浅析美国 FDA 动物法则的基本原理

药审要点 | 浅析美国 FDA 动物法则的基本原理

浅析美国 FDA 动物法则的基本原理

Analysis on Basic Principle of Animal Rule of FDA

余珊珊， 尹华静， 王庆利， 胡晓敏*

（国家食品药品监督管理总局药品审评中心）

摘要：目的 概述动物法则的主要内容， 为业界具体实施动物法则提供参考。方法基于本文分析， 阐述动物法则的基本原理和技术要点。结果 美国食品药品监督管理局( FDA) 针对治疗或预防严重威胁生命的化学药物或生物制品(包括疫苗) ， 因伦理道德或不可操作性等原因无法开展临床有效性试验审批和注册， 制定了动物法则， 即可依据适当的动物有效性试验获得的数据及其他支持性临床试验数据批准该药物上市。笔者介绍了动物法则的基本原理， 开展关键性动物药效试验的技术要点， 分析外推人体有效剂量的策略。结论 动物法则为那些“相当可能( resonably likely) ” 具有临床获益，但开展人体有效性试验不符合伦理或不可行的候选药物，提供了一种新的注册途径。

关键词： 动物法则; 美国食品药品监督管理局; 关键性动物试验; 外推人体有效剂量

当人类为开发某些特定的用于治疗或预防严重威胁生命疾病的药物开展临床有效性试验时，可能需要对健康受试者使用致死性或能够导致永久性损伤的毒性物质或微生物。由于上述原因导致人体临床有效性试验的开展不符合伦理或不可行时，审评机构可能依据“动物法则”，依据“适当的( appropriate) 动物有效性试验” 获得的数据及其他支持性数据批准该药物上市。美国食品药品监督管理局( FDA) 的CDER和CBER于2002年7月1日首次发布“Product Development Under the Animal Ｒule Guidance for Industry”， 即动物法则，之后于2015年10月进行了修订^[1]。笔者将简要介绍动物法则的基本信息和技术要求，也将包括如何依据动物数据指导临床给药剂量选择和推测临床有效性方面的内容。

1 总体介绍

1.1 目的

依据动物法则开展动物有效性试验的目的是为了依据动物试验结果预测人体有效性， 并通过比较动物和人PK- PD数据选择人临床给药剂量。对疫苗来说， 则是用动物免疫反应对应的生存率水平外推人达到相同免疫反应水平时的预期保护效力， 以及选择合适的人体保护剂量^{[1- 3]}。

1.2 适用对象

适用于治疗或预防由化学物质、微生物、放射性物质、核物质，或事故或人为原因导致的，威胁生命的严重疾病或生物灾害事件的化学药物或生物制品( 包括疫苗) 。

1.3 适用条件

动物法则严格限定于药物由于伦理问题导致临床有效性试验无法开展的情况。所有依据该法则开展的动物有效性试验均应遵守现行的 GLP 规范。采用动物法则评价有效性的药物， 其临床安全性试验仍应满足新药安全性评价的要求。

动物法则不适用于可用替代终点或除生存率/死亡率以外的其他临床终点指标评价有效性， 依据上述终点的有效性结果可被有条件批准上市的情况。

动物法则不应成为药物上市研究的捷径。相反，由于被评价疫苗或药物的种类、用法、适应证、病原感染途径、疫苗保护机制等方面均有差异，每个必须依靠“动物法则”评价有效性的案例都要求研究者具备较高的制订科学有效试验方案的能力。

生物制品( 包括疫苗) 依据动物法则获得的动物数据支持其有效性， 需满足以下几个前提， 同时仍需开展临床安全性试验。①目标疾病的毒性病理机制以及受试物预防或治疗的作用机制明确。②应在一个以上动物种属中开展有效性试验， 并且动物反应可外推到人类。如果仅使用一种动物模型， 则该模型须为经充分认可的， 能很好地预测人体反应的模型。③动物药效终点指标应明确与人的临床获益相关， 通常是增加生存率或降低死亡率， 不能仅考察替代终点指标。④动物药效和药动学数据， 或文献资料( 可能包含部分能够获得的人体数据) ， 应足够支持推算出人体有效剂量。对疫苗来说， 在拟定的人接种剂量下诱导的人体免疫反应应达到被有效保护的动物体内的免疫反应水平。

FDA 在依据动物法则批准药物时可能附加以下要求: ①一旦疫情或生物灾害事件爆发， 应开展人体有效性临床试验和免疫原性研究。申请人应拟订切实可行的临床有效性试验研究方案， 在申请生产时一并提交。②制订具体措施确保用药安全。拟订计划对可能参与药物使用各环节的人员进行特殊安全性培训， 开展上市后跟踪调查或保存记录等。③说明书中应说明药物由于伦理或可行性问题无法开展人体有效性临床试验， 仅有动物有效性试验数据支持上市。在说明书中还应注明药物的其他信息，如用法用量、 禁忌证、 可预测的安全性风险和不良反应等。

2 关键性动物药效试验

2.1 设计原则

依据动物法则开展的支持药物上市的关键有效性试验应严格遵循 GLP， 并满足“充分严格对照”( adequate and well- controlled) 的原则。试验机构应具有操作大动物( 非人灵长类动物) 的能力， 并且具备满足所需生物安全级别的储存条件。

鼓励在开展人体Ⅰ期和Ⅱ期临床试验期间同步开展动物预试验， 探索和确定动物有效性试验的重要参数。以疫苗为例， 在预试验中可探索动物的免疫程序、 攻毒剂量、 攻毒时间以及采血检测时间等参数。

试验应模拟受试药物的临床使用情况， 最大程度的获取与人体有效性试验具有相似意义的动物数据; 建议使用两个性别的成年动物; 动物的年龄和免疫状态应和目标人群具有相关性; 动物的给药途径应与人给药途径一致。

几乎所有需要根据动物法则开展试验的药物，很少能具备与阳性对照药对比达到非劣效从而证明有效的条件。因此，试验多采用随机、盲法、安慰剂对照以证明优效的试验方案。但是，如果能找到针对相同适应证、且药效已经过相同动物种属验证的上市药物，则应在安慰剂对照的基础上加入阳性对照药组，验证试验系统的敏感性。

试验方案应制订动物入排标准，预先设计统计方法。试验过程中应评价药物暴露量和效应之间的关系( exposure/response) ，探索人体有效剂量; 设计给药时程应考虑到目标适应证考察的终点指标，恢复期应足够观察停药后或复发时终点指标的变化。

试验评估条件应能客观反映当前的临床治疗实际情况。即在研发早期就应评价确定药物临床治疗是否需要辅助支持治疗。如需配合支持治疗，则药物治疗组和安慰剂组应给予相同的支持治疗方案。在设计统计方案时应同时考虑到动物接受支持治疗可能对药代和有效性终点产生潜在影响。应考察临床存在合并用药时的药物- 药物相互作用。

对疫苗来说，动物法则适用于暴露前和暴露后接种的疫苗。疫苗试验设计的一般性原则包括: 暴露后接种疫苗通常应在病原暴露后立即接种，设置的动物接种时间应与人临床免疫接种时间相关，疫苗在动物体内诱导的免疫反应应可外推到人。暴露后免疫可借鉴暴露前预防接种的动物数据(尤其是药代和免疫反应峰值) 。临床实践中暴露后接种疫苗常联合抗菌治疗或其他联合治疗，动物药效试验中应注意考察联合治疗对疫苗免疫效果的影响。

2.2 临床试验和动物试验的阶段性

桥接动物数据和人体数据最终获得关键性药效试验的 “人化剂量” 是一个迭代的过程。即Ⅰ期人体临床试验数据可用于指导动物预试验的剂量选择， 而动物预试验数据又可反过来指导Ⅱ期人体试验的剂量选择， 动物和人体试验的数据的关系是互相支持、 互为依据的^[4]。

2.3 动物种属的选择

应根据每个受试物的具体情况选择动物种属。首先应明确受试药物的作用机制， 比较受试药物在目标动物模型和人体的作用机制的差异。目标动物模型应具有与人体相似的发病机制。理想的动物模型应表现出与人体相似的病理生理、疾病进程、症状和宿主免疫反应。在这样的动物模型中获得的药效试验结果才能更合理的推测药物对人体的治疗作用。受试药物在人和动物体内的治疗或保护机制也应有相关性。

FDA认为，在两个动物种属上获得的相互支持的药效结果比一个动物种属更有意义。如果仅在一个动物种属开展药效试验，则可能有必要在该动物模型上进一步开展确证性试验，有条件时确证性试验最好在不同实验室开展。如果药物上市后可获得人有效性临床试验数据，则相同动物种属的再次确证试验可以豁免。

2. 4 用于攻毒的物质

通常是病毒毒株或细菌等，应当是具有临床代表性的流行致病原( disease cause strain) 。应建立稳定的检测方法，定量检测攻毒物质的剂量(病毒量)和纯度等。应选择与人体实际感染途径一致的暴露途径进行攻毒。

2. 5 药效终点指标

动物药效试验的终点指标应选择那些与人临床获益明确相关的指标，如提高生存率或降低死亡率，而不应仅考察替代终点。

2.6 剂量选择

2.6.1 化药和生物制品    在确定动物关键性药效试验的剂量前，首先应开展动物剂量探索试验，明确动物体内的药物暴露量-效应关系。探索性动物试验应至少设置3 个剂量，并有合适的梯度间隔，便于描绘特征暴露量-效应曲线，确定最大药效剂量。最大药效剂量是指药效( 如生存率) 随着剂量增加而增大至药效平台时，即使继续增加给药剂量，药效不再增大时的最小剂量。动物关键性药效试验的多个给药剂量中应至少包含一个最大药效剂量^[1,5]。

由于药物吸收的种属差异，人和动物体内药物浓度随时间变化的过程( 常用药-时曲线表示) 可能有明显差异。在这样的情况下，需调整动物给药剂量和/或给药程序，使动物的药-时曲线更接近于人，使动物体内的药物暴露药代参数( 如峰浓度、达峰时间) 更接近于人，从而更好的指导药物用于人体有效剂量的选择。按人体内药-时曲线特征调整后的动物给药剂量被称为“人化剂量”( humanized dose) 。如图例所示，某药物在动物体内的代谢半衰期短，单次给药后的药-时曲线特征和人体存在明显差异。当调整动物的给药程序，由单次给药变为两次给药后，动物体内药物浓度的达峰时间和系统暴露时间更接近人体。见图1。

2.6.2 疫苗的剂量选择    疫苗Ⅰ期或Ⅱ期临床试验通常已在健康人中获得了一些人体免疫反应的数据。在动物药效预试验中应着重考察疫苗接种剂量和免疫反应之间的关系。动物关键有效性试验采用的接种剂量所诱导出的动物免疫反应，应能基本达到人体免疫反应的程度，这个剂量被称作疫苗的“人化剂量”。通过动物关键性试验选择的接种剂量、免疫途径、免疫程序可能不同? 通过常规手段预测Ⅲ期临床试验人体给药方案。

3 动物关键性试验数据的外推

3.1 外推人体给药剂量

选择人临床给药剂量主要参考动物PK/PD 数据，应首先明确药效剂量下动物的PK/PD 和人体PK/PD 特征，根据PK/PD 数据选择动物关键药效试验中采用的药效剂量，最终指导临床人体给药剂量的选择。人体剂量的选择方式主要有以下几种，应根据受试药物的具体情况，挑选合适的剂量外推方法。

其一，若受试药物的作用机制为直接作用于病因或致病因素，而不是通过作用于宿主起效，可直接用体外试验中靶部位有效药物暴露浓度指导动物和人剂量的选择。例如，抗菌药体外药敏试验可考察药物的PD 特征，获得最低抑菌浓度MIC。在非临床动物试验中可明确与药效相关的一些PK/PD 指标，如Cmax /MIC 比例、AUC /MIC 比例、MIC 以上有效浓度维持时间，用这些参数指导动物和人体药效剂量的选择。

其二、若受试药物曾批准用于其他适应证，可根据已获得的人体PK/PD 数据指导动物药效剂量的选择，再进一步用动物药效试验获得的数据反过来指导目标适应证人临床剂量的选择。例如，治疗肺炎的某上市抗菌药物，明确的人体暴露量-反应关系可指导支持鼠疫肺炎适应证动物关键药效试验的剂量选择，以评价动物在“人化剂量”下的有效性。在一些情况下，根据动物试验数据确定的目标适应证的药效剂量可能不同于已批准适应证。

其三、在动物药效试验中考察与药物作用机制和临床获益直接相关药效终点指标，如一些生物标记物，也可用于指导人体剂量的选择。即，临床剂量应使人体内的上述药效终点指标达到经动物药效试验验证的起效范围内。

其四、当遇到受试药物在动物体内的暴露/效应关系已经建立，但缺乏合适的生物标记物可作为桥接终点指标时，若没有其他的替代方法，在充分了解动物暴露/效应关系、动物最大药效剂量下的暴露量、人体最大给药剂量下暴露量的前提下，可采取一种更保守的方式选择人体给药剂量。即通过直接比较人和动物暴露量的药代参数( 如AUC、Cmax、Cmin、Css) 选择临床给药剂量。具体方法见图2，阴影部分药-时曲线表示的是3 个剂量( 均为可耐受剂量) 受试药物给药后，人体系统暴露量随时间变化的情况。线条代表动物个体在接受药效剂量后的药物暴露情况。通过比较可见，剂量3 的人体暴露Cmax和AUC均超过动物个体，可选择剂量3 作为理想的人给药剂量。若该受试药物的药效不是与药物峰浓度直接相关，则剂量2 也是认为是合适的人体剂量。虽然此时剂量2 的峰浓度可能低于动物峰浓度，但其AUC均明显高于每个动物个体。剂量1 的暴露量小于动物药效剂量的暴露量，不是合适的人给药剂量。

在与监管部门讨论后，动物暴露量外推人体给药剂量也可采用其他方法，如PK模型、PK/PD模型、生理药动模型(physiologically-based pharmacokinetic modeling，PB-PK)、或群体药动学模型( population modeling) 等。

3.2 推测疫苗临床保护效力

桥接疫苗在动物和人体保护力的目标是选择合适的人体保护性接种剂量和预测临床的保护率。在假设动物和人的抗体保护效力无种属差异的前提下，可通过考察疫苗诱导的动物免疫反应指标( 如生存率) ，采用可反映机体免疫反应水平的指标( 如抗体滴度) 桥接动物和人体的保护效力，最终量化预测疫苗的临床保护率。

应全面分析疫苗的保护作用机制属于体液免疫或是细胞免疫，充分论证终点指标的选择。若疫苗的保护机制包括体液免疫和细胞免疫，模型动物应能被诱导出与人体反应相似的体液免疫和细胞免疫终点指标的改变。应选择能直观反映疫苗保护效力的终点指标作为桥接的关键有效性指标。

对多抗原组分疫苗来说，单个免疫反应终点指标可能不能全面反映疫苗诱导出的人体免疫保护反应。那么应根据疫苗的特性选择桥接方法，可能需要考察多个免疫反应指标用于桥接。

以下是用动物保护力数据桥接人体效力的简化案例介绍。该案例中的受试疫苗系单一抗原成分疫苗，主要保护作用机制是诱导体液免疫。前期研究已经显示了该疫苗诱导体内抗体水平和保护力具有显著的相关性。试验首先选择动物接种疫苗后的合适时间检测免疫反应。之后，给予动物预防接种后进行攻毒，评估动物保护率和在体内抗体水平之间关系( 图3A) 。

人体接种疫苗后的抗体反应在临床试验的免疫原性研究中考察。理论逆向累计分布曲线( 图3B)显示临床试验中人体接种疫苗后的抗体滴度水平与产生至少某抗体水平的人群比例( 累计频率%) 之间的关系根据图3A 和B 中所示数据，我们大致可以推测受试疫苗的接种可诱导约85% 受试者体内产生免疫反应的抗体水平可产生至少70% 的保护率。此外，直接外推动物抗体水平到人，要求用于检测动物和人体抗体水平的方法不受种属差异的影响。

4 动物法则的意义

动物法则为那些“相当可能( resonably likely)”具有临床获益，但开展人体有效性试验不符合伦理或不可行的药物，提供了一种新的注册途径，但动物法则不是药物上市研究的捷径，相反，由于被评价疫苗或药物的种类、用法、适应证、病原感染途径、疫苗保护机制等方面均有差异，依据“动物法则”评价药物有效性对于研发者和监管机构都是一种挑战。

FDA 曾基于动物法则批准了多个用于治疗或预防由化学物质、微生物、放射性物质引起的疾病的药物，这些案例作者已另行撰文阐述^[8]。我国目前研发的新型鼠疫疫苗^[9]、天花疫苗、炭疽疫苗，由于没有疫情流行，无法在人群中观察有效性，也逐步尝试采用“动物法则”指导有效性确证。我国有条件批准上市，作为国家战略储备的埃博拉疫苗，监管部门在批件中要求“一旦发生疫情应及时启动Ⅲ期临床保护效力试验。在此之前建议开展动物和人体保护力相关性研究”。可以预测随着我国相关药物研究实践经验的不断积累，我国药审机构将制订颁布兼顾我国药物研发实际和品种特点的动物法则，以更好的指导我国相关药物的研发工作。

参考文献

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