于在林,富岩
更优生物创新药
——长效重组人血清白蛋白融合蛋白
于在林,富岩
更优生物药是指治疗用生物制品蛋白质药物,其可通过生物药经化学分子修饰、或蛋白质与小分子药物化合价偶联,形成新的物理结构或改善构象,或通过生物药物与蛋白质、生物药物之间的基因融合以达到延长生物药物在体内半衰期、或达到生物药物可定向作用于药靶为目的所研制的创新生物药。白蛋白与生物药形成的融合蛋白,抗体、抗体片段(Fc)与生物药形成的融合蛋白的研制都属于更优生物药研发领域。生物药基因融合形成二聚体融合蛋白,白蛋白-紫杉醇偶联以及聚乙二醇修饰的生物药则也可归类于更优生物药,但它们不属于药物分子结构的创新,而是属于化学修饰类药物创新。
最为有发展前景之一的应该是白蛋白作为药物输送载体平台技术。主要可分为:由基因工程表达或血源的白蛋白与小分子化学药物偶合形成药物、与低分子量多肽或大分子蛋白质药物化学偶联形成药物、与小分子化合物、具生物活性蛋白质共同封装成纳米颗粒药物,以及更进一步,低分子量多肽和大分子蛋白质功能基因与白蛋白基因融合,形成重组白蛋白融合蛋白更优生物创新药(图 1)[1-3]。为此,本文仅就该白蛋白融合蛋白领域的进展进行简要综述(其他类别的更优生物创新药,例如 Fc 融合蛋白、化学修饰生物类似药则不在本文赘述)。
人血清白蛋白在人体血液中为最大单一组分蛋白质,血液中的含量约为 50 g/L,占血浆总蛋白的 40% ~ 60%,半衰期长达 20 d。白蛋白以其稳定的惰性在人体血液中起着不可替代的血容量平衡、输送维持生命物质在血液中运转的载体功能外,近年来又在临床治疗药物研发中扮演着越来越重要的角色。
依据白蛋白可在固体肿瘤中形成积累的基本原理,形成以白蛋白作为基础的肿瘤靶向系统药物递送载体。临床上,甲氨蝶呤-白蛋白共价结合药物,白蛋白与多柔比星前体药物,即阿霉素衍生物的偶联药物,以及白蛋白-紫杉醇纳米颗粒已完成了临床评价,被批准用于治疗转移性乳腺癌,年销售额可达 10 亿美元以上[3];将一种治疗性多肽或蛋白质与白蛋白偶联或以物理性吸附与白蛋白结合,可提高治疗性多肽和蛋白质的稳定性和大大延长药物的半衰期;利用白蛋白作为注射用难溶性化学药物的载体也获得重视和研究[4],已被应用于镇痛、降血糖、抗肿瘤、抗病毒活性药物的研发。诺和诺德公司的胰岛素十四酸衍生物偶联到白蛋白多肽上的脂肪酸结合位点,形成的新药 Levemir 已被批准用于糖尿病的治疗,并且成为治疗小儿糖尿病的特效药物。
鉴于白蛋白是所有血液蛋白质中半衰期最长,具有非糖基化、稳定性高的蛋白质特征,开展与低分子量多肽和大分子蛋白质基因融合,使得白蛋白作为崭新的药物长效化载体给药系统的研究就非常具有理论上的可行性和实际的药物经济学价值。白蛋白融合蛋白由欧洲科学家率先报道,白蛋白-CD4 蛋白质基因融合后在酵母菌中表达,用于 HIV 的抑制和治疗[5]。2008 年石屹峰和边蕾[6],2015 年 Rogers等[7]分别以人血清白蛋白为载体的长效蛋白质药物研究进展为题做出过综述。本文就重组人血清白蛋白融合蛋白的研究内容、研究方向、发展历程、融合蛋白成药性等做出进一步的论述。
2000 年底美国人类基因组科学公司(HGS)以 1.2 亿美元通过并购 Principa 公司获得了长效化白蛋白融合蛋白药物开发的权利。HGS 此后陆续提交了数十个相关的专利申请[8]。由此,长效化研发进入实际的创新药物研究新阶段。1994 年,作者在美国费城天普大学和汤姆斯杰弗逊大学医学院主持蛋白质表达实验室工作时独立启动了白蛋白融合蛋白用于表达人类基因产物的研究,随后获得美国汤姆斯杰弗逊大学专利技术实施授权书,独立持有白蛋白融合蛋白相关发明和提交专利申请权和专利实施权利的所有权,并创办美国福源集团,作为发明人独立开展“no-linker 白蛋白融合蛋白药物长效化技术平台”建设并形成完整的系列发明专利申请[9-19],启动了一系列白蛋白融合蛋白长效化创新药的原创原研工作。
HGS 在 2004 年将具有长效作用的重组人血清白蛋白与 2 个串联的修饰了第 8 位氨基酸的 GLP-1(glucagon like peptide-1,Ala8Gly)类似肽形成的胰高糖素类肽-12-白蛋白融合蛋白(阿必鲁肽)药物权利以 4.5 亿美元许可给GSK 制药集团。2013 年 1 月,阿必鲁肽完成了 2 型糖尿病患者为受试者的 III 期临床试验研究,并于 2014 年3 月和 4 月分别获得欧洲和美国 FDA 的市场销售许可,成为世界上第一个获得上市销售许可的白蛋白融合蛋白创新药。其冻干粉针剂,独特的一次性包装又赋予该新药以创新制剂剂型,适于需要终身用药的 2 型糖尿病患者自我注射给药。每周 1 针的长效性,较市场上的畅销药利拉鲁肽每天 1 针具有更为显著的优势,成为真正的更优生物创新药的代表。
HGS 公司自接手 Principa 公司的白蛋白融合蛋白技术后继续支持和开展白蛋白-干扰素 α2b 融合蛋白在丙型肝炎患者的临床试验研究。2006 年 6 月完成具长效性重组人血清白蛋白/干扰素 α2b 融合蛋白(rHSA/IFNα2b)的慢性病毒性丙型肝炎适应证 II 期临床试验研究并以 5.07 亿美元许可给诺华制药集团。诺华在开展 rHSA/IFNα2b 的III 期临床试验期间将启动方案的给药剂量由 1200 μg 降低为 900 μg,并于 2010 年顺利完成 III 期临床试验,成功达到该适应证临床试验评价的所有主要和次要终点。诺华向 EMA 和 FDA 分别提交市场准入申请,同年 3 月诺华制药集团负责专利实施许可律师向天津溥瀛生物技术有限公司发出希望获得中国发明专利(公开号:CN1583795A,即中国发明专利号:ZL200410042814.8)的全球专利实施许可的律师函。
2005 年 12 月杭州九源基因工程有限公司与军事医学科学院合作获得中国药监局的《药物临床试验批件》,批准直接开展“重组人血清白蛋白-干扰素 α2b 融合蛋白注射液”的 I 期和 II 期临床试验。在该融合蛋白的分子结构中,白蛋白与干扰素 α2b 两个蛋白质之间额外设有 1 个连接肽。2006 年 3 月 – 2008 年 9 月完成了在健康人作为受试者的单次和多次给药的 I 期临床试验研究,随后开展和完成了慢性病毒性乙型肝炎适应证的 II 期临床试验研究工作。
图 1 重组人血清白蛋白融合蛋白技术平台用于研发更优生物创新药的优势及特点
Novozyme 公司在 2008 年将白蛋白技术特别许可给美国 CSL Behring 公司,开展白蛋白与各种凝血因子形成的一系列融合蛋白药物的研究。CSL Behring 公司在 2016年 2 月成功完成注射用重组人血清白蛋白/凝血因子-IX融合蛋白在 91 例血友病 B 患者(先天缺乏凝血因子-IX)作为受试者的临床试验后,随即获得美国 FDA 批准该创新药的上市销售。为需终身用药的血友病 B 儿童和成人患者预防或控制出血和减低出血发作的频数提供了每周给药1 次就可获得更好疗效的药物(现有药物需要每天给药)。该新药成为另一个更优生物创新药的成功案例。
HGS 公司在 2008 年 1 月 22 日将拥有长效重组人血清白蛋白/粒细胞刺激因子融合蛋白(rHSA/GCSF)的分拆公司 Cogenesys 公司整体作价 4 亿美元卖给了 Teva制药集团。2013 年顺利完成临床试验 III 期研究,向欧洲EMA 和美国 FDA 分别提交了市场准入申请。2013 年5 月美国福源集团在中国的子公司天津溥瀛生物技术有限公司和北京美福源生物医药科技有限公司与美国发明专利US7,422,833 的发明人于在林和富岩共同达成数千万人民币的“非独家”专利实施许可授权。协议约定许可 Teva 在美国及其属地生产销售创新药 rHSA/GCSF,但不得进入中国;同时不影响专利人在中国独立原创原研的“注射用重组人血清白蛋白/粒细胞刺激因子融合蛋白”创新药 2 年后进入美国开展临床试验和生产销售的权利。
天津溥瀛生物技术有限公司在 2009 年 10 月向国家药监局提交了“注射用重组人血清白蛋白/粒细胞刺激因子融合蛋白”的治疗用生物制品国家 1 类创新药的临床试验注册申请。2011 年10 月获得《药物临床试验批件》;2010年又提交了“注射用重组人血清白蛋白/干扰素 α2a 融合蛋白”的临床试验注册申请;2012 年获得《药物临床试验许可批件》;2012 年又通过北京美福源生物医药科技有限公司提交了“注射用重组人血清白蛋白/干扰素 α2b 融合蛋白”的临床试验注册申请,2015 年 9 月获得《药物临床试验批件》。2016 年 7 月天津溥瀛生物技术有限公司提交了“注射用重组人血清白蛋白/促红素融合蛋白”治疗用生物制品国家 1 类创新药的临床注册申请,获得受理通知书。美国福源集团将白蛋白融合蛋白在中国的创新药研发业务完整转移给中美福源生物技术(北京)有限公司。天津福盈生物制药有限公司在天津计划投资 2 亿元,启动了“注射用重组人血清白蛋白/粒细胞刺激因子融合蛋白”的 GMP生产基地一期建设。2015 年天津溥瀛生物技术有限公司获得天津市科委认定成立了中国第一个“天津市长效重组融合蛋白企业重点实验室”,专业从事重组人血清白蛋白融合蛋白创新药原创原研工作。
HGS 公司在 2014 年以 160 亿美元价格整体从纳斯达克退市,由 GSK 制药集团私有化。糖尿病药物重组人血清白蛋白/GLP-1 融合蛋白的后续市场分成和 HGS 其他创新药品种(非白蛋白融合蛋白)权利一并转移给 GSK 所有。由此看来 HGS 公司和美国福源集团分别与相关药企药物品种合作和企业间并购重组,都使得白蛋白融合蛋白创新药研发和产业化有了做大做强的可能,也成为更优生物创新药研发和产业化发展的趋势。
图 2 GSK 公司上市销售的 Tanzeum 一次性皮下给药注射用冻干粉针剂产品包装示意图
2.1 注射用重组人血清白蛋白/胰高糖素类肽-1 融合蛋白
当人体血液中的糖含量维持高水平而不能被正常代谢的现象,称为高血糖症,是 2 型糖尿病患者的典型症状。全球有至少 2 亿名 2 型糖尿病患者。为控制高血糖,患者需要终身用药。GLP-1 由胰高血糖素原基因表达,在胰岛α 细胞中,胰高血糖素原基因的主要表达产物是胰高血糖素肽。而在肠黏膜的 L 细胞中,前激素转换酶(PC1)将胰高血糖素原剪切为其羧基端的肽链序列,即 GLP-1。GLP-1有两种生物活性形式,分别为 GLP-1(7-37)和 GLP-1(7-36),两者仅有一个氨基酸序列不同,GLP-1 约 80% 的生物活性来自 GLP-1(7-36)。GLP-1 具有葡萄糖浓度依赖性降糖作用,即只有在血糖水平升高的情况下,GLP-1 才发挥降糖作用,而在血糖水平正常时,则不会使其进一步降低。GLP-1 的这种葡萄糖浓度依赖性降糖特性是其临床应用安全性的基础与保障,从而免除了人们对现有糖尿病治疗药物及方案可能造成患者严重低血糖的担心。多种 GLP-1 相关蛋白质药物的开发受到极大重视。
白蛋白与 GLP-1 融合蛋白是 HGS 公司开展的一系列长效重组人血清白蛋白融合蛋白中的一个。其药物分子结构是将 GLP-1 的第 8 位氨基酸突变(8Gly)后串联,直接融合在人血清白蛋白成熟肽的 N-端。在 S.cerevisiae 酵母菌中表达分泌,经分离纯化得到阿必鲁肽。在 2012 年4 月 3 日,GSK 公司公开阿必鲁肽于 2 型糖尿病患者中进行的 52 周 8 项 III 期临床试验结果。此 8 项临床试验结果系以餐前用药的长效胰岛素、每天 1 针的利拉鲁肽等作为对照用药,实现了非劣性的临床终点。2014 年 3 月和4 月注射用重组人血清白蛋白/胰高糖素类肽-1 融合蛋白(商品名:Tanzeum)分别获得 EMA 和 FDA 的批准,可在欧洲和美国上市销售。阿必鲁肽是一种 GLP-1 受体激动剂,临床上适用 2 型糖尿病成年患者血糖控制。这是世界上第一个被批准的白蛋白融合蛋白长效化蛋白质创新药物,剂型为冻干粉针剂,规格有 30 和 50 mg/支,均为冻干粉和注射用水分别装填成型在 1 个一次性注射器上(图 2),设计新颖,十分便于患者自己给药。而每周 1 针又大大优于现有市场销售中的每天 1 针的利拉鲁肽,成为真正意义的更优创新生物药典范。
鉴于人源(内源性)的 GLP-1 多肽在人体的半衰期极为短暂(1.5 ~ 2 min),市场上已经成药的 GLP-1都是经过氨基酸变异为类似肽。通过氨基酸改构可延长 GLP-1 在体内的降糖功能,其中,利拉鲁肽通过改构,半衰期可达 13 h。国内数个大学和研究所都投入精力开展了白蛋白和 GLP-1融合蛋白的研究[24-28]。江苏泰康生物医药科技有限公司2013 年 8 月提交 rGLP-1/HSA 融合蛋白临床试验申报;中美福源生物技术(北京)股份有限公司正在开展重组人血清白蛋白/胰高糖素类肽融合蛋白的临床前研究工作,子公司北京美福源生物医药科技有限公司提交了“具持续控制血糖浓度功能的重组人血清白蛋白/胰高糖素类肽融合蛋白”[29]发明专利申请,描述了 3 种不同结构的白蛋白/胰高糖素类肽融合蛋白(图 3),分别是 r(GLP-1)2/HSA、rHSA/(GLP-1)2和 (GLP-1)2/HSA/(GLP-1)2。在人血清白蛋白成熟肽的 N 端和 C 端分别各有 1 个串联的 GLP-1(7-36,Ala8Gly)类肽,该蛋白质结构显示出比阿必鲁肽(每周给药 1 次,剂量为 30 ~ 50 mg/针)具有更优的血液半衰期(2 周给药 1 次)或者每周 1 次但可使用更低的剂量(15 ~ 25 mg/针)。
几乎所有 GLP-1 类似物药物还都具有抑制体重和减肥的功效。接受 GLP-1 类似物治疗组与阳性对照药胰岛素、胰岛素类似物药物相比,体重一般减轻 20% 左右,这也是胰高糖素类肽药物的一大亮点。因此,重组人血清白蛋白/胰高糖素类肽融合蛋白每 2 周给药 1 次将具有极为显著的临床优势,成为更优生物创新药的代表。
2.2 重组人血清白蛋白/凝血因子-IX 融合蛋白
美国 CSL Behring 公司专业从事血液相关因子药物的研发和生产销售。在获得 Novozyme 的血液因子相关的白蛋白融合技术许可后,针对多种凝血因子开展重组人血清白蛋白/凝血因子 VIIa 融合蛋白、凝血因子-VIII 融合蛋白以及白蛋白/凝血因子-IX 融合蛋白长效化的研究[30]。商品名Idelvion 则是该公司在世界上第一个被批准的凝血因子类的注射用重组人血清白蛋白/凝血因子-IX 融合蛋白产品,这也是世界上首个使用 CHO 细胞表达系统生产和制备并上市销售的创新药。适用于患有血友病 B 的儿童和成年人(先天性凝血因子-IX 缺乏):①出血发作的按需控制和预防;②出血的围手术处理;③常规预防或减少出血发作的频数。Idelvion 不适用那些有免疫耐受性诱导型的血友病B 患者。给药方法为冻干粉复溶后经静脉给药。CSL 公司正在开展其他数个凝血因子的白蛋白融合蛋白长效化创新药研发。预计还将有血友病 A 治疗和预防用药白蛋白-凝血因子-VIII 融合蛋白创新药也将陆续完成临床试验进入市场准入申报阶段。
在国内也已经有数家制药企业投入到血液因子的长效药研发中。中美福源生物技术(北京)股份有限公司子公司天津溥瀛生物技术有限公司利用自有知识产权和白蛋白融合蛋白专利技术平台,已经启动了包括注射用重组人血清白蛋白/凝血因子-VIII 融合蛋白和注射用重组人血清白蛋白/凝血因子-IX 融合蛋白创新药在内的临床前研究。
2.3 重组人血清白蛋白/粒细胞刺激因子融合蛋白
重组粒细胞刺激因子 2010 年的全球销售额大于 50 亿美元,美国市场产品主要是 Amgen 公司的 Neupogen®和Neulasta®,以及 Schering AG 的 Leukine®。由 HGS 公司启动注射用重组人血清白蛋白/粒细胞刺激因子融合蛋白(rHSA/GCSF)的临床前研究,发表了在鼠和猕猴中的药效学和药代动力学研究[31]。2007 年 1 月 HGS 的分拆公司 CoGenesys(仅拥有 rHSA/GCSF 融合蛋白单一在研新药)在欧洲启动了命名为 Neugranin 的注射用重组人血清白蛋白/粒细胞刺激因子融合蛋白的 I-IIa 期临床试验。随即对入组的 60 例乳腺癌患者开展多中心双盲的安全性和清除速率研究。2008 年 Teva Pharmaceutic(在 HGS 被 GSK私有化之前),以 4 亿美元收购了 CoGenesys 公司后,又将 Neugranin 继续带入和成功完成临床 II 期和 III 期试验,获得与阳性对照药 Neulasta(PEG 化 G-CSF)几乎完全相同的临床试验疗效[32-34],并且适用于儿童。
Teva 公司于 2013 年分别向欧洲和美国申请市场准入许可,商品名 Balugrastim。2014 年 Volovat 等[35]公布了 III期临床试验研究结果,获得非劣于 PEG-G-CSF 阳性对照药的临床疗效和安全性。Pfeil 等[36]于 2015 年详细比较了白蛋白融合蛋白 G-CSF 和 PEG 化 G-CSF 在临床上的有效性和安全性。
图 3 更优生物创新药胰高糖素类肽药物分子结构[29][A:人血清白蛋白(HSA);B:阿必鲁肽,串联的 (GLP-1)2处于 HSA的 N 端;C:新药物分子结构,串联的 (GLP-1)2处于 HSA 的 C 末端;D:新的药物分子结构在 HSA 成熟肽的 N 端和 C 端都各有 1 个串联的 (GLP-1)2]
美国福源集团的白蛋白融合蛋白技术在 2002 年完成重组人血清白蛋白/粒细胞刺激因子融合蛋白表达酵母工程菌基因构建,在中国的全资公司陆续开展成药性研究、药学研究和临床前动物实验研究[37-38]。2009 年天津溥瀛生物技术有限公司申报原创原研的新药“注射用重组人血清白蛋白/粒细胞刺激因子融合蛋白”注册申请。2011 年获得CFDA 批准开展 I ~ II 期临床试验的许可批件。目前正在II 期临床试验阶段。
江苏泰康生物医药有限公司将人血清白蛋白与突变了1 个氨基酸后的人 G-CSF 形成了融合蛋白。2014 年 12 月完成了 50、150、300、400、500、600 μg/kg 供试药剂量组(即相当于 60 kg 体重给药剂量 3、9、18、24、30、36 mg)单次给药的 I 期临床试验。
2.4 重组人血清白蛋白/干扰素 α 融合蛋白
由 HGS 公司率先启动的注射用重组人血清白蛋白/干扰素-α2b 融合蛋白(rHSA/IFNα2a 和 rHSA/IFNα2b)治疗慢性病毒性丙型肝炎适应证的临床试验,2002 年以 5.07 亿美元许可给诺华制药集团。2010 年成功完成了针对丙型肝炎患者的 III 期临床试验,900 μg 剂量组每 2 周给药1 次,所有指标均优于每周给药 1 次的阳性对照药美国罗氏制药集团的派罗欣(Pegasys,PEG 化干扰素 α2a)[39-40]。Subramanian 等[40]2007 在 Nature Biotechology 上撰文以图 4 展示了白蛋白融合蛋白优势。2010 年申报市场准入后,欧洲和美国均针对该临床 III 期方案和剂量安全性的问题提出疑问,要求补充资料说明。这源于在开展 III 临床试验方案中是供试药以 1200 μg 每 2 周给药 1 次和阳性对照药派罗欣每周给药 1 次进行比较,在入组 1/3 的受试者后供试药出现 1 例 SAE(严重不良事件);随后研究者为了满足安全性的要求,将给药剂量降低到 900 μg 剂量,完成了 III 期临床试验,获得了 900 μg 剂量 2 周给药 1 次非劣于阳性对照药的结果。但对比 II 期临床试验中的900 μg 与 600 μg 剂量组在 2 周给药 1 次与阳性对照药派罗欣的 1 周给药 1 次,在药效和安全性指标无显著差异。那么因为安全性而将给药剂量从 1200 μg下降到 900 μg,是否 600 μg 的给药剂量在满足疗效的前提下,安全性会更优于 900 μg剂量?理论上这时应再有一个 600 μg 剂量的受试者样本放大的临床试验(III 期),补充试验比较其与900 μg 剂量的有效性和安全性。此时,美国吉利德公司的丙肝口服片剂小分子新药 Silvefa 已经接近完成 III 期临床试验,公开的数据显示了其具成药性,并且其是丙肝可治愈新药。诺华制药集团如果重新启动新的临床试验,预计需要 2 年完成,在时间上,也正是吉利德丙肝新药上市之时。这样在丙肝适应证的治疗疗效上,就不具有可比优势,为此不得不放弃提交补充资料,放弃争取上市销售的机会。
需要指出的是,2010 年 4 月诺华制药集团给天津溥瀛生物技术有限公司发出了律师函请求获得其拥有的中国发明专利(公开号:CN1583795A)的实施许可授权。其后由于诺华放弃长效重组人血清白蛋白/干扰素 α2b 融合蛋白上市申请后,双方停止了在丙肝适应证上的专利实施许可授权谈判。但双方表达了希望今后能继续寻求在慢性病毒性乙型肝炎这个适应证上的合作。其依据是作为重大感染性疾病,慢性病毒性乙型肝炎(DNA 病毒)在中国的发生率和需要药物治疗的患者数量几近上亿,是个重大人类疾病适应证而决定的。
杭州九源生物工程有限公司在 2004 年申报了“重组人血清白蛋白-干扰素 α2b 融合蛋白注射液”的临床试验注册,申报的临床适应证是慢性病毒性乙型肝炎。2005 年获得药物临床试验 I-II 期批件。2005 年底进入临床试验,并由徐道振和谢尧教授主持开展和完成了临床 I 期和II 期研究,但未能获得临床 III 期许可。
作者带领的团队在世界上率先开展了“注射用重组人血清白蛋白/干扰素 α2a 融合蛋白”的临床前研究[11,13,41-42],2012 年获得临床试验许可批件。现在已经完成“在健康志愿者中单次给药、剂量递增的耐受性、药代动力学和药效学临床试验”的 Ia 期临床研究和“评价注射用重组人血清白蛋白/干扰素 α2a 融合蛋白多剂量的单次和多次给药在慢性乙型肝炎患者中的耐受性、药代动力学和药效学的单中心、随机、阳性对照的 Ib 期临床试验”。2015 年“注射用重组人血清白蛋白/干扰素 α2b 融合蛋白”也获得CFDA 批准进入临床试验阶段,现结束了临床 Ia 期健康人为受试者的研究阶段,正开展乙型肝炎患者的单次和多次给药在慢性乙型肝炎患者中的耐受性、药代动力学和药效学的单中心、随机、阳性对照的 Ib 期临床试验。临床试验中的对照药采用的是美国罗氏公司的派罗欣。
齐鲁制药有限公司和中国军事医学科学院 2014 年获得药物临床试验批件,共同开展了重组人血清白蛋白-干扰素 α2a 融合蛋白注射液单次给药、剂量递增的耐受性、药动学和药效学 Ia 期临床试验。
2.5 注射用重组人血清白蛋白/促红素融合蛋白
于在林 2002 年提交了重组人血清白蛋白/促红素融合蛋白(rHSA/EPO)的创新分子结构及用途的美国发明专利申请[9],其后又在中国提交了发明专利申请[10]。中国发明专利在 2006 年获得授权,美国发明专利申请则于 2008 年获得授权[12]。利用 CHO 细胞表达和制备“不设有连接肽”的重组人血清白蛋白/促红素融合蛋白,经过 10 余年的研究,2016 年 7 月完成了详尽的临床前药学研究[43]和动物药效学、药理学、毒理学的药效学和安全评价研究[44],提交了创新药临床注册申请,获得了 CFDA 新药注册申报受理通知书。国内和韩国的科学家也在文献中公开报道构建重组人血清白蛋白-促红素融合蛋白的研究结果,但他们都是在人血清白蛋白与促红素蛋白质之间设有一个长度不等的氨基酸连接肽,构成白蛋白-促红素融合蛋白[45-47]。本文作者的研究表明设有这个连接肽是没有必要的,在临床上很可能会带来较为潜在的免疫原性反应,但却回避了作者在先公开的 no-linker 白蛋白-促红素融合蛋白的发明专利。
2.6 正在临床前研究阶段的几个具有成药性的注射用重组人血清白蛋白融合蛋白
2.6.1 重组人血清白蛋白/生长激素融合蛋白 美国 HGS公司 2002 年报道了在大鼠和猴中开展的重组人血清白蛋白/生长激素融合蛋白(albutropin,rHSA/GH)药代动力学和药效学研究。与重组人生长激素相比,albutropin 皮下注射给药大鼠后,血浆半衰期增加了 4 倍;清除率降低了2 倍。皮下注射给药猴(0.3 mg/kg),则在血浆半衰期延长6 倍,血液清除率下降了 8 倍。单次皮下注射给药albutropin(0.3、1.5、4 mg/kg)后,增加血液中的胰岛素生长因子(IGF-1)水平长达 7 d。连续 7 d 每天给药 rhGH(0.3 mg/kg)与单次给药 albutropin(4 mg/kg)诱导增加的IGF-1 水平相当。Albutropin 以 1 ~ 20 μg/(kg·d),隔天或每4 天给药一次都能与相当分子摩尔剂量的 rhGH 相同,可显著增加大鼠体重和增加切除垂体的大鼠胫骨骨骺生长板的宽度[48]。天津溥瀛生物技术有限公司与中美福源生物技术(北京)股份有限公司的重组人血清白蛋白/生长激素融合蛋白已经进入临床前研究阶段。国内其他研究者也获得了相近的研究结果[49-50]。
2.6.2 重组人血清白蛋白/白介素-11 融合蛋白 作者研究发明的人血清白蛋白和白介素-11(rHSA/IL-11)两个蛋白质之间不设有连接肽的融合蛋白分子结构获得了中国和美国发明专利授权[10,16],目前正在临床前试验阶段。江南大学也开展了重组人血清白蛋白/白介素-11 融合蛋白的研究[51]。
2.6.3 重组人血清白蛋白/尿酸氧化酶融合蛋白 作者正在开展临床前研究工作的重组人血清白蛋白/尿酸氧化酶融合蛋白(rHSA/UO)中的尿酸氧化酶为来自酵母菌的尿酸氧化酶基因和修饰后的人源尿酸氧化酶。初步的临床前研究工作显示来自酵母菌的尿酸氧化酶生物活性要显著高于人源尿酸氧化酶。由此,进入临床前动物实验安全性评价工作,较大可能是使用来自酵母菌的尿酸氧化酶。
2.6.4 重组人血清白蛋白/白介素-2 融合蛋白 作者研究发明的人血清白蛋白和白介素-2(rHSA/IL-2)两个蛋白质之间不设有连接肽的融合蛋白分子结构获得了中国和美国发明专利授权[10]。在人血清白蛋白和白介素-2 中间设有连接肽的重组融合蛋白则由军科院提交了中国发明专利申请和获得授权[52]。金光泽等[53]将人血清白蛋白与人白介素-2基因 DNA 序列给予突变后(C125A;半胱氨酸 125 丙氨酸)直接连接,之间不设有连接肽,获得在毕赤酵母中较好的表达量和融合蛋白具有典型的 IL-42 生物活性。
2.7 重组人血清白蛋白/皮肤生长因子融合蛋白外用药和滴眼液的研究
作者首先公开了重组人血清白蛋白融合蛋白作为药物的外用给药的可能性研究工作,试验验证了含有人血清白蛋白(HSA)与多种不同的人皮肤细胞生长因子,如表皮生长因子(EGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)、角质细胞生长因(KGF)、血小板衍生因子(PDGF)、类胰岛素生长因子(IGF)等,形成的融合蛋白所构成的各种护肤品,具有比仅含有细胞生长因子单体、或仅含有人血清白蛋白的护肤品有更好的使用效果。融合后的细胞因子在体内和体外具有更长的半衰期和更好的持续作用效果。当复合使用由 HSA 和不同生长因子形成的融合蛋白(HSA/GF)组合构成的护肤品,可具有同时刺激多种皮肤细胞的修复和具协同增效作用。这种新型的护肤品广泛应用在保健、美容、除皱、祛斑、增白和创伤或烧伤的治疗[15,54-61]。
世界上第一个在植物(烟草)中获得高效表达的重组人血清白蛋白融合蛋白是重组人血清白蛋白/表皮生长因子融合蛋白(rHSA/EGF),由韩国科学家在 2006 年通过美国发明专利申请公开[62]。
2.8 重组人血清白蛋白融合蛋白口服制剂的研究
口服给药因给药方便而依从度高,成为一种最理想的给药方式。但是蛋白质药物经口服给药的生物利用度不高。本文作者开展了寻找适宜于重组人血清白蛋白融合蛋白的口服制剂配方的拓展性研究,达到更方便使用,成本低廉的制剂形式,获得有益的改善人体健康状态形成新的保健产品和具有临床疗效的新药物制剂[63]。特别是不以临床上治疗所要求的“要严格确认进入血液系统的药物剂量”的情况下,口服融合蛋白可以达到改善身体状态,微调身体机能的目的。口服制剂配方中重组人血清白蛋白融合蛋白含量可为1% ~ 5%。制剂产品形式可以是口腔含片,置于舌下溶解和吸收;也可以人工或机械方式灌注肠溶胶囊中,经口服进入食道、胃最终进入小肠中溶解、释放和吸收。初步的实验证明重组人血清白蛋白融合蛋白(分子量大于 70 kD)这种大分子蛋白质能经由特定的制剂,如同小分子代表多肽一样,通过口服进入体内血液循环系统,显示出相应的生物活性功能。口服制剂经口服给予(药)动物后,在血液中均可检测到功能性蛋白质分子的存在,确认融合蛋白进入血液中。这个技术可用于 rHSA/GH 和 rHSA/EPO 的口服给药,可分别达到促生长,治疗矮小症以及改善和治疗贫血症的目的。
我们以简要的列表方式展示国内外正在开展研究的部分重组白蛋白融合蛋白研究,功能性蛋白质可分为有临床药物研究方向或具有生物学功能的白蛋白融合蛋白、功能性蛋白质也可以是人源或动物源的重组白蛋白融合蛋白。这些融合蛋白使用的表达系统有酵母菌、CHO 细胞、细菌或植物。表 1 中列出了相关文献来源。据作者不完全统计,约有 60 多个治疗用重组蛋白质药物或者功能性蛋白质与人血清白蛋白形成的融合蛋白分别获得表达,部分已经进入成药性研究阶段。
重组人血清白蛋白融合蛋白在过去的 10 年里研发进展较快,现在世界上已经有 2 个进入生产和市场销售阶段,作者预计在随后的 10 年应该有 6 ~ 10 个重组人血清白蛋白融合蛋白创新药进入市场销售。在中国研发成本相对较低,大约是美国同类创新药研发成本的 1/25,临床受药患者数量为全球单一市场人数最多,生物类似药市场成功率较高,值得研发机构的资金投入。当随着重组人血清白蛋白融合蛋白创新药更多成功进入临床试验阶段、进入生产销售阶段,会有更多白蛋白融合蛋白进入制药企业的研发线。
随着创新药审批提速、上市许可人制度等重要政策陆续落地,大大缩短药企创新药上市时间,为企业赢得更多利润;鼓励科学家创新,尤其是高校、科研院所的创新成果能够转化为实际的经济效益,将极大促进对创新药的研发热情。创新药的定义是指国内外没有上市销售、药物分子结构为原创,药物质量控制技术和标准为世界原研、临床上具有更优于现有同类药物的新药,当然生产成本更低也是属于创新药研发的范畴。长效白蛋白融合蛋白创新药都满足了这些条件和要求,特别是长效创新药使给药频次大大降低、依从度更高、治疗效果更优、医疗费用更低、生产成本更廉,研发成功率更高,而必然成为更受药企和社会医保系统欢迎的“绿色药物”。
志谢 尹娅凤硕士、常宗平博士在本文的文献整理工作上曾给予帮助,在此表示诚挚的感谢。
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2017-03-17