免疫調節劑FIH起始劑量計算決策樹和案例分享

免疫調節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活性的治療性分子。這些分子通過多種作用機制發揮作用，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生的炎癥介質，如皮質類固醇、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節劑不當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）數據，例如靶點結合、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。一些監管機構，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，國際藥品開發創新與質量聯盟（IQ Consortium）發表了一篇論文，基于對88種免疫調節藥物的調查，發現約1/3的具有晚期數據的分子，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MABEL策略的保守性。

PMDA和工業界過往經驗

近期，日本藥品監管機構PMDA與諾華、強生、百時美施貴寶、賽諾菲、吉利德等藥企發表了一篇白皮書《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以外的免疫調節藥物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種免疫調節劑的數據。如下圖所示，免疫調節劑被分為兩組：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節劑（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節劑使用小于50%的RO值，而對于低風險產品則使用大于50%的RO值。然而，在選擇具體數值時存在一些差異。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。對于已經有臨床先例的靶點，公司A、D、F選擇EC50-EC80進行計算。

優化免疫調節劑FIH劑量設定的決策樹

文中修訂了免疫調劑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，傳統的NOAEL，HNSTD/STD10（腫瘤藥物）也可以作為計算依據之一。

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），因此主要根據小鼠替代分子的PK/PD數據來確定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數據建模，從小鼠數據中計算MABEL劑量（即靶點抑制），并根據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整，同時從小鼠和猴的藥代參數外推到人體。MABEL被設定為在預測的平均穩態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。回顧性分析發現，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合域，Fc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據。基于藥理學數據的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。

基于毒理學數據的FIH起始劑量是根據食蟹猴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ICH S9規定，應用6倍安全系數計算得到的基于HNSTD的FIH起始劑量，比基于藥理學數據（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，并向監管部門提交該方案。

然而，監管部門未接受該提議的FIH起始劑量，強調了這種新型未經臨床驗證的治療藥物，不應將細胞因子釋放數據與其他分子進行比較。根據監管部門的建議，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物NJH395

NJH395是一種新型的抗腫瘤免疫刺激型抗體偶聯物（ISAC），由一個小分子TLR7激動劑與經過臨床驗證的抗體偶聯而成。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）出現明顯炎癥，形成病變。基于上述數據，體內細胞因子釋放的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周恢復期內緩解。組織病理學結果與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研究數據，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。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結合，只能用于評估與J1的CD3結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。決策性的體外數據包括：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，FIH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NOAEL方法和10倍安全系數，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量的減少來估算體內MABEL。根據血液中不同靶點表達細胞的情況，體內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活性外推到體內面臨挑戰，該結果未用于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：基于食蟹猴研究數據進行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MABEL方法）。監管機構同意了這一方案。

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據。此外，還利用了針對同一靶點的競爭抗體（CMP-A）的臨床安全性經驗，通過CMP-A與H3進行對比（即反向轉化）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）。

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據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。研究發現，當腫瘤中靶點RO在谷濃度時達到≥95%時，小鼠表現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。

臨床安全性經驗支持：H3的起始劑量選擇還得到了CMP-A的臨床安全性經驗的支持。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，發現H3在臨床上比CMP-A強1.3至2.7倍。在根據體外效力差異（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據支持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，之前的研究已經表明，食蟹猴中的這種感染并不會直接轉化為人體風險。

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、對靶點的現有知識、藥理相關體外和體內模型的可用性以及單藥治療的臨床安全性經驗，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合。使用M1的人PK參數估計值、TK數據和預測的藥理效應。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，作為更接近體內情況的指標，用于計算M1對細胞因子的結合百分比。

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

靶點結合預測：選定的起始劑量預計在靶組織中對三種細胞因子的結合程度分別為20%、10%和95%。雖然對其中兩種細胞因子的結合程度較低，藥理效應可能較小，但對第三種細胞因子的結合可能在起始劑量下產生藥理效應。而且，第三張細胞因子已有大量非臨床和臨床經驗，認為發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。