浅谈皮下给药制剂的关键辅料—透明质酸酶

很多抗肿瘤生物药物首次上市的给药途经是静脉（IV）注射，为增加给药便利性，降低成本，多个药物后续均开发了皮下（SC）给药途径。考虑到皮下给药注射体积有限，通常2mL以内。大多数治疗性生物制品需要高给药剂量，有时候浓度不够，体积来凑，如果超过该体积，制剂处方中通常会加入一款关键的辅料——透明质酸酶（又叫玻璃酸酶）。玻璃酸酶能够实现更大的皮下给药体积，例如5-23毫升，并提高活性药物成分的吸收。

透明质酸酶是一类主要通过不同机制降解透明质酸（HA）的酶，广泛分布于多种生物体中，包括哺乳动物、无脊椎动物（如蛇、水蛭和昆虫）、真菌、细菌和噬菌体。尽管它们被称为“透明质酸酶”，但它们不仅降解透明质酸（HA），还能在一定程度上降解软骨素和软骨素硫酸酯。HA又叫玻尿酸，是一种广泛存在于生物体内的糖胺聚糖，存在于动物结缔组织中，如关节、软骨、皮肤、玻璃体、脐带、滑液、鸡冠、华顿胶以及 A 族和 C族溶血性链球菌中，具有为动物机体提供韧性、作为软组织支持结构以及调节细胞代谢等重要功能。早在20世纪30年代，人们就发现透明质酸酶可以降解透明质酸聚合物中的糖苷键，具有空间扩张作用。当作为佐剂使用时，透明质酸酶可以通过降解细胞外基质中的HA来提高共注射药物的组织渗透性，从而实现注射药物的快速吸收。在过去几十年中，透明质酸酶已广泛应用于眼科手术、医疗美容（缓解HA填充引起的并发症），以及抗肿瘤治疗。

在人类基因组中，已解码出六个具有透明质酸酶活性的基因。这些基因分布在两个不同的染色体上，其中HYAL1、HYAL2和HYAL3位于3号染色体的p21.3区，而HYAL4、HYAL6和PH20/SPAM1位于7号染色体的q31.3区。人类的HYAL6，以前被称为人类HYALP1，是一个假基因，不表达蛋白质。对其他五个基因序列进行比较发现，它们之间的相似性在33.1%到41.2%之间。人类的HYAL1和HYAL2是存在于体细胞组织中的两个主要亚型，它们都是酸性条件下活化，在生理条件下催化活性有限。人类HYAL3的催化特性目前仍不清楚，之前的研究表明它在透明质酸酶测定中没有活性。对于人类的HYAL4，其主要底物被认为可能是软骨素和软骨素硫酸酯，而不是透明质酸。

重点说下PH20，也被称为SPAM1（精子黏附分子1），是一种多功能蛋白，位于哺乳动物精子的膜上和溶菌酶衍生的顶体膜上。这种糖鞘磷脂酰肌醇（GPI）锚定蛋白通过有效水解卵丘细胞外基质中的透明质酸来促进受精。精子表面的PH20在中性pH下有效，而顶体膜上的PH20在酸性和中性pH下都表现出透明质酸酶活性。在所有天然存在的哺乳动物透明质酸酶中，PH20蛋白是在生理条件下活性最强的酶。目前市场上大多数PH20产品是从动物组织（如牛睾丸透明质酸酶）中提取的，由于纯度较低，其酶活性通常仅约为700 U/mg，总蛋白中酶含量不到1%，其中的污染物如蛋白酶和免疫球蛋白可能导致IgE介导的过敏反应。相比之下，重组人透明质酸酶被认为是高纯度且免疫原性低的。它是由人类主要的透明质酸酶PH20蛋白基因工程改造而成的，该蛋白在人体中自然表达，且在中性和酸性环境中均具有酶活性。

重组人PH20（rHuPH20）的作用机制是随机催化HA中D-乙酰氨基葡萄糖和D-葡萄糖醛酸残基之间1,4-β-D-糖苷键的水解。皮下注射时，rHuPH20能在几分钟内分解细胞外基质中的HA，从而降低皮下空间的HA屏障，增加组织通透性，进而可以促进大剂量溶液的快速皮下吸收。此外，rHuPH20还可以通过使更多的药物渗透到循环系统来提高共给药治疗药物的吸收，体现为更高的Cmax、更短的Tmax以及增强的生物利用度。由于rHuPH20的作用是短暂和局部的，且HA的代谢更新速度快，通常在rHuPH20注射后1-2天内可以恢复。商业化的rHuPH20酶活性一般在50,000-100,000 U/mg左右。即使在小鼠体内皮内注射5纳克的rHuPH20，与对照组相比也能显著增加示踪染料的扩散面积。在啮齿动物和猪模型中进行的大量研究表明，rHuPH20在增加注射量、缩短输注速度（可达20倍）、降低组织压力（近7倍）以及改善药代动力学（PK）特征方面有着很大贡献，且不会造成组织变形。大量的临床数据进一步说明了rHuPH20对各种活性药物成分（API）的皮下给药有诸多益处，包括单克隆抗体、胰岛素及其类似物、小分子药物（如吗啡、昂丹司琼和头孢曲松）、人血源性多克隆免疫球蛋白、人血浆源性C1酯酶抑制剂以及水化液等。与不含rHuPH20的皮下给药组相比，rHuPH20的共给药不仅能扩大皮下注射量，还可能实现更高的生物利用度、Cmax以及更快的Tmax。

安全性方面，rHuPH20皮下给药时未产生明显的全身暴露，可以在不超过10分钟的半衰期内迅速从血浆中清除，且在静脉给药高达30,000 U时未观察到不良事件。其血浆浓度在2小时内迅速下降至低于0.03 ng/mL。由于HA可以在短时间内（通常在1-2天内）恢复，rHuPH20被认为对注射部位不会造成实质性损害，甚至可以通过减少药物在局部的滞留来缓解注射部位的不良反应。同时，与常规皮下注射相比，含有透明质酸酶的共配方产品也能够减少给药频率，因为每次注射可以实现更大的皮下给药体积。

另外，rHuPH20具有极小的免疫原性、过敏反应和生殖毒性。由于内源性PH20是由精子释放并消化卵丘细胞外基质中的透明质酸以使精子能够与卵子结合，所以重组人透明质酸酶的生殖毒性曾引起一些担忧。然而，研究表明，不同来源的透明质酸酶，如牛睾丸透明质酸酶和重组DNA技术生产的透明质酸酶，在体外受精-单精子卵胞浆内注射过程中对人类卵子质量以及猪卵子质量均未产生不良影响。另一方面，由于rHuPH20是一种内源性人类酶，因此认为没有遗传毒性。此外，大量的临床试验还评估了rHuPH20作为单药进行皮内注射以及与其他药物皮下共给药的安全性。与rHuPH20共给药的药物包括单克隆抗体、肽、抗体片段、小分子和水化液等。rHuPH20的安全性还在包括健康成年人、孕妇、儿童和老年人等不同患者群体中进行了评估。此外，内源性PH20蛋白的受限表达模式、rHuPH20引起的低CD4+T细胞激活以及B细胞交叉反应性表明其免疫原性或过敏风险较低。总体而言，rHuPH20表现出低免疫原性，并且没有有害的不良事件发生。

rHuPH20注射产品首次获批是在2005年，由FDA批准，商品名为HYLENEX®。它被用作佐剂，以增加其他注射药物的分散和吸收。2013年，HYQVIA®获EMA批准，用于治疗原发性免疫缺陷。由于透明质酸酶对透明质酸水解的催化作用，HYQVIA®使得每月一次的皮下免疫球蛋白（IgG）输注成为可能，而传统的皮下IgG输注通常是每周甚至每天进行。使用HYQVIA®时，人IgG的最大输注量可达每部位600毫升，最高输注速度为每小时300毫升。与需要在输液中心由医疗专业人员（HCPs）进行的静脉IgG输注不同，HYQVIA®在经过HCPs适当培训后，可以在家中进行自我给药。如今，20% IgG与透明质酸酶的组合产品（TAK-881）正在进行Ⅲ期临床试验（NCT05755035），其IgG浓度是HYQVIA®的两倍，使用TAK-881可以进一步减少输注时间，从而降低医疗负担和成本。同样在2013年，首个透明质酸酶共配制产品HERCEPTIN® SC也获得EMA批准，它将透明质酸酶与曲妥珠单抗结合，用于治疗人表皮生长因子受体2蛋白（HER2）过表达的乳腺癌。根据FDA、EMA和NMPA的获批药物数据库，截至2024年，已有八种透明质酸酶共配制生物制品获批。如下表所示，它们的常见注射部位为腹部和/或大腿。皮下注射速度从每分钟1至11.2毫升不等。主要用于治疗癌症和自身免疫疾病。共有四家制药公司拥有商业产品，其中罗氏是最大的利益相关者，拥有五种获批产品，其次是杨森、Argenx和百时美施贵宝，每家公司各有一种获批产品。通过筛选FDA、EMA和NMPA的官方临床试验数据库中的透明质酸酶皮下产品，发现了15种潜在的透明质酸酶共配制产品，其中两种处于Ⅲ期试验阶段：一种针对PD-1受体，另一种是针对PD-1和LAG-3的单抗-单抗共配制。帕博利珠单抗有一种获批的静脉剂型，是广泛用于多种癌症的热门免疫疗法。还有另外两种具有授权静脉版本的试验产品，分别是nivolumab和relatlimab共配制的OPDUALAG™，以及amivantamab，一种针对EGFR和METR的双抗，商品名为RYBREVANT®。

下表是目前国内完成透明质酸酶原辅料登记的信息，一共9家，6家辅料，3家原料。目前辅料只有Halozyme的透明质酸酶审评结果是A，表示该辅料已通过与制剂共同审评审批。其它几家辅料，国内的透明质酸酶的审批结果是I，意味着还尚未通过与制剂共同审评审批。3家国产透明质酸酶原料审批结果为A。