聚焦生物類似藥（4）：技術(shù)門檻有多高？

2016年4月5日 | Filed under: 生物仿制藥,文獻(xiàn)綜合 | Posted by: 王守業(yè)

和化學(xué)仿制藥相比，生物類似藥雖然也屬于仿制藥范疇，但是生物類似藥不僅投資門檻更高，其技術(shù)門檻也更高。今年初曾經(jīng)有一篇關(guān)于生物類似藥的中文報道，其標(biāo)題為“生物制藥－－仿制成功也是高科技的NB行業(yè)”，標(biāo)題雖然似乎有點(diǎn)簡單粗暴了些，但確實(shí)也道出了實(shí)情：生物藥仿制也不是一件容易的事。筆者認(rèn)為生物類似藥的技術(shù)門檻高至少表現(xiàn)在三大方面：

第一個方面是有關(guān)生產(chǎn)、制造過程和工藝流程。在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中有多種因素可能會影響到生物類似藥的質(zhì)量，如分子設(shè)計、表達(dá)系統(tǒng)、細(xì)胞株類型、翻譯后修飾（PTM)、不純物和污染物、配方和輔料、包裝容器、生產(chǎn)過程中的蛋白降解等。

第二個方面就是對生物類似藥在質(zhì)量、安全性和有效性（QSE)等方面進(jìn)行分析檢測、表征，需要在臨床試驗(yàn)前在蛋白的多種性質(zhì)上和原研藥參考品一致，這種一致性，根據(jù)歐盟EMA的要求需要“相似”（similar），而根據(jù)美國FDA的要求則需要“高度相似”（highly similar），如果是可以自動替換（interchangeable）的生物類似藥，其要求更高。上面兩大高門檻對于中國藥企而言更是意味著投資的高門檻，因?yàn)闊o論是上下游的工藝開發(fā)、生產(chǎn)還是分析方法開發(fā)、質(zhì)量檢測，所需儀器設(shè)備甚至耗材幾乎都需要進(jìn)口。

第三個方面是生物原研藥的專利壁壘，生物藥的專利要遠(yuǎn)比化學(xué)藥復(fù)雜，這個高門檻很容易被投資人忽視。本系列文章的上一篇提到的艾伯維(Abbvie)和安進(jìn)(Amgen)因?yàn)镠umira（修美樂）和安進(jìn)的生物類似藥的專利之戰(zhàn)僅僅只是一個例子。現(xiàn)在風(fēng)頭正勁的免疫腫瘤抗體藥（尤其是已經(jīng)上市的兩個PD-1抗體藥）以后很可能成為被仿制的熱點(diǎn)目標(biāo)，但是免疫腫瘤領(lǐng)域的近期多起專利訴訟也說明：即使是做原研生物藥，專利問題也不容易防范。

出于工作關(guān)系和個人興趣，筆者本文僅談?wù)勆镱愃扑幍姆治黾夹g(shù)。如文中表格所示，生物類似藥的表征分析，涉及許多生物化學(xué)和生物物理技術(shù)，筆者對這些技術(shù)基本都談不上精通，但是對于大多數(shù)技術(shù)還算略知一二，本文無意具體談這些分析技術(shù)的細(xì)節(jié)和難度，而只是想通過簡單評論這些技術(shù)手段試圖說明進(jìn)入生物類似藥的門檻很高。

與評價化學(xué)藥類似，對于生物藥的評價，質(zhì)量、安全性和有效性可以說是最重要的三個方面，而質(zhì)量又是安全性和有效性的前提和基礎(chǔ)。對于生物藥的質(zhì)量方面，美國FDA認(rèn)為治療性蛋白的三大方面性質(zhì)雖然不能被完全充分測定，但是對于評價蛋白藥是非常重要的：即PTM、蛋白高級結(jié)構(gòu)和蛋白聚集，下面將分別簡單介紹。

蛋白的翻譯后修飾（PTM)有很多種，常見的包括糖基化（又可細(xì)分為：半乳糖苷基化、巖藻糖基化、唾液酸糖苷化等）、氧化、磷酸化、硫酸化、脂化、二硫鍵形成和脫酰胺。這些化學(xué)變化大多是在細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的，但是有些也可能發(fā)生在生產(chǎn)的各個階段如純化和儲存過程。現(xiàn)在的科學(xué)研究已經(jīng)表明，蛋白的PTM會影響蛋白的活性和免疫原性。蛋白的PTM還可能會改變蛋白的結(jié)構(gòu)進(jìn)而引起聚集，從而進(jìn)一步影響蛋白的免疫原性。因此，需要在蛋白類藥物生產(chǎn)的各個階段對蛋白質(zhì)的PTM進(jìn)行檢測。對于含有許多種蛋白質(zhì)的復(fù)雜混合物蛋白藥物（如有些預(yù)防性疫苗），即使是采用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，如果檢測所有蛋白的PTM也是一個非常大的挑戰(zhàn)。對于單一成分的純化蛋白藥，其PTM的檢測和監(jiān)測則相對容易一些，研究蛋白PTM的最有力的利器當(dāng)是生物質(zhì)譜了[主要是基于電噴霧（ESI）和基質(zhì)輔助激光解離（MALDI)兩種技術(shù)]。近年來質(zhì)譜在生物類似藥領(lǐng)域的應(yīng)用明顯增多，近幾年美國質(zhì)譜協(xié)會會議上，每年都有不少口頭報告或墻報是直接用質(zhì)譜研究生物類似藥PTM的，其中糖基化研究占比最大。但是由于生物質(zhì)譜價格昂貴，動輒就是幾十萬美元，高端點(diǎn)的，售價甚至在50萬美元以上，這也限制了生物質(zhì)譜在包括生物類似藥在內(nèi)的生物制藥領(lǐng)域的應(yīng)用。

蛋白的高級結(jié)構(gòu)是指蛋白的二級、三級和四級結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)特性決定了蛋白的三維空間結(jié)構(gòu)，也進(jìn)而最終決定了蛋白的功能和活性。因此，比較生物類似藥（指蛋白藥）和原研藥的蛋白的高級結(jié)構(gòu)是證明兩只藥相似的重要手段。X-射線衍射和核磁共振（NMR)是公認(rèn)的測定蛋白質(zhì)三維空間結(jié)構(gòu)的兩種最主要的技術(shù)。但是，對于生物類似藥和原研藥的結(jié)構(gòu)相似性研究，這兩種技術(shù)都有很大的挑戰(zhàn)。對于X-射線衍射而言，需要耗時較長的蛋白結(jié)晶過程和數(shù)據(jù)解析過程，對于樣品量較大的工業(yè)界而言，這顯然不能滿足高通量的要求。而NMR不但價格昂貴、靈敏度相對較低、數(shù)據(jù)分析耗時長，對于分析分子量達(dá)150 kDa的大分子抗體藥也面臨很大的挑戰(zhàn)，所以NMR在生物類似藥領(lǐng)域注定應(yīng)用非常有限。 ? ? 另外，還有一些其它經(jīng)典生物物理技術(shù)被用于表征蛋白的結(jié)構(gòu)，如圓二色性譜、傅里葉變換紅外光譜、熒光光譜、差示掃描量熱法、分析超速離心、排阻色譜以及各種染料結(jié)合鑒別技術(shù)等。這些技術(shù)一個最主要的限制就是只能檢測來自蛋白不同部位某一種總的信號。從這些測定得到的信息只能得到生物藥整個結(jié)構(gòu)的總的平均值。比如對于圓二色性譜測定就只能表明某一種主要的二級結(jié)構(gòu)（α螺旋、b折疊和無規(guī)卷曲）的平均百分比。如果一個含有多個α螺旋結(jié)構(gòu)的蛋白，其中只有一個α螺旋結(jié)構(gòu)和另一蛋白相比發(fā)生了變化，但是即使這一變化相對較大，被另外不變的α螺旋平均以后，圓二色性譜所能測到的變化也可能很小，甚至沒有可以測量出的變化。所以這些經(jīng)典生物物理技術(shù)不能用于檢測生物藥很小的結(jié)構(gòu)變化。而更靈敏的技術(shù)則是氫氘交換質(zhì)譜（HDX-MS)），這也進(jìn)一步顯示質(zhì)譜技術(shù)在比較生物類似藥和原研藥結(jié)構(gòu)方面的重要性。現(xiàn)代生物質(zhì)譜技術(shù)在生物藥領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)遠(yuǎn)不止僅僅只能做蛋白質(zhì)鑒定、分子量測定、氨基酸序列測定，蛋白結(jié)構(gòu)僅僅是其新的多種應(yīng)用的一個方面。

蛋白聚集是蛋白藥生產(chǎn)過程中很頭疼的問題，尤其是對于高濃度的蛋白溶液，很容易引起蛋白聚集。單體蛋白的聚集過程可以是可逆的、也可能是不可逆的，其聚集后的大小可以從二聚體到包含有上萬億個蛋白單體的、肉眼就可看見的顆粒。總的來說，蛋白聚集對于任何蛋白藥都會是問題。蛋白聚集不但會降低蛋白藥的有效劑量，更大的問題是可能會引起毒副作用和免疫反應(yīng)（一般而言，蛋白分子量越大，其免疫原性越強(qiáng)），在有些特別情況下，這些難以預(yù)料的副作用甚至可能是致命的。正由于此，蛋白聚集必須被檢測、定量和表征用以比較生物類似藥和原研藥。如表中所示，表征蛋白聚集的主要分析技術(shù)包括排阻－高效（壓）液相色譜（SEC-HPLC)，凝膠電泳，分析超速離心，光散射法等。由于簡單、易用、廉價、快速、樣品用量少等特點(diǎn)，SEC-HPLC是目前檢測蛋白聚集的最常用方法。當(dāng)然SEC-HPLC也有自己的缺點(diǎn)，如較大的蛋白聚體可能在進(jìn)樣上柱時就被除去，造成假陰性。這也進(jìn)一步說明沒有任何一種十全十美的分析技術(shù)，正是緣于此，美國FDA和ICH（國際人用藥注冊技術(shù)協(xié)調(diào)會議）都建議生物類似藥研發(fā)企業(yè)不但檢測蛋白不同種性質(zhì)，也建議采用多種技術(shù)檢測同一種性質(zhì)，以盡量得到更全面的生物類似藥和原研藥可以比較的多種信息（如理化性質(zhì)、生物活性、免疫化學(xué)性質(zhì)、純度、不純物和污染物等)。

值得一提的是，在生物類似藥有兩個常用且易于混淆的概念：可比性（comparability)和相似性（similarity)。ICH明確定義和限制可比性是指同一家生產(chǎn)商所生產(chǎn)的原研藥（包括批準(zhǔn)上市后階段），在生產(chǎn)工藝變化（如放大）后，兩種工藝所生產(chǎn)的同一產(chǎn)品（當(dāng)然不可能100%相同）的可比性（參見ICH Q5E指導(dǎo)性文件：Comparability of Biotechnological/Biological Products Subject to Changes in their Manufacturing Process，生產(chǎn)過程變化后生物工程/生物產(chǎn)品的可比性)。而相似性則是生物類似藥生產(chǎn)商仿制的生物藥與原研藥生產(chǎn)商制造的參考品相比較而言的。但是，事實(shí)上可比性和相似性這兩個概念在生物類似藥領(lǐng)域經(jīng)常被不加區(qū)分的使用。如果根據(jù)ICH的定義，可比性概念是不可以用于生物類似藥的。事實(shí)上，對于開發(fā)生物類似藥的廠商而言，最大的困難顯然不是上述兩個易混淆的概念，可能一個最大的困難是生物類似藥與原研藥的相似度要多高才足夠高，目前歐盟EMA和美國FDA已經(jīng)出臺的有關(guān)生物類似藥的指導(dǎo)性政策文件都沒有明確的界定，而由于生物藥的復(fù)雜性和其本身的千差萬別，也決定無法有明確的界定。所以歐盟EMA和美國FDA的有關(guān)文件中時常會出現(xiàn)“case by case”（具體問題具體分析）的字眼。

后記：本文系美中藥源和《醫(yī)藥經(jīng)濟(jì)報》聯(lián)合推出的“研發(fā)熱點(diǎn)透視”專欄的第五篇，也是生物類似藥系列的第四篇(未完待續(xù))。題首圖片來源：intertek網(wǎng)站。