導(dǎo)  讀

該案例結(jié)合體外數(shù)據(jù)及PBPK建模，解釋和證明了RG7388多次給藥后在猴子體內(nèi)暴露減小的機(jī)理；并在動(dòng)物模型的基礎(chǔ)上開展了FIH PK的預(yù)測(cè)。

案例提供了一種簡(jiǎn)單的方式理解臨床前動(dòng)物PK的特征并指導(dǎo)合理預(yù)測(cè)人體PK，這對(duì)藥物早期開發(fā)決策特別是能否進(jìn)一步推進(jìn)到臨床非常有用。

參考文獻(xiàn)作者及單位

Kelli J. Glenn, Li J. Yu, Micaela B. Reddy, Adrian J. Fretland, Neil Parrott, Sazzad Hussain, Mary Palacios, Faye Vazvaei, Jianguo Zhi, Dietrich Tuerck

羅氏制藥創(chuàng)新中心（美國(guó)）的制藥科學(xué)部門和臨床藥理部門

諾華腫瘤事業(yè)部（美國(guó)）

Array BioPharma制藥公司（美國(guó)）

阿斯利康制藥公司（美國(guó)）

Vertex制藥公司（美國(guó)）

基因泰克（美國(guó)）

參考文獻(xiàn)

Glenn KJ, Yu LJ, Reddy MB, et al., Investigating the effect of autoinduction in cynomolgus monkeys of a novel anticancer MDM2 antagonist, idasanutlin,and relevance to humans. Xenobiotica. 2016 Aug; 46(8): 667-76. IF: 1.857

推薦理由

該案例結(jié)合體外酶實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)以及PBPK建模與模擬，解釋和證明了RG7388多次給藥后在猴子體內(nèi)暴露減小的機(jī)理，模擬結(jié)果指示該減小的原因是給藥后藥物對(duì)肝臟和腸道中CYP3A酶的誘導(dǎo)作用，增強(qiáng)了酶的活性；進(jìn)一步的FIH預(yù)測(cè)結(jié)果表明，該誘導(dǎo)作用具有猴種屬的特異性，人體暴露不會(huì)減小。

因此，該案例提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的方式用于理解猴體內(nèi)暴露減小的可能機(jī)理，這對(duì)該藥早期開發(fā)決策特別是能否進(jìn)一步推進(jìn)到臨床試驗(yàn)非常有用。

軟件用途

案例中，利用GastroPlus軟件搭建了RG7388單次及多次給藥后在猴子體內(nèi)的PBPK模型，并預(yù)測(cè)了多次給藥后導(dǎo)致代謝酶發(fā)生誘導(dǎo)情況下的PK曲線，其預(yù)測(cè)的結(jié)果基本與觀測(cè)結(jié)果一致，探討和確證了猴子體內(nèi)暴露減小的機(jī)理；并進(jìn)一步用于首次人體PK的預(yù)測(cè)，考察和分析了RG7388對(duì)CYP3A的誘導(dǎo)具有種屬特異性，人體PK的暴露不會(huì)發(fā)生較大變化。

案例摘要

該案例目的：研究Idasanutlin (RG7388)口服多次給藥后在猴子體內(nèi)血漿暴露量降低的原因，以及該降低的原因是否與人體具有相關(guān)性。

多次給藥后收集猴子的肝臟和腸道微粒體的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)CYP3A8的酶活性顯著增強(qiáng)，采用生理藥代動(dòng)力學(xué)模型證實(shí)RG7388體內(nèi)暴露減小的主要原因是猴腸道中酶的誘導(dǎo)。

猴子和人原代肝細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明RG7388導(dǎo)致的CYP3A誘導(dǎo)主要發(fā)生在猴，人體未發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)作用的出現(xiàn)，表明該誘導(dǎo)具有猴種屬特異性。

后續(xù)首次人體PK試驗(yàn)的結(jié)果也確認(rèn)了聯(lián)合人肝細(xì)胞和PBPK模型所預(yù)測(cè)人體無(wú)誘導(dǎo)發(fā)生的結(jié)論。

1 研究背景

RG7388 是第二代p53-MDM2 (雙微體2蛋白)拮抗劑，臨床前研究顯示在低納摩爾水平的RG7388就可以選擇性地抑制P53與MDM2相互結(jié)合，RG7388 選擇性結(jié)合在MDM2表面的P53位點(diǎn)，將p53與MDM2隔離，導(dǎo)致P53穩(wěn)定后細(xì)胞凋亡程序被激活，從而殺死癌細(xì)胞。

目前，羅氏正在進(jìn)行急性髓系白血病的III期臨床研究。

單次給藥后，RG7388在臨床前種屬中表現(xiàn)出低清除和中等的口服生物利用度。

前期的猴子研究中，在RG7388多次給藥后，可發(fā)現(xiàn)相比第一天血漿中的藥物暴露明顯減少，在后續(xù)毒理學(xué)試驗(yàn)中也進(jìn)一步證實(shí)了自身誘導(dǎo)的發(fā)生。

在人肝細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)RG7388具有低轉(zhuǎn)換率，其中CYP3A4是其主要的代謝酶，其次是發(fā)生葡萄糖醛酸化反應(yīng)。

該案例的研究目的是：1) 解釋和證明RG7388多次給藥后血漿暴露減少的原因；2) 猴子體內(nèi)的自身誘導(dǎo)作用是否與人體相關(guān)。

2 建模數(shù)據(jù)與處理

2.1 RG7388的相關(guān)建模參數(shù)

2.2 數(shù)據(jù)獲取及處理

由于RG7388的溶解度差，Caco-2的數(shù)據(jù)不是很可靠且與體內(nèi)PK的相關(guān)性差，模型中使用的數(shù)據(jù)是根據(jù)大鼠和猴子體內(nèi)PK數(shù)據(jù)優(yōu)化的結(jié)果；RG7388具有高蛋白結(jié)合(結(jié)合程度超過(guò)99.9%)，猴子和人的模型采用統(tǒng)一優(yōu)化的游離藥物分?jǐn)?shù)值(0.01%)；溶解度的數(shù)值是根據(jù)微沉淀整裝粉末 (MBP)制劑估算的，進(jìn)入到首次人體PK試驗(yàn)后測(cè)定了MBP制劑的溶解度數(shù)值(41μg/ml)；猴子和人的胃腸道模型采用GastroPlus ACAT模型，并選擇默認(rèn)的Opt logD Model SA/V 6.1模型；

RG7388肝細(xì)胞的固有清除率(CLint)是通過(guò)體外肝細(xì)胞孵育實(shí)驗(yàn)測(cè)定的相關(guān)數(shù)據(jù)，并采用下述公式進(jìn)行計(jì)算得到：

2.3 猴子PBPK模型

猴子的Vss采用Rodgers and Rowland方法并結(jié)合游離藥物分?jǐn)?shù)及全血血漿藥物濃度比進(jìn)行計(jì)算得到。

藥物的清除率由猴子Clint外推的數(shù)值是7.2 ml/min/kg，該數(shù)值與其體內(nèi)觀測(cè)的結(jié)果(1.6 ml/min/kg)有較大差異，造成該差異的原因可能是肝細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中蛋白結(jié)合的限制導(dǎo)致了藥物清除的增加。

由于肝細(xì)胞Clint放大的清除率與體內(nèi)PK觀測(cè)數(shù)值的差異，猴子模型最后采用的為靜脈給藥PK的CL計(jì)算值。

猴子肝臟的首過(guò)效應(yīng)(Eh)是通過(guò)Eh=(CL/BPR)/QL計(jì)算的，其中CL是藥物的清除率，BPR是全血血漿藥物濃度比；QL是肝臟血流量，設(shè)定為44 ml/min/kg。

由于猴子的PK試驗(yàn)未控制在空腹?fàn)顟B(tài)下給藥，默認(rèn)猴子ACAT模型中的胃轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間延長(zhǎng)到1h以匹配觀測(cè)結(jié)果。

為模擬RG7388的MBP制劑，模型中選擇了混懸液的劑型，并設(shè)置給藥體積為5ml/kg，API的粒徑為1μm (因?yàn)樗O(shè)計(jì)的該劑型是為了讓制劑在小腸段時(shí)即可釋放出小顆粒)。

初始的猴子PBPK模型結(jié)果高估了多次給藥的PK，結(jié)合RG7388是CYP3A的底物和存在誘導(dǎo)作用的認(rèn)知，腸道首過(guò)(Fg)又進(jìn)一步整合到模型中以優(yōu)化結(jié)果。

此外，模型假設(shè)誘導(dǎo)的發(fā)生主要通過(guò)CYP3A進(jìn)行。

2.4 人體PBPK模型

在猴子PBPK模型搭建和認(rèn)知的基礎(chǔ)上，建立了人體PBPK模型。

人的Vss數(shù)值也采用Rodgers and Rowland方法進(jìn)行計(jì)算得到；由于體外清除外推到體內(nèi)清除的不確定性，人體清除率采用了兩種方法計(jì)算得到，分別為猴子靜脈觀測(cè)的CL基于單種屬異速放大的估算值以及人體外肝細(xì)胞外推的數(shù)值，并分別進(jìn)行了人體PK曲線的預(yù)測(cè)。

人體吸收模型與猴子的類似，但人的胃排空時(shí)間設(shè)置為6min以及設(shè)定隨同250ml水一起服用混懸液。

由于RG7388在人肝細(xì)胞中代謝穩(wěn)定且動(dòng)物模型得到相對(duì)較高的Peff數(shù)值，因此在人體模型中未引入腸道首過(guò)。

3 模型結(jié)果與分析

3.1 RG7388體內(nèi)PK、體外酶實(shí)驗(yàn)結(jié)果

猴單次及多次給藥10, 30和100 mg/kg RG7388后所觀測(cè)的藥代動(dòng)力學(xué)曲線(毒代試驗(yàn)，GLP)

初始14天多次給藥RG7388 (30mg/kg/day) 后，觀察到該藥在14天的暴露約為第一天的20%；上圖GLP試驗(yàn)的毒代結(jié)果也進(jìn)一步證實(shí)了RG7388在多次給藥后體內(nèi)暴露減少。

體外猴子原代肝細(xì)胞誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)表明，RG7388能夠誘導(dǎo)CYP3A8 mRNA提高137倍，以及少量的酶活性增加。

人的數(shù)據(jù)正好相反，RG7388并沒(méi)有能夠誘導(dǎo)人CYP3A4 mRNA或活性的改變。

在RG7388猴子毒代試驗(yàn)結(jié)束后收集的組織結(jié)果分析表明：給藥后的猴子肝微粒體蛋白沒(méi)有增加；P450的總含量和CYP3A活性有少量但顯著的提高。

腸道的微粒體改變更為顯著，腸道P450酶含量提高了2倍以上，CYP3A酶活性則提高了4到5倍，且所有的增加一般在停藥后32天恢復(fù)到正常狀態(tài)。

這些數(shù)據(jù)表明腸道的代謝誘導(dǎo)可能是RG7388猴子體內(nèi)暴露減少的原因。

3.2 RG7388靜脈與單劑量口服給藥PBPK模型

猴子單次給藥RG7388 (A)1.25 mg/kg IV以及(B) 30 mg/kg PO后預(yù)測(cè)與觀測(cè)的血漿濃度-時(shí)間曲線

PBPK模型所模擬的靜脈和口服給藥后的PK曲線基本與觀測(cè)結(jié)果一致，這也說(shuō)明了當(dāng)前的吸收和清除模型能夠合理反映MBP制劑給藥后在猴子體內(nèi)的ADME過(guò)程。

該模型也進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)猴子肝臟輕微的誘導(dǎo)對(duì)血漿暴露的影響不敏感。

3.3 RG7388誘導(dǎo)CYP3A的PBPK模型

進(jìn)一步考察了當(dāng)肝臟代謝被誘導(dǎo)50%時(shí)，以及肝臟和腸道均發(fā)生代謝酶的誘導(dǎo)作用后，猴子體內(nèi)PK曲線的變化，以探討、分析與驗(yàn)證多次給藥后猴子體內(nèi)暴露減少的機(jī)理，預(yù)測(cè)結(jié)果列舉在下圖：

30 mg/kg RG7388 (A)單次給藥及(B)每天多次給藥后的觀測(cè)與預(yù)測(cè)的PK曲線

當(dāng)假設(shè)肝臟代謝被誘導(dǎo)50%時(shí)，所模擬的第14天血漿暴露與第1天相比僅發(fā)生微小的降低；相反，在加入腸道首過(guò)代謝后，發(fā)現(xiàn)體內(nèi)藥物的暴露會(huì)明顯降低，預(yù)測(cè)的結(jié)果與觀測(cè)數(shù)值基本一致。

該案例中采用了文獻(xiàn)報(bào)道的Qgut model考慮腸道的首過(guò)作用，該模型發(fā)現(xiàn)當(dāng)Fg≤0.5時(shí)，腸道的首過(guò)對(duì)酶的誘導(dǎo)特別敏感，模型調(diào)整時(shí)考慮了三種不同的情況：(i) 若不存在腸道誘導(dǎo)時(shí)的Fg=0.8，這時(shí)腸道首過(guò)對(duì)血漿暴露的作用較弱：此時(shí)腸道加入5倍的誘導(dǎo)作用(猴子活體外的研究結(jié)果)，模型預(yù)測(cè)血漿藥物暴露僅有1.8倍的降低(Fg=0.44)；(ii) 若不存在腸道誘導(dǎo)時(shí)的Fg=0.5：此時(shí)考慮誘導(dǎo)作用后，模型預(yù)測(cè)血漿暴露將減少3倍，導(dǎo)致Fg為0.17 (首過(guò)代謝為83%)；(iii) 若不存在腸道誘導(dǎo)時(shí)的Fg=0.3，這時(shí)腸道首過(guò)對(duì)血漿暴露具有較大的影響：此時(shí)腸道發(fā)生誘導(dǎo)后，血漿暴露將減少3.8倍(Fg=0.079)。

表明導(dǎo)致多次給藥后猴子血漿暴露減少的原因是肝臟和腸道酶誘導(dǎo)的作用，特別是腸道CYP3A酶的誘導(dǎo)作用。

3.4 RG7388首次人體PK預(yù)測(cè)

在猴子PBPK模型搭建及機(jī)理的解釋與驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了種屬外推預(yù)測(cè)RG7388的首次人體PK結(jié)果。

由于體外清除外推到體內(nèi)清除的不確定性，人體清除率采用了兩種方法進(jìn)行計(jì)算，并分別帶入到模型中進(jìn)行預(yù)測(cè)，模型預(yù)測(cè)的結(jié)果與臨床觀測(cè)的單次與多次給藥的PK結(jié)果基本一致。

雖然前三組預(yù)測(cè)Cmax稍微高于觀測(cè)值，但已經(jīng)不影響推測(cè)的結(jié)論，表明采用PBPK模型、動(dòng)物體內(nèi)PK數(shù)據(jù)以及in silico數(shù)據(jù)在藥物研發(fā)早期即可較準(zhǔn)確地推測(cè)人體特征。

猴子和人體PBPK模型結(jié)果進(jìn)一步解釋和證實(shí)了RG7388對(duì)酶誘導(dǎo)的作用具有種屬特異性，且與人體PK表現(xiàn)無(wú)關(guān)。相關(guān)人體PBPK模型及臨床觀測(cè)結(jié)果列舉下表：

4 模型討論

在RG7388進(jìn)一步推進(jìn)到人體臨床研究前，多次給藥后在猴子體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了明顯的暴露降低。

因此，開展了一些額外的工作以理解該藥物暴露的原因，包括體外肝細(xì)胞孵育后酶表達(dá)量及活性的測(cè)定、細(xì)胞活性的測(cè)定、活體外的微粒體蛋白、mRNA含量檢測(cè)和PBPK建模等。

一些新的問(wèn)題也隨之而來(lái)，比如RG7388的肝細(xì)胞誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝾A(yù)測(cè)體內(nèi)的誘導(dǎo)?RG7388誘導(dǎo)CYP酶是猴子種屬特異性，還是與人體也有關(guān)? 肝臟CYP3A的誘導(dǎo)能否解釋藥物體內(nèi)暴露減少等? 為解釋清楚上述問(wèn)題，所開展的體外實(shí)驗(yàn)觀察到RG7388會(huì)明顯誘導(dǎo)猴子CYP3A mRNA水平提高，表明該結(jié)果會(huì)更加敏感地預(yù)測(cè)體內(nèi)誘導(dǎo)作用；而同時(shí)在人體肝細(xì)胞中未發(fā)現(xiàn)明顯的誘導(dǎo)，表明該誘導(dǎo)作用可能與人體無(wú)關(guān)；

該案例所建立的PBPK模型期望用于探索腸道或肝臟酶誘導(dǎo)的影響，以間接反映誘導(dǎo)作用導(dǎo)致清除率變化的相關(guān)位置。

采用建模與模擬的方式考察臨床前種屬的自身誘導(dǎo)作用很少有研究或報(bào)道，可能是因?yàn)槿绻谂R床前研究中發(fā)現(xiàn)了顯著的誘導(dǎo)現(xiàn)象，大多數(shù)分子不會(huì)進(jìn)一步開發(fā)；或者研究者可能直接開展一個(gè)臨床試驗(yàn)以評(píng)估人體的誘導(dǎo)性能。

對(duì)于當(dāng)前的研究案例，則提供了一個(gè)較為簡(jiǎn)單的建模方式以理解藥物在猴子體內(nèi)暴露減少的原因，同時(shí)可以認(rèn)為在RG7388早期開發(fā)階段是非常有用的。

基于PBPK模型模擬的PK曲線表明多次給藥后猴子體內(nèi)暴露減少的原因肝臟和腸道代謝酶被誘導(dǎo)，該結(jié)論的得出是發(fā)現(xiàn)假設(shè)肝臟代謝活性被50%誘導(dǎo)減少時(shí)，所預(yù)測(cè)的結(jié)果與觀測(cè)數(shù)值不吻合；而在此基礎(chǔ)上額外增加腸道代謝活性被75%誘導(dǎo)增加后，得到的預(yù)測(cè)結(jié)果能夠很好地重合觀測(cè)數(shù)值。

這種聯(lián)合體外酶誘導(dǎo)、活體酶活性實(shí)驗(yàn)以及PBPK建模的方式，能充分地理解猴子體內(nèi)暴露減少的原因是腸道酶誘導(dǎo)。

通過(guò)各種方法的聯(lián)合應(yīng)用，充分解釋了臨床前種屬PK的變化，增強(qiáng)了得到藥物在人體暴露不會(huì)減少這一結(jié)論的信心。

盡管RG7388誘導(dǎo)CYP3A的情況具有猴子的種屬特異性，但多次給藥后的毒理學(xué)研究所出現(xiàn)的系統(tǒng)暴露顯著減少，還是對(duì)RG7388被監(jiān)管當(dāng)局批準(zhǔn)可以開展首次人體臨床試驗(yàn)前，評(píng)估所設(shè)計(jì)的劑量范圍在人體的暴露帶來(lái)了不少挑戰(zhàn)。

為了解決這個(gè)挑戰(zhàn)，基于PBPK模型并假設(shè)不存在誘導(dǎo)現(xiàn)象的情況下預(yù)測(cè)了人體PK，以考察人體PK的變化特征。

盡管在早期階段，所建立的PBPK模型采用的一些參數(shù)是基于in silico預(yù)測(cè)或者假設(shè)的數(shù)值，但該方法是非常符合目標(biāo)的，以及所預(yù)測(cè)的相對(duì)較大范圍的暴露數(shù)值反映了當(dāng)前模型的不確定性以及為了確保臨床安全性的評(píng)估。

此外，還結(jié)合了臨床前藥理學(xué)的模型構(gòu)建了PK/PD模型以用于推薦人體每日的給藥劑量。

4.2 基于PBPK模型設(shè)定右美沙芬DEX的產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

先進(jìn)的產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)反映其臨床產(chǎn)品的性能，建立體內(nèi)外相關(guān)性(IVIVC)是構(gòu)建這種臨床相關(guān)的方式之一。

構(gòu)建體內(nèi)外相關(guān)的傳統(tǒng)方式是將體外藥物溶出分?jǐn)?shù)與進(jìn)入機(jī)體循環(huán)的百分?jǐn)?shù)建立關(guān)系，后者通過(guò)Wagner-Nelson和Loo-Riegelma方法將觀測(cè)的血藥濃度-時(shí)間曲線進(jìn)行反卷積計(jì)算得到。

與這種方法不同的是，也有文獻(xiàn)研究借助右美沙芬DEX的PBPK模型采用血漿數(shù)據(jù)去擬合藥物在胃腸道的溶出曲線。

此外，也有采用帶入體外溶出數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)藥物體內(nèi)的PK行為，以間接構(gòu)建體內(nèi)外相關(guān)性。

這些方法都沒(méi)有考慮藥物進(jìn)入腸細(xì)胞的吸收機(jī)理，也沒(méi)有考慮溶酶體的捕獲作用導(dǎo)致藥物緩慢進(jìn)入門靜脈，以及腸道和肝臟的首過(guò)效應(yīng)。

該工作所搭建的PBPK模型，發(fā)現(xiàn)藥物能夠快速溶出并快速進(jìn)入到腸細(xì)胞，結(jié)果提示右美沙芬DEX在體內(nèi)10min左右能夠100%溶出，因此表明該藥物的溶出與其臨床療效無(wú)關(guān)。

對(duì)于DEX速釋片劑，體外崩解實(shí)驗(yàn)將更能反映制劑的特性。

在加入溶酶體捕獲作用后，所建立的模型能夠較好地反映右美沙芬DEX和DXO緩慢進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán)的特征。

由PBPK模型所提供的機(jī)理信息，發(fā)現(xiàn)DEX臨床制劑的產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范僅需保證藥物的溶出超過(guò)藥物的吸收即可。

5 總結(jié)

當(dāng)前的研究表明RG7388對(duì)CYP3A酶的誘導(dǎo)具有猴子種屬特異性，且與人體無(wú)關(guān)。

PBPK模型結(jié)構(gòu)進(jìn)一步顯示RG7388多次給藥后在猴子體內(nèi)暴露的減少主要是因?yàn)槟c道代謝的誘導(dǎo)作用，部分的貢獻(xiàn)來(lái)自于肝臟清除的誘導(dǎo)。

首次人體PK試驗(yàn)的臨床觀測(cè)結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了人肝細(xì)胞和PBPK模型的預(yù)測(cè)結(jié)論，即該誘導(dǎo)作用與人體無(wú)關(guān)。

6 該案例應(yīng)用的軟件是GastroPlus (version 6.1.0008)，涉及模塊有Base, PBPK, Metabolism & Transporter。

參考文獻(xiàn)

Glenn KJ, Yu LJ, Reddy MB, et al., Investigating the effect of autoinduction in cynomolgus monkeys of a novel anticancer MDM2antagonist, idasanutlin,and relevance to humans. Xenobiotica. 2016 Aug; 46(8): 667-76. IF: 1.857