寡核苷酸药物研发近年来发展迅速,目前FDA已批准 10款反义核苷酸(ASO)和5款siRNA药物上市。在寡核苷酸药物研发过程中,递药系统起着关键作用,其中GalNAc (N-乙酰化的半乳糖胺)直接与寡核苷酸结合或将其修饰到特定的递送系统作为靶向部分,以nM级高亲和性结合ASGPR,在蛋白介导作用下将GalNAc及核酸摄取进入肝细胞,是当前最常用的小核酸药物递送系统之一。
最近上市的三款siRNA药物Givosiran(GIBLAARI)、Inclisiran(Leqvio)及Lumasiran(Oxlumo)均采用GalNAc修饰,通过将GalNAc以三价态的方式共价偶联至核酸3´末端构成,增加GalNAc与ASGPR的高亲和力,从而提高靶向性。
鼎泰团队,对已上市的三款GalNAc-siRNA药物ADME性质进行了对比,如下表。
表1.已上市GalNAc-siRNA药物ADME性质对比(上下滑动查看)
近期,Alnylam Pharmaceuticals研究人员在Drug Metabolism and Disposition上发表相关综述。分享GalNAc-siRNA产品非临床吸收、分布、代谢以及排泄(ADME)数据在不同种属间的一致性,非临床向临床数据的转化、临床数据可预测性等;同时提出,在缺少临床肝脏PK特征时,可优化临床有效、安全剂量。
1、GalNAc-siRNAs药物在体内循环系统中维持双链结构
双链在循环系统中稳定存在,单链快速地经核酸酶代谢。体内研究显示:在大鼠、食蟹猴及人血浆中AS链、SS链几乎以1:1存在,如图2所示。
GalNAc-siRNAs 在循环系统中以双链形式存在,测定的单链AS链浓度水平能够反映出完整的双链浓度水平。
2、吸收(Absorption)
GalNAc-siRNAs药物皮下注射给药后,药物会迅速吸收入血,从血浆中快速清除(主要由ASGPR介导快速被肝摄取)。给药剂量低于10 mg/kg剂量时,在大鼠、食蟹猴以及人血浆中PK暴露量呈剂量比例增加,两者相关性较好,在人血浆中可通过异速缩放进行预测;给药剂量大于10mg/kg时,可能由于ASGPR介导的摄取清除的饱和的暂时饱和,血浆暴露增加,血浆中、药物暴露量水平可能会高于剂量比例增加。如图3所示。
GalNAc-siRNAs药物生物利用度变异很大,在考察生物利用度时,需考虑剂量尽可能低避免ASGPR介导的饱和,同时剂量尽可能高以便于AUC能够准确代表血浆暴露量。ASGPR介导快速分布于肝脏组织,GalNAc-siRNAs在血浆在暴露是有限的。因此,剂量设定时要相对较高的剂量水平来确保检测足够长时间来表征血浆PK参数,尤其在静脉输注时,更需考虑最佳剂量及优化采血时间点。
3、分布(Distribution)
一般情况下,皮下给予药效剂量后,在大鼠肝脏中暴露约63%药物剂量,在猴肝脏中约87%药物暴露。皮下注射(SC)给药时,随给药剂量增加,在肝脏分布反而减少后,但较静脉注射(IV)给药分布更高。
ASGPR主要在肝脏中表达。QWBA数据显示:GalNAc-siRNAs药物,主要分布于肝脏,肝外组织中如肾脏、淋巴结、肾上腺、胰腺、空肠和骨髓分布较少,而脑和心脏中药物分布几乎可忽略不计。
皮下注射时,少量药物(<10%)滞留于注射部位或淋巴系统,从而限制延迟释放到体循环的高浓度的可能性。
4、代谢(Metabolism)
给予GalNAc-siRNAs药物,GalNAc片段在溶酶体运输过程中迅速被β- N -乙酰氨基葡萄糖酶清除、连接子结构进一步被肝细胞中的酰胺酶代谢、双链siRNA通过血液和组织中核酸内切酶和核酸外切酶降解代谢。核酸外切酶作用于链的末端,导致单核苷酸的释放,而内切酶作用于链内导致链长度改变。GalNAc-siRNAs代谢特征如图4所示。
与完整siRNA相比,AS(N-1)3´可能与母药活性相当,是最主要的活性代谢产物,5´核酸的丢失可能导致其成为非活性代谢产物。主要代谢路径如图5所示。
5、排泄(Excretion)
GalNAc-siRNAs药物主要通过肾脏排泄。肾损伤时,肾脏排泄减少、血浆中暴露量可能暂时增加,但肝脏中PK(Cmax, AUC)或PD效果(mRNA Reduction )不会产生显著影响。
6、肝靶组织PK-PD模型
GalNAc-siRNA药物PK-PD模型建立的难点在于:一是血浆PK和药物的PD并没有直接的相关性。二是血浆半衰期与PD发挥作用时间的脱节。即siRNA 药物的血浆峰浓度和最大效应之间通常存在一定的滞后,血浆动力学过程和靶组织中效应动力学过程在时间上不一致即短时间的血浆暴露可以在组织中产生长期的效应。
GalNAc-siRNAs药物旨在肝靶向分布,PD作用效果(靶细胞中基因沉默效应)与肝半衰期及肝脏或RISC中结合siRNA的暴露量(AS链的数目)有关。因此,肝半衰期及RISC-siRNA数据,可特征性标准GalNAc-siRNAs药物PK。建立基于血浆中靶蛋白的减少量(PD)与RISC-负载的siRNA浓度(PK)的PK-PD模型,通过异速缩放预测人体有效剂量。
结语
目前,GalNAc-siRNA药物ADME和PK/PD特性已在体内、体外得到充分研究,GalNAc-siRNA在不同种属间具有一致的ADME和PK/PD特性。在缺少直接获得临床肝脏PK和PD数据的情况下,非临床研究(ADME)可为临床剂量和给药方案提供依据。
参考资料:
[1] Mcdougall R , Ramsden D , Agarwal S , et al. The Nonclinical Disposition and Pharmacokinetic/ Pharmacodynamic Properties of N-Acetylgalactosamine-Conjugated Small Interfering RNA Are Highly Predictable and Build Confidence in Translation to Human[J]. Drug Metabolism and Disposition, 2022(6):50.
[2] Assessment report: Givlaari International non-proprietary name: givosiran Committee for Medicinal Products for Human Use (CHMP), EMA/CHMP/70703/2020,https://www.ema.europa.eu/en/medicines/human/EPAR/givlaari
[3] Assessment repor: Oxlumo International non-proprietary name: lumasiran Committee for Medicinal Products for Human Use (CHMP), EMA/568312/2020, https://www.ema.europa.eu/en/medicines/human/EPAR/oxlumo
[4] Assessment repor: Oxlumo International non-proprietary name: lumasiran Committee for Medicinal Products for Human Use (CHMP), EMA/568312/2020, https://www.ema.europa.eu/en/medicines/human/EPAR/oxlumo
[5] Assessment report: Oxlumo International non-proprietary name: lumasiran Committee for Medicinal Products for Human Use (CHMP), EMA/568312/2020, https://www.ema.europa.eu/en/medicines/human/EPAR/oxlumo
[6] Assessment report: Leqvio International non-proprietary name: inclisiran Committee for Medicinal Products for Human Use (CHMP), EMA/696912/2020 https://www.ema.europa.eu/en/medicines/human/EPAR/leqvio