summary
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NO.1 啮齿类模型在SLE评价中的局限性
NO.2 SLE药效评价的关键生物标志物
NO.3 NHP模型的桥梁作用
NO.4 如何构建可靠的证据链?
禾开生物
自免模型专家
系统性红斑狼疮(Systemic Lupus Erythematosus, SLE)是一种累及多系统、具有高度异质性的自身免疫性疾病,以免疫耐受丧失、自身抗体产生和I型干扰素通路持续激活为核心病理特征。据全球流行病学统计,SLE患病率约为4.3—150/100,000,全球患病人数约500万人;2017年中国城市人口调查数据显示,我国SLE患病率达50.37/100,000(95% CI: 44.19—56.95),估算患者总数约100万人。在该疾病负担的背后,新药研发却长期陷入困境:近60年间,近 60 年全球获批 SLE 靶向新药有限,贝利尤单抗(belimumab,2011 年)为重要里程碑,直至 2021 年阿尼鲁单抗(anifrolumab)成为又一获批药物。大量候选药物在啮齿类动物实验中表现出显著疗效,进入临床后却因疗效不足或靶点转化失败而折戟——最典型的例子莫过于利妥昔单抗(rituximab),尽管在多种小鼠SLE模型中B细胞耗竭效果显著,但在两项III期临床试验(EXPLORER和LUNAR)中均未能达到主要终点。这一现实警示我们:在SLE创新药研发的漫长征途中,"死亡之谷"横亘在临床前研究与临床试验之间。如何建立从动物到人类的确定性桥梁?核心在于构建科学的疾病模型矩阵,并确立精准的生物标志物(Biomarker)转化策略。
01
转化之痛:
啮齿类模型在SLE评价中的局限性
长期以来,MRL/lpr自发型小鼠、Pristane诱导以及TLR-7激动剂诱导的小鼠模型是SLE早期药效评价的主力军。不可否认,小鼠模型在机制探索中功不可没——例如,Yokogawa等首次证明TLR7激动剂局部给药可在野生型小鼠中诱导出系统性自身免疫反应,为TLR7通路在SLE发病机制中的关键作用提供了重要证据。然而,在面对高度人源化的大分子药物时,小鼠模型存在着难以逾越的进化鸿沟。
首要问题在于免疫系统的物种差异。外周血白细胞组成上,小鼠以淋巴细胞为主(占75%—90%),而人类则以中性粒细胞为主(占57%—75%)。这种细胞组成上的根本性差异直接影响了免疫应答的动态模式、细胞因子网络的整体输出以及药物对特定细胞亚群的靶向效应。更重要的是物种间的交叉反应性缺陷:现代自身免疫疾病药物多为高度人源化的单克隆抗体或小核酸药物,其极端的高特异性常常导致药物只能识别非人类灵长类动物(Non-Human Primate, NHP)的对应靶点,而与小鼠靶点亲和力极弱甚至完全不结合。以利妥昔单抗为例,该抗CD20抗体在小鼠SLE模型中几乎无法模拟其对人体B细胞的选择性耗竭机制,这成为其从鼠到人转化失败的重要技术根源之一。
其次,药物代谢动力学(PK)参数的跨物种外推亦面临严峻挑战。以新生儿Fc受体(neonatal Fc receptor, FcRn)为例,人类与食蟹猴(*Macaca fascicularis*)的FcRn序列同源性高达96.0%,两者以相似的亲和力结合人IgG;而人类与小鼠FcRn的同源性仅约64%—70%。FcRn是IgG类抗体药物半衰期的关键调控分子,这一同源性差异直接导致抗体药物在小鼠和人体内的清除速率、暴露量(AUC)和半衰期(t₁/₂)出现显著偏差。此外,在肝脏药物代谢酶方面,虽然大多数人类CYP450基因在小鼠中拥有同源基因,但其表达模式、组织分布及催化活性存在显著差异,使得小分子药物的代谢特征难以通过小鼠直接预测。Olson等经典研究显示,NHP对人类毒性的预测能力优于啮齿类模型。进一步凸显了单纯依赖小鼠模型的局限性。
因此,仅依赖啮齿类模型无法真实反映高度人源化药物在人体内的生物标志物应答和药效学(PD)特征。在SLE这一高度依赖免疫调控的疾病领域,这一局限尤为突出。
图1 TLR7激动剂诱导系统性红斑狼疮(SLE)的核心发病机制
图2 小鼠、食蟹猴与人类在免疫系统组成、
FcRn同源性及毒性预测价值方面的关键差异
02
核心指标:
SLE药效评价的关键生物标志物
在SLE的转化医学中,生物标志物不仅是疾病活动的"监视器",更是连接动物实验与临床研究的"通用语言"。2019年欧洲抗风湿病联盟/美国风湿病学会(EULAR/ACR)分类标准已将多种血清学指标纳入SLE的核心诊断框架。在从动物向人类推进的过程中,需重点关注以下三个维度的标志物。
2.1 血清学自身抗体与补体系统
抗双链DNA抗体(Anti-dsDNA)和抗核抗体(ANA)是SLE的标志性自身抗体,也是2019年EULAR/ACR分类标准的重要组成部分。在临床实践中,Anti-dsDNA在SLE患者中的阳性率为70%—98%,敏感性约57.3%,特异性高达97.4%;ANA的敏感性则达96%—98%。这两种抗体水平的动态变化可直接反映B细胞过度活化的程度——在ALD-DNA诱导的小鼠模型中,候选药物若能显著降低Anti-dsDNA和ANA滴度,则提示其对B细胞活化或自身抗体产生通路的有效抑制。
补体系统同样提供了关键的疾病活动度信息。补体C3和C4的消耗是反映体内免疫复合物沉积和经典补体激活途径持续活化的实时指标。研究显示,62%—67%的活动期SLE患者伴有低补体血症(hypocomplementemia),低C3/C4水平与疾病活动度评分(SLEDAI)呈显著正相关,也是预测狼疮肾炎进展的独立危险因素。因此,在动物模型和临床试验中,C3/C4水平的回升常被视为药物治疗获益的重要信号。
2.2 炎症因子与I型干扰素信号特征
I型干扰素(Type I Interferon, IFN-I)通路过度激活是SLE最关键的免疫病理特征之一。研究表明,约60%—80%的SLE患者外周血中存在IFN-I信号激活(即IFN signature阳性)。在阿尼鲁单抗(anifrolumab,靶向I型干扰素受体亚基1)的III期TULIP-1/TULIP-2临床试验中,入组患者的IFN signature阳性率高达82%,这一生物标志物不仅用于患者分层,也成为评估靶向IFN通路药物疗效的核心终点。
无论是通过TLR-7激动剂(如咪喹莫特)诱导的SLE模型,还是临床患者队列,血清中IFN-α及其下游趋化因子——包括干扰素诱导蛋白10(IP-10/CXCL10)和单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1/CCL2)——的高表达均构成评估靶向干预效果的金标准。阿尼鲁单抗治疗后,患者血清中IP-10和MCP-1水平显著降低,且与临床应答率呈正相关。对于靶向浆细胞样树突状细胞(pDC)及TLR7/8/9通路的候选药物而言,动态监测IFN-I相关细胞因子谱的变化具有尤为关键的转化价值。
2.3 靶器官损伤标志物(以狼疮肾炎为例)
肾脏是SLE最常累及的靶器官,20%—65%的SLE患者在其病程中出现肾脏受累,基于中国系统性红斑狼疮研究协作组(CSTAR)的数据,我国SLE患者肾脏受累比例约为45.0%。此外,70%—85%的患者伴有皮肤黏膜损害。在靶器官损伤层面,24小时尿蛋白定量(proteinuria)、血清肌酐水平及组织病理学评分(如肾小球内IgG/IgA/IgM及补体C3沉积评分、肾脏病理活动指数AI/慢性指数CI评分)构成了跨越物种的一致性药效终点。值得注意的是,即使在接受标准治疗的情况下,约10%—30%的狼疮肾炎患者仍在15年内进展至终末期肾病(ESRD),这一严峻现实进一步凸显了开发更有效治疗手段的迫切需求,也对临床前模型预测靶器官保护效应的能力提出了更高要求。
03
破局利器:
NHP模型在生物标志物转化中的桥梁作用
为跨越小鼠与人类之间的"死亡之谷",非人类灵长类动物模型已成为精准预测SLE药物临床疗效的关键桥梁。食蟹猴在免疫应答模式、细胞因子网络架构及靶点同源性上与人类高度一致:Qu等利用单细胞测序技术构建了食蟹猴全血免疫细胞转录组和调控组图谱,证实食蟹猴外周免疫细胞亚群组成及基因表达特征与人类高度相似,为NHP模型的转化外推价值提供了系统性的分子证据。
前沿转化平台:禾开生物的NHP SLE模型矩阵。 在NHP SLE模型开发领域,苏州禾开生物科技有限公司(Hkeybio)已建立起国内领先的转化研究平台。禾开生物成立于2017年,专注于自身免疫和过敏性疾病的临床前CRO服务(占业务95%以上),目前已累积完成超过1,000个项目,支持了超过500个IND申请,服务对象涵盖1,000余家客户。凭借ISO 9001和AAALAC双重资质认证及完整的IACUC伦理审查体系,禾开生物构建了覆盖30余种自身免疫及过敏疾病的NHP疾病模型矩阵(HKEY-NHP-MATRIX 2.0),并配套开发积累了超过10,000例体内实验数据的自免疾病模型数据库(HKEY-AIDMD 3.0)。
在SLE领域,禾开生物已成功开发并验证了两类食蟹猴模型:
(1)TLR-7激动剂诱导的食蟹猴系统性红斑狼疮模型: 采用咪喹莫特(imiquimod)作为诱导剂,每周三次局部给药,连续诱导10周。该模型可稳定重现人类SLE的核心特征,包括Anti-dsDNA抗体滴度进行性升高、血清IFN-α水平显著上升、外周血单个核细胞(PBMC)中I型干扰素刺激基因(ISG)表达上调,以及肾脏HE病理评分显示的肾小球炎症和免疫复合物沉积样改变。该模型的生物标志物谱与人类患者高度一致,为靶向TLR7/IFN通路药物的临床前评价提供了可靠平台。
(2)TLR-7激动剂联合UVB诱导的食蟹猴皮肤型红斑狼疮(CLE)模型: 在TLR-7激动剂系统诱导的基础上叠加UVB局部照射,6周内可建立兼具系统性炎症和皮肤局部病变特征的CLE模型。评估指标涵盖皮肤临床评分、皮肤局部IFN-α表达、皮肤HE病理、Anti-dsDNA抗体动态变化,以及皮肤组织的RNA测序和免疫细胞聚类分析。该模型对同时关注皮肤表现和系统性炎症的SLE候选药物具有独特的评价价值。
上述模型的科学基础得到了最新研究的强力支持。Oda等近期在食蟹猴模型中系统评估了口服TLR7激动剂的临床前药代动力学和药效动力学特征,证实食蟹猴模型可有效预测药物在人体内的IFN-I相关生物标志物应答模式。Brown等通过人类遗传学研究进一步证明,TLR7功能获得性变异可直接导致人类狼疮发生,从遗传学角度确立了TLR7作为SLE治疗靶点的因果性地位,也为TLR7激动剂诱导的NHP模型提供了坚实的机制基础。
从PK/PD转化角度,食蟹猴的优势更为突出。如前所述,人类与食蟹猴FcRn的96%序列同源性确保了抗体类药物在两者间的半衰期和暴露量具有高度可比性。此外,食蟹猴的肝脏代谢酶谱、补体系统及免疫细胞亚群分布均与人类更为接近,使得在NHP模型中获得的PK参数、PD标志物动态变化及剂量-效应关系,对人类临床具有极高的外推价值。
图3 禾开生物(Hkeybio)SLE疾病模型矩阵:覆盖7种小鼠模型与2种食蟹猴NHP模型的全方位临床前评价体系
04
转化策略:
如何构建可靠的证据链?
图4 啮齿类筛选—NHP验证—临床转化'的阶梯式生物标志物验证策略及禾开生物(Hkeybio)技术平台支撑体系
针对新型SLE管线,建议采取"啮齿类筛选—NHP验证—临床转化"的阶梯式生物标志物验证策略。不同研发阶段对应不同的模型体系和核心评估指标:
禾开生物在上述三个层面提供了完整的技术支持。在小鼠模型层面,其模型库覆盖7种SLE模型,包括MRL/lpr自发模型(10—22周评估,环磷酰胺阳性对照)、TREX1⁻/⁻自发模型、Pristane诱导C57BL/6模型(7—17周)、TLR-7激动剂诱导C57BL/6模型(0—12周)、TLR激动剂诱导人源化C57BL/6模型、ALD-DNA诱导BALB/c模型(0—12周)以及凋亡细胞诱导BALB/c模型,可满足不同靶点和机制药物的早期筛选需求。
在NHP转化层面,禾开生物不仅提供标准化的TLR-7激动剂诱导食蟹猴SLE/CLE模型,还通过其HKEY-AIRx 1.0转化型临床前研究策略平台,将NHP模型的PK/PD数据与人体预期进行桥接分析。该平台综合考虑食蟹猴与人类在FcRn介导的IgG清除机制、补体系统激活阈值及IFN-I通路调控网络方面的相似性,建立数学模型预测人体首次临床试验(FIH)的起始剂量和有效剂量范围。此外,禾开生物开发的HKEY-NHP-onChip 1.1技术——全球首创的NHP来源类器官与器官芯片结合平台——为在体外快速验证候选药物的靶器官效应提供了创新工具。
在生物标志物确证层面,禾开生物的实践已得到学术界的认可。其NHP模型的伦理规范和实验数据已通过同行评审——2024年发表于*Frontiers in Immunology*的研究明确获得禾开生物IACUC伦理审批,相关数据存储于NCBI(PRJNA1181153)。禾开生物还与上海交通大学医学院附属瑞金医院、山西省人民医院等学术机构建立了合作关系,持续推进NHP模型向临床的转化验证。
由于食蟹猴在FcRn介导的药物清除、补体依赖性细胞毒性(CDC)及抗体依赖性细胞介导的细胞毒性(ADCC)效应机制上与人类的高度相似性,在NHP模型中获取的PK/PD参数及生物标志物动态变化对人类临床具有极高的外推价值。这不仅能更准确地预测临床拟用剂量,还能大幅降低I期临床试验的剂量探索风险和后续II/III期试验的疗效不确定性。以阿尼鲁单抗的开发历程为例,正是基于NHP模型中确证的IFN-I信号抑制作为PD标志物,其III期临床试验(TULIP-2)才得以精准设计生物标志物终点,最终成功达到主要终点并获得FDA批准。
结语
SLE新药研发是一场极具挑战的长跑。从小鼠模型中寻找机制的火花,在NHP模型中夯实转化的桥梁,最终在人类患者中验证疗效的奇迹——每一步都离不开以生物标志物为核心的转化策略。全球约500万SLE患者、60年间仅2种靶向新药获批的残酷现实,以及利妥昔单抗从鼠到人转化失败的前车之鉴,都在警示我们:临床前模型的选择直接决定了研发的成败。
建立一套基于真实生理映射的生物标志物转化策略,选择高度拟真、数据可重复的动物模型,意味着在研发早期就握住了通往成功临床转化的"指南针"。以禾开生物为代表的国内CRO平台已在这一领域建立起涵盖7种小鼠模型、2种食蟹猴NHP模型及配套转化数据库的完整体系,为我国乃至全球SLE创新药的研发提供了不可或缺的转化医学基础设施。未来,随着单细胞测序、空间转录组学及NHP类器官芯片等前沿技术的深度融合,,从临床前模型到患者床头的转化之路必将更加精准、可控。
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文末小好奇:
作者:禾开生物市场部
编辑:景妍
禾开生物 ——“自身免疫模型专家”,是一家专注于自身免疫及过敏疾病领域、提供体内药效全流程服务的临床前研究 CRO 公司。公司核心技术团队拥有 20 年以上自身免疫疾病新药研发全链条经验,已通过 ISO9001 质量体系认证,建有苏州工业园区分子、细胞、病理、小动物及分析检测全链条试验基地,同步布局苏州、广西两大非人灵长类试验基地。公司现有员工近 80 人,项目负责人均具备硕博及以上学历,团队累计拥有 500 + 项自身免疫性疾病 IND 申报经验,可高效解决自免新药研发与申报全流程中的各类疑难问题。
• 50+非人灵长类自免及过敏疾病模型
• 500+自身免疫及过敏疾病动物模型
• 500+项自身免疫性疾病IND申报经验
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