寡核苷酸类治疗药物可通过与核酸序列特异性结合,在遗传信息层面干预生物进程,现已发展为变革性药物品类。多款反义寡核苷酸、小干扰RNA药物已获得监管机构批准上市。
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寡核苷酸治疗药物在监管分类中归属于小分子药物,遵循ICH M3。尽管该类药物归类为小分子、无强制常规免疫原性检测要求,化学修饰后的寡核苷酸具备独特作用机制,会产生专属免疫原性相关风险。不过,蛋白类治疗药物已拥有完善的监管指导文件,寡核苷酸药物免疫原性评估相关规范则严重缺失。详细阐述抗药抗体检测方法开发、用于评估药物免疫原性的公开文献十分稀缺。蛋白类药物抗药抗体检测的通用原理虽可借鉴至寡核苷酸药物,但后者存在大量独有的考量因素。
新一代寡核苷酸药物的修饰、偶联、基因载荷递送体系不仅改变分子免疫原性风险,还大幅提升免疫应答检测方法的开发难度。人体免疫系统可天然耐受内源寡核苷酸,将其判定为自身物质。但改变天然理化属性的化学修饰会使寡核苷酸被识别为外源异物,进而诱发免疫应答。同时,部分化学修饰会直接增加检测方法开发难度:例如为提升细胞摄取设计的修饰会增强分子与血清蛋白的静电非特异性结合,导致检测背景信号升高、假阳性结果增多。对于含多组分的寡核苷酸药物(偶联抗体、多肽、小分子、脂质等),检测体系需可针对每一组分检出对应的抗药抗体,或开发多套专属检测方法,区分不同组分诱发的免疫应答特异性。另一重研发难点为配套检测试剂(阳性对照、捕获/示踪标记试剂)的制备。
一起来看下属于寡核苷酸药物这类分子特点的免疫原性评价的考量点。
寡核苷酸药物分子设计与递送体系
过去二十年,各类化学与结构修饰手段大幅改善寡核苷酸药物疗效和安全性,但未优化分子的免疫原性曾阻碍临床推进,脂质包裹miR-34a模拟物MRX34便因相关不良反应终止研发。寡核苷酸分单链、不对称双链两类:单链含反义寡核苷酸、剪接切换寡核苷酸,双链以siRNA为主,不同构型依靠不同机制调控mRNA,修饰改造是提升药效的关键。主流修饰分为三类:一是硫代磷酸、磷酰胺吗啉代主链修饰,前者易结合血浆蛋白、存在免疫激活风险,后者蛋白结合弱、稳定性佳;二是2'-O-甲基、2'-氟等核糖修饰,能提升分子稳定性与结合力,CpG序列修饰易激活TLR9,甲基化胞嘧啶可规避该问题,间隔型、混合型序列设计可进一步优化药效;三是5-甲基胞嘧啶等天然衍生碱基修饰,为人工核酸改造提供思路。适配体作为特殊寡核苷酸剂型,虽能特异性结合靶蛋白,但静脉给药存在免疫风险,首款获批药物培加普塔尼已被单抗替代。各类修饰直接改变分子免疫原性,也是抗药抗体检测体系开发的核心难点。
再看下寡核苷酸类药物的递送体系。为解决裸寡核苷酸通透性差、生物利用度低的短板,研究者开发多种偶联递送技术提升药代、靶向与细胞摄取能力。GalNAc偶联是主流肝靶向手段,多肽、抗体、脂质偶联可作用于肝外组织;PEG、羧基修饰能延长药物循环半衰期。但偶联改造会改变分子理化与蛋白结合特性,进而改变免疫原性,机体可产生针对核酸、载体或连接位点新表位的抗体,含蛋白载体的偶联药物需按ICH M3(R2)开展免疫原性评价。新型可控药抗偶联比载体可搭载多条寡核苷酸提升靶向效率,不过结构复杂度上升会影响清除、稳定性与免疫风险,凸显合理化学设计与完整分子表征的必要性。
给药途径和制剂也会影响药物的免疫原性。给药途经选择直接影响药物药代动力学、体内分布与免疫原性特征,是偶联寡核苷酸药物整体设计的核心考量因素。全身暴露给药主要分为静脉注射、皮下注射;鞘内注射是裸寡核苷酸药物靶向中枢神经系统的专属给药路径。适配不同给药途径的制剂开发至关重要,需保障药物储存、给药全程稳定。制剂体系同时可缓解输注相关反应、注射部位反应,该类不良反应诱因包含药物本身或制剂辅料。例如鞘内注射寡核苷酸药物时,制剂中通常添加钙离子、镁离子,避免高负电寡核苷酸吸附脑脊液二价阳离子;若制剂未做对应优化,阳离子失衡会诱发急性神经毒性等不良事件。脂质纳米粒是另一类主流制剂方案,Onpattro(patisiran)是首款获批脂质纳米粒制剂药物,验证该技术临床可行性。针对特定给药途径定制制剂、严格质控,可最大限度降低改变体内分布、诱发免疫激活的杂质与分子属性。
免疫原性风险评估
寡核苷酸治疗药物可同时诱发固有免疫、适应性免疫应答,完整免疫原性评估策略需同步覆盖两类免疫通路。固有免疫层面,硫代磷酸骨架、CpG基序、富含GU序列、5'三磷酸基团等分子特征可激活Toll样受体7/8/9等模式识别受体,释放细胞因子、启动炎症信号,进而放大或协同适应性免疫应答。美国FDA发布的寡核苷酸药物临床药理学指导文件明确要求:高免疫风险分子需同步开展固有免疫激活检测,细胞因子释放图谱需与抗药抗体评估配套实施。以Toll样受体9激动为核心作用机制、或适配体结合蛋白为主要作用靶点的寡核苷酸药物,不在该指导文件适用范围内。
寡核苷酸药物化学特征(主链修饰、载体递送体系、给药途径、制剂配方)是免疫原性风险的核心驱动因素,是分层风险评估的基础依据。已上市寡核苷酸药物给药途径分布:反义寡核苷酸给药途径最丰富;小干扰RNA以皮下注射为主;剪接切换寡核苷酸、适配体仅采用静脉注射。已上市小干扰RNA药物中83%采用皮下注射,反义寡核苷酸药物皮下注射占比38%;38%已上市反义寡核苷酸采用静脉注射,仅17%小干扰RNA为静脉给药。反义寡核苷酸拥有独有给药路径:15%采用鞘内注射,8%采用玻璃体注射。但现有数据尚未明确给药途径与抗药抗体发生率的直接关联(下表所示)。
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不同寡核苷酸剂型抗药抗体检出率差异极大:小干扰RNA最低检出率为0、最高4.6%;反义寡核苷酸最高可达72%。反义寡核苷酸整体抗药抗体发生率偏高,推测与分子尺寸、主链化学、蛋白相互作用模式相关,上述特征会提升免疫系统识别概率。Mipomersen是抗药抗体发生率最高的反义寡核苷酸,检出率71%,后续因肝毒性不良事件退市;Tofersen次之,58%受试者检出抗药抗体,其中32%阳性病例出现药代动力学改变,药物血浆清除速率下降。小干扰RNA药物中83%存在输注/注射部位反应,且全部发生于可检出抗药抗体的受试者体内。
抗药抗体检测方法开发核心考量
ADA检测方法参考生物药物,即大家熟知的经典三步法:第一步筛选检测,识别潜在抗药抗体阳性样本;第二步确证检测,验证免疫应答特异性;经确证的阳性样本进一步开展滴度检测,判定免疫应答强度;同步开展中和抗体检测,评估药物活性功能抑制风险。对于多组分偶联药物,可增设结构域特异性检测,明确诱发抗体应答的药物结合位点。当然,寡核苷酸有属于这类产品的特点,化学修饰、高血浆蛋白结合、序列杂交潜力、固有免疫受体相互作用等额外因素会大幅提升检测开发难度,在多层级检测体系搭建过程中,必须充分考量上述因素,保障检测特异性、灵敏度与药物耐受能力。
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配套试剂制备、检测性能与临界值设定考量
高质量配套试剂是所有ADA检测方法开发、长期稳定生产的核心基础。蛋白类治疗药物可通过多种化学手段标记示踪基团,但寡核苷酸标记需定制合成,在核苷碱基上引入修饰位点。合成阶段可引入伯氨基,用于连接各类修饰基团;氨基修饰位点可设置在寡核苷酸3'端、5'端,也可通过氨基脱氧胸腺嘧啶碱基引入分子内部。该方案常用于制备生物素标记寡核苷酸。行业最优实践为合成多条生物素标记位点不同的寡核苷酸模拟物,避免生物素空间位阻遮挡抗药抗体结合位点。
抗药抗体检测阳性对照品选择直接决定整套检测体系全部参数。多克隆抗体制备物是首选替代阳性对照,包含亲和力、特异性、亲合力多样化的混合抗药抗体。检测灵敏度、药物耐受能力高度依赖阳性对照品质量。
阳性对照抗体制备通用方案:使用待测寡核苷酸免疫动物(可添加佐剂或无佐剂),采集高免疫血清后,以药物分子为填料亲和纯化抗体。小分子多肽、寡核苷酸免疫时,常规操作是将药物偶联至载体蛋白(血蓝蛋白、卵清蛋白),载体蛋白可提供T细胞表位,诱发T细胞依赖型强效免疫应答。T细胞表位引入可提升抗体应答强度与抗体质量。免疫种属选择、免疫周期、佐剂筛选均需同步考量。不过,以上方案针对氨基酸类药物可稳定制备优质多克隆阳性对照,但用于寡核苷酸免疫时,很难诱发高强度抗体应答,甚至无法获得足量抗体。
已有文献报道可制备抗修饰基团抗体,用于生物分析检测。该类抗体可不依赖序列,特异性结合硫代磷酸骨架、2'-O-甲氧基乙基、2'-O-甲基等寡核苷酸修饰基团。Rockland Immunochemicals等企业已商业化供应该类抗体,其Mod Detect检测试剂盒包含多株靶向修饰基团的单克隆抗体;可将单克隆抗体混合制备多克隆抗体混合物。该类单克隆抗体可用于验证检测体系能否检出靶向特定化学修饰的抗体应答。
部分寡核苷酸很难通过动物免疫获得对应抗体。而蛋白、多肽、糖偶联寡核苷酸存在免疫显性难题,即动物免疫后,免疫系统优先针对非核酸组分产生高强度抗体应答。近期一篇文献报道了GalNAc偶联siRNA的该类现象,动物免疫后生成的多克隆抗体几乎全部靶向GalNAc基团。
阳性对照品质量影响多项检测核心指标:第一,检测灵敏度通过阳性对照品标定,表征模糊、质控不完善的阳性对照会导致检测下限判定存在歧义;理想阳性对照为多克隆混合抗体,或固定配比单克隆抗体混合物,完全模拟临床人体真实免疫应答特征;明确阳性对照浓度、结合特征,可精准界定检测最低检出限。第二,检测药物耐受能力同样由阳性对照品决定。现有研究显示阳性对照抗体结合特性不会直接决定体系药物耐受性能,但药物耐受能力必须完整表征,保障样本中存在循环药物时仍可稳定检出抗药抗体。与单克隆抗体药物不同,寡核苷酸药物体内清除速率普遍更快,一定程度降低检测方法药物耐受开发压力。目前无寡核苷酸药物专属监管文件规定检测灵敏度、药物耐受指标;该领域存在显著规范空白,行业通用做法为参考2019年蛋白类生物制品监管指导文件(FDA. Immunogenicity testing of therapeutic protein products - developing and validating assays for anti-drug antibody detection),若需偏离该规范,需提供充分科学依据。
临界值是核心检测参数,用于划定样本阳性判定信号阈值。精准设定临界值是保障检测灵敏度、控制假阳性率的基础。蛋白类生物制品监管指导文件规定:筛选临界值需在代表性空白人群样本中实现5%假阳性率。寡核苷酸药物ADA检测临界值设定存在独有难点,部分寡核苷酸非特异性结合血清蛋白,抬高基线信号,人为拉高临界值、降低检测灵敏度,造成真实阳性样本漏检。基线信号个体差异大,进一步增加固定临界值、浮动临界值的选型难度。浮动临界值依据同批次参比样本计算,适配批次间信号波动,但寡核苷酸检测个体基线差异过大,需要远多于蛋白类药物的空白样本量完成临界值分布表征。临界值统计计算方法需根据空白样本信号分布选择,寡核苷酸样本信号分布常不满足标准参数法正态分布假设。研发企业开发寡核苷酸ADA检测方法时,需前瞻性规划临界值验证,配套足量空白受试者样本,完整评估统计方案;若偏离蛋白类药物通用规范,需书面说明全部依据。
检测体系format考量
多年来科研人员开发多种配体结合检测构型;寡核苷酸药物优先选用亲和捕获洗脱检测体系。该方案将治疗药物固定于固相板,捕获样本内抗药抗体,结合后的抗药抗体经酸性洗脱,转移至全新固相板;再加入标记示踪基团的待测药物,结合已捕获的抗药抗体,配套二级检测系统定量抗药抗体特异性结合信号。
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亲和捕获洗脱检测体系适用于多种治疗药物抗药抗体检测,但寡核苷酸药物需针对性改造、优化。前文提及硫代磷酸骨架可无差别结合各类血清蛋白,导致检测基线信号过高、临界值漂移、假阳性结果。血清蛋白可结合固相固定的寡核苷酸,随洗脱步骤转移至检测板,吸附于固相后结合示踪试剂,抬高整体背景。解决方案一:检测板包被蛋白A/G/L,仅捕获酸性洗脱液内抗体组分,非抗体基质蛋白无法进入后续检测步骤,显著降低非特异性基线信号。合理设定检测最低稀释倍数同样可改善基线干扰:更高稀释倍数可稀释基质蛋白,削弱其与固相寡核苷酸的非特异性相互作用,提升信噪比。
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另一套优化方案:缓冲液中添加表面活性剂。表面活性剂通过疏水、静电、范德华力溶解蛋白,阻断无意义蛋白相互作用,广泛应用于生物技术领域,降低检测非特异性结合、优化信号清晰度。不同类型(离子型、非离子型、两性离子型)表面活性剂理化特性存在差异,可针对性选用优化检测性能;洗涤缓冲液中添加表面活性剂是常规操作,去除固相非特异性吸附蛋白。礼来内部数据证实:中和缓冲液中加入表面活性剂可降低基线信号、拓宽检测信号窗口。
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针对全新剂型、递送机制的寡核苷酸药物,必须开发可覆盖药物全部组分免疫应答的检测体系,可通过单一检测识别靶向所有组分的抗药抗体,或通过结构域定位明确抗体应答特异性。行业更推荐为每一组分单独开发专属检测方法。脂质纳米粒制剂包含靶向蛋白、聚乙二醇、寡核苷酸多种组分,无法依靠单一检测体系同时检出靶向三类组分的抗药抗体。研发阶段需提前规划多套独立抗药抗体检测方法,配套充足试剂制备、检测开发资源。
寡核苷酸药物分子结构、剂型差异极大,适配一款药物的format无法直接套用至另一款。例如ASO适配的检测技术,不能直接用于抗体-siRNA偶联药物。部分构型需要直接在寡核苷酸上标记示踪基团(辣根过氧化物酶、钌标记),偶联药物可实现该操作,纯核酸ASO难以完成;同时寡核苷酸分子尺寸过小,桥联format存在结合位点空间位阻,无法实现桥联结合。无酸洗脱、无洗涤步骤的直接酶联免疫吸附试验,会因多数寡核苷酸蛋白结合特性出现极高基线信号。
寡核苷酸药物不存在通用检测format,需迭代式开发。研发企业可先采用基础亲和捕获洗脱、亲和捕获洗脱桥联体系开展可行性评估;若核心参数不达标,再进行优化。
中和抗体检测体系
中和抗体可结合治疗药物,阻断、削弱药物生物学与药理活性,造成患者治疗失效,因此中和抗体评估需在抗药抗体分层检测之外额外开展。适配的中和抗体检测体系选择、搭建取决于多重因素:药物作用机制、检测性能、计算机模拟/体外试验判定的免疫原性风险。细胞水平中和抗体检测体系被公认为金标准;竞争性配体结合检测可纳入分层检测流程,评估中和活性。激动剂类药物优先选用细胞检测体系,可直接还原药物作用对应的生物学应答。
寡核苷酸药物中和抗体检测开发难度大幅提升:药物作用机制依赖细胞内mRNA靶点结合,胞外抗药抗体无法直接阻断寡核苷酸与mRNA的结合。但靶向寡核苷酸的抗药抗体可干扰上游转运过程,阻碍药物进入细胞接触靶mRNA,间接削弱治疗活性。该中和效应发生概率、临床影响程度取决于寡核苷酸剂型与分子结构。无偶联纯核酸寡核苷酸的中和风险低于偶联载体、脂质纳米粒制剂药物。GalNAc偶联siRNA是典型复杂案例,药物依靠肝细胞表面去唾液酸糖蛋白受体结合实现细胞摄取。靶向GalNAc基团的抗药抗体可封闭受体结合位点,阻断细胞摄取,完全中和药物活性;靶向寡核苷酸主链的抗药抗体同样可通过空间位阻干扰受体结合、抑制细胞摄取。综上,药物-抗体复合物多重中和作用路径,大幅提升特异性、稳定中和抗体检测体系开发难度。
传统细胞水平中和抗体检测体系用于寡核苷酸药物存在原理、技术双重障碍:细胞检测体系需完整复刻寡核苷酸靶向组织胞内转运全过程,同时产生可检出、具备生物学意义的信号(靶mRNA下调或下游蛋白表达改变)。在复杂生物基质中同时满足上述机制要求、实现稳定可验证检出限,分析难度叠加,导致寡核苷酸药物细胞中和抗体检测体系在现有监管、生物分析框架下落地可行性极低。
据美国礼来团队分析,目前无公开文献报道寡核苷酸药物专属中和抗体检测体系。行业主流思路不再单独开发中和抗体检测,转为整合免疫原性、药代动力学、药效学、临床疗效数据开展综合临床解读,替代单一中和抗体检测结果判读。临床试验方案常规配套同步采集抗药抗体、药代动力学配对样本,支撑免疫原性综合解读。在无专用中和抗体检测体系的前提下,高灵敏度药效标志物、经过严谨验证的药代动力学检测可配套使用,共同评估抗体应答对药物临床活性的功能影响。监管指导文件共识为:寡核苷酸药物不强制要求中和抗体检测;但针对高风险修饰、高风险序列药物,监管机构可根据情况要求开展中和抗体、特异性抗药抗体评估。
剪接调控型寡核苷酸药物专属免疫原性考量
剪接调控寡核苷酸(包含外显子跳跃、剪接切换寡核苷酸)存在区别于常规寡核苷酸抗药抗体应答的独有免疫原性风险。该类药物重定向前体mRNA剪接通路,生成修饰、截短型蛋白,蛋白携带全新氨基酸序列,可能被免疫系统识别为外源异物,诱发靶向突变蛋白的适应性免疫应答。美国FDA指导文件明确要求:开发剪接调控寡核苷酸的企业,需同步配套检测靶向突变蛋白的抗体,与常规抗寡核苷酸抗药抗体评估同步开展。从生物分析角度,该要求新增试剂开发、检测format设计工作量:需表达足量、序列保真的突变蛋白作为检测试剂;若不同患者基因型对应突变蛋白序列存在差异,还需制备多种蛋白变体。
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