寡核苷酸類藥物首次人體試驗起始劑量設計

首次人體試驗方案設計中很關鍵的一項課題就是起始劑量計算。起始劑量計算用的比較多的一個指南是FDA於2005年頒佈的“Estimating the Maximum Safe Starting Dose in Initial Clinical Trials for Therapeutics in Adult Healthy Volunteers”，大致原理是採用動物NOAEL/NOEL折算成人體等效劑量（human equivalent dose, HED），可以基於體重（BW），也可以基於體表面積（BSA）進行換算。相對來講，BSA的轉換得到的HED更低，更爲保守。比如小鼠、大鼠和犬，以BW換算比BSA分別要高12、6和2倍。那麼寡核苷酸類藥物應該以哪種路徑計算呢？

FDA 2005年這個指南里面有幾句相關描述：The toxicity in humans (for a particular class) is dependent on an exposure parameter that is highly correlated across species with dose on a mg/kg basis. For example, complement activation by systemically administered antisense oligonucleotides in humans is believed to be dependent upon Cmax (Geary et al. 1997). For some antisense drugs, the Cmax correlates across nonclinical species with mg/kg dose and in such instances mg/kg scaling would be justified.

CDE在《健康成年志願者首次臨牀試驗藥物最大推薦起始劑量的估算指導原則》中有同樣描述：藥物在人體的毒性反應依賴於某暴露參數，而不同種屬之間這一參數與mg/kg劑量密切相關。例如，人體反義寡核苷酸全身給藥後所產生的補體激活依賴於Cmax。對於某些反義核酸類藥物，各種動物種屬之間Cmax與mg/kg劑量相關，在這種情況下按mg/kg換算是合理的。

這種毒性表現主要在食蟹猴中出現，且在含有硫代磷酸（PS）或其他類型骨架修飾的單鏈寡核苷酸中出現。已有很多文獻證明PS修飾的寡核苷酸血液中的毒性確實與Cmax有很好的相關性，而不同種屬間的血漿PK參數與體重相關性更好。那麼問題來了，除了血液毒性呢？PS修飾的寡核苷酸出現的其它病理改變，不同種屬間也與體重更相關嗎？對於這種情況，有人建議，除非血液中的毒性是劑量限制性毒性，比如在藥物低劑量就觀察到明顯的血液中毒性，且比其它病理學發現更爲嚴重，否則對於PS修飾的寡核苷酸或者其他類型的寡核苷酸，還是建議基於BSA路徑進行種屬間劑量換算。不過，雖然這個思路理論上有些道理，即BW主導且更相關的毒性以BW計算，反之則以BSA計算，但很明顯，不太具備可操作性。

其實除了一些生物藥物外，大部分種類的藥物均是通過BSA進行種屬間換算。最早BSA的提出是在細胞毒類抗癌藥物中出現的。畢竟基於BW推算會低估人體的敏感性。也有一種說法是BSA與代謝速率之間有很好的相關性。小動物如齧齒類對小分子抗癌藥的代謝和清除較大動物更快，即能更快的祛毒。所以BSA更爲合理。其實，BSA確實是目前大部分藥物主流採用的種屬間劑量換算方法，也是被FDA 2005年這個指南重點推薦的。

不過，寡核苷酸類藥物還是有一些特殊性的。寡核苷酸類藥物主要被核酸內切酶和外切酶代謝，由內體攝取、單核細胞吞噬等介導清除，這點與小分子細胞毒類藥物有很大不同。所以，寡核苷酸類藥物也不能完全照搬細胞毒類藥物的計算方法，無差別按照BSA進行種屬間換算。寡核苷酸類藥物使用BSA計算的一個基本前提是，齧齒類動物毒性表現較大動物不敏感，獲得的NOAEL或NOEL過高。這種情況，採用BW換算，人體風險會比較大，BSA方法更爲保守，也就更保險。但是，還有些情況，寡核苷酸類藥物在齧齒類種屬中的毒性敏感程度與非齧齒類相當，甚至更敏感。也要強制使用BSA進行劑量換算嗎？是否應該考慮使用最敏感種屬的NOAEL，基於BW換算更合理。尤其是一些威脅生命的疾病如腫瘤，一味的堅持BSA的保守算法，可能會使很多患者暴露於無效劑量之下，將面臨倫理問題。

這裡就要回答一個底層問題，小分子細胞毒類藥物採用BSA，是因爲BSA與動物代謝速率之間相關性更好。那寡核苷酸類藥物代謝特徵與BW或BSA中的哪個更相關呢？寡核苷酸類藥物具備獨特的PK特徵，如廣泛的組織分佈、相對長的組織半衰期、核酸酶代謝等。Yu及其團隊2015年公佈了一項研究結果，採用小鼠、食蟹猴單次或多次，經皮下或靜脈給予9個ASO藥物，考察了BW、BSA與暴露量AUC的相關性。結果發現，基於BW計算，食蟹猴的暴露量與劑量的比例，在人體的2倍以內，具體見下表。小鼠則比人體低5倍。故，基於食蟹猴的劑量進行人體HED計算，可以採用BW，按照1:1種屬間換算。如果基於小鼠劑量換算，則需要一個5-11倍的縮放係數。無獨有偶，Nanavati及其團隊2021年發現了類似情況，GalNAc偶聯的ASO由於肝臟攝取和分佈，具備較高的血漿清除率，基於BW的1:1縮放進行非人靈長類和人體間劑量換算是可靠的。其實，前文所述的FDA 2005年指南中的表述也類似，某些ASO，各種動物種屬之間Cmax與mg/kg劑量相關。

說來說去，寡核苷酸類藥物究竟怎麼計算首次臨牀起始劑量更合理呢？2024年，FDA也公佈了一項研究和統計（Sydney Stern, 2024）。FDA統計了內部數據庫中自2015年1月到2024年1月期間開展FIH試驗的寡核苷酸藥物相關資料，包括自1998年9月以來至2024年1月期間批准上市的RNA寡核苷酸藥物。共計89個IND和16個獲批上市的寡核苷酸藥物納入分析。89個IND中，33個皮下給藥，24個靜脈給藥，22個鞘內給藥，5個玻璃體給藥，還有幾個其它給藥途徑的。79個披露最敏感種屬的IND產品中（含所有給藥途徑），60個是非人靈長類，13個是齧齒類，5個則齧齒類和非人靈長類均是，1個是倉鼠。49個經皮下或靜脈給藥的寡核苷酸藥物中，33個最敏感種屬是非人靈長類，12個是齧齒類，4個齧齒類和非人靈長類均是。

57個經皮下或靜脈給藥IND產品中，17個是採用動物數據，基於BSA轉換獲得人體HED，再結合安全因子10，獲得MRSD。10個產品是採用BW進行的轉換。剩餘30個則未明確起始劑量是基於BW還是BSA進行的縮放。另外，GalNAc偶聯的寡核苷酸幾乎全是經皮下注射給藥，其中9款基於BSA，8款基於BW進行的種屬間縮放，算是旗鼓相當。這裡說明下，局部給藥的寡核苷酸不在討論之列，比如鞘內給藥的，按照最敏感種屬的腦脊液體積進行折算即可，本文主要討論系統給藥途徑。

16款FDA批准上市的寡核苷酸類藥物中，2款基於BSA換算，4款基於BW換算，2款鞘內給藥的基於腦脊液體積，其餘的未在提交給FDA的資料中明確。

89個IND中，80個在臨牀方案中披露了NOAEL，估計有些腫瘤適應症未披露。選擇最敏感種屬的NOAEL（大部分來自非人靈長類），經BSA或BW折算人體等效劑量，作爲依據之一。另外，75%的寡核苷酸類藥物同時會在早期臨牀進行target engagement或藥效學測試，以輔助進行劑量選擇。FDA披露了此次數據統計和研究的示意圖，如下圖所示。

FDA這篇研究最後的結論我就不翻譯了，分享如下：

(1) generally, two species, including NHPs, for scaling may be useful to predict parameters for oligonucleotides expected to have systemic concentrations;

(2) while no consensus was reached in our analysis, literature indicates BSA-based scaling may provide a conservative estimate in predicting human pharmacokinetic parameters; however, BW-based approaches are often utilized and more research is warranted to determine the optimal method;

(3) design and validate a pharmacodynamic assay early in development to guide dose and dosing interval selection and proof of target engagement;

(4) where possible, leverage available information from other oligonucleotide therapeutics in the same chemical class.

鼎泰集團的研究團隊前期對已上市的6款siRNA產品做過系統的總結和梳理，筆者經得鼎泰集團朋友的允許，借花獻佛，公開如下，在此表示感謝。6款已上市siRNA產品名稱、爬坡劑量、主要非臨牀終點、臨牀劑量設計思路等如下表所示。5款Alnylam的siRNA藥物均是基於BW外推，1款Dicema公司的產品基於BSA外推，大部分產品是採用猴藥效試驗結果進行的人體外推。藥理學終點如藥理學活性劑量（PAD）也就派上了用場。另外，FDA也指出同類產品的其他寡核苷酸藥物數據也可以參考。比如Arrowhead同平臺的三款siRNA產品ARO-ANGPTL3、ARO-HBV、ARO-AAT的首次臨牀起始劑量均爲35mg/人。

最後

不難看出，目前對於寡核苷酸類藥物首次臨牀起始劑量計算的規則，尚無統一標準。從藥代動力學角度，無論2005年FDA指南還是公開文獻，似乎BW與藥代參數相關性更好，尤其是來自非人靈長類的數據。從2024年FDA披露的統計數據，89個IND中，以最敏感種屬NOAEL，經BSA和安全因子折算，佔比偏多一些。其實可以反算下，非臨牀最敏感動物NOAEL經BW換算，加上10倍安全因子，得到的MRSD大都遠高於實際的起始劑量，更接近最高劑量，除非調整安全因子。不過，NOAEL並不是唯一計算依據，FDA 2005年指南也給出了PAD路徑，大部分已上市siRNA是經猴PAD劑量，基於BW換算，得到的可靠人體起始劑量。最後，其它同類型或同平臺寡核苷酸藥物已有數據也可以作爲起始劑量設計的依據之一。