治疗药物浓度监测在免疫检查点抑制剂应用中的研究进展*

施丽红，肖洪涛

610041 成都，四川省肿瘤医院·研究所，四川省癌症防治中心，电子科技大学医学院 临床药学部

1 免疫检查点抑制剂的应用现状与挑战

肿瘤免疫疗法为晚期肿瘤患者的治疗带来了福音，尤其免疫检查点抑制剂(immune checkpoint inhibitors,ICIs)的问世为肿瘤治疗打开了新纪元。程序性细胞死亡蛋白-1(programmed cell death protein-1,PD-1)抑制剂、PD-1配体(programmed cell death protein Ligand-1,PD-L1)抑制剂和细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4(cytotoxic T lymphocyte-associated protein 4,CTLA-4)抑制剂为目前广泛使用的3类ICIs。2011年，首个CTLA-4抑制剂ipilimumab被批准用于不可切除的或转移性的黑色素瘤，目前已有多个ICIs经美国食品药品管理局(Food and Drug Administration,FDA)、欧洲药品管理局和国家药品管理局批准用于不同类型的肿瘤，其中，在中国上市的药物有8个。ICIs与化疗药物联用或单药维持治疗，使得部分患者取得显著的临床获益。

尽管ICIs能够延长多种肿瘤患者的生存期，但是ICIs的临床应用仍然面临着巨大的挑战：1)25% ～ 30%的ICIs使用者会发生免疫相关不良反应(immune-related adverse events,irAEs)，其中3～4级不良反应的发生率为6%～10%，甚至有0.3%～1.3%的使用者会出现致命性的irAEs[1-2]；2)ICIs治疗的总体有效率低，仅在少数癌症中产生实际的持续疗效，5年生存率最多达到30%～40%，更有10%的患者会发生超进展[3-4]；3)ICIs的给药以固定剂量为主，且进口ICIs的给药剂量是基于外国人群数据得出，该剂量是否适用于中国人群仍需进一步一研究；4)ICIs当前的给药策略是大于实际需求量，从药物经济学角度非最佳，ICIs的给药剂量具有很大的优化空间[5-6]；5)ICIs的价格昂贵，治疗成本高。随着ICIs高质量临床研究的开展，不断有新的药物和新的适应症获批，ICIs的临床应用日趋广泛。因此，筛选ICIs的优势人群，规避无效人群的过度用药，减少不良反应的发生，最终改善患者生活质量，延长患者生存，是ICIs实现精准治疗的关键。

2 免疫检查点抑制的治疗药物浓度监测

治疗药物浓度监测(therapeutic drug monitoring,TDM)在精准医疗中发挥重要作用。TDM是促进个体化药物治疗的重要手段之一，主要用于治疗窗窄、有明确量效关系、具有较大个体间差异、呈现非线性代谢的药物。TDM的核心是根据个体的药代动力学(pharmacokinetics,PK)特征而调整给药剂量，使得患者体内药物暴露快速达到有效水平，并减少药物不良反应[7]。TDM已经常规用于一些小分子药物，如抗菌药物、抗癫痫药物、免疫抑制剂和部分抗肿瘤药物。已有共识推荐对抗肿瘤单克隆抗体(monoclonal antibodies,mAbs)进行TDM以促进肿瘤患者个体化治疗[8-9]。TDM在ICIs精准治疗中的应用价值正在探索中。

2.1 ICIs的代谢特点

ICIs的PK参数存在较大的个体间变异[10]。从清除率(clearance,CL)的变异来看，avelumab的变异系数(variable coefficient,CV)为25%，度伐利尤单抗和阿替利珠单抗的CV是30%，而纳武利尤单抗和帕博利珠单抗的CV则高达35%[11]。当前使用的ICIs均为静脉制剂，生物利用度为100%。ICIs主要分布于血管腔内，分布容积有限(大约4～7 L)。因此，影响ICIs体内PK变异的主要因素存在于消除途径。

mAbs主要的消除机制是非特异性的胞饮作用或受体介导的内吞作用进行细胞摄取，然后进行蛋白降解。有2种不同的分解代谢途径：1)新生儿Fc受体保护消除，由抗体的Fc区域与Fc受体非特异性相互作用后发生，是治疗性mAbs和内源性免疫球蛋白G常见的消除途径[12]；2)靶点介导的消除(target-mediated drug disposition,TMDD)，由抗体Fab区与其抗原靶点之间的特异性相互作用产生。TMDD取决于细胞表面抗原的表达水平，而靶蛋白的数量有限，会出现饱和现象，导致mAbs的非线性PK特征，CL随着给药剂量增加而降低[13]。TMDD是引起mAbs PK变异的重要原因之一。尚未发现任何的PK相互作用和药物遗传学因素参与ICIs的个体间变异[11]。

2.2 ICIs的量效关系

明确的量效关系是临床开展TDM的前提之一。ICIs的量效关系复杂，而且已有的关于ICIs量效关系的研究结论不一[10,14-15]。PK和药效学(pharmacodynamics,PD)研究是研发ICIs的核心。临床试验的给药剂量以及后期新治疗策略的给药剂量选择均是基于剂量爬坡试验的最大耐受剂量(maximum tolerated dose,MTD)。与传统化疗药物不同，ICIs更多依赖的是PK和PK/PD模型。ICIs在Ⅰ期临床试验中没有推荐的MTD，且剂量爬坡试验因为没有达到MTD而中断。

2.2.1 CTLA-4抑制剂 Ipilimumab是目前唯一明确的具有剂量依赖性PD特性的ICI，剂量越大，疗效越好，不良反应越严重[15-16]。一项基于黑色素瘤患者的Ⅱ期临床试验显示：与0.3 mg/kg和3 mg/kg剂量相比，10 mg/kg时ipilimumab的疗效更优，但不良反应也更严重[16]。在一项为期5年的随访研究中，727名Ⅲ/Ⅳ期黑色素瘤患者按照1∶1分配到ipilimumab 10 mg/kg组和3 mg/kg组，结果显示10 mg/kg组的5年生存率显著高于3 mg/kg组[25% (95%CI: 21～29)vs19% (95%CI: 15～23)]，不良反应的发生率也更高(79%vs64%)[17]。尽管已有的研究表明ipilimumab的稳态最小浓度能够预测疗效和不良反应，但是目前仍未确定能够使患者获益最大且能耐受的最佳药物浓度范围。

2.2.2 PD-1/PD-L1抑制剂 与CTLA-4抑制剂不同，PD-1与PD-L1不存在明显的量效关系(剂量—效应以及暴露—效应)，且表现出时间依赖性的PK参数改变特性，尤其是清除相关的参数。随着重复给药，PD-1和PD-L1抑制剂的暴露水平会随着CL的减少而增加，且应答者CL的变化幅度大于无应答者[18]。

在肾细胞癌患者中，纳武利尤单抗0.3、2、10 mg/kg q3w的治疗效果与批准的给药剂量(3 mg/kg q2w)的治疗效果相当[19]。一项研究纳武利尤单抗暴露与疗效及安全性的研究中，76名非小细胞肺癌患者均接受3 mg/kg q2w方案治疗，并于2、4、10周测量患者体内的单抗浓度，治疗应答者的谷浓度几何平均值显著高于疾病进展者，且随着治疗时间的延长，两组间的比例差距逐渐增大，且较高的谷浓度与更长的总体生存率相关，但不良反应的发生与药物暴露无关[20]。基线肿瘤负荷、ECOG评分均是影响纳武利尤单抗CL的重要因素，基线肿瘤体积越大，患者的ECOG评分越差，则基线的CL也更大[21-22]。纳武利尤单抗的CL较基线的变化能够预测患者的疗效，完全缓解、部分缓解、疾病稳定和疾病进展患者的CL较基线的下降比例分别为45%、35%、25%和20%[21]。

帕博利珠单抗于2014年被FDA批准用于转移或不可切除的黑色素瘤，现已广泛用于非小细胞肺癌、头颈部肿瘤以及霍奇金淋巴瘤等肿瘤。大量的临床研究表明帕博利珠单抗的剂量与无进展生存期和不良反应发生率之间无显著相关性，也无明显的量效关系。群体PK模型证实200 mg q3w与2 mg/kg q3w的给药策略，患者的血浆暴露水平、疗效和不良反应之间无差别[23]。由此可见，对于平均体重较低的中国人而言，基于体重给药将显著节约药物成本[24]。与纳武利尤单抗相似，随着治疗周期的推进，帕博利珠单抗CL的下降越多则患者对药物的治疗反应越好[25]。

2.3 ICIs TDM的意义

2.3.1 优化给药策略 大部分ICIs在较低的给药剂量时便能发挥抗肿瘤作用，而当前的ICIs给药剂量大于实际需求量。Ⅰ期临床试验中，纳武利尤单抗0.1 mg/kg q2w给药时即可发挥活性和产生最大受体占有率，然而目前的推荐剂量为240 mg q2w或480 mg q4w[5]。帕博利珠单抗的剂量>1 mg/kg时即可对淋巴细胞产生最大刺激作用，而现有的给药推荐为200 mg q3w或400 mg q6w[6]。度伐利尤单抗目前的推荐剂量为10 mg/kg q2w，所能达到的稳态谷浓度为91.9 μg/ml，大于其目标谷浓度50 μg/mL，提示更小的给药剂量同样可以达到目标血药浓度[26]。考虑到实际浓度与最低有效浓度之间存在巨大的差距，研究者已经尝试利用计算机建模和贝叶斯模型对这些药物做进一步的模拟研究以优化给药策略[18]。随着治疗的进行，药物的CL会逐渐下降，且药物应答者CL的下降尤其显著。利用TDM测得患者的谷浓度，再将谷浓度值代入已经确证的群体PK模型中，以预测患者的CL从而指导后续的给药计划。优化给药剂量不仅不改变抗肿瘤疗效，而且能节省医疗成本，甚至提高患者的用药依从性。

2.3.2 筛选免疫治疗的优势人群 目前临床上PD-1的最佳获益人群筛选标准为高肿瘤突变负荷、微卫星高度不稳定、错配基因修复缺失以及PD-L1高表达并匹配肿瘤浸润淋巴细胞的存在[27]。但是以上标准对疗效的预测有限，亟需寻找更佳的疗效预测标记物。考虑到患者对药物的临床反应在清除方面的独特变化，研究者提出通过测量首剂给药后的谷浓度评价基线药物CL，早期识别无应答者，避免患者持续使用无效药物。若某患者的测量值低于相应给药剂量的中位数，那么可以将患者的浓度和相关的协变量(体重、年龄、白蛋白水平、ECOG评分等)输入到群体PK模型中。根据患者的用药史，采用贝叶斯方法模拟出患者的CL，由此早期识别出纳武利尤单抗和帕博利珠单抗的无应答者。相反，如果患者的血药浓度高于中位水平，则可通过贝叶斯方法模拟出一个合适的给药剂量，保证药物浓度在目标范围[18]。已经有研究证实基于TDM和PK模型指导的给药策略相较于基于体重的给药策略和固定剂量给药法能够显著降低药物的浪费，而并不影响的暴露和疗效[28]。

2.4 ICIs开展TDM的困境

尽管TDM在优化ICIs给药方案，筛选最佳获益人群，以及节约医疗资源方面的价值已经初步体现，但TDM要用于ICIs的个体化用药指导仍要克服很多困难[9]。

mAbs的半衰期较长，且为周期性用药，达到稳态浓度需要4～5个免疫治疗周期。Ipilimumab在使用4个周期后才能达到稳态，根据稳态浓度再调整给药剂量则不够及时。如果能够明确达稳态之前药物暴露与总体生存期的关系，就能确定早期血药水平是否可以指导剂量选择，及时调整治疗方案。

ICIs量效关系复杂。除ipilimumab以外，大部分ICIs目前并未建立明确的量效关系，也无确定的有效治疗浓度范围和最佳检测时间点。当利用CL的变化筛选应答者时，需要有明确的截断值来区分应答者与非应答者。

与所有的mAbs大分子药物一样，ICIs弥散到肿瘤等外周组织的能力有限,因此使用ICIs之后通过监测与循环受体完全占用相关的血浆水平，并不意味着肿瘤部位完全占用，从而疗效获益最大。此外，使用mAbs之后，会诱发机体产生抗药抗体(anti-drug antibodies,ADAs)。ADAs会影响药物的PK和PD特性，而且mAbs与ADAs结合后失去活性。已经有研究者在ICIs的治疗中观察到ADAs的产生[29]。因此，设定ICIs的治疗窗时应综合考虑各种因素。

可靠、快捷且经济的检测方法是临床应用的前提。目前mAbs常见的浓度测量方法有酶联免疫吸附法、均质迁移率测定、电化学发光免疫测定、液相色谱—串联质谱(liquid chromatography-tandem mass spectrometry,LC-MS/MS)[30-33]。LC-MS/MS用于mAbs浓度测量时先要使用试剂盒对样本进行预处理[33]。与TDM中常用的高效液相色谱分析相比，以上测定方法的成本较高，且目前TDM的检测费用均未纳入医保支付范围，一定程度限制了临床应用。

3 总结与展望

TDM在ICIs个体化治疗中的临床价值日益凸显。基于TDM的PK参数可以作为生物标记物的补充用来指导抗癌治疗，尤其PD-1/PD-L1抑制剂CL的变化可以作为潜在的具有良好应答患者的生物标记物，早期识别最有可能对ICIs有反应的患者，避免不必要的延长治疗和最终能够取得临床获益的患者早期终止治疗。对于具有明确量效关系的CTLA-4抑制剂，TDM指导下的剂量调整可帮助尽早达到有效治疗浓度，减少不良反应的发生。

为了提高患者依存性，减少患者出入院次数，节约治疗成本，目前已有医生尝试用纳武利尤单抗480 mg q4w的方案替代说明书推荐的基于体重的3 mg/kg q2w方案和240 mg q2w的固定剂量方案，帕博利珠单抗的使用过中出现了同样的现象[34-35]。越来越多的研究者开始探索将ICIs的给药间隔与剂量同时加倍，以观察疗效和不良反应是否与之前短间隔小剂量相当。考虑到ICIs的疗效不会随剂量无限增加，有必要在TDM及PK-PD模型的辅助下探索最佳的给药间隔和剂量，推动更合理的药品规格设置，节约成本。此外，ICIs应答者的CL会随时间下降，是否有必要随着给药周期的延长降低给药剂量仍需确定。未来需要设计更多的前瞻性随机对照研究来确定TDM对ICIs的治疗获益。