肿瘤新药研发，生物标志物到底有多重要？

文丨药疯

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前言：生物标志物有多重要？举两个例子。1）Pembrolizumab，大名鼎鼎的K药，2017年首次被FDA批准用于治疗MSI-H/dMMR的成人和儿童实体瘤患者，是FDA首次基于生物标志物批准的药物；2）克唑替尼，最早被辉瑞研发为cMet激酶抑制剂，发现针对cMet扩增的肿瘤未有很显著的疗效，但在一些含有ALK融合基因的肺癌病人中疗效异常显著，在修改生物标志物后经临床II期试验结果批准上市。由此，初步证实，生物标志物的研究是当前肿瘤药物开发的重要技术手段之一，基于此，笔者特总结肿瘤领域生物标志物知识内容及代表案例，以期对生物标志物的概念形成一个具体的认识框架。

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生物标志物的定义&分类

生物标志物通常是指能被客观测量和评价，反映生理或病理过程，以及对暴露或治疗干预措施产生生物学效应的指标。举例如下：

图1.1 使用生物标志物测试来推动转移性癌症患者的治疗决策

（图片源：Seminars in Cancer Biology. 2021）

在肿瘤领域，生物标志物通常是由肿瘤细胞或非肿瘤细胞产生的、反映体内肿瘤细胞或非肿瘤细胞存在和变化的生物学物质，这是生物标志物的物质性。

根据功能特点的不同，可将与药物研发相关的生物标志物分为以下六种类型：即诊断性生物标志物、预后性生物标志物、预测性生物标志物、药效学生物标志物、安全性生物标志物、监测性生物标志物。

表1.1 六类生物标志物

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肿瘤药物生物标志物-何时开发&如何开发

通常，生物标志物的开发应与药物临床研发并行，根据患者人群的疾病特征、药物作用机制和安全性特征，开发不同的单个或多个生物标志物，加速抗肿瘤新药研发。

➣开发时机

早期临床试验阶段，鼓励采用适当的生物标志物进行探索研究，获得药物对人体作用效应的更多信息，包括药效作用和毒性作用。通过前瞻性或回顾性研究生物标志物和临床结果的相关性，探索标志物的疗效预测或预后价值，为关键临床试验人群的选择、分层因素、安全性风险控制等方面提供初步依据。

关键临床试验阶段，建议根据早期临床试验阶段中生物标志物的研究分析结果，明确是否采用某种生物标志物进行人群的富集，并在关键性临床试验中进行确证。同时建议探索更多其它生物标志物，有助于进一步理解药物作用特点及耐药机制等。

➣开发步骤

药物研发过程中，对于一个新生物标志物的认定，从假设的提出到临床试验的应用，通常需经过以下五个步骤：1）发现差异，提出假设；2）验证分析方法；3）验证生物学效应；4）验证临床样本；5）临床试验确证。

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生物标志物在临床试验中的具体应用

在基于上述对生物标志物的特点、分类、开发时机、开发步骤介绍说明的基础上，如何在临床试验中应用才是上述内容的真正意义所在。还是根据经典的六类标志物的特点进行列表说明，以更直观的体现相互之间的不同。

表3.1 六类生物标志物在临床试验中的应用

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按照六类生物标志物进行举例说明

根据ICH《生物标志物在抗肿瘤药物临床研发中应用的技术指导原则》，其大致给出了7~10个关于生物标志物的具体实际例子，现将具代表性示例阐述如下。

➣举例1-诊断性生物标志物

例如，BCR-ABL1融合基因阳性是慢性髓性白血病（CML）的诊断指标之一，BCR-ABL1融合基因即属于诊断性生物标志物。

➣举例2-预后性生物标志物

例如，血甲胎蛋白（AFP）升高已在多项研究中被证实是晚期肝细胞癌的不良预后因素，属于预后性生物标志物，在肝细胞癌临床试验中常被用作分层因素。

➣举例3-预测性生物标志物

例如，基础研究发现间变性淋巴瘤激酶（ALK）融合基因是非小细胞肺癌（NSCLC）的关键驱动基因之一，在ALK抑制剂临床研发中采用富集设计，选择具有ALK融合基因的晚期NSCLC患者作为研究人群开展研究，可极大提高研发效率。预测肿瘤耐药/进展的生物标志物还可用于探索联合治疗或开发针对耐药靶点的迭代新药。

➣举例4-药效学生物标志物

例如，外周血CD20+B细胞的数量可作为试验药物靶向清除CD20+B细胞的药效学生物学指标。早期临床研发阶段，药效学生物标志物常可作为有效性探索指标，也可用于剂量-暴露量-效应分析，有助于剂量的确认和概念验证阶段适应症的探索。

➣举例5-安全性生物标志物

例如，尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶（UGT1A1）基因型的检测可识别使用伊立替康后可能发生严重消化道不良反应的患者，这部分患者需采用低剂量给药。FDA和EMA认定了β2-微球蛋白、血清半胱氨酸蛋白酶抑制剂C等7种安全性生物标志物评价新药肾毒性。

➣举例6-监测性生物标志物

例如，在急性淋巴细胞白血病中进行有计划的微小残留病（MRD）监测，可以监测疾病状态。

➣举例7-综合

同一生物标志物的归类可能不同。例如，BCR-ABL1融合基因是CML的诊断性生物标志物，BCR-ABL1激酶区的突变情况同时也可预测患者对不同BCR-ABL1抑制剂的治疗反应，因此也是预测性生物标志物；HER2是乳腺癌病理亚型和预后性生物标志物，也是抗HER2单克隆抗体的预测性生物标志物。

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按照具体癌种进行生物标志物举例说明

进一步通过文献调研，对具体癌种、或完全针对于癌症的生物标志物进行分析，总结示例如下：

➣举例1-卵巢癌

针对卵巢癌，有研究总结如下：1）铜转运蛋白、P-糖蛋白和谷胱甘肽S-转移酶等都被证实是铂类化疗耐药的靶前标志物；2）核苷酸切除修复交叉互补组1（ERCC1）的表达、BRCA1/2突变和PMS2的频繁缺失被认为是卵巢癌铂类耐药的靶点标志物；3）p53通路、MAPK通路以及抑制Ras-MAPK途径的miR-634被证明为卵巢癌铂类耐药的靶后标志物。

➣举例2-结直肠癌

针对结直肠癌，有研究总结如下：1）血浆中的各种RNA是CRC常见的生物标志物，如游离BIRC5 mRNA是一种有研究潜力的非侵袭性CRC诊断和预后的生物标志物；2）蛋白质也可以作为CRC的生物标志物，如PYGO2蛋白有作为CRC生物标志物的潜力；3）炎症因子同样可以作为CRC的生物标志物，如术前血清C-反应蛋白水平和CRC组织中CD8T淋巴细胞水平是预测治疗性手术CRC患者早期复发的有研究价值的生物标志物。

➣举例3-泛癌种总结

目前，有关肿瘤生物标志物的分类和命名尚未完全统一，根据其生物来源的不同，可简单划分为酶、癌基因/抑癌基因、激素、抗原、特殊蛋白、干细胞、miRNA等等，临床常见的肿瘤生物标志物举例如下。

表5.1 临床常见的肿瘤生物标志物及其临床应用

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小结

综上，即为笔者根据指导原则、文献、自身工作所总结的关于肿瘤领域生物标志物的一些知识内容，进一步总结如下：1）生物标志物的重要性日渐明显，可以更好的指导肿瘤药物的开发；2）药审部门鼓励研究者开展生物标志物的研究工作，以更好的阐明药物的作用机制，进而更加精准的应用于临床；3）国内药企研发为了更好的向FIC挺近，很难避开生物标志物的研究；4）生物标志物的研究理念，很可能拯救一个本能进入市场而止步于临床的新药。

• 参考文献：
• 1.Biomarkers Definitions Working Group. Bethesda, Md.Biomarkers and surrogate endpoints: Preferred definitions and conceptual framework. Clinical Pharmacology and Therapeutics，2001.
  
• 2.https://www.cancer.gov/about-cancer/diagnosis-staging/diagnosis/tumor-markersfact-sheet.
• 3.FDA-NIH Biomarker working group:BEST(biomarkers,Endpoints,and other tools) 2018.
• 4.FDA. Qualification Process for Drug Development Tools.2014.
• 5.Hughes T, Deininger M, Hochhaus A, et al. Monitoring CML patients responding to treatment with tyrosine kinase inhibitors: review and recommendations for harmonizing current methodology for detecting BCR-ABL transcripts and kinase domain mutations and for expressing results. Blood. 2006. 108(1): 28-37.
• 6.Galle PR, Foerster F, Kudo M,et al.Biology and significance of alpha-fetoprotein in hepatocellular carcinoma. Liver Int. 2019;39(12):2214-2229.
• 7.Takano M, Sugiyama T. UGT1A1 polymorphisms in cancer: impact on irinotecan treatment. Pharmgenomics Pers Med. 2017,10:61-68.
• 8.FDA. Review of qualification data for biomarkers of nephrotoxicity submitted by the predictive safety testing consortium https://www.fda.gov/media/87781/download.
• 9.FDA. Principles for Co-development of an In Vitro Companion Diagnostic Device with a Therapeutic Product.2016.
• 10.生物标志物在抗肿瘤药物临床研发中应用的技术指导原则.
• 11.卵巢癌铂类耐药标志物的研究进展.CNKI.
• 12.全球肿瘤生物标志物研发与应用态势分析.CNKI.
• 13.Seminars in Cancer Biology, https://doi.org/10.1016/j.semcancer.2021.08.002.