本文为本系列《如何决定单克隆抗体药物在首次人体临床研究时的起始剂量》的第二篇，将简明扼要地介绍如何使用最低预期生物效应水平（MABEL）方法以确定单克隆抗体药物在首次人体临床研究时的起始剂量。本文主要参考EMA的相关指南和若干研究文献。希望起到抛砖引玉的目的，促进在设计单克隆抗体药物在首次人体临床研究时，在保证受试者安全的前提下，给予更多的思考与创新，以降低新药研发的成本并最终惠及千千万万的患者。后续文章将简述其它方法。
背景
单克隆抗体（mAb）药物现在被确立为针对恶性肿瘤，移植排斥，自身免疫和传染病以及一系列新适应症的靶向疗法。然而，使用单克隆抗体也会带来免疫反应的风险，如急性过敏反应，血清病和抗体的产生。此外，单克隆抗体也有与其特定靶点相关的许多副作用，包括感染和癌症，自身免疫性疾病以及心脏毒性等器官特异性的不良事件。
3月，在TGN1412（一个CD28特异性超级激动剂单抗）的首次人体（FIH）研究中发生了危及生命的细胞因子释放综合征。自此事件发生以来，监管机构，尤其是EMA发布了确定人体首次给药的指导方针，以提高研究的安全性；特别是引入了最低预期生物效应水平（MABEL）方法估计新药的FIH剂量。比较清楚的是，EMA发布的MABEL的指南初衷是为生物药, 如单抗类药物而撰写的，并不打算其适用于化学类（NCEs）药物。因此，以下MABEL方法的讨论只涉及单克隆抗体类药物。
对于许多在研药物，如新化学药物（NCEs），临床前安全药理学（Safety Pharmacology）和毒理学（Toxicology）研究提供了足够的安全性数据，用于评估首次人体给药的风险。一般来说，在最敏感和相关的动物物种中进行的非临床安全性研究以确定无观察到的不良反应水平（NOAEL），然后通过种属缩放或基于药代动力学进行调整，就能提供了最重要的安全性的信息。然后根据药物分子的某些特性和临床试验设计的需要，通过适当的安全因子减少/调整相关剂量而得出最大推荐起始剂量（MRSD），以保证起始剂量不会对人体造成毒性（见扩展阅读）。因此，NOAEL的使用在相当的程度上取决于是否存在与安全(毒)性相关的动物模型和适当的生物标志物（Biomarkers）。
然而，对于单克隆抗体，这些临床安全性研究可能不足以预测人体的可能发生的严重不良反应，因为单克隆抗体队靶标的高特异性不太会引起明显的急性毒性（即脱靶性的毒性反应，免疫介导的毒性反应除外），并且靶向抑制/活化的程度和药物疗效之间的直接联系也不太清楚。单克隆抗体的靶标特异性也影响其药代动力学（PK）特征，如清除率，因此必须进行临床前药理和毒理的评估，以便在早期临床试验中高效地运用临床前数据以取得有价值的临床数据。在规划首次人体试验时，研究人员应该识别相关的风险因素并相应地采取缓解风险的策略。图1展示了与MABEL, NOAEL, 等相关术语在剂量/暴露量与药效之间的关系。
图1. MABEL，MED，NOEL和NOAEL之间的关系。 MABEL：最低预期生物效应水平; MED：最小有效剂量; NOEL：没有观察到有影响水平; NOAEL：没有观察到有害影响水平。NOEL剂量位置未确定。
决定FIH起始剂量时需要考虑的风险因素
为了预测单克隆抗体药物的首次人体研究时的潜在严重不良反应,需要根据具体情况，识别如下主要风险因素：
（1）药效模式
（2）药物靶标的性质
（3）动物模型的相关性
关注这些风险因素的原因可以源于某些特定的知识或这些知识的缺乏。下面就这些关注点作初步阐述。详细讨论请查阅EMA的相关指南。
药效模式
虽然一种新颖的药理机制可能不一定会增加风险本身，但应该考虑到所设想的药效模式的新颖性和对其的认知程度对安全性的影响。这包括药物对特定靶标和非靶标以及后续机制（如果适用）影响的性质和强度（如：程度，放大，持续时间，（不）可逆性）。在实验系统中测定的剂量反应的类型和陡度，其在有意义的剂量范围内可以呈线性或非线性（例如具有最大效应的平台式，超比例增加，U形，钟形），这些性质都具有相当的重要性。
下述情况需要特别关注：
·涉及与多个信号传导途径相关的靶标的作用模式（具有多效性的靶标），例如导致各种生理效应，或者在免疫或神经系统中经常见到的无处不在的靶标。
·生物学级联（Cascade）或细胞因子释放，包括导致可能无法通过生理反馈机制（例如免疫系统或凝血系统）充分控制的放大效应。
·由于药效模式或化合物的PK特征而涉及如下作用模式：不可逆的或长期的对主要靶点的结合。例如，如果药理活性的持续时间与受体的再生有关，而不是与分子的PK分布相关。
在分析与药效模式相关的风险因素时，还需要考虑来自动物模型（例如基因敲除，转基因或人源化动物），药理学介导，可能存在的严重毒性。
靶标的性质
除了药效模式之外，靶标本身的性质可能会影响首次人类使用的潜在风险。研究者应基于现有数据，仔细讨论和评估任何与人体预期靶标相关的潜在风险，包括以下方面：
·人类靶标的结构，组织分布（包括在人类免疫系统/细胞上的表达），细胞特异性，疾病特异性，调节，表达水平和生物学功能，包括“下游效应”，以及它在健康受试者和患者的不同人群中的个体之间可能的变化。如果这些数据有限，则应该特别指出这一点。
·如果可能的话，描述相关动物物种和人类中靶标的多态性，以及任何此类多态性对该单抗药理作用的影响。
·潜在的脱靶效应，特别关注但不限于与预期靶标密切相关或相似的靶标。
证实动物物种和模型的相关性
与人类相比，动物对单抗类药物的生物响应可能存在定性和定量的差异。例如下列方面：分子靶标的组织分布/亲和力，药物与靶标结合后引起的细胞内变化，细胞的调节机制，代谢途径或对初始生理扰动的补偿性响应，等。如果有人体细胞体外研究证明，与来自测试物种的细胞相比，该药物具有物种特异性作用，那么该物种体内的响应值可能在预测人体内响应方面的效力将显着降低。如果可用的动物物种/模型或替代物与对全面研究该单抗的药理学和毒理学效应的相关性不高，则应视为风险的增加。应该注意的是，体外人类和动物细胞中的相效应似并不一定保证体内的生物响应相似。
在实际工作中，这意味着人类特异性的单克隆抗体在非临床研究中可能：
· 不能在动物上重现预期的人体上的药理作用;
· 导致对PK和PD结果的误读;
· 不能识别相关的毒性作用。
因此，我们需要评估和权衡每个数据，将包括来自体内（in vivo），体内外（ex vivo）和体外（in vitro）研究的信息整合到决策过程中。单克隆抗体的高度种属特异性使得在动物上评估人类的风险更加困难，但并不意味着单抗的首次人体研究的风险总比新化药（NCEs）更大。
为了证明动物模型的相关性，需要与人类比较包括但不一定限于下列方面：
· 靶标的表达，分布和一级结构。然而，序列的高度同源性并不一定意味着药效也有可比性
· 使用人和动物组织研究单克隆抗体的交叉反应性。
在不存在相关物种的情况下，可以使用同源蛋白（homologous proteins）或使用表达人类靶标的相关转基因动物。
· 代谢和其他药代动力学方面：
按照ICH指南，在进行非临床安全性研究的所有物种上获取药代（PK）和毒代（TK）动力学数据，并用来支持体内PD数据的解释。并在相关动物模型中，确定具有药效学活性的剂量的系统性暴露量，特别是当怀疑PD效应会引起潜在的安全性问题的时候。
· 药效动力学方面：药效学研究应解释药效模式，并提供相关靶标的生物学知识。这些数据将有助于表征其药理作用，并确定最相关的动物模型。
主要和次要药效学应该在动物和人体的体外系统中进行，并在动物模型中体内进行。这些研究应包括药物与靶标的相互作用（优先研究与功能响应相关的），例如，受体结合和占用及其功能性后果（如细胞信号传输），作用持续时间和剂量-响应关系，等等。应使用足够的滴定步骤建立药理作用的剂量/浓度-响应曲线，以增加用低剂量检测显著药理作用的可能性，并判定该在研单抗药物是否具有U形或钟形剂量-效应的响应曲线。
总之，对生物药而言，临床前研究的结果仅在动物的靶标生物学和药物药理学与人类有相当的可比性时，才是有价值和意义的。因此，完全不鼓励在毒理学研究中使用与人类不具可比性的动物物种。
如何使用MABEL方法推算首次人体起始剂量
对首次人体剂量的估算是保证参与首次人体（FIH）研究的受试者安全性重要举措。理想情况下，必须考虑所有可用的信息用于初始剂量的选择，并且按个案处理。虽然有不同的方法供选择，但对于已确定影响上述风险因素的在研单抗类药物，推荐使用最小预期生物效应水平（MABEL）方法。 MABEL是预期的，引起人体最小生物响应水平的剂量。
MABEL方法利用从药理学，药代动力学/药效学（PK / PD）数据获得的所有体外和体内数据和信息，例如：
i） 体外人和相关动物物种的靶标细胞上的靶向结合和受体占有率的研究;
ii） 体外人和相关动物物种的靶标细胞上的浓度-药效响应曲线以及相关动物物种体内剂量/暴露量-药效响应的关系。
iii） 所有可用的PK/ PD数据，例如，在相关动物物种中达到药理有效剂量的系统暴露量，以及对人体的外推或缩放。
iv） 尽可能将上述数据纳入的PK/ PD建模方法，用于确定MABEL起始剂量。
为了进一步降低人体不良反应的可能性，可在使用MABEL估算首次人体剂量时应用安全因子。这时应考虑到各种潜在风险，诸如活性物质的新颖性，其生物效能及其作用模式，物种特异性的程度，剂量-响应曲线的形状以及计算中的不确定度，等。使用的安全因子应该有合理解释。当不同的计算方法（例如NOAEL，MABEL）给出首次人体剂量的不同估算值时，应使用最低值，除非有正当理由不这样做。
通常，MABEL起始剂量可通过以下四个步骤获得：（1）在相关动物模型中定量评估抗体暴露量-药效响应关系以获得效力（potency）估计值（例如，EC50）；（2）应用调整因子将效力估计值从动物转换到人体；（3）定义一个人体中靶标暴露量（target exposure, 例如EC10），该暴露量预期没有显著的药理学效应；和（4）预测人类PK将靶标暴露量转化为起始剂量。作为一种保守的方法，或者在没有其他PD终点的情况下，靶标参与度（target engagement）也可以用于确定MABEL起始剂量。
文献报道的实例之一
Nnane等人使用不同的种属缩放方法和动物PK数据进行临床前研究以预测CNTO5825的人体药代动力学（PK），以便为首次人类（FIH）研究选择安全和正确FIH起始剂量。 CNTO5825是抑制人IL-13与IL-13Ra1和IL-13Ra2结合的人抗白细胞介素-13（IL-13）单克隆抗体。静脉内（IV）给予CNTO5825后，清除率（CL）为大鼠9.98至11.49ml /天/ kg和食蟹猴5.78至7.19ml /天/ kg。与食蟹猴（49.77-61.10ml/ kg）相比，稳态分布体积（Vss）较大（151.52-155.64 ml / kg）。末端半衰期（T1 / 2）在大鼠中为12.29至14.15天；在食蟹猴中为6.61至7.73天。在这两种物种中，CNTO5825的PK在1-10 mg / kg剂量范围内呈线性。
基于种属縮放模型的方法（即简化种属縮放模型和物种时间不变法）以及大鼠和食蟹猴的PK数据，得到了相当不错的人体消除率（CL）和稳态分布体积（Vss）的预测。例如，根据物种时间不变法，预测70千克人体的CL和Vss分别为4.84±1.13ml /天/ kg和68.93±35.55ml / kg。与后来实测的健康人体PK相比，单次静脉内使用CNTO5825（0.1-10 mg / kg）后的CL平均值范围为2.39-4.77ml /天/ kg，平均Vss范围为57.80-144.15ml / kgml / kg。
使用重组人IL-13（1ng / ml）刺激HEK-Blue STAT6细胞时， P-STAT6的产生呈IL-13剂量依赖性增加。在CNTO5825的浓度为1ng / ml时得到最低量的 STAT6激活的抑制（Janssen R＆D未发表数据）。
Nnane等人将MABEL定义为在使用重组人IL-13刺激人胚胎肾（HEK）-Blue STAT6细胞（其表达IL-13Ra1和IL-4Ra2受体）时，抑制IL-13体外活性达20％的CNTO5825的浓度（IC20）。如等式[1]所示，通过将估计的IC20与中央隔室的预测体积（V1，通过物种时间不变方法预测；下面计算使用了上面预测的Vss数值）相乘来计算首次人体的起始剂量：
Dosestarting= IC20 xVss = 1 ng/mL x 68.93 mL/kg = 0.07 μg/kg [1]
因此，达到血清中Cmax为1 ng / ml（V1 =Vss= 68.93ml / kg）的FIH起始剂量估计为0.07 mg/kg。
与此相对，因此，基于大鼠NOAEL的HED施加额外的安全系数160后，得到的CNTO5825的MRSD为0.1 mg/kg = 100 mg/kg（见扩展阅读）。
文献报道的实例之二
BMS的Yang等人，通过整合所有可用的临床前数据到建立PK-PD模型，确定了BMS-931699（lulizumab pegol）的MABEL起始剂量。BMS-931699是一个与40-kDa分支化聚乙二醇缀合的域抗体（dAb），并且是人抗CD28受体的拮抗剂。目前正在开发该单抗用于治疗炎性和自身免疫性疾病。
通过使用抗-hCD28 dAb-001（不同于BMS-931699，在N端有两个额外的氨基酸）和小鼠替代物并整合药代动力学/药效学分析，Yang等人证实了：（1）体外混合淋巴细胞反应（MLR）测定与全血CD28受体占有率（RO）之间的相关性；（2）CD28受体占有率和动物体内钥孔血蓝蛋白（keyhole limpet hemocyanin， KLH）引起的依赖T细胞的抗体反应之间的相关性。
对已有的体外和体内临床前数据的分析表明体外MLR和CD28受体占有率之间的对应关系以及CD28受体占有率和体内药效响应之间的关系的一致性。此外, 小于或等于30％的CD28 受体占有率在小鼠和食蟹猴中对KLH诱导的IgG应答的没有任何显著的抑制。此外，CD28超级激动剂TGN1412在体外环境中也没有引起显著的细胞因子释放，直到其达到大约20％的CD28受体占有率（BMS未公开的数据）。由于CD28受体是一个高风险靶标, Yang等人根据这些数据采取了更保守的方法, 即选择达到小于或等于10％的受体占有率为BMS-931699的MABEL起始剂量。
为了估计10％的CD28 受体占有率，使用了来自体外人MLR测定的BMS-931699的EC10值（0.32nM）。然后使用0.04 L/ kg的人体血浆总容量将该EC10转化为相应的人体剂量，即约0.16 mg/ kg的剂量。对于70公斤重的人体，这相当于11微克（0.011毫克）。因此，估计的MABEL起始剂量约为10 μg（0.010mg）。在这个剂量下，CD28 受体占有率预计为≤10％，并只会导致最低或无意义的生物响应。
如此估计的起始剂量比得自CD28结合常数的数值高三倍，比基于体表面积的动物药效研究转换而来的数值低两倍。此剂量（10 μg）也比预计的人类有效剂量（皮下给药14-23 mg或静脉输注21-34 mg; 未发表的数据）低1000倍以上。此外，预计初始静脉注射剂量的暴露量预计为比食蟹猴毒性研究中建立的NOAEL（15 mg / kg /周，静脉注射剂量，总共5针）低约76,000倍（未公开的数据）。根据FDA的指导原则（），应用10倍安全系数的猴子最大推荐人类起始剂量（MRSD）为29 mg或0.49 mg / kg。在这方面，基于MABEL方法的建议起始剂量显着较低（2900倍）。
鉴于CD28是一个高风险靶标，使用MABEL方法确定FIH安全起始剂量是合理的，可以减轻靶向CD28疗法的潜在风险。该MABEL起始剂量被成功地用作了BMS-931699的首次人体起始剂量。临床I期研究显示，与29mg相当的一次给药剂量在临床上会导致≥80％的CD28受体占有率（未公开的数据）。这些数据表明传统的基于毒理学的NOAEL方法不适于推算这个高风险靶标的FIH安全起始剂量。
在另一方面，起始剂量选择也不一定越低越好。相反，使用基于MABEL的起始剂量的最终目标是平衡风险和收益，并提高临床研究设计的效率。为此，靶标，药理机制和临床前数据，决定了MABEL起始剂量的选择。其中是否能证明体外细胞，受体亲合力或受体占有率数据与动物物种中体内靶标的结合以及下游PD反应的相关性至关重要，其目的是理解人体体外数据及其体内响应的关联性。如果没有对新药靶标药理学的全面理解，而简单地根据体外实验数据来计算MABEL起始剂量是不可取的。
总结和前瞻
MABEL方法是在抗CD28超激动剂单克隆抗体TGN1412进行的第一次人体试验中发生严重不良事件后引入的。自这一事件发生以来，监管机构已经发布了更安全的策略以确定首次在人类（FIH）剂量的指导方针，文献中也有很多应用MABEL方法而得出FIH剂量估计的报道。
使用最低预期生物效应水平（MABEL）方法确定FIH起始剂量也存在许多挑战，其中最值得注意的是“最低”的定义。然而，EMA的监管准则既没有提供十分明确的定义，也没有提供如何使用 MABEL方法估算起始剂量的标准算法（尽管详细描述了该过程中应考虑的因素）。正因如此，所以需要在个案的基础上，综合相关的药/毒理学数据来确定MABEL起始剂量。
即便如此，基于MABEL的方法似乎比其他的人体起始剂量估算方法能更安全，高效率地实现FIH临床研究的目标，因此，预计未来在单克隆抗体的FIH研究中将会更频繁地使用MABEL方法。
特别声明
本文如有疏漏和误读现有数据的地方，请读者评论和指正。所有引用的原始信息和资料均来自已经发表学术期刊,官方网络报道, 等公开渠道, 不涉及任何保密信息。参考文献的选择考虑到多样化但也不可能完备。欢迎读者提供有价值的文献及其评估。
扩展阅读
· 如何决定单克隆抗体药物在首次人体临床研究时的起始剂量（一）：NOAEL方法
· 简化种属縮放定律用于预测治疗性单抗的人体药代动力学
参考文献
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