⽣物技术药物的兴起始于1982年，FDA当年批准了第⼀个基因重组药物Humulin（重组⼈胰岛
素）上市。这是⽣物技术药物发展的元年，是药物获取⼿段从化学合成或者中药提取⾛向通过⽣
劳埃德物技术⼿段获得的标志性事件。1986年，第⼀个性单克隆抗体药物Orthoclone OKT3获批上
市，拉开了单克隆抗体药物发展的序幕。随后，从1997年嵌合型抗体美罗华出现，到2002年实
现全⼈源化的修美乐获批上市，以及接下来不到20年的时间⾥，ADC、双特异性抗体、单域抗体
等相继获批，众多新的策略从科学概念逐步⾛向临床。⽬前，美国FDA累计批准上市了94个
单抗类药物（截⽌⾄2020年7⽉14⽇），⼏乎占据⽣物技术药物的半壁江⼭。 不同于⼩分⼦化学药物，单抗药物是基于疾病相关靶点及其信号通路进⾏设计。可通过⾮共价作 ⽤与靶点发⽣可逆的、⾼亲和性的结合，引起阻断或激活作⽤进⽽调控下游⽣物学效应⽽产⽣药
效或/和副作⽤。相⽐⼩分⼦药物，单抗具有靶点选择性⾼、特异性强、临床疗效确切等特点，适
应症涉及肿瘤、免疫系统相关疾病、神经系统相关疾病、眼科疾病、罕见病等。在单抗药物的开
发过程中，了解单抗靶点介导的药代动⼒学特点，获得体内靶点及药物浓度⽔平，对于深⼊理解
药物与靶点相互作⽤对PD指标或/和临床终点的影响、评价潜在的⽣物标志物、阐明量效关系、
探究PK/PD相关性等意义⾮凡。本⽂将从靶点的类型、单抗的药代动⼒学特点、单抗药代的影响
因素及单抗的⽣物分析⼏个⽅⾯进⾏阐述。
⼀、靶点类型
增殖税
⽣物靶点为能够与药物分⼦结合并产⽣药理效应的⽣物⼤分⼦。这些靶点存在于机体靶器官细胞膜上或体液内，主要有受体、配体、酶、离⼦通道和核酸。 受体多为糖蛋⽩，⼀般⾄少包括两个功能区域，即与配体结合的区域和产⽣效应的区域。受体通
过识别和选择性结合配体（Ligand）（信号分⼦），改变构象⽽产⽣活性，启动⼀系列过程，最
终表现为⽣物学效应。受体有细胞膜受体如离⼦通道偶联受体、G-蛋⽩偶联受体；细胞内受体如
细胞浆受体和细胞核受体。配体是能与受体产⽣特异性结合的⽣物活性分⼦，包括体内的⽣物活
性物质（如激素、神经递质、细胞因⼦、信息分⼦）以及外源性的⽣物活性物质如药物。
课堂上的喷射婉青 靶点的分布和调控关乎的精准性和疗效。许多配体和受体都参与了细胞的⽣长增殖，在某个
⽣理部位或者疾病状态下靶点表达会发⽣变化，因此药物可以通过选择性地与受体结合，发挥激
活或者阻断受体活性⽽达到⽬的。单抗与靶点结合引起下游信号通路的变化和/或介导抗体依
赖性细胞毒（ADCC）效应和补体依赖细胞毒作⽤（CDC）等效应功能。单抗药物能否发挥作⽤
与靶点的类型有关，若受体表达在实体瘤上，药物发挥作⽤会受诸多因素影响，如由⾎管内⽪⾄
组织的渗透率、循环时间、内⽪的通透性、静⽔压、内⽪细胞上靶点的表达等等；⽽靶向可溶性
靶点可以避免这个问题，但也⾯临其它挑战，如阻断该靶点是否影响正常⽣理功能或者产⽣毒副
作⽤等。因此了解靶点的类型及特点，有助于我们更直观地理解靶点与药物相互作⽤⽅式，以及
深刻认识靶点对药物的处置特性。
根据靶点存在的位置，可将其分为膜靶点（Membrane-bound target）和可溶性靶点（Soluble ligand），如图1所⽰，下⾯将对其特点进⾏介绍。
图1 单抗药物靶点的类型[Expert Opin. Drug Metab. Toxicol, 2012]
国家安全委员会1 膜靶点
膜靶点即细胞表⾯的受体，存在于细胞膜表⾯，能与配体特异性结合产⽣⽣物学效应，如EGFR、HER2、PD-1、PDL-1和CTLA-4等。细胞膜表⾯的受体（简称膜受体）会根据细胞的功能状态发⽣变化以维持受体的动态平衡。膜受体会通过循环或降解途径持续内化。受体的内化是指受体蛋⽩通过质膜凹陷从⽽脱离细胞膜进⼊细胞质的过程，内化后受体失活，信号转导过程可能中断，也可能会进⼀步调控下游效应器。有些药物可以下调细胞表⾯的受体，通过降低受体的作⽤⽽增加疗效。持续给药可能会降低细胞表⾯靶点的净数量，从⽽影响疗效。如果药物的作⽤机制是ADCC或者CDC时，则希望抗原抗体复合物的内化作⽤较弱，以最⼤程度地招募免疫效应细胞或者补体⽽发挥作⽤。
膜结合蛋⽩的细胞外结构域（Extracellular domains，ECD）会脱落进⼊循环系统即为可脱落靶点。同时以膜结合和可溶性两种形式在体内存在的靶点如：CD20、CD25、CD52、EGFR、HER2以及CTLA4。在⼀些肿瘤和炎症疾病中可观察到脱落受体⽔平的提⾼，并且会受到给药等因素的影响。循环中脱落靶点⽔平的升⾼会与疾病进程息息相关，如HER2。同时，膜靶点的受体占位（Receptor oc
cupancy, RO）也会受到可脱落靶点⽔平的影响。脱落的受体可能会因为占据了药物的结合位点，使药物与膜靶点结合的可能性降低，从⽽降低药物的疗效。还有些受体会分泌调节不表达该受体的细胞的相关功能，如IL-6和可溶性IL6-Rα复合物会通过信号转导的作⽤机制，与β-受体gp130结合刺激不表达IL6-Rα的细胞。通常，可溶性靶点和可脱落靶点不会作为直接的靶点募集的⽣物标志物，某些情况下会⽤来预测疾病。通过检测循环系统中的受体⽔平有助于我们了解疾病的表现及其发展进程。此外，不同的⼈细胞膜脱落靶点的程度也各不相同。
2 可溶性靶点
可溶性配体可以通过与循环系统中的药物结合发挥作⽤。通常情况下，循环中的可溶性靶点或者可脱落靶点含量⾮常低，含量从pg/mL到ng/mL。可溶性靶点会通过快速更新（包括：快速清除，快速产⽣）维持体内较低的基线⽔平。可溶性靶点的表达⽔平与疾病密切相关。总靶点⽔平会在疾病状态下上调；给药后，由于与药物结合，清除率降低，也会提⾼靶点⽔平。常见的可溶性配体如TNFα（也存在膜结合形式）、VEGF、BLyS、IL-1β、IL-12/IL-23、RANKL、IgE、IL-6（也存在膜结合形式）等。
⼆、单抗的药代动⼒学特点
单克隆抗体药物是由抗原结合域（Fab）和可结晶区域（Fc）组成。Fab段由轻链和部分重链构成，
主要特异性识别相关抗原，进⽽调控下游信号通路；Fc段则由剩余的重链部分构成，可识别并结合表达Fc受体的免疫细胞(如⾃然杀伤细胞、巨噬细胞和中性粒细胞) 以及补体，以激活相应的免疫应答，介导抗体依赖性细胞毒作⽤（ADCC）、抗体依赖的细胞吞噬作⽤（ADCP）以及补体依赖细胞毒作⽤（CDC）等效应（如图2所⽰）。
图2 单抗的结构特点[Protn & Cell, 2018]
⽬前获批的单抗主要都是IgG亚型，IgG每条链包含恒定区（Constant region，C区）和可变区（Variable region，V区）。恒定区为靠近C端氨基酸序列相对恒定的结构域；可变区为轻链和重链靠近N端的氨基酸序列变化较⼤的结构域，可变区决定抗体的抗原特异性。VH和VL各有3个氨基酸组成和排列顺序⾼度可变的区域，这些区域称为⾼变区(Hypervariable region，HVR)，该区域形成的与抗原表位互补的空间构象，被称为互补决定区（Complementary determining region，CDR），与可变区的其它部分相⽐，CDR序列可变性更⾼。
药代动⼒学在⼩分⼦药物研发中起了极其关键的作⽤，单抗由于其分⼦质量较⼤（达150 kDa），具有亲⽔性、可变的溶解度、膜通透性较差等理化特性，使其呈现出不同于⼩分⼦药物的独特的药代特征，如：⼝服吸收差、⽪下/肌⾁注射时的淋巴转运、有限的肾排泄、
FcγR/FcRn受体介导的体内循环、靶点介导的药物处置等。下⾯将介绍单抗的吸收、分布、消除以及
药代动⼒学模型。
1 吸收
单抗分⼦量⼤、极性较强、具有较低的分配系数和扩散性能、使其不易为亲脂性⽣物膜摄取，故很难通过胃肠道进⾏吸收。同时，存在于胃肠道⼤量的酶会对药物产⽣降解作⽤。胃肠粘膜的低通透性和⾼酶活性这两⽅⾯的屏障作⽤使其⽣物利⽤度⼗分有限（⼩于1%-2%），绝⼤多数⼝服后不能产⽣⾜够的药效浓度。因此，单抗的给药⽅式通常采⽤静脉注射给药⽅式、⽪下或肌⾁注射给药。⽪下或肌⾁注射给药⽣物利⽤度较⾼，⼀般在52%-80%范围。
通常，分⼦量<16 kDa的药物可通过⽑细⾎管进⼊体循环系统，⽽⽬前认为⽪下或肌⾁注射的分⼦量较⼤的单抗，主要是在淋巴系统中以对流转运的⽅式进⾏吸收（如图3所⽰），极少部分通过新⽣⼉受体（the Neonatal Fc receptor，FcRn）吸收。淋巴系统具多孔性，孔道的截留分⼦量是单抗分⼦量的100倍，使得相对分⼦质量较⼤的单抗能够在细胞间液对流作⽤下进⾏转运吸收。在淋巴系统中，单抗可被单向运输⾄静脉系统。正常⽣理情况下，淋巴流动速度较慢（15 mL/天），使得⽪下注射给药需要长⾄数⼩时甚⾄数天时间才能被吸收，mAb的达峰时间为1.7-13.5 d，⼤多是6-8 d达到峰浓度。许多因素都会影响⽪下注射时单抗的吸收过程，如注射部位，药物因素如电荷、分⼦⼤⼩、糖基化、制剂类型以及给药剂量等；还与⼈的体重、性别、年龄、
活动⽔平、疾病状态、呼吸速率以及⾎压息息相关；种属间淋巴组成的差异还会使药物的吸收存在种属差异。
图3 单抗通过淋巴系统转运[Aging, 2019]
2 分布
对于传统⼩分⼦药物⽽⾔，为了明确可能的毒性代谢产物在组织内的积累，研究药物在全⾝的分布必不可少。但是，对于单抗药物，其分解代谢的产物为氨基酸，可在内源性氨基酸库中循环再利⽤，因此，单抗的分布研究主要是⽤来评价药物对特异组织的靶向作⽤，以及鉴别主要的消除器官。
单抗的分布依赖于组织内的渗透率和在组织间隙的分布能⼒、在细胞表⾯受体的结合⽔平、以及从组织清除（包括细胞内摄取和降解）的能⼒。单抗的渗透（extravasation）主要通过三个过程：被动扩散、对流转运和上⽪细胞的胞吞作⽤。靶点和药物的亲和⼒常数约为1 nM，⽽⼀般单抗⾎药浓度超过10 nM可以起效。主要受限于单抗的理化特性和分⼦⼤⼩，导致其难以通过扩散的⽅式分布进⼊组织。单抗通过被动扩散跨过细胞膜的⽐例较⼩，⽽主要是通过细胞旁路转运或者跨细胞转运分布到外周组织。对流转运是在⾎液-组织静⽔压梯度驱动下，药物通过⾎管内⽪细胞之间的空隙进⼊组织间隙或者经由淋巴系统从间质间隙转运⾄⾎液。对流属于细胞旁路途径，被认为是单抗由⾎液转运⾄组织的主要⽅式，由从⾎管到组织的体液流量决定。跨细胞转运途径主要是通过胞吞作⽤实现的。胞吞作
⽤包括受体介导的内摄作⽤（如Fcγ受体、FcRn）以及⾮受体介导的吞噬作⽤和胞饮作⽤。由Fc受体介导通过⾎管上⽪细胞的胞吞作⽤，可能是单抗另⼀种重要的转运途径。尤其在组织中，通过对流作⽤跨膜受限时，该途径尤为重要。许多研究表明，该途径具有双向转运特性，如进⼊内⽪细胞的抗体在FcRn的作⽤下，既可以被转运到组织间隙，也可以被重新转运回⾎管中。单抗的组织分布如图4所⽰。
图4 单抗的组织分布[Journal of Pharmaceutical Sciences, 2004]。a. 通过胞饮摄取进⼊细胞或者通过FcRn介导回到⾎液或者转运⾄组织间隙；b. 药物通过在⾎管内⽪细胞旁路的对流转运进⼊组织间隙，然后通过淋巴液的对流转运从组织中消除；c. 与靶点抗原结合。
在组织间隙和细胞表⾯，单抗可依靠对流与靶点结合进⾏分布。可见，靶点在⾎中的单抗，其组织分布会受到限制。单抗从组织间隙清除依赖于单抗进⼊淋巴的对流速率。这个过程与从⾎管⾄组织间隙的过程⼀样，依赖于梯度差、液体流速（淋巴流速）等。由于淋巴具有相对⼤的孔径，单抗从组织间隙到淋巴的过程⽐从⾎液渗透⾄组织间隙时遇到的阻⼒要⼩。通常，组织间隙中未
结合的单抗浓度低于⾎中浓度。
药物在组织中的分布常⽤表观分布容积（Vss）来表⽰。Vss为体内药物总量平衡后，按⾎药浓度计算所需体液总体积，是通过稳态时体内药物总量与⾎药浓度的⽐值进⾏计算的。药物在组织中的量是由人造细胞
组织间隙液中的药物和结合在细胞上或者内化⾄细胞内的量决定的。对那些可以与细胞膜受体结合的药物，药物主要则集中在组织中，Vss按理应该⾮常⼤。与此相反，⼤多报道表明这类药物的Vss仅相当于⾎液的体积（哺乳动物60-80 mL/kg）。主要可能由于采⽤了⾮房室模型或者房室模型（如⼆室模型）进⾏计算导致的。同时，由于药物与靶点结合有限⽽呈现⾮线性分布，Vss会随着剂量或者稳态⾎药浓度的增加⽽减⼩。此外，IgG的组织分布还会受限于细胞间的基质组成。细胞间隙基质具有凝胶样粘度，并且具有净负电荷，组成有粘多糖（如玻尿酸）和胶原蛋⽩，它们会与IgG分⼦存在相互排斥作⽤。
3 消除
抗体通过排泄或分解代谢的⽅式进⾏消除。肾脏主要分解代谢分⼦量低于60 kDa的物质，所以完整的抗体难以通过肾脏进⾏过滤消除。和免疫球蛋⽩⼀样，单抗主要也是通过分解代谢的⽅式进⾏消除，得到的肽段和氨基酸可参与内源性蛋⽩质的合成。Fab和Fv可以通过肾⼩球过滤、肾⼩管重新吸收或代谢。单抗药物可在细胞内被溶酶体或/和蛋⽩酶降解成肽段和氨基酸，或者通过与抗原形成免疫复合物被免疫系统清除。单抗的消除⽅式有：⾮特异性的细胞吞噬作⽤、⾮特异性的Fc受体介导的消除和特异性的靶点介导的消除。
3.1 ⾮特异性的细胞吞噬作⽤
胞饮是内⽪细胞在液相环境下，对抗体产⽣⾮特异性的内吞作⽤。体内内⽪细胞表⾯积⼤于1000 m2，其可有效地从体内清除IgG。通过胞饮摄取作⽤分解代谢IgG并⾮局限于某个器官，⽽是全⾝都会发⽣。尤其是发⽣在那些内⽪细胞的⽑细⾎管床内。⽪肤、肌⾁和胃肠道是IgG的主要消除途径。
3.2 ⾮特异性的Fc受体介导的消除
抗体的Fc可与Fcγ受体（FcγRs）结合内吞进⼊细胞或者通过ADCC作⽤被清除，Fc还可以通过与补体C1q（CH2）结合介导CDC作⽤清除药物，该途径具有较⼤的清除能⼒，会使药物呈现线代特点。
FcγRs通常表达于内⽪、肌⾁、肝等组织的单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞等各种免疫细胞表⾯，有FcγRⅠ，Ⅱ和Ⅲ三种亚型，可识别⽣物分⼦Fc区域（CH1和CH2）。通过与FcγRs结合激活细胞的內吞与⽔解作⽤，从⽽介导⽣理性抗体的消除。Fc受体不仅可介导⽣理性IgG的消除，也可以介导具有Fc的外源性性蛋⽩的消除。利⽤FcγRs敲除的动物研究表明，对⼤部分单抗，FcγRs介导的清除所发挥的作⽤较⼩。可能由于⾎中存在⼤量的⽣理IgG会增加与相对含量低的单抗药物竞争结合FcγRs的机会，从⽽削弱了药物与受体的结合作⽤，使得FcγRs对单抗的PK影响并不明显。⼤部分单抗可通过形成可溶性的免疫复合物，通过其效应功能发挥药效作⽤（如ADCC）的同时，免疫复合物会增加与FcγRs的结合能⼒，此时，通过FcγRs的受体介导内吞作⽤可能会对单抗整体的消除有额外的贡献。
为了维持体内IgG的平衡以发挥其⽣理作⽤，FcRn对IgG的保护机制较为重要，如图5所⽰，该作⽤与Fcγ受体作⽤相反。FcRn在内⽪细胞，髓样抗原呈递细胞（APCs、单核细胞、巨噬细胞和⼀些树突细胞）、成年⼈的肠道、⾎脑屏障、肝、肾等均有表达。FcRn具有重要的⽣理调节功能，在维持⾎清中IgG的⽔平中发挥重要作⽤。研究表明，FcRn受体与IgG的Fc区域（CH2和CH3）结合后，能够避免被细胞内的溶酶体降解。这种结合依赖于酸性环境，⽣理pH环境
淡马锡模式下，FcRn与IgG的亲和⼒较低。药物通过⾎管内⽪细胞或/和循环系统中单核细胞的内吞作⽤（胞
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议