Moderna mRNA小鼠PK/PD研究案例分享：丙酸血症(PA)mRNA-3927

2024-06-12

信使RNA基因疗法临床1期疫苗临床2期

导读：通过脂质纳米颗粒（LNP）递送的mRNA疗法有望治疗蛋白质缺乏引起的代谢性疾病，这一领域是mRNA传染病疫苗、mRNA癌症疫苗外的另一重磅应用。除新冠疫苗、RSV等传染病疫苗外，Moderna布局了多个蛋白缺乏相关代谢疾病的mRNA疗法管线，包括丙酸血症（PA）、甲基丙二酸血症（MMA）和苯丙酮尿症（PKU）。临床前药代动力学/药效学（PK/PD）是mRNA药物开发的必要步骤。2024年5月，Moderna研发人员在Nature Communication（IF:16.6）上发表了3种mRNA蛋白替代疗法的小鼠PK/PD研究方法：“Characterizing the mechanism of action for mRNA therapeutics for the treatment of propionic acidemia, methylmalonic acidemia, and phenylketonuria”，研究通过LNP-mRNA疗法的多项独立临床前研究的结果，用于开发PK/PD模型，该模型按人体比例进行异速缩放，预测在LNP-mRNA在PA、MMA和PKU人群中进行首次人体试验（FIH）的起始剂量。本系列文章，菌菌将分3个章节深度分析3个管线的临床前PK/PD模型开发方法，本期文章为针对PA的mRNA-3927，后期持续分享mRNA-3705（针对MMA）和mRNA-3210（针对PKU）。 01 丙酸血症（PA）疾病概述 PA由丙酰辅酶A（CoA）羧化酶（PCC）α和/或β亚基基因（PCCA和PCCB）的致病变异引起，该亚基基因编码线粒体酶，催化丙酰-CoA在丙酸酯代谢途径中转化为甲基丙二酰-CoA。PCC缺乏导致有毒代谢物积累，2-甲基柠檬酸（2-MC）和3-羟基丙酸（3-HP），及丙酰肉碱、乙酰肉碱（C3/C2）的比例增加。PA患者在生命的最初几年内常经历危及生命的急性代谢失代偿事件，幸存下来的人可能患有生长迟缓、慢性肾功能衰竭和神经系统并发症。目前针对丙酸血症等代谢疾病的护理标准集中在症状管理或避免加重疾病的饮食成分上，如建议PA患者摄取天然蛋白含量低的食物，以减少进入有缺陷代谢途径的前体分子，以及对PA患者的急性代谢失代偿事件的管理、或进行肝移植。除此之外，基于腺相关病毒（AAV）载体的基因疗法在PA小鼠模型中显示出较好的前景，但该疗法可能以癌的形成和免疫反应或对病毒载体已有的免疫力形式受到遗传毒性的影响。图1：丙酸血症（PA）的代谢缺陷 02 LNP-mRNA治疗PA的作用机制 mRNA疗法的出现为治疗代谢疾病提供了一种革命性的方法，通过提供产生由于基因突变而缺乏或无功能的功能蛋白的指令，直接解决导致这些疾病的潜在缺陷。 Moderna针对丙酸血症的在研药物mRNA-3927：由LNP包封两条编码RNA，通过在肝脏表达PCCA和PCCB亚基蛋白恢复肝脏功能PCC酶活性，从而恢复丙酸代谢通路，减少毒性代谢产物的积累。mRNA-3927的给药方式的静脉注射（IV）。图2 LNP-mRNA治疗丙酸血症（PA）的机制 03 mRNA小鼠PK/PD研究方法3.1 mRNA-3927（LNP-mRNA）制备 mRNA-3927中4种LNP脂质包括可电离脂质SM-86、磷脂、胆固醇和OL-56[聚乙二醇-脂质]，将脂质混合溶解在乙醇中；水相为含有mRNA的25mM乙酸钠缓冲液（pH5）。通过微流控将水相与脂质组分与以3：1的比例混合。包封形成的LNP-mRNA制剂溶解在20mM Tris（pH7.5）、8%蔗糖和1mM二乙烯三胺五乙酸配制的溶液中。经检测，mRNA-3927粒径为70 nm，多分散指数（PDI）为0.14，包封率大于96%。 3.2 小鼠试验首先是小鼠模型的选择：Pcca-/- (A138T) 小鼠表达人PCC α亚基蛋白（PCCA）突变体（p.A138T），导致肝脏中PCC酶活性约为正常值的2%。这些小鼠表现为PCC 酶缺乏而积累的毒性代谢物的明显升高。Pcca-/- (A138T)小鼠模拟了PA患者体内潜在的致病性丙酰辅酶 A（CoA）羧化酶（PCC）酶缺乏、代谢紊乱和一些临床特征，因此是丙酸血症（PA）药动学和药效学（PK/PD）研究的可选小鼠模型。小鼠PK研究：5.5-6月龄的Pcca-/-（A138T）小鼠经尾静脉接受单次IV剂量的PBS（对照）或LNP-hPCCA+hPCCB mRNA（1：1摩尔比），即mRNA-3927，其中对照每组6只小鼠；mRNA-3927包含2个使用剂量1.0mg/kg和2.0 mg/kg，每组18只小鼠。在接受mRNA-3927的2个剂量给药后的0~48h内对血浆中目标蛋白进行定量。hPCCA和hPCCB mRNA之间的PK参数（包括从最后一次给药开始到给药后的浓度-时间曲线下的面积[AUCtlast]、最大观察浓度[Cmax]、终末消除半衰期、清除率和分布体积）大致相似。hPCCA和hPCCB mRNA的暴露随着剂量的增加而增加，与性别无关。图3：mRNA-3927给药后Pcca-/- (A138T)小鼠血浆的mRNA浓度小鼠PD研究：8-10周龄的Pcca-/-（A138T）小鼠在第0天和第28天经尾静脉接受2次静脉注射剂量的mRNA-3927 (0.5 mg/kg)处理后，与Tris-蔗糖对照小鼠相比PCC蛋白活性轻微增加，分别为7.77±4.27和2.72±2.26 ng/mg。在用mRNA-3927治疗的Pcca-/-（A138T）小鼠中，血浆2-MC、3-HP和C3/C2比率等PD反应在第一次静脉给药后降低，且持续3-4周；对照组中未观察到代谢反应。图4：mRNA-3927给药后小鼠PCC酶活性及毒性代谢物浓度3.3 转化PK/PD建模基于上述临床前数据，mRNA、蛋白质和生物标记物的时间-浓度曲线，被用于独立开发临床前 PK/PD 模型。每个临床前 PK/PD 模型根据模型参数的异计量比例外推至人体。mRNA-3927预测的首次临床试验（FIH）剂量为0.3 mg/kg，远低于未观察到不良反应的限值（3 mg/kg）。表1 基于PK/PD模型估计mRNA-3927的FIH剂量参数 04 总结临床前PK/PK研究表明，mRNA-3927静脉给药后，可在PA小鼠血浆中检测到对应的hPCCA和hPCCB mRNA，且mRNA的暴露量随着剂量的增加而增加；此外，PD分析表明通过LNP递送的mRNA可驱动目标蛋白的表达，并在相关组织区室中产生酶活性，降低疾病主要生物标志物（毒性代谢产物）的浓度。同时，基于以上数据的PK/PD模型可用于支持FIH研究的有效剂量选择，有望推动mRNA疗法为严重代谢性疾病带来治愈的希望。参考文献 [1] Baek R, Coughlan K, Jiang L, et al. Characterizing the mechanism of action for mRNA therapeutics for the treatment of propionic acidemia, methylmalonic acidemia, and phenylketonuria. Nat Commun. 2024 May 7;15(1):3804. doi: 10.1038/s41467-024-47460-9. [2] Moderna. mRNA-3927 Therapy for Propionic Acidemia: Interim Data From a Phase 1/2 Study. Presented at the American Society of Gene & Cell Therapy (ASGCT) 26th Annual Meeting May 16-20, 2023. [3] Koeberl D, Schulze A, Sondheimer N, et al. Interim analyses of a first-in-human phase 1/2 mRNA trial for propionic acidaemia. Nature. 2024 Apr;628(8009):872-877. doi: 10.1038/s41586-024-07266-7. 识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入生物制品微信群！请注明：姓名+研究方向！版权声明本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。