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IgA肾病BSA-LPS-CCl4大鼠动物模型:肠靶向药的“肠效应”和“肾效应”应该怎么拆
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PREFACE 00

前言

IgA肾病药物研发正在从单纯控制蛋白尿,逐渐向上游致病机制推进。肠道黏膜免疫、肠屏障以及肠道菌群与IgA异常之间的联系越来越受到关注,肠靶向糖皮质激素、黏膜免疫调节剂、肠屏障修复药物和菌群干预类产品也随之增加。

对于这类候选药,动物实验很容易出现一个看似完整、实际上证据不足的结果:给药以后ZO-1、Occludin恢复,血清LPS下降,同时24小时尿蛋白和肾小球IgA沉积也减少,于是直接得出“候选药通过修复肠屏障改善IgA肾病”的结论。

问题在于,肠道和肾脏终点同时改善,并不能证明前者导致了后者。尤其对于可以被系统吸收的口服药,候选物可能直接进入血液并作用于肾脏;对于具有广泛抗炎作用的化合物,肠道和肾脏也可能只是同时受到药物影响。BSA-LPS-CCl4诱导型IgA肾病大鼠模型本身又包含BSA、LPS和CCl4等多重刺激,如果候选药恰好抑制TLR4、改善肝损伤或者降低全身炎症,肾脏终点同样可能明显改善。

因此,肠靶向项目真正需要回答的问题,不是“肠道有没有改善、肾脏有没有改善”,而是能不能建立一条连续证据链:

局部肠道暴露和药效→肠屏障或黏膜免疫改变→进入循环的病理信号下降→肾小球IgA/补体沉积和肾内炎症减轻→蛋白尿和肾功能改善。

只有把这几层拆开,才能判断候选药究竟是在治疗IgA肾病的上游黏膜异常,还是仅仅同时产生了一个肾保护作用。

导读

一、为什么BSA-LPS-CCl4大鼠模型适合做肠—肾轴研究 二、“肠效应”和“肾效应”应该拆成哪几个层级 三、肠靶向药首先要证明的不是疗效,而是真正发生了肠道局部作用 四、怎样证明肠道改善真的传递到了肾脏 五、给药时间为什么决定看到的是“阻断造模”还是“治疗疾病” 六、对照组怎么设,才能区分肠靶向作用和直接肾保护 七、肠道和肾脏终点应该怎样排序 八、不同结果组合应该怎么解释 九、哪些肠靶向项目不适合只用这一种模型下结论

一、为什么BSA-LPS-CCl4大鼠模型适合做肠—肾轴研究

BSA-LPS-CCl4复合诱导是目前较常见的IgA肾病大鼠模型之一。不同实验室在BSA剂量、CCl4给药周期和LPS注射次数上存在一定差异,但整体思路相近:持续给予抗原刺激,同时叠加免疫和炎症刺激,使动物逐渐出现蛋白尿、血尿、系膜细胞和基质增生,并在肾小球系膜区形成明显IgA沉积,部分模型还伴随C3、IgG沉积以及肾内炎症。

这个模型对于肠—肾轴项目有一个比较突出的特点,就是肠道表型本身也比较明显。模型动物可以出现肠黏膜结构异常、紧密连接蛋白下降、肠通透性增加以及血清LPS升高,同时肠道TLR4/NF-κB等炎症信号增强。因此,如果候选药的研发方向本身就是修复肠屏障、抑制黏膜炎症或者降低肠源性炎症信号,这个模型能够同时提供肠道和肾脏两个观察窗口。

但它的优势同时也是一个潜在风险。BSA通过胃肠道持续给予,LPS本身就是强烈的TLR4刺激物,CCl4又可以造成肝脏损伤和全身代谢、炎症环境变化。候选药如果恰好具有抗LPS/TLR4、抗氧化或者肝保护作用,很可能直接削弱建模过程,使最终IgA沉积和蛋白尿减轻。此时看到的并不一定是“治疗已经建立的IgA肾病”,也可能只是“这个药让模型没有完全做起来”。

因此,对于肠靶向药,这个模型最关键的不是能不能做出阳性结果,而是要先明确它用于哪一个研发阶段。

如果项目处于早期机制筛选,希望验证“改善肠屏障是否可以减少后续肾脏损伤”,可以采用相对早期干预;如果项目已经进入正式药效阶段,希望证明候选药能够治疗已经建立的IgA肾病,则应尽量在模型形成以后再开始给药,并且在随机分组前完成尿蛋白等基线评价。

此外还需要明确一个模型边界。人IgA肾病目前的重要病理框架涉及异常糖基化IgA1及其免疫复合物,而普通大鼠并不能完整复制人类IgA1糖基化异常这一特征。因此,BSA-LPS-CCl4模型更适合评价IgA沉积、黏膜炎症、肠屏障、肾内损伤以及肠—肾联系,不宜单独使用这个模型去证明候选药已经纠正了人IgA肾病特异性的Gd-IgA1致病过程。

二、“肠效应”和“肾效应”应该拆成哪几个层级

肠靶向IgA肾病项目最容易出现的问题,是把几十个指标同时检测,然后把所有下降或上升的结果画成一条机制图。真正有利于研发决策的设计,应该在实验开始前就把药效拆成四个连续层级。

层级主要回答的问题代表性指标
第一层:肠道局部药效候选药是否真的作用到了目标肠段肠组织药物浓度、肠病理、ZO-1、Occludin、Claudin、肠通透性
第二层:肠—血转换肠道变化有没有改变进入循环的病理信号LPS、LBP、炎症因子、总IgA、BAFF/APRIL等
第三层:肾脏机制终点肾小球致病过程有没有被削弱IgA/C3沉积、系膜增生、肾内炎症、巨噬细胞浸润
第四层:肾脏功能终点最终有没有形成可量化的疾病改善24小时尿蛋白、UACR/UPCR、血尿、Scr、BUN

这四层不能简单互相替代。

例如ZO-1恢复说明肠屏障可能改善,但不能证明肾脏已经受益;血清LPS下降说明肠源性炎症暴露可能减少,但仍然需要进一步观察肾小球IgA沉积和肾内炎症;24小时尿蛋白下降虽然是很重要的药效结果,却不能单独证明药物真正作用于肠道黏膜免疫。

真正理想的肠靶向结果,应当看到不同层级之间存在合理的时间顺序和剂量关系,而不是实验终点时所有指标一起发生变化。

SECTION 01

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肠靶向药首先要证明的不是疗效,而是真正发生了肠道局部作用

“口服给药”和“肠靶向”并不是同一个概念。

一个口服小分子如果吸收率很高,进入循环以后可以直接到达肾脏,那么最终看到肾脏改善时,很难判断它究竟是先作用于肠道还是直接作用于肾脏。对于缓释制剂、肠道限制吸收药物或者菌群靶向产品,同样需要证明候选产品在目标肠段真正产生了预期作用。

1、先看局部暴露

如果产品的核心价值是“高肠道暴露、低系统暴露”,就应该在早期药效研究中同步做简化PK或组织分布。

重点不是把PK做得特别复杂,而是回答几个最基本的问题:候选药在回肠、结肠等目标区域的浓度是否足够;血浆暴露有多高;肾组织中能不能检测到明显药物。如果肾组织暴露与肠组织接近,那么后续即使肾脏药效很好,也很难把作用完全归因于肠道。

对于延迟释放或肠溶制剂,还应确认制剂在大鼠胃肠道中的释放位置。人的回肠靶向制剂不能直接假定在大鼠体内具有相同释放行为,因为胃肠道长度、pH、转运时间和食物状态存在明显差异。

2、再看屏障是不是真的恢复

如果产品定位肠屏障修复,建议至少同时检测结构和功能。

ZO-1、Occludin、Claudin等可以反映紧密连接结构,但仅靠几个蛋白升高,并不能证明肠通透性真正下降。更完整的方案可以增加FITC-dextran等肠通透性实验,并结合血清LPS或LBP变化。

如果候选药使ZO-1升高,但肠通透性和血清LPS没有明显变化,说明结构指标虽然改善,却还不能证明屏障功能已经充分恢复。

3、黏膜免疫类产品要进一步看B细胞和IgA轴

对于靶向Peyer斑、BAFF/APRIL或者黏膜B细胞的产品,仅检测肠屏障显然不够。更有价值的是观察回肠相关淋巴组织、IgA阳性B细胞或浆细胞、局部BAFF/APRIL以及肠腔分泌型IgA等变化。

这一类产品的证据链应该更接近:

局部黏膜免疫受抑→IgA相关免疫输出改变→循环IgA或免疫复合物发生变化→肾小球IgA沉积减少。

需要注意的是,普通大鼠中的总IgA可以作为药效和机制支持指标,但不能直接等同于人IgA肾病中的Gd-IgA1。涉及Gd-IgA1机制时,应当在后续选择更匹配的模型补充验证。

SECTION 02

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怎样证明肠道改善真的传递到了肾脏

仅仅在终点看到“肠道好转+肾脏好转”,证据仍然不够。真正能够支持肠—肾因果关系的,是两边之间存在一个可以观察的中间过程。

最直接的方法是增加时间梯度。

假设一个肠屏障修复药治疗8周,如果只在第8周统一取材,会同时得到ZO-1升高、LPS降低、IgA沉积减少和蛋白尿下降,很难判断先后。更合理的做法是在给药前完成基线,然后分别在治疗早期、中期和终点设置不同层次的检测。

一个较实用的节奏可以是:

时间阶段重点观察
给药前24小时尿蛋白或UACR、体重,完成分层随机
给药1~2周局部暴露、肠通透性、血清LPS、早期PD
给药3~4周LPS、炎症因子、总IgA、尿蛋白动态
给药6~8周IgA/C3沉积、肾病理、肠病理、肾功能及终点药效

如果候选药首先在1~2周内改善肠屏障并降低血清LPS,随后才出现IgA沉积和蛋白尿改善,这种时间顺序比终点相关性更支持“肠效应向肾效应传递”。

反过来,如果给药几天后尿蛋白就明显下降,但肠屏障和黏膜免疫指标还没有变化,则需要优先考虑药物可能存在直接肾脏作用、血流动力学作用或者系统性抗炎作用。

对于黏膜免疫类产品,时间顺序还可能更慢。局部B细胞或APRIL/BAFF发生变化以后,需要一定时间才能反映到循环IgA、免疫复合物和肾小球沉积,因此药效观察周期不宜只按照普通抗炎药的短周期设计。

SECTION 03

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给药时间为什么决定看到的是“阻断造模”还是“治疗疾病”

BSA-LPS-CCl4模型尤其需要重视这一点。

一些研究会在BSA、LPS或CCl4刺激仍在持续时开始给药。这种方案适合观察候选药能不能阻断疾病形成,但对于肠靶向药存在明显风险。因为候选药如果抑制LPS/TLR4、改善肠屏障或者减轻CCl4相关损伤,就可能直接降低造模强度。

如果最终模型组出现明显IgA沉积,而治疗组沉积很轻,不能立刻得出“药物清除了已经形成的IgA沉积”。另一种解释是治疗组从一开始就没有形成同样严重的疾病。

因此,正式治疗性研究更建议采用“建模完成—确认疾病—分层随机—开始治疗”的结构。

不同实验室的具体诱导周期略有不同,常见方案大约需要10~14周甚至更长时间完成模型建立。较新的治疗性研究也已经采用模型完成后再开始连续数周给药的设计。对于企业项目,具体周数不需要机械照搬文献,更重要的是在本实验体系中确定几个模型建立标准。

建议至少满足其中两到三个层级:

尿蛋白或UACR已经明显高于正常组,并能够用于分层随机。

预实验已经确认该时间点存在稳定肾小球IgA沉积。

PAS等病理已经出现系膜区改变。

如研究肠—肾轴,同时确认该时间点已经出现肠屏障损伤。

这样再开始治疗,得到的结果才更接近“已建立IgA肾病的治疗效果”。

SECTION 04

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对照组怎么设,才能区分肠靶向作用和直接肾保护

对于普通IgA肾病药效项目,正常组、模型组和候选药组可能已经能够回答基本疗效问题;但如果产品明确宣称“通过肠道发挥肾保护作用”,对照设计应该更进一步。

一个比较完整的研发框架可以包括:

组别主要作用
正常对照组提供正常肠道和肾脏基线
IgAN模型组提供自然疾病进展
候选药低剂量组判断最低有效剂量及剂量关系
候选药高剂量组判断最大药效和主要PD
肾保护参照组区分单纯降低蛋白尿与上游肠道修饰
机制/制剂对照组根据产品特点判断肠靶向是否真正带来增量

1、为什么建议保留一个“肾保护参照”

氯沙坦、替米沙坦等RAS系统药物可以作为典型的肾保护参照之一。它的意义并不是模拟肠靶向候选药的机制,而是帮助建立一个“主要改善肾脏功能终点、未必明显修复肠道上游机制”的参照模式。

如果候选药和RAS参照都能降低蛋白尿,但只有候选药明显改善肠通透性、降低LPS并减少IgA沉积,才能体现候选药相比单纯肾保护更靠近疾病上游。

2、同一个活性成分最好增加非肠靶向制剂对照

对于肠溶、缓释或肠道限制吸收制剂,这是最有价值的对照之一。

例如同一个API已经存在普通口服制剂,可以比较肠靶向制剂和非靶向制剂。如果二者系统暴露相近,而肠靶向制剂具有更强的肠道PD和肾脏药效,就能体现靶向设计价值;如果普通制剂和肠靶向制剂肾脏效果完全相同,而且血浆暴露与肾组织暴露都较高,就需要重新评估所谓“肠靶向机制”。

对于希望降低系统暴露的产品,还可以比较相似肾脏药效下的血浆暴露和全身安全性,而不是只比较谁的蛋白尿降得更多。

3、制剂本身也可能需要对照

如果产品使用特殊肠溶材料、微球、纳米颗粒或者菌群靶向递送系统,平台本身可能影响肠屏障和菌群。正式研究中是否需要增加空载体,需要根据前期数据决定,但不能默认所有肠道递送材料都是完全惰性的。

SECTION 05

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肠道和肾脏终点应该怎样排序

这类项目最大的风险之一,是指标很多,但没有主要终点。

如果最终所有指标都被写成“主要评价指标”,出现一部分阳性、一部分阴性以后,项目很难判断是否真正成功。更合理的方式是根据候选药定位提前定义主要、次要和机制终点。

1、肠屏障修复类候选药

这类产品的肠道主要PD应包括功能性屏障指标,而不仅是蛋白表达。肾脏端则要证明这种局部改善最终转化成肾病理和功能获益。

层级推荐重点
肠道主要PD肠通透性、ZO-1/Occludin、肠组织病理
桥接指标血清LPS/LBP、炎症因子
肾脏机制IgA/C3沉积、系膜增生、肾内炎症
肾脏功能24小时尿蛋白或UACR/UPCR

2、黏膜免疫类候选药

如果产品针对Peyer斑、APRIL/BAFF或者IgA产生,重点需要从简单屏障修复进一步上移。

层级推荐重点
局部PD肠相关淋巴组织、IgA阳性B细胞/浆细胞、APRIL/BAFF
循环桥接总IgA、相关免疫复合物及炎症指标
肾脏机制IgA/C3沉积、系膜增生
肾脏功能蛋白尿、血尿及后期肾功能

3、菌群靶向类候选药

如果候选药主打菌群调节,菌群变化本身不能直接替代药效。

真正需要证明的是菌群变化以后是否伴随屏障、黏膜免疫和肾脏表型发生连续改变。菌群检测可以帮助解释产品机制,但不建议把“某些菌丰度恢复”直接作为主要药效终点。

此外,Scr和BUN在部分IgA肾病大鼠的早中期并不一定非常敏感。正式项目如果主要依赖Scr、BUN判断药效,可能错过已经明显存在的蛋白尿和肾小球病理变化。因此肾脏主要终点通常应当把尿蛋白和病理放在更靠前的位置。

SECTION 06

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不同结果组合应该怎么解释

把肠道和肾脏终点真正拆开以后,最大的价值不是指标更多,而是实验结果出现不一致时仍然可以判断候选药到底发生了什么。

实验结果更可能的解释下一步重点
肠道改善,肾脏同步改善支持肠—肾轴,但仍需确认桥接指标看时间顺序、LPS/IgA及局部PK
肠道明显改善,肾脏无改善局部PD命中,但强度或周期不足,或肠道改变并非肾损伤关键驱动延长周期、提高暴露或更换第二模型
肠道无明显改变,肾脏明显改善更像直接肾保护或系统性药效查血浆/肾组织暴露
蛋白尿下降,IgA/C3沉积不变可能主要改善肾小球屏障或血流动力学不宜直接定义为上游疾病修饰
IgA/C3沉积下降,蛋白尿尚未明显下降可能已命中上游机制,但功能恢复需要更长时间延长观察并看系膜和足细胞损伤
ZO-1升高,但通透性和LPS不变结构指标改善不足以证明真正屏障恢复增加功能性屏障检测
肠、肾均改善,但系统暴露很高无法证明疗效主要来自肠靶向增加同API非靶向对照
LPS明显下降,同时ALT/AST改善需要考虑肝保护是否改变LPS清除和系统炎症增加肝病理和肝功能分析

其中最后一种情况对于BSA-LPS-CCl4模型尤其重要。CCl4会造成不同程度肝损伤,而肝脏本身参与内毒素清除和系统炎症调节。如果候选药同时具有明显肝保护作用,血清LPS下降并不一定完全来自肠屏障修复。因此,对具有抗氧化、抗炎、保肝特点的化合物,建议同步检测ALT、AST和肝组织病理。

如果肠道、肝脏和肾脏同时显著改善,实验解释应更加谨慎,不能直接把全部药效归到“肠—肾轴”。

SECTION 07

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哪些肠靶向项目不适合只用这一种模型下结论

BSA-LPS-CCl4大鼠模型最大的优势,是模型周期相对可控,可以同时获得IgA肾病样肾脏表型以及较明显的肠屏障、炎症变化,因此非常适合作为肠—肾轴候选药的第一阶段药效模型。但不同类型产品对第二模型的需求并不一样。

如果候选药主要是肠屏障修复剂、TLR4相关抑制剂或者降低肠源性LPS的产品,这个模型可以很好地用于初期筛选。不过由于LPS本身就是造模刺激之一,正式研发阶段最好增加另一种不直接依赖外源LPS驱动的IgA肾病模型,确认药效并不是单纯对抗建模因素。

如果候选药靶向APRIL、BAFF、Peyer斑B细胞或者上游IgA产生,BSA-LPS-CCl4可以提供支持性证据,但不宜作为唯一疾病修饰模型。后续更适合进入grouped ddY等具有自然IgA沉积和慢性进展特征的模型,或者根据具体靶点选择更匹配的模型验证。

如果产品明确围绕人Gd-IgA1产生、异常糖基化或者Gd-IgA1免疫复合物展开,则普通大鼠模型的物种限制更加明显,应尽早考虑能够表达或模拟人IgA1相关病理过程的模型,而不能因为大鼠蛋白尿和IgA沉积改善,就直接外推到人Gd-IgA1机制。

对于真正的肠靶向制剂项目,第二阶段还需要补充制剂本身的转化问题。大鼠肠道释放位置、局部暴露和系统吸收与人体并不完全一致,因此动物药效阳性以后,还应把“药物为什么有效”和“临床制剂能不能在人体同样的位置释放”分成两个问题处理。前者依靠药效和机制模型回答,后者需要结合制剂释放、PK以及更接近临床的开发体系进一步确认。

从正式研发设计来看,这类项目最有价值的DMM式思维并不是把肠道和肾脏各做一套指标,而是把每一个终点放回它所在的因果位置:先证明药物真正作用于肠道,再证明肠道变化进入循环,随后证明IgA沉积和肾内损伤发生改变,最后再看蛋白尿和肾功能。如果某一环没有变化,就及时判断作用链究竟断在哪里,这比在终点一次性堆叠几十个阳性指标,更能帮助后续剂量、制剂和第二模型做出正确决策。

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