医疗药品管理美国和欧洲生物制药行业发展概况

1、2010年美国和欧洲生物制药行业发展概况（新批药物和临床实验潜力极大的在研药物）本文原是NATURE BIOTECHNOLOGY 上的一篇专题，原文干U载于 NATUREBIOTECHNOLOGY,2010,28（9）:917-924.作者统计了美国和欧洲生物制药行业的发展概况，非常有价值，现 翻译于此，原文我也附于最后。Biopharmaceutical benchmarks 2010摘要：在过去的四年半中，多种实验性的生物治疗方法获得了商业注册。但是生物仿制药的出现，才是生 物制品批准领域中的最大转变。在过去的四年半，新的生物药的批准率下降了。从 2006年起，只有25个全新的生物药实体（

2、NBE）在美 国或欧洲批准上市；期间总共批准了58份申请（包括生物仿制药和“me too化合物）。现在商场上的生物药数目已经超过200个了。我们之前的调查发现，最大的变化来自于生物仿制药的崛起。在欧洲共批准了 14个这样的产品，生物仿制药监管法规正在其它国家逐步确立，包括在美国。在过去四年商业注册的实验性的生物治疗中，包括了第一个癌症疫苗（预防和治疗性），第一个双特异性单克隆抗体。我们甚至还在期待第一个基因治疗产品的批准；基于小干扰RNA（siRNAs）、人类胚胎干细胞（hESC）和可诱导干细胞（iPS）的产品仍然很有前景。用于生产生物制品的体系种类也有了很大的进步：第一个由昆虫细胞和酵母（P

3、ichia pastoris）细胞生产的产品；基于酵母和植物细胞的生产系统已用于生产基因工程改造过的糖基化的产品。生产上游和下游处理的 流线性化改进也十分显著，特别值得一提的是可抛弃型系统的广泛使用。在接下来的部分，我将提供最近4年半（从2006年1月到2010年6月）新批准上市的生物药名单，类型及其针对的适应症。与之前的那篇文章一样，并没有包括组织工程产品，因为FDA将它划分为纯医药器械 类型。新上市产品：在这四年半中，欧洲和美国批准上市的58个生物药中包括：30个激素、生长因子、调节分子，13个单抗类产品，4个血液相关蛋白，2个亚单位疫苗，9个其它类产品（包括融合蛋白和治疗用酶）。平均一年

4、批 准约13个产品上市表明该领域是充满生机的。进一步分析，这其中40% （25个）是全新生物药分子（NBE）;近50% （28个）是先前批准的生物药的仿制药、me too化合物。此外，5个产品是新批准了适应症（2006年之前已批准了其它适应症）。4年半中批准了 25个全新生物药与先前文章相比并不容乐观（03-06三年间批准了 27个；03年前半年批准了 30个）。2008年特别令人失望，只有四个全新的生物药获得美国批准： Arcalyst ,Cimzia , Nplate, Recothrom； 除去这四个，欧洲实际上甚至没有全新生物药上市。虽然这样短期内的统计数据难以描绘出未来发展的大方向，

5、但是可以看出批准上市的新生物药实体总数呈 下降趋势，这是令人沮丧的。止匕外，这些新批准的生物药难以成为重磅炸弹级产品，因为许多产品是作为 孤儿药开发的。只有四个产品：Arzerra, Removab, Provenge, Vectibix的适应症是癌症；另外有两个宫颈癌疫苗Cervarix和Gardasil是预防癌症的。生物仿制药和reformulated（类似药物）将大量涌入一个早已充满竞争的市场。例如，这期间共有八个EPOs的生物仿制药获得上市许可；而之前已经有五个EPOs产品。竞争将会相当激烈，即便 EPO的市场份额约有100亿美元/年。与此类似，filgrastim（非格司亭）有6个仿

6、制药 上市，适应症是嗜中性白细胞减少症，将与市场上已有的三个filgrastim类产品展开竞争。即便存在竞争，生物制药行业整体上仍然呈现显著的增长。2007年，生物药的总销售额为 940亿美元，现已发展成为一个6000亿美元的制药产业。重组治疗性蛋白（不包括抗体）2009年总计销售额为610亿美元，单克隆抗体2009年销量增长380亿美元，达到990亿美元。在最为著名的重磅炸弹级产品中，治疗癌症的单抗占据了主要位置：Rutuxan, Herceptin , Avastin , Erbitux ,Vectibix ,此外还有靶点为 TNF的Enbrel, Remicade, Humira和Cim

7、zia。这两组产品2009年的销售额都 达到了 180亿美元。紧随其后的是，胰岛素及其类似物，总销量约133亿美元。排名第三的是 EPOs类产品，2009年总销量为95亿美元。2009年全球生物药销量排行榜上，前十种有 5个，甚至前五中有 4个都 是单抗类产品，印证了该类产品在生物药行业的杰出表现。（单品种药物全球销量top10排行中，单抗都能占4个（不算Enbrel）。）分开来看，四年半中欧盟批准了49个生物药。包括14个生物仿制药，8个reformulated或me too产品，还有5个先前被美国批准的产品；所以实际上只有22个新生物实体。虽然欧盟监管系统对全新药物的上市要求作出了明确规定

8、，四年半间仍有120个这样的产品获准上市，所以新生物实体只占总数的18%（与03-06年的数据22%相比，下降了）。四年半间，美国批准了 21个新生物实体的上市要求。同期共有99个全新药物上市，新生物实体所占比例为21% （与03-06年的数据24%相比，也下降了）。同期美国批准了 11个reformulated或me too生物药上市，使得市场中类似药物达到了32个。仅看生物药批准数量，欧盟（49个）比美国（32个）多，主要是因为欧盟批准的生物仿制药更多。除Recothromb外，这篇文章回顾时间内所有新批准的生物实体都是注射使用的。Recothromb （重组人凝血酶）的适应症为轻微手术中

9、出血并直接应用在出血部位。辉瑞公司2006年获批的吸入式胰岛素产品Exubera可以说是吸入式生物药的分水岭，在Exubera撤市以后，Novo Nordisk和Lilly也中断了研发吸入式胰岛素产品。仅有MannKind公司仍然坚持开发吸入式胰岛素产品Afrezza, FDA也开始对其产品进行上市审批。新批准的抗体25个批准上市的新生物实体中有 13个是抗体。2009年是值得纪念的一年，因为共有7个单抗产品通 过审批在欧盟或美国上市。其中四个：Arzerra, Ilaris , Simponi和Stelara是全人抗体。之前仅有 2个全人抗体获批，分别是 Vectibix （2006年）和H

10、umira （2000年）。另外值得注意的是 Removab,它是上市的第 一个双特异性抗体，由欧盟于 2009年批准上市。虽然在这四年半间，13个单抗批准上市是令人高兴的一件事。但是这些产品要么是面对不大的市场需求， 要么就是面对已有产品的激烈竞争。例如，Ilaris和Soliris都是孤儿药，而 Cimzia和Simponi要面对先前上市的3个TNF- a抑制剂（Humira, Enbrel和Remicade）的竞争。TNF-a抑制剂主要是用于治疗风湿性关 节炎和Crohn diease （炎症性肠病），这是一个利润丰厚的市场。现今全球的风湿性关节炎市场约为110亿美元，今年年底炎症性肠病

11、的生物药治疗市场也将达到50亿美元。肿瘤疫苗批准的两个肿瘤疫苗也是里程碑事件。两个宫颈癌疫苗Gardasil和Cervarix针对的是人乳头瘤病毒HPV。HPV是宫颈癌的主要致病原因，宫颈癌是仅次于乳腺癌的女性第二大杀手。HPV通过性接触广泛传播，50%的年轻女性在被传播五年内变为sexually active o两种HPV亚型HPV 16和HPV 18被认为是高度致癌的，导致了约70%的宫颈癌。平均每年全球新诊断出50万例宫颈癌，每年导致约30万人死亡。Cervarix是二价疫苗，含有重组的人乳头状瘤病毒亚型16和18衣壳蛋白L1 , Gardasil是一种四价疫苗， 含有HPV亚型6, 1

12、1, 16和18重组的衣壳蛋白。除了预防宫颈癌，Gardasil还能提供对生殖器疣的预防，因为90%的生殖器疣都是由HPV亚型6, 11造成的。行业分析师预测这些疫苗的年销量可能超过10亿美元，即便这两种疫苗在全球推广过程中可能遭遇道德、宗教问题。第一个治疗性细胞疫苗 Dendreon公司生产的Provenge,适应症是转移性前列腺癌，在经过艰辛的审批道路 过后，于2010年获得批准在美国上市。Provenge用标记物CD52浓缩来自病人的细胞，用重组前列腺酸性 磷酸酶-巨噬细胞集落刺激因子（PAP-GM-CSF）融合产物，体外激活来自病人的细胞，然后重新注入病人 体内。因为这种自体细胞疗法面

13、临生产扩大的难题，公司只计划在第一年里生产 2000剂量的产品，只能为一小部分前列腺癌患者服务。生物仿制药早在2000年，欧盟就生物仿制药的批准上市制定了相关的法律。欧盟药物机构（ EMA）发展了配套的主 要法规和产品特异性的指导方针。欧盟要求生物仿制药必须提供和原研药的比较研究数据。生物仿制药的 申请档案（相对于原研药）必须含有全程质量监督模块（比如说生产、检验的细节信息）和简略的临床、非临床数据模块。欧盟法规的全面性已经经过了14个生物仿制药的验证，包括2个人重组生长因子（hGH）,7个白细胞集落刺激因子（G-CSFs; filgrastims） , 5个EPO生物仿制药。证明了开发含大量

14、糖基化复合物 的生物仿制药的可行性。EPO有1个。-和3个N-糖基化位点，并且糖基可占到EPO分子量的40%o尽管具有如此的复杂性，EPO的生物仿制药展现出了与原研药相近的糖基化模式，并达到了欧盟生物仿制药的 监管法规。但在本文回顾的 2006-2010年间，欧盟拒绝、撤销了 5个生物仿制药上市申请。如今，欧盟的人类药物产品委员会的生物仿制药监管者正在更新EPO仿制药的指导方针，以及完善卵泡刺激激素（FSH）、干扰素-0、单抗的指导方针。单克隆抗体的分子量、结构、功能的复杂性使得发展单克 隆抗体药物的生物仿制药充满挑战。然而第一代单抗产品即将面临专利到期，包括：Herceptin, Ritux

15、an,Remicade和Humira ,巨大的市场价值使得它们成为生物仿制药的目标。尽管欧盟关于单抗的指导方针不 会在近几个月完成，人类药物产品委员会已经在为开发单抗的生物仿制药提供系统的通告。生物仿制药在美国的发展更为艰辛，但是在奥巴马总统签署生效的医改法案中，已经批准了其审批的大致架构。在未来几年，批准生物仿制药上市的步伐将大为加快。制药企业诸如 Merck, Cangene, Sandoz, Teva, DrReddy'扉口 Biocon公司已经准备着抢占生物仿制药这块市场。其他地区，如加拿大也在发展生物仿制药监 管法规，澳大利亚则直接采用欧盟的法规，日本、瑞士、土耳其和几个其他

16、地区也采取相似的法规。现在仍然不知道，生产生物仿制药的投资回报与先前的争论、开发投入是否对等。生物仿制药可能比原研药节约10-30%的费用，但也有人预测原研产品仍将占据市场的大部分份额。2008年，欧盟的生物仿制药市场约6000万美元，估计到2013年，美国的生物仿制药市场将达到3000万美元。止匕外，生物仿制药在其他地区的市场也将占据相当的份额。全球生物仿制药的销售额在 2007年已经超过了 13亿美元（10亿欧元）。到2016年，价值约332亿美元（250亿欧元）的生物制品将失去专利保护。到时候在欧盟和美国，单克隆 抗体和其他重磅炸弹级产品的仿制药出现会将生物仿制药市场份额。一些分析人士预

17、测多个生物仿制药将会成为重磅炸弹级产品，到 2017年将达到13亿美元（10亿欧元）的销售额。生产系统通过分析2006-2010批准的生物药，可以发现大部分生物药仍然是通过哺乳动物细胞和大肠杆菌生产的，这两者仍然是生物制药领域生产系统的主力。在批准的58个产品中，32个是在哺乳细胞（主要是 CHO）中生产的，17个是在大肠杆菌中生产的，4个是酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae中生产的：liraglutide ,Gardasil, Valtropin , active ingredient in Novolog mix insulins 。 Atryn （抗凝血酶）仍然是

18、转基因动物生产生 物药的唯一代表；Macugen （哌加他尼）则是通过直接合成的生物药的唯一代表。该领域的进步包括：在 baculovirus-insect cell 系统中生产的 Cervarix 和 Provenge ' s fusion prote藤准上市；在巴斯德酵母 （P. pastoris） 中生产的Kalbitor获准上市。另外至少有2个用植物生产的重组蛋白（CaroRx和人造血内因子）获得欧盟批准用于医疗保健（非严格意 义的药物）。CaroRx是一个单抗，特异性的结合于变形链球菌（Streptococcus mutans）,而变形链球菌是细菌性蛀牙的主要起因。将产品用于

19、牙齿表面，能阻止细菌黏附，减少齿禹齿的发生率。人造血内因子被批准 作为膳食添加剂，用于治疗维生素B12缺乏。另一个里程碑是基于植物生产的注射性药物很可能获得批准。Protalix Biotherapeutics公司的Taligurase alfa（用培养的胡萝卜细胞生产的重组葡糖脑普酯酶）正在进行临床3期实验，是该领域很有力的竞争者。葡糖脑昔酯酶替代治疗通常用于治疗高雪氏症（Gaucher disease ,这是一种罕见的溶酶体存储失调疾病。现有的产品是从胎盘提取或用CHO细胞重组表达的。通过这两种方式得到的产品在下游提纯中需要经过外切葡萄糖普酶处理，以除去产品糖基化组分中的唾液酸末端。这样做

20、能暴露出甘露糖末端，能促进macrophages（靶细胞）通过细胞膜上的甘露糖受体直接吸收药物。通过植物细胞生产的Taligurase alfa,通过植物特有的C末端信号肽，在生物合成之后储存于植物液泡。通过植物表达的产物的糖基化组分自然带有甘露糖末 端，与通过外切葡萄糖音酶处理的一样。因此在下游处理中能减少外切葡萄糖音酶处理的步骤。蛋白质工程2006-2009年批准的25个新生物实体中，有17个通过蛋白质工程进行过修饰。在批准的11个抗体中，有6个是全人抗体，1个是双特异性抗体，剩下的都是人源化抗体。两个单抗片断（ Cimzia和Scintimun ）也 获得了批准，Scintimun用于诊

21、断，是由一个鼠抗衍生而来。而 Cimzia则是人源化、PEG修饰的；这个 anti干NF-a Fab片断最初于2008年批准用于Crohn' s disease09年5月又批准它用于治疗风湿性关节炎。 单个PEG是分枝状结构40 kDa的分子，通过上仅有的一个半胱甘酸残基（ Cys227）连接到抗体片断的 C 末端。PEG化大大延长了 Cimzia的血浆半衰期，只用每月注射一次。剩下的两个产品（Arcalyst和Nplate）是二聚体融合蛋白；诺和诺德的Victoza是一个胰高血糖素样肽1 （GLP-1） 类似物，并连上了一个脂肪酸分子。GLP-1是肠促胰岛素激素家族的一员，肠促胰岛素

22、激素是一类可促进胰岛素生成和分泌的激素。Victoza与原分子有30个氨基酸的差别，原分子的一个赖氨酸残基被精氨酸取 代，并在剩余的赖氨酸残基上连上了一个C16脂肪酸。这样的变化使该激素类似物的血浆半衰期从2分钟提高到13小时，使得2型糖尿病患者每天只用注射一次。该药有成为重磅炸弹的潜力，因为抗糖尿病药物市场已经在2009年达到了 230亿美元。糖基化工程大部分治疗性蛋白都有一个或多个翻译后修饰，并且这些翻译后修饰步骤肯定会影响生化性质、治疗效果。糖基化修饰是翻译后修饰中最常见的一种，40%已批准上市的治疗性蛋白都与其有关。用哺乳动物细胞生产糖基化修饰的生物药，除一些已经认识到的局限外，就是受

23、限于哺乳动物细胞无法产生治疗上可接受的 糖基化模式。一个值得注意的趋势就是通过糖基化工程去改造一个生物药的糖基化，以改进一些治疗属性。早前的方法涉及下游处理（如先前提到的葡糖脑普酯酶）或在蛋白骨架上提供一些额外的糖基化位点例如Amgen的EPO的类似物Aranesp。在最近的2-3年，后一项技术被应用到其他生物药（至少是实验层面上）。高 度糖基化的干扰素-a变异体，其血浆半衰期提高了25-50倍。高度糖基化的FSH变异体注射到雌性小鼠体内后，促进了排卵和胚胎细胞形成。另一种可选方案则是将预合成的低聚糖通过化学连接的方式连接到蛋白骨架上。例如，最近报道了通过将带有甘露糖-6-磷酸（MP-6）末端

24、的低聚糖连接到（纺葡萄糖普酶）蛋白骨架上促进了肌肉细胞通过细胞膜 表面的MP-6受体吸收溶酶体的 纺葡萄糖普酶（用于治疗II型糖原贮积症）。进一步的研究表明，这种修 饰与II型糖原贮积症小鼠模型中的治疗效果改善有关联。酵母和植物细胞中的糖基化工程也取得了进展，这两个系统相对于哺乳动物细胞系统具有技术、经济优势，但这两个系统都不适合于生产糖基化产品。糖基化蛋白在酵母中表达，总是导致连接上许多富含甘露糖的 糖基侧链，而缺乏降低药物血浆半衰期的唾液酸末端。在植物细胞中表达糖蛋白则产生含有木糖和岩藻糖 的超高糖基化产物，而木糖和岩藻糖基对人是具有免疫原性的。止匕外，糖基侧链往往缺乏唾液酸末端，这 是能

25、负调控糖基化药物血浆半衰期的。酵母的糖基化工程也取得了进展，使得酵母能够生产满足治疗性生物药品的糖基化。从经济角度来看，Merck全资下属子公司Glycofi在该领域做出了巨大贡献：经它们糖基化工程改造的巴斯德酵母能够生产均一性的 带唾液酸末端的糖基化产物。这需要敲除掉4个基因（避免酵母特有的糖基化）并引入14个和糖基化有关的基因。在植物系统中，最近一个重大进步是开发出了缺乏木糖和岩藻糖核心转移酶的体系。Greenovation Biotech开发了一种糖基化工程敲除木糖和岩藻糖核心转移酶的苔葬（Physcomitrella patens）。这种苔葬长在一个光合自养的密闭发酵体系中。培养基仅仅

26、是由水，矿物质组成的，光和二氧化碳作为能源和碳源。另外还有 BiolexTherapeutics开发出了一种用 RNAi干扰去除木糖和岩藻糖核心转移酶表达的浮萍系统。Biolex的核心产品Locteron （干扰素-a 2b在今年四月已经宣布进入临床2b期。上游和下游处理医疗改革，医疗预算的压力和行业内竞争迫使生物仿制药生产企业降低生产成本。这些年可喜的见到了许 多生产上游和下游的改进，例如可抛弃式系统和下游处理流水线的发展。一次性可抛弃式生物反应器的出现是一个重要的事件。例如通用公司的波浪式反应器和Xcellerex公司的XRD生物反应器等等。通用公司的袋式波浪反应器的容量可达500L ,由

27、多层塑料制成，最里层是生物相容性很好的乙烯醋酸乙烯酯一一聚乙烯的共聚物。袋式生物反应器由 丫射线灭菌，并通过摇动来使培养基 混匀。Xcellerex公司的XRD生物反应器，其袋容量可达2000L,细胞培养带内部安置有此例搅拌器来混匀 培养基，在上游处理过程中可以封装在不锈钢外壳的内部。支持者认为，一次性生物反应器可减少核心设备的需求、可快速建立生产线、减少认证步骤、减少原位清 洗、并缩短生产周转期。即便如此，一次性生物反应器高昂的细胞袋价格，并须每次更换，并且由此产生 的有害物质处理费用是它的缺点。止匕外，许多生产工厂已经在安装和认证传统不锈钢生产系统投入巨资， 并且一般在大规模生产（大于 2

28、000L）时才会使用该系统；因而一次性系统在特定情况下仍然是具有很大 吸引力的。哺乳动物细胞表达系统的表达量也在提高，如今，5g/L的产量是很平常的。并且在将来的产量还会随着筛选出高表达量的哺乳动物细胞株，培养基优化，延长培养基中的细胞寿命而进一步提高。随着产量不断提高，大规模生产的瓶颈将会转移到下游处理过程中。值得注意的是，下游处理费用占到了生产总成本的80%。例如，每个生产周期消耗的过滤细菌的滤器价格高达25000美元，一支生产中用的蛋白A亲和层析柱的价格高达 150万美元。高昂的价格促进了该领域的革新，主要重点则在于下游处理的流 水线化和简便化。例如，已经开发出了带电荷的厚滤器，在去除细

29、胞碎片的同时选择性的除去一些污染物： 如DNA和宿主蛋白。一些不常用的纯化方法，如双向萃取、结晶、沉淀重新进入了人们的视野。另一方 面，开发一些非传统的色谱材料、支持物，色谱移动床吸附和其它非传统模式也取得了进展。核酸类产品从2006年起，没有一个核酸产品在欧盟或美国获批上市。第一个人类基因治疗试验始于1989年。在过去20年间，共有1443起核酸治疗产品进入临床试验阶段，主要是在美国。核酸治疗的临床试验主要是针对 癌症（占总数的64%）,其次是针对心血管疾病，单基因突变类疾病，感染类疾病，三者各占临床试验总 数的8%。过去20年间，超过1000起临床试验，而无一个人用产品在欧盟或美国获批上市

30、。值得注意的是，获批的几个核酸类产品（ DNA疫苗）都是做为兽药应用。辉瑞旗下Fort Dodge '的产品West Nile Innovator最先于2005年由美国农业部批准上市，用于给马接种预防西尼罗河病毒。这是一个质 粒类疫苗，携带有西尼罗河病毒表面抗原的基因序列。在肌肉注射过后，经由细胞吸收，质粒表达抗原， 并触发免疫保护。其它获批的DNA动物疫苗包括：Apex-IHN （DNA 疫苗，表达传染性造血组织坏死病毒的外壳糖蛋白，Novartis生产，2005年在加拿大获批用于鞋鱼）；LifeTide-SW5 （针对生长激素释放激素， VGX Animal Health生产，20

31、07年在澳大利亚获批用 于预防猪胎流产）；犬黑色素瘤疫苗（表达人酪氨酸酶的 DNA疫苗，Merial生产，2007年在美国获批用于治 疗犬恶性黑色素瘤）。虽然许多人用的基因治疗产品到达了临床试验的末期，甚至完成了临床试验，但是在欧盟和美国没有一个基因治疗产品拿到了上市许可。在2008年，Introgen Therapeutics的基因治疗产品 Advexin （用于治疗头颈部鳞状细胞癌）虽然进入了快速审批通道，但是 FDA最后还是否决了它的上市申请。 Advexin是一个以基 因工程改造过的腺病毒作为载体，携带着一个有功能的人p53基因拷贝。同年，因为欧洲药物管理委员会因为考虑到产品的质量控制

32、、有效性和安全性，也未批准 Advexin的上市申请。最近，核酸类药物的上市前景遭遇了又一个挫折：2009年12月，EMA经过讨论后发布了对 Cerepro的否定意见，最终导致研发公司（Ark Therapeutics）在今年四月撤销了 Cerepro的上市申请。Cerepro采用腺病毒 作为载体，携带一个单纯疱疹病毒的胸背激酶基因。在恶性胶质瘤手术切除后， 将Cerepro用于手术部位，Cerepro可将随后注射的药物前体更昔洛韦转化为细胞毒性产物，进而杀灭手术后剩余的肿瘤细胞，提高疗效。EMA之所以做出负面评价，是因为Cerepro未展现出足够的有效性，基于风险-利益评估，不太可能批准其上市。目前，欧盟正在评估一份来自Amsterdam Molecular Therapeutics的基因治疗药物 Glybera的上市申请。Glybera以基因工程改造过的腺病毒作为载体，携带人脂蛋白脂肪酶（LPL）基因，用于治疗LPL缺乏症。反义和RNAi类产品也在发展之中。几个 RNAi类产品都处于临床 3期，如Isis公司生产的Mipomerse