歐洲毒理病理學(xué)會：非臨床神經(jīng)毒性生物標(biāo)志物及相關(guān)研究

神經(jīng)毒性是藥物在非臨床和臨床研發(fā)階段被淘汰的常見原因，在非臨床研究中納入安全生物標(biāo)志物，可盡早監(jiān)測潛在神經(jīng)毒性風(fēng)險，且這些風(fēng)險可能對臨床試驗具有轉(zhuǎn)化價值。非臨床和臨床研究中，需開發(fā)、驗證并應(yīng)用非侵入性神經(jīng)生物標(biāo)志物，以檢測和預(yù)測神經(jīng)系統(tǒng)變化。神經(jīng)生物標(biāo)志物可用于評估新藥療效、監(jiān)測神經(jīng)系統(tǒng)疾病，還能更清晰地描述神經(jīng)病理學(xué)發(fā)現(xiàn)。神經(jīng)生物標(biāo)志物需對神經(jīng)系統(tǒng)異常具備敏感性和特異性，能精準(zhǔn)反映相關(guān)變化，并可在體液（血液、腦脊液、尿液）中檢測到，或通過臨床觀察、影像學(xué)手段發(fā)現(xiàn)。

2024年歐洲毒理病理學(xué)會（ESTP）年會會議指出，在非臨床研究中，必須引入神經(jīng)生物標(biāo)志物與功能性終點，以便及早發(fā)現(xiàn)藥物開發(fā)過程中可能引起的急性或遲發(fā)性外周（PNS）和中樞（CNS）神經(jīng)系統(tǒng)改變/損傷。會議強調(diào)了這些標(biāo)志物與終點的臨床可轉(zhuǎn)化性，以及病理學(xué)家將其與組織學(xué)改變進行關(guān)聯(lián)解讀的關(guān)鍵作用。

來自Roche、Novartis、Merck、Biogen的團隊對此次會議關(guān)鍵內(nèi)容進行了概述，涵蓋基于體液的標(biāo)志物、安全藥理學(xué)評估以及影像學(xué)技術(shù)，一起來看下。

大鼠血液與腦脊液中NF-L、NSE、TAU、GFAP生物標(biāo)志物的表現(xiàn)（用于檢測神經(jīng)系統(tǒng)損傷）

Warren Glaab 博士發(fā)表該主題演講，回顧了歐盟創(chuàng)新藥物計劃（IMI）科學(xué)家團隊開展的一項大型研究結(jié)果。在15項大鼠體內(nèi)毒性研究中，評估4種用于檢測神經(jīng)系統(tǒng)損傷的體液生物標(biāo)志物候選物，包括神經(jīng)絲輕鏈（NF-L）、膠質(zhì)纖維酸性蛋白（GFAP）、神經(jīng)元特異性烯醇化酶（NSE）和總Tau蛋白。另外，對神經(jīng)功能（通過神經(jīng)行為學(xué)測試）和神經(jīng)結(jié)構(gòu)（通過宏觀與微觀病理學(xué)評估）進行平行評估，以驗證傳統(tǒng)安全終點檢測和描述神經(jīng)系統(tǒng)損傷的敏感性與特異性。結(jié)果如下表所示。

藥物安全性評估中的行為學(xué)測試——與病理學(xué)家是否相關(guān)？

行為學(xué)測試的核心依據(jù)與基礎(chǔ)框架

根據(jù)ICH S7A指南，在新藥進入人體臨床試驗前，需開展核心安全藥理學(xué)測試組合，評估非臨床研究中藥物對行為、協(xié)調(diào)性、感覺/運動反射、運動活性及體溫的潛在急性影響。

主流測試方法為Irwin篩查/功能觀察組合（FOB），兩者無明確區(qū)分，各實驗室會自定義行為評估“工具包”。Irwin測試最初用于檢測小鼠精神活性化合物，F(xiàn)OB最初用于大鼠神經(jīng)毒性測試，更側(cè)重反射反應(yīng)評估。主要在小鼠、大鼠中開展，也可適配犬、食蟹猴、小型豬等物種。使用時需考慮物種的解剖、生理特點及人工操作便利性。所有物種遵循統(tǒng)一原則，如按“低壓力（觀察）→高壓力（操作、體溫測量）”順序開展測試。通常24小時內(nèi)重復(fù)評估，觀察反應(yīng)可逆性或反彈效應(yīng)。因測試存在主觀性，需由經(jīng)驗豐富的觀察者實施盲法操作。

額外行為學(xué)測試類型

平衡與協(xié)調(diào)性測試（嚙齒類動物）

轉(zhuǎn)棒實驗（Rotarod）：記錄動物在2分鐘內(nèi)、不同轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)棒上停留的時間及嘗試次數(shù)，評估平衡與協(xié)調(diào)能力。

橫梁行走實驗（Beam Walking）：模擬嚙齒類自然活動，記錄動物通過特定長度、形狀和直徑橫梁的時間及失足次數(shù)。

運動活性評估（嚙齒類動物）

常規(guī)評估：在新環(huán)境中自動測量動物自主活動和直立行為，通常在藥物預(yù)期暴露峰值時持續(xù)30-60分鐘。

Home籠監(jiān)測：近年出現(xiàn)的數(shù)字化技術(shù)可監(jiān)測動物home籠內(nèi)活動，能同時評估晝夜行為變化（嚙齒類夜間最活躍），實現(xiàn)長期、重復(fù)、客觀評估且不干擾其夜間活動。

行為學(xué)測試與病理評估的關(guān)聯(lián)

單次給藥研究（ICH S7A要求）

通過多劑量單次給藥，為I期臨床試驗的人體安全性提供依據(jù)，可能觀察到體溫變化、興奮/鎮(zhèn)靜、協(xié)調(diào)能力喪失、反射反應(yīng)降低、驚厥等不良反應(yīng)。此類研究中，行為學(xué)異常幾乎無組織病理學(xué)相關(guān)性，因此常規(guī)不開展病理評估。

重復(fù)給藥毒性研究

納入Irwin篩查/FOB可發(fā)現(xiàn)長期給藥后行為變化的“耐受、惡化或遲發(fā)”現(xiàn)象，這些變化可能與CNS、PNS或肌肉組織的退行性改變相關(guān)，且會在病理評估中體現(xiàn)。

案例（青蒿素類神經(jīng)毒性）：β-蒿乙醚長期研究顯示，行為學(xué)變化與病理改變呈劑量和時間相關(guān)性。1mg/kg劑量組僅輕微運動障礙，無神經(jīng)病理變化；5mg/kg劑量組部分大鼠出現(xiàn)腦干病變；10mg/kg劑量組所有大鼠出現(xiàn)腦干病變，表現(xiàn)為梯形核、前庭核、橄欖核中運動神經(jīng)元進行性壞死，伴膠質(zhì)增生和衛(wèi)星現(xiàn)象。

補充測試與臨床轉(zhuǎn)化價值：神經(jīng)傳導(dǎo)速度測試（NCV）

適用場景：評估CNS和PNS功能的補充測試，從人類臨床適配至非臨床研究，可測量感覺和運動神經(jīng)元受刺激后的傳導(dǎo)速度。

核心作用：輔助判斷臨床癥狀的進展與恢復(fù)情況。例如，在食蟹猴39周毒性研究中，動物雖能通過適應(yīng)足部位置掩蓋外周感覺喪失，但NCV測試顯示停藥15周后神經(jīng)元功能仍未恢復(fù)，這一結(jié)果也被“外周神經(jīng)軸索變性、脊髓頸段薄束輕微至中度變性”的病理評估證實。

整體臨床轉(zhuǎn)化意義

FOB/Irwin的價值：雖難以檢測I期臨床常見癥狀（如頭痛、惡心），但可有效識別驚厥、共濟失調(diào)等嚴(yán)重危及生命的事件。已通過已知CNS調(diào)節(jié)藥物驗證，對少見但潛在嚴(yán)重的不良反應(yīng)敏感。

NCV的價值：因不同物種腦、脊髓、外周神經(jīng)結(jié)構(gòu)特征相似，外周神經(jīng)功能特性保守，非臨床NCV測試在檢測外周神經(jīng)病變藥物方面，具有良好的臨床轉(zhuǎn)化性。

簡答總結(jié)下，單次給藥的Irwin測試/FOB幾乎無病理相關(guān)性，而納入重復(fù)給藥毒性研究，可輔助發(fā)現(xiàn)長期給藥效應(yīng)，為病理發(fā)現(xiàn)提供支持。FOB可匹配藥物研發(fā)中常用的非嚙齒類物種（犬、食蟹猴、小型豬），使用時需結(jié)合物種生理和解剖特點。特定場景下，NCV等補充測試有助于判斷CNS/PNS病變的進展與恢復(fù)。

從轉(zhuǎn)化影像學(xué)視角看神經(jīng)病理學(xué)：臨床前治療評估的機遇

Nicolau Beckmann博士探討了磁共振成像（MRI）、核素斷層成像、X線計算機斷層掃描（CT）、超聲等成像技術(shù)在非臨床與臨床研究中的整合應(yīng)用。這些成像技術(shù)過去主要用于臨床診斷，如今在臨床前神經(jīng)系統(tǒng)疾病模型研究中，逐漸成為檢測、量化病理變化及進展的重要工具，同時支持藥物靶點研究、化合物效應(yīng)評估及新型療效/安全生物標(biāo)志物驗證。

小動物模型成像的八大優(yōu)勢包括：1）低動物應(yīng)激：可檢測功能、代謝、分子或結(jié)構(gòu)變化，且對動物造成的痛苦極小；2）補充離體/尸檢數(shù)據(jù)：能獲取離體實驗或尸檢無法得到的信息；3）縱向監(jiān)測：可長期追蹤疾病進展及治療反應(yīng)；4）自身對照優(yōu)化：包含1個或多個基線（治療前）時間點的重復(fù)測量，使每只動物可作為自身對照，提升研究統(tǒng)計效力，預(yù)計可減少80%以上的動物使用量；5）高效省時：比解剖和組織病理學(xué)檢查更省時，大幅降低組織分析工作量，加速候選藥物評估；6）優(yōu)化研究設(shè)計：可提供最佳治療方案的關(guān)鍵細節(jié)，且治療前能基于成像數(shù)據(jù)進行分層；7）早期風(fēng)險檢測：有助于早期檢測和量化潛在毒性風(fēng)險；8）可重復(fù)分析與轉(zhuǎn)化價值：圖像可重新分析以解決新的生物學(xué)問題，無需額外開展動物實驗；同時適用于非臨床與臨床場景，助力轉(zhuǎn)化研究，且臨床成像數(shù)據(jù)可反向優(yōu)化動物模型，提升臨床前研究相關(guān)性。

轉(zhuǎn)化成像的臨床前研究案例（阿爾茨海默病相關(guān)治療）

動物與患者研究均支持以淀粉樣蛋白-β（Aβ）為靶點治療阿爾茨海默病（AD），主動/被動抗Aβ免疫療法已被證實可降低轉(zhuǎn)基因小鼠和患者腦內(nèi)淀粉樣斑塊負荷。部分案例中，T2*加權(quán)MRI檢測到抗Aβ免疫治療期間出現(xiàn)微出血，引發(fā)該類治療策略的安全性擔(dān)憂。

BACE抑制劑安全性評估實驗。在淀粉樣前體蛋白（APP）轉(zhuǎn)基因小鼠模型（APP23小鼠，隨年齡增長會自然出現(xiàn)廣泛腦淀粉樣血管病和微出血）中，通過T2*加權(quán)MRI評估長期使用β-分泌酶1（BACE）抑制劑的微出血風(fēng)險。小鼠接受3個月治療，分為三組——溶劑對照組（無關(guān)對照抗體）、β1小鼠單克隆IgG2a抗體組（已知會誘導(dǎo)APP23小鼠微出血）、可穿透腦屏障的BACE抑制劑組。實驗結(jié)果顯示，β1抗體組APP23小鼠腦內(nèi)微出血體積顯著增加；溶劑對照組與BACE抑制劑組的病變進展與自然衰老過程相似。說明該BACE抑制劑具有安全性，得以進入后續(xù)臨床測試。

總結(jié)

2024年歐洲毒理病理學(xué)會（ESTP）年會會議強調(diào)，在藥物研發(fā)期間，臨床前研究中的神經(jīng)生物標(biāo)志物與功能終點，對檢測藥物引起的急性/延遲性PNS、CNS異常及損傷具有重要意義。將這些神經(jīng)生物標(biāo)志物與詳細的組織病理學(xué)分析相結(jié)合，有助于在臨床前研究中更精準(zhǔn)地預(yù)測神經(jīng)毒性。

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