AAV基因治疗产品临床起始剂量计算的考虑

（图片来自于endpts.com）

AAV（腺相关病毒）基因治疗是一种通过将正常基因导入靶细胞来替代或修复缺陷基因，从而达到治疗目的的基因治疗方法。AAV载体因其低免疫原性、广泛的组织特异性和较低的宿主基因组整合频率，被认为是基因治疗的理想载体。AAV（腺相关病毒）基因治疗的临床剂量预测方法，包括首次人体（FIH）剂量的确定，有属于这类产品的特殊考量。尤其是，AAV基因治疗大多单次给药，原因是重复给药大多会产生抗药抗体，影响药效发挥。所以，AAV基因治疗更应该注重剂量设计。对于严重威胁生命的疾病，或者给药过程存在较大风险，或者目标人群为儿童，则更需注意。过低剂量，患者无效，且没有太多重复给药调整剂量的空间。过高剂量则可能会引起严重不良事件，甚至死亡。AT132是一款AAV-8载体的基因治疗药物，两名患有既往肝病的X连锁肌管肌病患者在接受高剂量（3×10¹⁴vg/kg）治疗后死于肝功能障碍。故，AAV基因治疗通常既要考虑PAD（pharmacologically active doses），又要考虑MTD（maximum tolerable dose）分别用于对应临床MED（minimum effective dose）剂量和MTD剂量。临床剂量计算路径与传统化药或生物药有一定区别，有属于AAV基因治疗这类产品的特定考量点，结合公开文献，稍作分享。

异速放大方法

传统用于异速放大剂量外推方法对于基因治疗产品可能不够精确，将动物实验中的剂量外推到人体时，其可靠性可能低于小分子药物。主要原因包括：种属特异性、免疫原性，以及转基因的转录和翻译差异导致的转导效率不同。尽管目前对于AAV基因治疗从非临床到临床的剂量外推尚未达成共识，但仍然可以参考类似其他治疗方式的剂量外推方程，如下所示。

方程中的剂量单位为载体基因组（vg），可以是药理活性剂量（PAD）或最大耐受剂量（MTD）。支持IND的GLP毒理试验中获得的未观察到不良反应水平（NOAEL），也可用于人体剂量计算，作为治疗窗口评估依据之一。校正因子基于体重或体表面积计算，也可进一步细分为与器官相关的参数。如果药物直接给到靶组织或器官，例如通过手术将药物送入大脑或眼内等特定空间，可以使用基于组织的参数（如体积比）作为缩放因子来进一步优化剂量。例如，眼内玻璃体体积用于眼内注射（IVT）给药校正因子计算，椎管给药可以考虑脑脊液（CSF）体积作为计算依据，大脑特定区域的体积或表面积则适用于颅内给药。当然，系统给药则可以采用体重计算。如下图所示。对于基于临床最大MTD或PAD的预测，剂量（以载体基因组，vg为单位）通常基于体重或器官体积进行缩放，指数（b）为1。

除了考虑器官相关参数外，有时还可能需要考虑转导因子。例如，多项回顾性研究显示，经静脉给药的肝脏基因治疗，剂量（vg/kg）标准化后，小鼠通常比人体产生更高水平的转基因目标产物。因此，从小鼠到人类的缩放需要一个6到70之间的校正因子。目前对于不同物种转导效率的具体差异了解有限，因此对种属间转导效率差异进行定量是有难度的。当然，如果能够获得相关数据，可以将转导相关的参数添加到校正因子方程中，也就变成了如下公式：

最近有研究描述了一种名为基因效率因子（Gene efficiency factor, GEF）的概念，它反映了载体基因组与转基因蛋白合成速率之间的关系，并被证明可用于预测用于血友病B的AAV介导的体内因子IX（FIX）基因治疗在人体中的有效剂量。由于GEF考虑了病毒转导过程中的物种特异性差异，包括靶细胞进入、转录和翻译的差异，因此被提议用于将临床前数据转化为人类剂量决策。实施GEF方法的前提是对不同动物模型/物种的剂量-反应关系进行彻底表征，并在临床前研究中确定最小有效剂量（MED）。GEF的计算公式如下：

其中，动物CL_protein可以来自PK总结报告，也可以来自Dose/AUC，C_protein则指的是稳态蛋白浓度。人体CL_protein数据则可以引自文献。举个例子可能更容易理解一点。

rAAV2-CMV-FIX是一款治疗FIX因子缺乏的B型血友病药物。1.8 x 10¹² vg/kg可以使小鼠FIX水平≥1%或>50ng/mL，按照传统思路，该剂量被选定为人体治疗剂量。然而，实际临床使用情况是，1.8 x 10¹² vg/kg剂量下未见人体FIX水平≥1%，即剂量低了。采用GEF的计算步骤如下，先通过小鼠和犬CL_protein、C_protein获得K_syn，再通过动物给予的vg数量得到GEF，然后采用体重和GEF数据进行线性回归，得到log₁₀GEF = -0.341×log₁₀W + 2.13，获得人体GEF为31.3 molecules/d/vg。人体

当然，如果使用相同AAV血清型载体，已有的临床经验和剂量选择也可以作为参考依据，用于自有产品的临床起始剂量设定。

不同计算路径对比

来自第一三共制药定量药理团队的Peng Zhou博士对AAV基因治疗药物三种不同FIH起始剂量计算路径进行了对比，分别是AS-logW、AS-W^-0.25、基于vg/kg直接转换。AS-logW前文已有介绍，AS-W^-0.25稍微解释下，二者的区别是一个是用logW，一个使用W^-0.25进行人体GEF推算，后者认为哺乳动物细胞代谢速率遵循Bc = B0 * W^−0.25这一公式，即随体重增加，代谢速率降低，而细胞内的蛋白合成与细胞代谢速率直接相关，故认为基于W^−0.25更为可靠。结果如何，对比一下自见分晓。

Peng Zhou博士比较了9款治疗血友病的AAV基因治疗产品，其中5款FVIII，4款FIX。结果如下表所示，基于AS-logW获得的FIH起始剂量比W^−0.25高1.6-9.9倍，基于直接体重转换则与W^−0.25相当，或更低（2个产品除外）。与实际临床剂量相比，rAAV2-CMV-FIX载体临床最高剂量1.8×10¹² vg/kg依然未达到理想的FIX水平，虽然三种计算路径获得的剂量均高于1.8×10¹² vg/kg，但不确定哪个剂量能达到FIX临床目标水平，无从判断。另外8个产品中，AS-W^−0.25在SPK-9001、GO-8、BMN270和 DTX201四个产品中剂量预测更为准确，AS-logW在rAAV2-hAAT-FIX、scAAV2/8-LP1-hFIXco和SB-525三个产品中更为准确，体重直接转换在SPK-8011中更为准确。

表1 人类剂量预测中两种体尺比例缩放方法和直接基于体重的转换方法的比较^[4]

Peng Zhou博士给出了AAV基因治疗产品FIH起始剂量计算决策树，核心是根据免疫反应和人体基因转导效率选择合适路径。比如设计的载体本身在人体基因转导效率很高，那么体重越大细胞代谢速率越低的结论就不适用于这类产品，直接基于犬或者非人灵长类体重进行直接剂量转换即可。如果不存在人体高转导，且不存在预存AAV抗体和/或抗AAV T细胞反应，那么AS- W^−0.25路径更为合适。反之，如果存在抗AAV T细胞反应，则AS-logW可能更匹配。

图1 腺相关病毒介导的血液病基因治疗的第一位患者剂量预测决策树^[4]

眼部给药的特殊考量

眼部作为“免疫豁免”部位之一，是AAV基因治疗的常用给药途经之一。与系统给药类似，眼部给药也要求FIH起始剂量安全性，且有一定的药效。通常将临床前MTD和MED剂量同等考虑，进行剂量换算。如下图所示，对于临床前研究有一定安全性担忧的产品，通常采用MED计算FIH起始剂量，MTD确定最大临床剂量。对于没有潜在安全性担忧的产品，则临床最高剂量可以直接采用最大可行剂量或MTD。图中的activity factor指种属间基因转导和蛋白表达差异，scaling factor指种属间器官体积换算，如玻璃体体积或视网膜表面积。通常来讲，眼部基因递送产品，玻璃体腔注射（IVT）后，剂量推算可以根据玻璃体体积进行缩放，视网膜下注射后，可以根据视网膜表面积进行缩放。然而，由于视网膜下基因治疗仅将基因递送到部分视网膜表面或存活的视网膜细胞，以整体视网膜表面积换算也不合理，因此为了简化操作，也可以基于玻璃体体积进行视网膜下基因治疗的剂量推算。当然，无论是使用器官体积还是基于表面积的缩放方法，不同种属之间存在的转导效率、转基因表达调控和同源性以及免疫原性的差异，为起始剂量计算带来很多变量和挑战。

图2 视网膜基因治疗FIH计量选择的临床前到临床转化策略示意图。PK，药代动力学^[2]

基于模型引导药物开发（MIDD）

MIDD能够将非临床剂量数据转化为临床应用。这些模型可以整合AAV分布、清除率以及载体和/或转基因DNA、mRNA或蛋白的药物暴露参数。不过，MIDD在传统小分子和大分子药物开发中应用更广泛、更成熟，在基因治疗中的应用尚待验证。难点在于，成功的MIDD模型需要纳入AAV的趋向性、转导、转基因产物表达的调节、表达动力学以及其他下游事件的数据，并结合临床观察。

// 案例：Luxturna （voretigene neparvovec）

Luxturna是一款由Spark Therapeutics公司研发的基于AAV的基因疗法，2017年FDA批准上市，用于治疗由RPE65基因突变导致的遗传性视网膜疾病。临床起始剂量基于临床前试验结果根据种属间玻璃体体积进行缩放。各种属间玻璃体体积见下表所示^[2]。

种属	玻璃体体积（mL）
小鼠	0.0044
狗	3
非人灵长类	2
人	4

表2 各种属间玻璃体体积^[2]

根据FDA审评资料^[2,5,6]，Luxturna在临床前猴试验上的NOAEL为7.5e11 vg/eye，按照玻璃体体积换算为3.75e11 vg/mL vitreous，在安全性的基础上，FIH最高剂量选择与猴子的NOAEL保持10倍安全边际，即3.75e11 vg/mL vitreous，低、中剂量分别和高剂量保持10和3倍间距，即分别为3.75e09和1.2e10 vg/mL vitreous，低、中和高剂量换算成每眼剂量则为1.5e10、4.8e10和1.5e11 vg/eye。临床前研究及临床试验剂量总结如下表所示^[2]。

表3 以voretigene neparvovec为例，基于玻璃体体积的临床前和临床剂量缩放^[2]

参考文献：

[1] Kavita U, Sun K, Braun M, et al. PK/PD and bioanalytical considerations of AAV-based gene therapies: an IQ consortium industry position paper[J]. The AAPS journal, 2023, 25(5): 78.

[2] Ford J L, Karatza E, Mody H, et al. Clinical pharmacology perspective on development of adeno‐associated virus vector‐based retina gene therapy[J]. Clinical Pharmacology & Therapeutics, 2024, 115(6): 1212-1232.

[3] Tang F, Wong H, Ng C M. Rational clinical dose selection of adeno‐associated virus‐mediated gene therapy based on allometric principles[J]. Clinical Pharmacology & Therapeutics, 2021, 110(3): 803-807.

[4] Zou P. First-in-patient dose prediction for adeno-associated virus-mediated hemophilia gene therapy using allometric scaling[J]. Molecular Pharmaceutics, 2022, 20(1): 758-766.

[5] US Food and Drug Administration. Pharmacology-Toxicology Review - LUXTURNA (STN 125610).. Accessed October 24, 2017

[6] US Food and Drug Administration. Clinical Review - LUXTURNA (STN 125610).. Accessed December 16, 2017

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