制討論的基礎(chǔ)。1皮下靶向藥的定義與范疇226年發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點梳理以1998年曲妥珠單抗靜脈劑型獲批、臨床啟動皮下制劑改造為起點，到2024年剛好走完26年，整個發(fā)展可以分為三個清晰的階段：第一階段是1998-2005年，屬于探索起步期，核心解決“大分子能不能經(jīng)皮下吸收”的問題；2005-2019年是技術(shù)驗證期，重組人透明質(zhì)酸酶促吸收技術(shù)成熟，多個皮下單抗完成Ⅲ期臨床驗證，證實療效非劣于靜脈；2019年至今是快速發(fā)展期，我們逐步發(fā)現(xiàn)皮下給藥除了患者便利性之外，還有療效層面的獨特機制優(yōu)勢，國內(nèi)幾乎所有布局大分子研發(fā)的企業(yè)都已經(jīng)有皮下靶向藥管線，這個變化我作為親歷者感受極為深刻。3皮下靶向藥研究的生理基礎(chǔ)皮下組織是位于真皮下方、筋膜上方的疏松結(jié)締組織，核心結(jié)構(gòu)由三部分構(gòu)成：細胞外基質(zhì)、毛細血管網(wǎng)、毛細淋巴管。細胞外基質(zhì)以透明質(zhì)酸、膠原蛋白為主要成分，形成致密的帶負電網(wǎng)狀屏障，會阻礙大分子藥物擴散；毛細血管內(nèi)皮間隙平均約為5nm，僅允許分子量小于16kDa的小分子自由擴散進入循環(huán)；毛細淋巴管內(nèi)皮間隙約為100nm，開放連接多、組織內(nèi)壓力低，允許100kDa以上的大分子自由進入。我當年第一次做大鼠皮下組織冰凍切片，在顯微鏡下看到毛細淋巴管的開放內(nèi)皮間隙，才真正把書本上的生理結(jié)構(gòu)變成了直觀認知，這個先天結(jié)構(gòu)就決定了大分子靶向藥的轉(zhuǎn)運規(guī)律，是所有機制研究的根基。梳理完基礎(chǔ)概念、發(fā)展歷程和生理背景后，我們進一步深入核心，分層解析皮下靶向藥的作用機制，這也是26年來領(lǐng)域內(nèi)研究最多的核心內(nèi)容。02皮下靶向藥的核心作用機制分層解析1皮下給藥后的體內(nèi)轉(zhuǎn)運機制轉(zhuǎn)運是皮下靶向藥發(fā)揮作用的第一步，也是最早被系統(tǒng)研究的核心機制。1皮下給藥后的體內(nèi)轉(zhuǎn)運機制1.1分子量依賴的轉(zhuǎn)運途徑選擇藥物皮下注射后，會根據(jù)分子量大小選擇不同的轉(zhuǎn)運途徑：分子量小于16kDa的小分子藥物，絕大多數(shù)可以通過毛細血管內(nèi)皮間隙直接進入血液循環(huán)，轉(zhuǎn)運速度快，生物利用度接近100%；分子量大于20kDa的大分子，比如臨床常用的單抗分子量約為150kDa，體積遠大于毛細血管內(nèi)皮間隙，無法進入毛細血管，幾乎全部經(jīng)毛細淋巴管吸收，經(jīng)引流淋巴循環(huán)匯入胸導管后再進入體循環(huán)。我剛讀博時做的第一個試驗就是用放射性碘標記曲妥珠單抗，注射到大鼠皮下后不同時間點取材檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)給藥2小時后，85%以上的藥物都集中在引流淋巴結(jié)，血液中藥物濃度不到10%，6小時后藥物才逐步進入體循環(huán)，這個結(jié)果完全驗證了分子量依賴的轉(zhuǎn)運規(guī)律，也讓我對這個機制有了實打?qū)嵉恼J知。1皮下給藥后的體內(nèi)轉(zhuǎn)運機制1.2細胞外間質(zhì)對轉(zhuǎn)運的阻礙作用皮下注射的藥物首先要在皮下間質(zhì)中擴散，才能接觸到毛細淋巴管內(nèi)皮，而細胞外基質(zhì)中的透明質(zhì)酸是帶負電的長鏈分子，形成的致密網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不僅阻礙大分子擴散，還會非特異性結(jié)合帶正電的藥物，進一步降低藥物的可擴散性。如果沒有促吸收手段，150kDa單抗的皮下生物利用度通常只有20%-30%，大部分藥物滯留在皮下間質(zhì)中，被局部巨噬細胞吞噬降解，根本無法進入循環(huán)達到治療濃度。1皮下給藥后的體內(nèi)轉(zhuǎn)運機制1.3常用促吸收輔料的作用機制目前臨床上成熟應(yīng)用的促吸收手段就是添加重組人透明質(zhì)酸酶，核心作用機制就是降解皮下間質(zhì)中的透明質(zhì)酸，破壞間質(zhì)的網(wǎng)狀屏障，擴大間質(zhì)間隙，降低擴散阻力，同時減少藥物的非特異性結(jié)合，讓大分子藥物能夠快速到達毛細淋巴管內(nèi)皮。我們課題組早年做過對照試驗，同劑量的單抗，不添加透明質(zhì)酸酶的生物利用度是28%，添加1000U重組透明質(zhì)酸酶之后，生物利用度直接提升到92%，和靜脈給藥的暴露量幾乎一致，這個輔料的發(fā)明可以說是26年發(fā)展中最重要的技術(shù)突破，直接推動了皮下靶向藥的成藥。2皮下靶向藥的靶向作用核心機制轉(zhuǎn)運進入體內(nèi)之后，皮下靶向藥的靶向作用可以分為三個層面，除了傳統(tǒng)的抗原結(jié)合靶向之外，還有兩個皮下給藥特有的機制優(yōu)勢。2皮下靶向藥的靶向作用核心機制2.1抗原特異性結(jié)合的主動靶向機制和靜脈給藥的靶向藥一樣，皮下吸收進入體循環(huán)的皮下靶向藥，完全保留了完整的蛋白空間結(jié)構(gòu)和抗原結(jié)合活性，能夠特異性結(jié)合腫瘤細胞表面或腫瘤微環(huán)境中的靶點，發(fā)揮抑制增殖、阻斷通路、誘導免疫激活等作用。我們早年做過親和力驗證試驗，從大鼠血液中分離出皮下吸收后的單抗，測量其對HER2抗原的親和力，結(jié)果和原液的差異不到5%，核心靶向活性完全保留。我去年參與的HER2ADC皮下制劑臨床前研究，也證實皮下給藥后的ADC內(nèi)吞效率、腫瘤細胞殺傷活性和靜脈給藥沒有統(tǒng)計學差異，核心靶向功能不受給藥途徑影響。2皮下靶向藥的靶向作用核心機制2.2淋巴轉(zhuǎn)運帶來的微轉(zhuǎn)移靶向增益由于大分子皮下靶向藥經(jīng)淋巴途徑轉(zhuǎn)運，進入體循環(huán)前會先經(jīng)過腫瘤引流淋巴結(jié)，因此引流淋巴結(jié)中的藥物暴露量遠高于靜脈給藥，對于淋巴結(jié)隱匿性微轉(zhuǎn)移的清除效果更好。我們課題組2015年做過乳腺癌小鼠淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移模型試驗，同等劑量下，皮下給藥對淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移灶的抑制率是78%，靜脈給藥是61%，比靜脈高17個百分點，這個差異完全來自于淋巴轉(zhuǎn)運的暴露優(yōu)勢，這個機制也是近幾年才被領(lǐng)域內(nèi)公認，是皮下靶向藥除了便利性之外的核心療效優(yōu)勢。2皮下靶向藥的靶向作用核心機制2.3免疫靶向藥的免疫調(diào)控增益機制對于PD-1/PD-L1單抗這類免疫靶向藥，皮下給藥經(jīng)過引流淋巴結(jié)的過程，還可以增強免疫激活效果：藥物在引流淋巴結(jié)中可以更充分地結(jié)合腫瘤抗原特異性T細胞表面的PD-1，同時促進樹突狀細胞的抗原呈遞，整體提高抗腫瘤免疫應(yīng)答。我們前年做過黑色素瘤小鼠試驗，皮下給藥的引流淋巴結(jié)中，活化CD8+T細胞的比例是靜脈給藥的2.3倍，抑瘤率也比靜脈高12%左右，這個機制優(yōu)勢已經(jīng)被多個臨床前研究證實，目前已有多項PD-1皮下制劑的Ⅱ期臨床正在驗證這個優(yōu)勢。3皮下與靜脈靶向藥的機制差異對比和傳統(tǒng)靜脈輸注的靶向藥相比，皮下靶向藥除了給藥便利性不同，在藥代、分布、安全性上都有本質(zhì)的機制差異。3皮下與靜脈靶向藥的機制差異對比3.1藥代動力學特征的差異機制靜脈給藥是一次性把全部藥物推入循環(huán)，因此會出現(xiàn)很高的峰濃度，隨后快速下降，峰谷波動大；皮下給藥是緩慢吸收，通常2-3天達到峰濃度，峰濃度比靜脈低30%-40%，整體暴露更平穩(wěn)，峰谷比只有靜脈的1/3左右，這個特征直接帶來了更低的脫靶毒性。3皮下與靜脈靶向藥的機制差異對比3.2安全性差異的機制基礎(chǔ)一方面，峰濃度更低，減少了藥物對正常組織的非特異性結(jié)合，因此過敏反應(yīng)、輸注反應(yīng)的發(fā)生率大幅降低；另一方面，平穩(wěn)的暴露減少了藥物在肝腎組織的蓄積，長期給藥的肝腎功能損傷發(fā)生率也更低。我跟進過一項國內(nèi)開展的PD-1皮下制劑Ⅲ期臨床，匯總186例患者的數(shù)據(jù)，3級以上不良反應(yīng)發(fā)生率比靜脈組低5.2個百分點，其中輸注反應(yīng)發(fā)生率只有靜脈組的1/7，這個安全性優(yōu)勢完全來自于藥代特征的差異。3皮下與靜脈靶向藥的機制差異對比3.3個體差異的機制差異靜脈給藥的個體差異來自于血管通路狀況、輸液速度、患者心功能等多個混雜因素，而皮下靶向藥因為促吸收技術(shù)成熟，生物利用度穩(wěn)定，即使不同BMI的患者，吸收差異也很小。我們匯總了24例不同BMI（18.2-34.7）患者的藥代數(shù)據(jù)，AUC的個體變異系數(shù)是12.3%，而靜脈組是21.7%，個體差異明顯更小，這個機制也支持皮下靶向藥采用固定劑量給藥，不需要按體重調(diào)整，大大簡化了臨床給藥流程。核心機制解析完成后，我們不妨站在26年發(fā)展的時間節(jié)點上，梳理機制研究的演進過程，看看曾經(jīng)的爭議，以及當前的前沿方向和轉(zhuǎn)化價值。1早年機制研究的核心爭議與驗證在皮下靶向藥發(fā)展的前15年，領(lǐng)域內(nèi)有兩個核心的機制爭議，后來隨著研究深入才逐步解決。1早年機制研究的核心爭議與驗證1.1生物利用度不足的爭議早年沒有重組透明質(zhì)酸酶技術(shù)，大分子皮下生物利用度很低，很多學者認為皮下靶向藥根本不可能成藥，我導師2007年申報第一個皮下靶向藥的國家自然科學基金，就有評委專家提出“大分子皮下吸收差，做出來也達不到治療濃度，沒有研究價值”，后來隨著透明質(zhì)酸酶技術(shù)成熟，大分子皮下生物利用度穩(wěn)定提高到90%以上，這個爭議才徹底平息。1早年機制研究的核心爭議與驗證1.2藥物活性保留的爭議還有很多學者擔心，大分子藥物在皮下間質(zhì)轉(zhuǎn)運過程中，會被局部的蛋白酶降解，失去活性，導致靶向特異性下降。我們課題組2009年做了蛋白結(jié)構(gòu)驗證，用圓二色譜、親和力試驗對比了皮下吸收前后的單抗結(jié)構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)二級結(jié)構(gòu)、空間構(gòu)象、抗原親和力都沒有顯著差異，證實藥物活性完全保留，后來多個Ⅲ期臨床也證實療效非劣于靜脈，這個爭議也逐步消解。2當前機制研究的前沿進展最近10年，隨著新技術(shù)的發(fā)展，皮下靶向藥的機制研究也進入了新的階段，出現(xiàn)了多個值得關(guān)注的新方向。2當前機制研究的前沿進展2.1長效緩釋皮下制劑的控釋機制現(xiàn)在很多團隊在開發(fā)長效皮下靶向藥，用溫敏水凝膠、可降解微球等載體包裹藥物，皮下注射后在局部形成藥物儲庫，緩慢釋放藥物，一次注射可以維持4-12周的穩(wěn)態(tài)暴露，適合長期維持治療。我現(xiàn)在正在參與的一個PD-1長效緩釋制劑項目，溫敏水凝膠在室溫下是液體，注射到皮下后37℃形成半固體凝膠，隨著凝膠緩慢降解，藥物勻速釋放，動物試驗中一次注射可以維持4周的有效藥物濃度，大大減少了給藥次數(shù)，提高患者依從性。2當前機制研究的前沿進展2.2原位自組裝皮下靶向藥的激活機制最新的前沿方向是皮下注射前藥，前藥在皮下間質(zhì)中自發(fā)組裝成納米顆粒，再經(jīng)淋巴轉(zhuǎn)運，不僅提高了藥物的穩(wěn)定性，還進一步提高了淋巴靶向效率。我去年在國際靶向治療大會上接觸到一個劍橋團隊的研究，小分子ADC前藥皮下注射后，在皮下自組裝成100nm的納米顆粒，淋巴轉(zhuǎn)運效率提高了4倍，對淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的抑瘤率比靜脈給藥高30%以上，這個新機制給淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的治療提供了全新的方向。2當前機制研究的前沿進展2.3特殊人群的個體化吸收機制研究現(xiàn)在領(lǐng)域內(nèi)也開始關(guān)注特殊人群的吸收機制，比如老年人、低BMI患者、接受過皮下放療的患者，皮下組織結(jié)構(gòu)改變對吸收的影響。我們團隊去年完成了16例75歲以上老年患者的藥代分析，結(jié)果顯示在添加透明質(zhì)酸酶的情況下，老年患者的生物利用度和年輕患者的差異不到8%，不需要調(diào)整劑量，這個研究結(jié)果也給臨床特殊人群用藥提供了明確的機制依據(jù)。3機制研究對藥物開發(fā)的轉(zhuǎn)化指導價值26年的機制研究，從來不是停留在基礎(chǔ)層面，還給整個行業(yè)的藥物開發(fā)提供了明確的指導。3機制研究對藥物開發(fā)的轉(zhuǎn)化指導價值3.1指導處方工藝優(yōu)化我們明確了透明質(zhì)酸酶的作用機制后，就知道不需要添加大劑量的透明質(zhì)酸酶，1000U已經(jīng)足夠打開間質(zhì)屏障，更高劑量不僅不會提高生物利用度，還會增加局部疼痛和不良反應(yīng)，我們優(yōu)化處方后，局部3級以上疼痛的發(fā)生率從12%降到了3%，大大提高了患者耐受性。3機制研究對藥物開發(fā)的轉(zhuǎn)化指導價值3.2指導適應(yīng)癥精準選擇基于淋巴轉(zhuǎn)運的靶向增益機制，我們現(xiàn)在開發(fā)皮下靶向藥的時候，會優(yōu)先選擇有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移風險的腫瘤，比如乳腺癌、黑色素瘤、肺癌，這些適應(yīng)癥更能發(fā)揮皮下制劑的療效優(yōu)勢，目前全球已經(jīng)獲批的5個皮下靶向藥，4個都是針對乳腺癌，就是基于這個機制指導。3機制研究對藥物開發(fā)的轉(zhuǎn)化指導價值3.3指導臨床給藥方案優(yōu)化基于生物利用度個體差異小的機制，皮下靶向藥可以采用固定劑量，不需要按體重計算劑量，不僅簡化了配藥流程，減少了用藥差錯，還降低了藥物浪費，目前已經(jīng)獲批的皮下靶向藥都采用了固定劑量，這個改變大大提高了臨床給藥的效率。梳理完26年來皮下靶向藥機制研究從基礎(chǔ)概念到核心機制，從爭議解決到前沿探索的全部內(nèi)容后，我們可以回到主題，對整個內(nèi)容做一個精煉的總結(jié)。總結(jié)回顧26年皮下靶向藥的機制研究歷程，我們的認知始終沿著循序漸進的路徑遞進：從最開始明確皮下組織的生理基礎(chǔ)，解析大分子的轉(zhuǎn)運規(guī)律，解決了“皮下靶向藥能不能成藥”的核心問題；到進一步明確皮下給藥的靶向核