摘要：许多研究都集中在小分子摄取跨越血-脑屏障的挑战上，而很少有深入的研究评估中枢神经系统（CNS）摄取抗体所带来的挑战。在药物开发中，常规使用脑脊液（CSF）作为评估CNS药物暴露和生物标志物水平的替代物。在本报告中，我们研究了CSF与五种人源化单克隆抗体在大鼠和食蟹猴中的药物浓度-时间分布的动力学相关性，并分析了影响其CSF暴露的因素。

 

结果：经静脉团注后，抗体缓慢进入CNS，大鼠和猴在一至几天内达到最大CSF浓度（CSF T max）。抗体血清和脑脊液浓度-时间曲线趋于一致，直至平行CSF T max。CSF中的抗体半衰期近接近血清半衰期。虽然这些抗体的预期目标是不同的，但稳定的CSF与血清浓度比在0.1-0.2%的两个物种中是相似的。独立于抗体靶点和血清浓度，个别猴的脑脊液浓度与血清浓度的比值从0.03到0.3%不等。

 

结论：经全身给药后，大鼠和猴血清中CSF的平均抗体浓度为0.1～0.2%。抗体的CSF半衰期很大程度上取决于它们的系统性半衰期。

 

简介：血脑屏障（BBB）是阻碍治疗药物向中枢神经系统（CNS）靶向递送的最显著障碍。用于与中枢神经系统中的靶相互作用的药物，获得中枢神经系统和全身循环水平之间的精确动力学关系是必要的。同样重要的是了解影响这种关系的因素，以便根据它们的全身浓度-时间分布来规划中枢神经系统药物水平。在实践中，脑脊液（CSF）是测量中枢神经系统中药物和生物标志物水平最易获得和广泛使用的取样方式。脑脊液取样是不方便的，因此需要严格的研究设计，以尽量减少需要收集的时间点的数量。一些优秀的评论突出了使用CSF作为评估CNS药物暴露水平的替代物的科学原理和实用性。虽然有许多研究研究小分子药物穿过血脑屏障（BBB）和血脑脊液屏障（BCSFB）的速率。很少有深入研究抗体的传入和流出CSF的动力学，特别是关于控制脑脊液抗体暴露的关键因素。考虑到抗体达到最大CSF药物浓度（CSF T max）、抗体CSF半衰期（CSF T）和达到CSF和全身循环之间稳态抗体水平所需的时间。我们报告CSF与五种人源化单克隆抗体在大鼠和食蟹猴全身给药后的血清浓度-时间分布的动力学关系和影响CSF抗体暴露的因素。这些发现对于评估人类中枢神经系统抗体药物动力学具有重要意义。

 

材料：在这项研究中，我们测试了五人单克隆抗体（单抗）。所有五种抗体都是高度选择性的，对于它们各自的靶具有纳摩尔亲和力。抗体A（BIb054）优先结合α-突触核蛋白，并结合人类、非人类灵长类动物（NHP）和大鼠α-突触核蛋白。抗体B（399 H0/L0）识别JC病毒，其存在于人类中，但不存在于NHP或大鼠中。抗体C（BIb076）和抗体D（40E8）结合微管结合蛋白tau。. 抗体C识别tau内的线性序列并结合人和NHP，但不与大鼠tau结合。抗体D对磷酸化tau蛋白具有特异性，并识别磷酸化的人、NHP和大鼠tau。抗体E（BiB033，OpICunMUB）结合LRR和Ig结构域的NoGo受体相互作用蛋白1（LIGO-1），对人、NHP和大鼠LIGO-1具有相似的亲和力。抗体A、C、D和E是完全人源抗体，抗体B是人源化兔抗体。抗体A、B、C和D含有野生型人IgG1-Fc，而抗体E含有设计用于减少效应器功能的IgG 1-FC。抗体A（BIb054）、抗体C（BIb076）和抗体E（BIb033）目前正在临床试验中被评估。

 

方法：大鼠PK研究。成年雄性SD大鼠（250 - 300克）饲养在恒温（22±2°C）和相对湿度（50～70%）下，在常规光/暗时间表（光照，上午7:00至7:00）。自由采食和饮水。给药途径为尾静脉（单抗A、B、C、D）或腹腔注射（MAB E）。在给药后的不同时间点，通过CO2窒息处死动物，并立即通过脑池穿刺收集CSF和经心脏穿刺采血。用于评价E抗体的大鼠为成年雄性棕色Norway大鼠（平均体重150～200克）。对于脑和脊髓采集，在脑脊液/血液采集后立即用15毫升生理盐水进行灌注，并通过蠕动泵插入左心室。将全血样品放置在工作台上约15～30分钟，以3000转/分钟（约1000×g）旋转10分钟，分离血清。所有样品均保存在-80°C直到分析。幼龄食蟹猴（2.5-4kg）在给药前约1周，手术植入单腰椎鞘内导管（先进进入胸区），以允许重复CSF取样。在给药前，从导管收集CSF进行基线测量。静脉注射（IV）剂量在1至2分钟内给药。在预先选择的取样时间点，从受限制的清醒动物中收集血液（1毫升）和脑脊液（0.5毫升）。如上所述制备血清和CSF样品用于大鼠研究。污染样品排除在外。用酶联免疫吸附试验（ELISA）测定血清和CNS标本中抗体A- E的浓度。优化的夹心ELISA优化了每种抗体的检测。因为捕获和检测试剂是人类IgG特异性而不是靶特异性的。该检测可用于在非人类生物基质（包括NHP和大鼠样品）中对人或人源化的IgG分子进行定量修饰。测定总的单克隆抗体浓度，包括未结合和可溶性配体结合抗体。简单地，对抗体A- D样品进行分析，96孔ELISA板用捕获抗体包被，猴吸附山羊抗人IgG，1μg/ml。封闭后洗涤，将标准品（STD）、对照品（QCS）或研究样品添加到平板中。再次洗涤该板，并将1:7500稀释（50 ng/ml）的酶偶联检测抗体（山羊抗人IgG HRP）加入到孔中。洗涤后，加入HRP底物（TMB）。加入1N 硫酸终止反应，并在450nm处读取。平均ELISA值在16～4400 ng/ml之间。CSF的定量下限为16 ng/ml，血清样品为50 ng/ml。

 

结果：在大鼠和NHPS中评价了五种人类抗体在血清和脑脊液中的药代动力学特性。二室一级药代动力学模型符合所有五种抗体的浓度-时间曲线。在大鼠静脉给药后血清和脑脊液浓度-时间分布的抗体A（10毫克/公斤），B（10毫克/公斤），C（20毫克/公斤）和D（20毫克/千克）。血清浓度谱呈多指数下降。所有4种抗体在CSF中缓慢出现，CSF T max在6和48 h之间。血清和脑脊液浓度-时间曲线在CSF T max后达到平行。脑脊液抗体浓度比血清浓度低约1000倍。对棕色Norway大鼠腹腔注射（ip）抗体E，分别对脑脊液、脑和脊髓的血清和CNS组织浓度-时间曲线进行绘制。IP（30 mg/kg）给药后，给药后6～24小时达到血清T max。在血清T max后1～2天达到脑脊液T max、脑T最大值和脊髓最大T值。血清和脑脊液浓度-时间曲线在IP给药后也平行于CSF T max。脑脊液中的浓度-时间曲线（抗体A和E）和脊髓（抗体E）与CSF中的时间曲线平行，尽管这些中枢神经系统组织中的抗体浓度略高于脑脊液中的抗体浓度。没有观察到靶介导的清除的证据，这与缺乏对啮齿类动物目标（抗体B和C）的抗体的交叉反应性或在外围的低水平抗体（抗体A、D和E）是一致的。如在大鼠中观察到类似，在NHP中的每种抗体的血清浓度分布显示多指数下降。抗体在CSF中逐渐出现，IV给药后24～96小时达到高峰。血清和脑脊液浓度-时间曲线在CSF T max后平行，CSF抗体浓度平均比血清浓度低约1000倍。血清浓度与抗体剂量成正比，CSF浓度与抗体血清浓度成正比。抗体A、C和D的药代动力学特征相似。虽然所有三种抗体的血清浓度-时间分布的主题间变化相对较小，但脑脊液浓度与血清浓度的比值大约有十倍的变化。为了更好地了解CSF测量中的变异性，我们从三个NHP研究中分析了个体动物的血清和CSF浓度-时间曲线。CSF与血清比率的变化是随机的，并且在所有研究中都发生，而与预期的目标和剂量强度无关。这五种抗体在血清和CNS组织中均表现出高血清暴露（SuruMAuC）和长半衰期（T-）。IV给药后，CSF逐渐出现抗体，在大鼠CSF16～48小时达到最大浓度，食蟹猴CSF2～3天达到最大浓度。对于所有五种抗体，血清和脑脊液浓度-时间曲线在剂量给药后2至3天变得平行，CSF浓度大致比相应的血清浓度低一千倍，且与剂量无关。

 

结论：从五种人抗体在大鼠和猴体内的药代动力学分析，我们发现，在IV给药后约24～72小时，抗体缓慢进入CNS，脑脊液T max在IV给药后约24～72小时，CSF和血清浓度-时间曲线在CSF T max后平行，CSF与血清的平均比值为0.1～0.2%。在获得CSF T max之前，CSF与血清比率不是CNS摄取或稳态CSF与全身浓度比的准确指标。这些研究有助于未来研究的设计。