探讨“以患者为中心的质量标准”在治疗用生物制品中的应用

《中国新药杂志》 2024年 第33卷第23期

李怡君，魏开坤

国家药品监督管理局药品审评中心

随着一系列鼓励创新的政策法规和指导原则出台，我国加入ICH之后加强了和世界先进国家或地区的交流，研发和监管进一步和世界接轨，我国药品研发和生产正在由仿制向创新转型，“以患者为中心”的理念正在医药研发和生产普及应用。“以患者为中心”的药物研发（patient focused drug development，PFDD）是指基于患者角度开展的药物开发、设计、实施和决策的过程，旨在高效研发更符合患者需求的有临床价值的药物，是当前各国药品监管机构积极探索的领域。为推动“以患者为中心”理念在药物研发的实践应用，国家药品监督管理局药品审评中心组织制定了一系列相关指导原则：《以患者为中心的药物临床试验设计技术指导原则（试行）》、《以患者为中心的药物临床试验实施技术指导原则（试行）》、《以患者为中心的药物获益⁃风险评估技术指导原则（试行）》。美国FDA也正在制定一系列4个PFDD指导文件。上述一系列指导文件的发布标志着PFDD在临床研究领域取得了实质性进展，全球监管机构已经认识到患者需求和患者视角的重要性。

在临床研究领域之外，产品开发的药学研究从剂型、给药途径、质量属性、给药装置等多方面对患者体验产生深远的影响[1]。然而，在药学研发和评价方面，“以患者为中心”的指导原则尚未出现，一些跨国企业和监管机构发表了一些关于如何在药学研发和评价中落实以患者为中心的系列文章。其中，“以患者为中心的质量标准”（patient⁃centric specifications，PCS）是在药学领域中的落实“以患者为中心”思想的最重要概念和热点。本文将围绕对质量标准理解、探讨PCS在治疗类生物制品中的应用。

药品的质量标准是药品质量控制策略的重要组成和药学评价的关键内容之一。上市许可持有人需要在研发过程中循序渐进地针对其生物制品建立合理的控制策略。全面、系统的质量控制策略贯穿了生产的各个环节，包含设施设备控制、生产用原材料控制、从工艺验证、原液和制剂表征和稳定性评估中获得的开发信息、关键工艺参数和过程中控制、原液和制剂的放行和货架期质量标准[2]。只有通过放行检测确认符合质量标准限度要求的产品才可用于患者。药品的质量标准由检测项目、分析方法和可接受标准范围3个部分组成。如何确定原液和制剂需要的检测项目、选定合适的分析方法和设置合理的限度范围，需要药品监管机构和药品上市许可持有人共同探讨和协定。如何更科学和合理地制定质量标准是监管机构和上市许可持有人共同面临的问题。在上市申请批准前药物的生产经验有限，较少批次的放行和稳定性数据叠加分析方法的变异性为制定商业化的质量标准带来一定困难[3]。过宽的限度范围会导致质量不佳的批次被放行，可能影响患者用药安全性和有效性。过窄的质量标准可能限制药品供应，不利于上市后商业化生产和变更的执行。

在实际审评过程中，不同注册分类的药物如创新药或生物类似药，在设定质量标准时会采取不同的策略。生物类似药的质量标准更多参照原研药的质量研究结果，虽然不一定强求每一个检项都与原研药一致，但质量标准的设定应足以保证生物类似物与原研药的质量相似性。对于创新药，质量标准的制定主要依据一定数量的代表性批次分析数据情况，综合临床和非临床研究中使用样品的数据以及稳定性研究的样品数据等，还需考虑质量标准中应用的各种分析方法的变异性。对于可以精确表征和难以精确表征的产品，在质量标准的设定上也有不同考虑。对于难以精确表征的产品，其控制策略需要更多地倾向于起始原材料、生产工艺参数和过程中控制。

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当前，“以患者为中心”的研发理念被制药行业和各国监管机构广泛接纳并应用到临床研发的各个阶段，并逐渐扩展到药学研发中[1]。在此基础上PCS应运而生，PCS是一种基于科学和风险的质量标准制定办法，侧重于质量属性对患者影响的风险评估，确定与临床相关的可接受范围，从而为患者提供符合预期的药品，尽可能提高患者的临床获益[4-5]。

近年来，生物制药行业的快速发展和商业化生产经验的积累促使上市许可持有人更好地利用先验知识和平台技术经验进行研发、生产和质量控制。随着先进分析技术的出现和应用，上市许可持有人可以通过结构确证、杂质/异构体分离鉴定和全面的生物学活性分析更好地表征药物的复杂结构、评估杂质/异构体风险、阐明药物作用机制和构效关系。基于大量的知识经验积累和全面的质量风险评估，上市许可持有人可以将质量属性与临床疗效和安全性建立联系，基于风险有针对性地制定产品控制策略，更好地提升产品质量（见图1）。这种基于科学和风险管理的研发理念在ICH Q8⁃Q12系列技术指南中得以体现。

2.1 如何进行质量属性的风险评估

一个药物的质量属性包含理化性质、纯度、杂质和生物学活性等多方面。在为一个药物建立合理的控制策略前，上市许可持有人需要回答一些问题：产品的质量由哪些因素决定? 哪些质量属性影响产品的安全性和有效性?

由于不同药物的结构、理化性质和作用机制存在显著差异，因此质量属性对临床的潜在影响和权重需要针对产品进行特异性分析。质量属性的评估和控制策略的制定并非一蹴而就，而是在药物的生命周期管理中不断积累和完善。随着药物的研发进程深入，上市许可持有人也在不断获得来自同类产品知识经验、非临床研究、临床研究和工艺开发等不同研究所积累的知识经验。通过应用这些知识经验，上市许可持有人可以充分评估药物不同质量属性与临床的相关性，从而发现最有可能影响药物安全性和有效性的质量属性，并在制定控制策略中对其重点关注。这里所说的“临床相关性”，并不仅仅局限于来自临床试验的数据。在研究初期，上市许可持有人可以参考和借鉴参考文献和同类产品积累的知识经验。随着研究的深入，应开展基于产品特定的理化表征、体外活性实验、动物实验、临床研究结果等。

当前业界对于风险评估工具的使用已经相对成熟，常用的风险评估工具有风险排列和过滤（risk ranking and filtering，RRF）、预先危险性分析（pre⁃liminary hazards analysis，PHA）等。不同风险评估工具的使用不应影响最终的评估结果，即不应产生质量属性的误判。风险评估工具通过对质量属性的影响程度和不确定性打分来确定排序。不确定性用于描述评估质量属性潜在影响的信息来源的可信度。相比使用同类分子知识或文献数据，采用相对纯化的产品变异体开展的产品特异性实验而获得的结构与功能关系，从而建立起的质量属性与安全性和有效性的相关性可以作为更为可靠的信息来源。

质量属性的风险评估通常从某一药物质量属性对生物学活性、药动学（pharmacokinetic/pharmacodynamics，PK/PD）、免疫原性和安全性4个方面的影响展开分析。

2.1.1 生物学活性

在评估质量属性对于生物学活性的影响时，应充分考虑产品的作用机制，开展产品特定的动物实验、酶活实验、体外结合活性实验和细胞活性实验等。对于Fc区域效应子功能是产品的主要或次要功能的抗体类药物，还可考察抗体依赖性的细胞介导的细胞毒作用（antibody⁃dependent cell⁃mediated cytotoxicity，ADCC）或补体依赖的细胞毒性（complement dependent cytotoxicity，CDC）。例如，如果抗体主要通过抗原结合、中和或是阻断与受体结合等机制发挥作用，那么Fc区域的糖基化修饰预计不会对活性产生较大影响，可以被评估为较低等级。反之，如果抗体主要通过Fc区域的杀伤功能来发挥疗效，则需要重点评估糖基化对生物活性的影响：例如唾液酸、核心岩藻糖和甘露糖残基通过影响IgG与FcγRIIIa的结合从而影响ADCC活性，末端半乳糖通过影响抗体与C1q的结合从而调节CDC活性[6-7]。

2.1.2 PK/PD

质量属性对于PK/PD的影响主要通过非临床研究和临床研究数据、相关文献、同类产品的经验以及体外检测数据判断，一般以药物浓度与时间曲线下面积（AUC）来衡量。影响抗体类药物半衰期的主要因素是FcRn介导的再循环机制，因此FcRn结合实验被认为是抗体类药物合理有效的PK评估方式。IgG1分子的Fc片段在位置252和428处包含2个保守的甲硫氨酸（Met）残基，研究表明Met258位的氧化位于FcRn结合力位点附近，该位点Met残基的氧化会损害FcRn结合，从而影响抗体的PK/PD[8-9]。较高的高甘露糖含量也会影响药物的血清半衰期和PK/PD性质[10]。

2.1.3 免疫原性

药物的免疫原性信息一般从临床数据获得，还可根据文献、非临床研究、体外计算机模拟等方式获得。免疫原性分析需要考虑给药人群、给药途径和给药频率的影响。通常认为，免疫原性发生率为如下顺序：皮下给药发生率>肌内注射发生率>静脉注射给药发生率，长期用药的免疫原性发生率也相对更高。免疫原性的影响主要是通过检测血液循环中的抗药抗体（anit⁃drug antibod⁃ies，ADA）发生率以及对患者的影响来评估[11]。常见的影响免疫原性的质量属性包括高聚物、唾液酸N⁃羟乙酰神经氨酸、末端α⁃1，3⁃半乳糖的N⁃糖链等。

2.1.4 安全性

药物研发前期的安全性评估主要根据产品分子特征和同类产品经验；随着临床研究的进行，研究者可以积累研究期间观察到的不良反应（adverse reaction，AE），充分评估AE发生率、可管理性和严重程度。药物上市后，研究者还应通过AE监测持续收集药品的安全性数据。下文将以某双特异性抗体药物的低分子量（low molecular weight，LMW）杂质为例，探讨如何基于药学研究的结构⁃功能表征、临床和非临床经验进行风险评估，见表1。

2.2 如何制定合理的控制策略

制定控制策略的目的是确保能持续地生产出符合质量要求的产品。对CQA、关键工艺参数（critical process parameters，CPP）之间相关性的深入理解是保证药品质量一致性的前提条件。上市许可持有人应当了解可能影响产品质量波动的原因，如设施设备、原材料、辅料和包材、生产工艺参数和操作等变化对制剂最终质量的影响。

药品的质量标准是控制策略的一部分，质量标准的制定是贯穿药物研发周期的连续过程[12-13]。随着研发经验和产品知识的积累，对于一些工艺可控、批间变异性小且不会在稳定性研究中发生剧烈变化的质量属性，可以不在放行检测中进行控制[14-15]。对于新发现的可能影响产品安全性和有效性的CQA，需重新评估并纳入质量标准。例如，某抗体发生培养基变更后，高甘露糖含量显著升高，考虑到高甘露糖含量对生物学活性和代谢带来的潜在影响，需要将高甘露糖含量纳入原液的质量标准中建立适当的控制上限。随着先进分析技术的应用和产品知识的积累，在药物中发现了此前未发现的CQA如序列变异体，也应进行质量属性评估并建立控制策略。对于经验证的可以被清除到安全水平的工艺相关杂质，如消泡剂和胰岛素等，可以用工艺相关杂质的清除验证和安全性评估代替原液放行检测。宿主蛋白残留、宿主DNA残留和蛋白A残留等与安全性和免疫原性直接相关的检测项目，一般需要纳入原液的放行检测或在可有效清除的生产工艺步骤中进行过程控制。

2.3 分析方法的选择和建立

分析方法性能优劣与检测结果的可靠性和准确性直接相关，研究者应尽可能采用先进的技术手段建立灵敏的分析方法。在药物开发早期，研究者可以根据预期目的和对分析方法性能的要求，结合同类产品先验知识或平台技术，初步选定分析方法。在方法开发初期应重点关注分析方法的适用性。针对不同的生物制品，应该选择与其相适用的方法，保证分析方法的检出能力。采用正交的方式来评估产品的纯度和杂质可以全面、互补地反映样品纯度状态。随着临床试验的逐步推进，分析方法的研究也逐渐完善。在临床试验期间，需要开展全面的方法学验证，确保分析方法的性能可以满足预期，具有较好的灵敏度、准确度、精密度和耐用性，并且具有稳定性指示作用。随着开发经验和临床知识的积累、分析技术的迭代更新，研究者需要对分析方法进行持续优化。当出现检验场所变更时，需要进行方法转移和桥接研究。

2.4 可接受标准的拟定

PCS强调患者对药物的反馈和医生的临床应用经验对于制定药物质量标准的重要性。

在临床试验早期，虽然没有需要监管机构正式批准的质量标准，但为了保证受试者的安全，受试药物的质量也应在一定的控制范围内，此时的质量标准需要结合临床前动物实验的安全评价批次的质量情况、同类产品的质量属性的相关检项控制范围以及《中华人民共和国药典》的有关要求等多方面因素确定。范围过紧，可能对后续工艺能力造成挑战；范围过宽，可能在临床试验中遭到受试者的负面反馈，带来到底是受试药物分子的成药性问题还是质量问题导致不良反应的困惑。在临床试验期间已经获得了部分临床受试者对受试药物的反馈，此时应对反馈和受试样品的质量属性特点进行仔细对应分析，尽量找到关联和因果关系。同时，临床试验期间往往伴随着药学方面的各种变更，如优化工艺和放大产能，这些变更可能导致质量属性的变化，带来质量控制范围的调整。以上两方面都要以受试者感受为核心进行研究和调整。

上市审评过程中也最为关注临床试验样品（特别是关键临床试验样品）的质量属性范围，为确保上市后商业化产品的疗效和安全性与临床试验样品一致，临床试验用样品的质量属性范围是建立可接受标准的基础。研究者应在临床研究中使用多批代表性工艺的临床试验用样品，最好包含经过一段时间储存的样品，并详细记录每项临床试验对应的样品批号和贮存时长。研究者在可接受范围的制定中可以考虑相应制剂批次从放行至给药时间点的变化，例如采用代表性制剂批次的长期稳定性数据进行线性回归拟合，从而大致确定用于临床样品的真实质量属性情况。

在当前的实际监管中，原液和制剂质量标准的拟定主要基于关键性临床试验批次和工艺验证批次，同时也会参考早期临床批次。生产工艺能力体现了产品的批间一致性和质量可控性。药物临床试验期间往往存在生产用原材料、生产场地、生产规模、生产工艺和设施设备方面的变更，有可能导致变更前后工艺性能和质量属性的差异。在临床试验研究的早期，研究者很难确定这些差异对产品安全性和有效性的影响，如何在制定质量标准时选择和剔除不同工艺下的批次数据是一个难题，需要研究者根据不同工艺版本的可比性研究结果确定。如果用于关键性临床试验的批次数量太少，这种情况并不利于质量标准的拟定。

常见的用于制定验收标准的统计学方法包括最小值⁃最大值（Min，Max）、平均值±3SD、容许区间（tolerance interval，TI）等。不同的统计学工具在用于制定限度范围时都有其各自局限性，受限于样本量、实际检测数值等许多因素。因此，研究者很难通过统计学工具得到一个最佳的限度范围，统计学范围只能作为制定可接受标准时的参考[16]。无论选择何种统计学方法，均应说明用于质量标准拟定的批次和统计学方法的合理性。

对于在产品生产、放置和使用中易于发生降解的检测项目，研究者在制定可接受标准时需要考虑生产、运输、贮存和临床使用对属性的潜在影响[17]。例如，聚体的水平通常会在制剂生产和放置中增加，制剂生产过程没有提供额外的纯化单元来去除高分子物质。因此，与原液质量标准相比，制剂的质量标准还应考虑制剂生产和贮藏过程中发生的降解。

对于与制剂规格和处方相关的一般检查项目，可接受标准的制定应基于产品设计和处方，围绕预定目标设定可接受标准，如蛋白质含量、渗透压摩尔浓度、关键辅料含量等。此外，由于制剂的处方浓度和辅料类型的差异，还可能需要有针对性地根据处方特性纳入一些检测项目，比如蔗糖含量较高的制剂应在贮存中关注蔗糖降解成还原糖对糖化水平的影响；某些高浓度皮下注射剂应考虑特殊的翻译后修饰；多次使用的预填充注射剂在有效期末应关注抑菌效力等。

由于单克隆抗体类药物具有丰富的商业化产品基础和大量的平台知识经验积累，因此下文将以单克隆抗体类药物为例，针对不同质量控制项目介绍PCS的具体应用。

如图2所示，不同的检测项目在确定可接受范围时的策略各不相同。外观、无菌、不溶性微粒、细菌内毒素等质量标准需要根据药典和指导原则的一般要求建立。蛋白质含量、关键辅料含量、装量的可接受标准需要根据规格和处方建立。纯度、异构体、工艺相关杂质和生物学活性等指标的可接受范围的制定需要建立在全面的质量属性评估基础上，充分探索质量属性与患者疗效和安全性的相关性，根据临床试验用样品的质量属性范围、工艺能力和稳定性综合考量。

3.1 纯度和异构体

对于纯度和异构体的控制随着工艺开发过程逐步完善。早期开发阶段药物的构效关系尚不明确，可以针对不同的异构体报告检测结果。临床试验期间研究者通过对产品的分子大小异构体和电荷异构体酸碱组分进行富集和分离鉴定，评估对患者的安全性和有效性影响。上市阶段，上市许可持有人应基于全面的质量属性评估，建立起不同的产品异构体组分与临床疗效、安全性、PK之间的相关性，对于临床风险较高的属性进行严格控制，同时为低风险属性提供更大的灵活性。药物开发过程或上市后，均可能发生工艺优化改进、生产场地转移、生产规模放大以及培养基供应商变更等可能影响糖基化修饰、分子大小异构体和电荷异构体的情况。当上述产品质量属性在变更前后出现差异时，应充分评估变更前后差异对临床安全性和有效性的影响。

3.1.1 分子大小异构体

分子大小异构体包括聚体和片段，聚体对产品的安全性具有潜在影响，可能导致注射部位反应、全身过敏反应以及输液反应等问题[18-19]。通常情况下二聚体相对安全，多聚体的安全性风险更高。抗体的片段通常来自铰链断裂、Fc区域裂解、链间二硫键还原等[20]。互补决定区（complementarity determining regions，CDR）的片段可能会影响抗体与靶标的结合，从而影响其效力。铰链区域的碎裂可能产生Fab片段，影响Fc介导的效应功能并缩短半衰期[21]。产品特定知识、内部平台经验、外部文献支持等均可以帮助评估某一属性的影响和潜在可接受范围。对于双特异性抗体类药物，由于存在轻链和重链的不正确组装，其分子大小异构体相比于标准IgG分子更加复杂和多样化。

3.1.2 电荷异构体

抗体类药物的电荷异构体按照酸性峰、主峰、碱性峰区分。单克隆抗体的电荷异质性主要与复杂的翻译后修饰有关，在产品开发过程中研究者通常需要对这些翻译后修饰进行特性鉴定和风险评估[17]。氧化和脱酰胺是蛋白质的常见降解途径[22]，存在于某些特殊位点的氧化和脱酰胺可能影响活性、PK/PD和免疫原性。已有文献报道CDR区中的天冬酰胺脱酰胺可能导致抗原结合力显著降低，Fc区域“PENNY”肽中的脱酰胺已被证明会略微降低FcRn结合并增加产品聚集，CDR区的氧化可能影响抗原结合、热稳定性或免疫原性[23-24]。

3.2 糖基化修饰

抗体的糖基化修饰主要在细胞培养和发酵中形成，与细胞株、培养方式、培养基组成、培养条件等诸多因素有关。抗体的糖基化修饰属性较为稳定，通常不会在贮存和运输中发生变化。抗体的糖基化修饰对单抗药物的疗效、免疫原性、PK/PD等性质具有潜在的复杂影响。对于糖基化修饰的控制需要结合产品的作用机制、修饰类型、修饰比例、安全性和有效性影响进行产品特异性评估。

3.3 工艺相关杂质

抗体类药物的工艺相关杂质包括宿主残留蛋白、宿主残留DNA、非宿主细胞相关的工艺杂质、细菌内毒素等[25]。非宿主细胞相关工艺杂质通常来自细胞培养基或下游工艺中使用的材料，如消泡剂、树脂或其配体及其他工艺组件/暂存容器浸出物。工艺相关杂质控制策略要根据杂质清除能力、人体暴露量和安全性阈值进行综合分析。儿童药、慢性病长期用药等特殊药物的工艺相关杂质含量应该限制在更严格的范围内。

3.4 生物学活性/效价

生物制品的生物学活性检测可以基于动物实验、体外细胞实验、结合活性、酶活性等，是确认蛋白高级结构和正确折叠的有效方式。当产品的纯度、异构体等理化指标控制在可接受范围内时，通常可以确保产品的效价保持稳定。考虑到生物学活性分析方法的变异性较大，在不影响临床疗效的情况下，研究者需要结合分析方法的变异性确定一个适宜的限度。

3.5 蛋白质含量

蛋白质含量通常在放行检测和稳定性中进行考察，以确保给药剂量的准确性和产品的一致性。在拟定可接受限度时，通常需要考虑产品的给药剂量和治疗窗口，以确保符合临床需求。对于治疗窗口较窄的产品，为确保患者的安全性和有效性，应当建立更严格的标准范围。在存在进一步稀释和配制步骤的情况下，原液的质量标准可以适当放宽。

3.6 关键辅料含量或活性

生物制剂的辅料通常包括缓冲液、pH调节剂、渗透压调节剂、表面活性剂和其他添加剂，如冻干保护剂、金属离子螯合剂、抗氧化剂和防腐剂等。研究者应关注关键辅料（特别是新型辅料）的安全性和免疫原性，同时还要评估辅料与制剂的相互作用。以表面活性剂聚山梨酯80为例，根据研究报道，2例接受奥马珠单抗皮下给药的患者在长期治疗成功后出现类过敏反应，可能由聚山梨酯80中的油酸不完全酯化残留形式及降解产物导致[26]。此外，聚山梨酯80的降解物还可能与处方中的主成分发生作用形成微粒，硅油的存在会加剧聚集，进而诱发潜在的免疫原性和安全性风险。表面活性剂的限度范围可根据历史批次数据、处方开发研究和稳定性研究确定为目标浓度±x%（w/v），也可根据保证药品稳定性所需的最低水平确定下限。苯酚、间甲酚等抑菌剂可能引起安全性问题，处方中抑菌剂的含量应为确保产品抑菌效力的最小添加量，抑菌剂的限度范围也应获得人体安全性数据的支持。

3.7 其他常规检测项目

生物制品的其他常规检测项目还包括外观、可见异物、不溶性微粒、pH值、渗透压摩尔浓度、装量/可抽取体积、安全性检查（无菌、异常毒性）等，这些项目通常采用药典方法检测，对于质量标准的拟定通常应符合《中华人民共和国药典》要求，并结合产品剂型、处方、临床要求等综合考虑[27]。例如，眼用制剂的不溶性微粒应控制在更严格的水平。对于药械组合产品，应纳入给药装置的功能性检测，例如预填充注射笔的松脱力和滑动力。

PCS这一概念从提出至今尚在探索研究的初期阶段，需要国内外监管机构和上市许可持有人不断结合实际应用进行丰富和完善。PCS不是放宽质量标准，而是更好地基于科学和风险管理提升产品质量标准。良好的质量标准体系基于科学和风险，并建立在大量的知识经验积累和全生命周期管理基础之上。随着药学、非临床和临床研究深入，鼓励上市许可持有人不断探索质量属性与临床表现之间的联系，同时对工艺和质量关系进行深入理解，将可能影响临床疗效和安全性且不易通过工艺控制的项目纳入质量标准，根据临床应用经验，建立合理的可接受范围。临床试验期间应尽可能用广泛的代表性批次开展人体试验，并做好记录和留样。随着上市后商业化产品生产经验的积累，还应进一步对质量标准的合理性进行评估，从而更加科学、有效地对产品质量进行控制[13]。

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