首次人体试验（FIH）起始剂量设计是新药从非临床研究迈向临床转化的核心安全关口，既要保障受试者安全、避免严重毒性，又要避免过度保守导致无效剂量暴露、延长临床爬坡周期。不同药物类型（小分子化药、ADC、免疫激动剂、AAV基因治疗、CAR-T、寡核苷酸等）因作用机制、药代动力学（PK）、毒性特征差异显著，起始剂量计算逻辑与方法截然不同。本文基于监管指南与工业界实践，系统梳理常规药物、特殊品类的FIH起始剂量计算体系，供参考。
1常规药物FIH起始剂量计算路径
常规药物主要指小分子化药、非免疫激活型生物药，是新药研发中最基础的剂量计算场景，以毒理学终点或药理学终点为核心，结合种属间剂量换算与安全系数确定。这里面又可分为非肿瘤适应症和肿瘤适应症。
1.1非肿瘤适应症
2021年，科文斯发表了一篇从临床前数据外推临床剂量的文章（Nonclinical & clinical interface - extrapolation of nonclinical data to support Phase I clinical studies），统计了58个非肿瘤新药的临床前-临床数据外推情况，其中包括41个小分子化药，17个大分子生物药。
先看下化药的最大推荐起始剂量（Maximum Recommended Starting Dose, MRSD）计算。25/41药物采用来自最相关种属的NOAEL进行临床起始剂量计算。基于体重进行种属间剂量换算，并在此基础上设置一定的安全窗口。21/25的药物设置的安全窗口小于100倍，大部分在2-30倍之间。这点与指导原则推荐的10倍是大体匹配的。但很明显，安全系数肯定不是固定的，某些情况下需要增加安全系数，某些情况也可以减小安全系数。增加安全系数的情况包括：1）人的药理学活性高于试验动物，即人比动物敏感。这样通过动物数据外推获得的人体剂量，就有很大的不确定性；2）受体密度或亲和力差异。这点也比较容易理解，比如单抗与猴子或大鼠的亲和力显著低于人体，那么换算成人体剂量时，自然增大安全系数更为保险；3）剂量反应曲线斜率很陡时。这类药物毒性对剂量比较敏感，也要注意；4）动物试验出现严重毒性反应时，提示对人的风险增加；5）不可监测的毒性反应。比如有些毒性病理显示异常，但临床病理无法监测，且有些反应动物无法给出反馈如头痛、精神异常；6）动物试验出现不可逆毒性反应或者动物不明原因的死亡；7）PK方面的原因如种属间生物利用度差异过大、药物呈现非线性药代动力学等；8）新靶点。对于全新靶点，首次进入临床，人体反应完全未知，保险起见，也是建议增加安全系数。其它情况应该还有很多，指导原则或者一些电子刊物肯定无法覆盖所有情况，安全系数的确定核心还是基于风险的证据分析，需要结合产品作用机制、非临床数据、充分的文献调研及相关法规等综合判定。那有没有可以缩小安全系数的情况呢？答案也是肯定的。对于很多me-too，fast-follow产品，如果临床前毒性表现，剂量-反应关系跟同类临床在研或已上市产品差不多，是不是可以考虑缩小安全系数？当然，指导原则还有句原话“药物的毒理学实验的实施和设计均十分完善时，安全系数小于10是合适的”。
当然NOAEL并不是唯一路径，41款化药中，部分研究（20/41）也基于体内药理试验得到的药理活性剂量（Pharmacological Active Dose, PAD）来设定起始剂量和/或安全范围。与MRSD法带来的较高安全范围不同，基于PAD的起始剂量要么与动物模型有效剂量相当，要么仅低数倍采用来自体内药理学研究的药理学活性剂量。41个化药中，有6个是基于异速放大模型或PK/PD方法计算的临床起始剂量。
与化药不同，17个生物药案例中，大部分是基于药理学试验结果及建模方法计算的临床起始剂量。不过，Sun等人在《Determination of the starting dose in the first-in-human clinical trials with monoclonal antibodies: a systematic review of papers published between 1990 and 2013》文章中显示，79个单抗大都采用NOAEL进行的计算。差异可能跟样本来源、样本数量（17vs79）、适应症（科文斯仅统计的非肿瘤适应症）、时间（科文斯统计的2010-2019年间）等有关。另外，从健康成年志愿者首次临床试验药物最大推荐起始剂量的估算指导原则看，也是首选NOAEL，如果采用PAD，需要特别说明和解释。所以，对于非肿瘤产品，可以考虑优先用NOAEL进行外推。也有些情况，比如临床前毒性预测数据价值有限，或者无合适毒理研究种属等情况时，PAD的价值会更大一些。
1.2肿瘤适应症
ICH S9作为抗肿瘤药物非临床研究的指导原则，对临床起始剂量设计也有提及。对于小分子药物，可以考虑采用啮齿类动物STD剂量的十分之一，或者非啮齿类动物HNSTD的六分之一，最终选择基于种属相关程度确定。Hansen等人（Choice of Starting Dose for Biopharmaceuticals in First-in-Human Phase I Cancer Clinical Trials）对23种生物制品进行回顾分析，发现HNSTD的六分之一也可以作为生物制品的安全起始剂量。
CDE张凤琴等老师在《新药人体首次剂量设计的技术考虑》一文中，还介绍几种其它方法，如类似药物比较法等。也可以参考CDE叶旋老师的《抗肿瘤药物首次临床试验起始剂量的一般考虑》、闫莉萍老师的《生物制品首次临床试验起始剂量拟定的一般考虑》。
2特殊品类FIH起始剂量计算路径
2.1ADC药物FIH起始剂量计算
ADC兼具抗体靶向性与小分子毒素毒性，安全窗口窄、毒性强，是肿瘤药中剂量设计最严谨的品类。目前上市的ADC产品均为肿瘤适应症，依据2009年颁布的ICHS9—《抗肿瘤药物非临床评价》指导原则，以啮齿类动物的STD 10（10%的动物出现严重毒性反应剂量）的1/10作为临床起始剂量。如果非啮齿类动物是最合适种属，则认为HNSTD（最高非严重毒性剂量）的1/6是合适的起始剂量。HNSTD为不会致死、导致危及生命的毒性或不可逆结果的最高剂量水平。
笔者之前发布过相关文章，对已上市13款ADC产品临床FIH起始剂量回算，绝大多数ADC首选mg/m²（体表面积），比如ADCETRIS、Kadcyla、Besponsa、Polivy、Enhertu、Elahere等，BSA换算的理论起始剂量与临床实际剂量高度匹配。不过，也有例外，PADCEV采用的mg/kg（体重法）进行的计算。Akalux未获STD10/HNSTD，似乎直接采用NOAEL计算的起始剂量。Lonca无相关动物种属，仍以猴HNSTD为依据。
2.2免疫激动剂FIH起始剂量计算
2.2.1 MABEL路径
2006年，CD28激动剂TGN1412给予健康受试者后，首剂量即出现因CRS导致的多器官功能障碍。TGN1412最相关种属为食蟹猴，因为食蟹猴CD28胞外区序列与人100%一致，且与人和猴CD28的亲和力相近，具备相似的组织交叉反应。食蟹猴NOAEL约为50mg/kg，HED约为16mg/kg，采用160倍安全系数，临床起始剂量为0.1mg/kg，患者给药后出现严重不良反应事件。再次证明，NOAEL法进行临床起始剂量设计存在风险。NOAEL不行，STD10、HNSTD这些路径自然更不适用了。对于这类产品，ICH、EMA都建议采用最小预期生物效应剂量（Minimally-anticipated biological effect level, MABEL）进行FIH起始剂量计算。比如基于受体占有率（receptor occupancy, RO）或药理学活性（pharmacologic activity, PA）的20%-80%计算FIH起始剂量。
那通过RO或者PA怎么计算起始剂量呢，比较常见的是Goutelle等人提出的Hill等式，如下图所示。C代表药物的人体血药浓度，EC50来自体外活性实验，KD则代表与抗原亲和力有关的解离常数。等式中，PA、EC50、RO、KD值是已知的，就可以计算血药浓度C，然后通过人体血容量，即可获得剂量。正常来讲，Hill等式中还有coefficient，下图中的coefficient取的是1，与>1相比，coefficient=1获得的剂量会更为保守。免疫激动剂的PA数据通常来自细胞因子释放、T细胞激活（如CD69、CD25 marker）、T细胞增殖、靶细胞裂解或凋亡、ADCC/CDC。大部分免疫激动剂会开展多种体外PA实验。由于每个实验的灵敏度不同，PA的EC50跨度可能很大，甚至有的超过10000倍。KD值通常可以通过流式细胞术、SPR、ELISA等实验获得。与EC50不同，KD值的范围并不大，最多20倍左右。尤其SPR或KinExA，波动往往在6倍以内。
这里需要注意的是，免疫激活剂里面有一类CD3双抗，比如一些CD3/CD19 T细胞连接器，FDA不建议用RO进行起始剂量计算。下表将CD3双抗和其它免疫激活抗体的计算区别进行了对比。
2.2.2 PK模型路径
FDA统计发现，MABEL并不是免疫激动剂计算FIH起始剂量的唯一路径，FDA发现近年基于PK模型的计算方式逐渐增多，常见的是异速缩放模型（allometric scaling）。
PK模型主要基于两个等式进行起始剂量计算，如下图所示。BW为体重，Clearance为清除率，[C]为目标血药浓度，h代表人，a代表动物，b代表缩放系数，tau代表给药间隔，SPM为simple PK modeling的缩写。其中，[C]的来源有两个，1) the sponsors’ proposed concentrations or, 2) mean in vitro EC50 values irrespective of assay relevance or sensitivity.
所以，基于这两个等式计算起始剂量主要的变量至少有3个，一是b缩放系数的选择，二是[C]浓度的选择，三是人的体重。FDA公布了采用PK模型计算起始剂量的23个免疫激活型药物的相关信息，这些信息来自各个产品的INDs申报资料。大部分sponsors选择的人体体重在70-80kg之间，缩放系数在0.75-0.9范围内。[C]大多来自体外活性数据，其次来自受体占位（RO）或同类产品数据。体外活性通常用20%-50%对应的浓度，RO则采用50%-80%对应的浓度。不过，RO仅适用于单抗产品。CD3双抗更建议选择CL缩放系数0.75、人体体重60kg，[C]则选择最敏感/临床最相关体外药理试验的EC20-EC50。除CD3双抗外，其它单特异性免疫激动型抗体，无论选择0.85/70kg组合，还是选择0.75/60kg组合，目标血药浓度无论选择sponsor proposed还是平均EC50，都是可以接受的。关于第二个等式中CL选择，23个免疫激活产品所有CL数据均是基于猴数据计算，其中22个来自食蟹猴，体重以3kg计，1个来自恒河猴，体重以5（雌性）-7（雄性）kg计。
那么MABEL法和非MABEL法有没有什么关联呢？其实，稍微对比下不难发现，无论Hill等式还是PK模型，都要计算一个关键指标[C]。如果MABEL法，PA选择50%，[C]其实就是EC50，如果选择30%，则大概是EC50的0.4倍。与PK模型的[C]的确定是相关的。
当然，这里要注意下，免疫调节剂既分为免疫激动剂，也有免疫抑制剂。前面讲的计算方式更多的适用于免疫激动剂。对于免疫抑制剂，多用于非肿瘤适应症，如过敏或自身免疫疾病，这类产品既有基于MABEL计算起始剂量，也有NOAEL法，基本各占一半。即使采用MABEL法计算，RO基本都选择大于50%，ECx多选择EC50-EC80，较免疫激动剂的要求更宽松一些。
2.3寡核苷酸类药物FIH起始剂量计算
寡核苷酸类药物目前基本用于非肿瘤适应症，这类药物的临床FIH起始剂量计算主要回答两个问题，一是种属间剂量换算基于体表面积还是体重。二是选择NOAEL这类毒理学终点，还是PAD这类药理学终点。
先看下种属间剂量换算问题。如果基于化药思路，当然体表面积法最为常见。对于分子量超过100KDa，且静脉途径给药的生物药物，体重法则用的比较多。寡核苷酸类药物应该参照化药还是生物药的思路呢？Yu及其团队2015年公布了一项研究结果，采用小鼠、食蟹猴单次或多次，经皮下或静脉给予9个ASO药物，考察了BW、BSA与暴露量AUC的相关性。结果发现，基于BW计算，食蟹猴的暴露量与剂量的比例，在人体的2倍以内，具体见下表。小鼠则比人体低5倍。故，基于食蟹猴的剂量进行人体HED计算，可以采用BW，按照1:1种属间换算。如果基于小鼠剂量换算，则需要一个5-11倍的缩放系数。无独有偶，Nanavati及其团队2021年发现了类似情况，GalNAc偶联的ASO由于肝脏摄取和分布，具备较高的血浆清除率，基于BW的1:1缩放进行非人灵长类和人体间剂量换算是可靠的。其实， FDA 2005年健康人最大起始剂量计算指南中的表述也类似，某些ASO，各种动物种属之间Cmax与mg/kg剂量相关。所以，寡核苷酸类药物可以采用体重法计算FIH起始剂量。
那么真实情况是什么样的呢？2024年，FDA公布了一项研究和统计（Sydney Stern, 2024）。FDA统计了内部数据库中自2015年1月到2024年1月期间开展FIH试验的寡核苷酸药物相关资料，包括自1998年9月以来至2024年1月期间批准上市的RNA寡核苷酸药物。共计89个IND和16个获批上市的寡核苷酸药物纳入分析。89个IND中，33个皮下给药，24个静脉给药，17个是采用动物数据，基于BSA转换获得人体HED，再结合安全因子10，获得MRSD。10个产品是采用BW进行的转换。16款FDA批准上市的寡核苷酸类药物中，2款基于BSA换算，4款基于BW换算，2款鞘内给药的基于脑脊液体积，其余的未在提交给FDA的资料中明确。
关于第二个关注点，NOAEL还是PAD的问题。FDA这篇文章也做了回顾，89个IND中，80个在临床方案中披露了NOAEL。选择最敏感种属的NOAEL（大部分来自非人灵长类），经BSA或BW折算人体等效剂量，作为依据之一。不过，如果用已上市的寡核苷酸类药物的NOAEL数据反向测算下，猴毒理NOAEL经BSA计算人体等效剂量，安全因子要大几十甚至上百倍，才接近实际的FIH起始剂量。另外，FDA指出同类产品的其他寡核苷酸药物数据也可以作为FIH起始剂量参考。比如Arrowhead同平台的三款siRNA产品ARO-ANGPTL3、ARO-HBV、ARO-AAT的首次临床起始剂量均为35mg/人。
2.4AAV基因治疗产品FIH起始剂量计算
AAV（腺相关病毒）基因治疗是一种通过将正常基因导入靶细胞来替代或修复缺陷基因，从而达到治疗目的的基因治疗方法。AAV载体因其低免疫原性、广泛的组织特异性和较低的宿主基因组整合频率，被认为是基因治疗的理想载体。AAV（腺相关病毒）基因治疗的临床剂量预测方法，包括首次人体（FIH）剂量的确定，有属于这类产品的特殊考量。尤其是，AAV基因治疗大多单次给药，原因是重复给药大多会产生抗药抗体，影响药效发挥。所以，AAV基因治疗更应该注重剂量设计。
传统用于异速放大剂量外推方法对于基因治疗产品可能不够精确，将动物实验中的剂量外推到人体时，其可靠性可能低于小分子药物。主要原因包括：种属特异性、免疫原性，以及转基因的转录和翻译差异导致的转导效率不同。尽管目前对于AAV基因治疗从非临床到临床的剂量外推尚未达成共识，但仍然可以参考类似其他治疗方式的剂量外推方程，如下所示。
方程中的剂量单位为载体基因组（vg），可以是药理活性剂量（PAD）或最大耐受剂量（MTD）。支持IND的GLP毒理试验中获得的未观察到不良反应水平（NOAEL），也可用于人体剂量计算，作为治疗窗口评估依据之一。校正因子基于体重或体表面积计算，也可进一步细分为与器官相关的参数。如果药物直接给到靶组织或器官，例如通过手术将药物送入大脑或眼内等特定空间，可以使用基于组织的参数（如体积比）作为缩放因子来进一步优化剂量。例如，眼内玻璃体体积用于眼内注射（IVT）给药校正因子计算，椎管给药可以考虑脑脊液（CSF）体积作为计算依据，大脑特定区域的体积或表面积则适用于颅内给药。当然，系统给药则可以采用体重计算。
校正因子可以通过以下公式获得。主要涉及3个变量，器官相关参数如器官体积，缩放指数b（通常为1）和转导因子。研究发现，经静脉给药的肝脏基因治疗，剂量（vg/kg）标准化后，小鼠通常比人体产生更高水平的转基因目标产物。因此，从小鼠到人类的缩放需要一个6到70之间的转导因子校正。不过，目前对于不同物种转导效率的具体差异了解有限，因此对种属间转导效率差异进行定量是有难度的。
除以上异速缩放法外，有研究描述了一种名为基因效率因子（Gene efficiency factor, GEF）的概念，它反映了载体基因组与转基因蛋白合成速率之间的关系，并被证明可用于预测用于血友病B的AAV介导的体内因子IX（FIX）基因治疗在人体中的有效剂量。由于GEF考虑了病毒转导过程中的物种特异性差异，包括靶细胞进入、转录和翻译的差异，因此被提议用于将临床前数据转化为人类剂量决策。实施GEF方法的前提是对不同动物模型/物种的剂量-反应关系进行彻底表征，并在临床前研究中确定最小有效剂量（MED）。GEF的计算公式如下：
其中，动物CLprotein可以来自PK总结报告，也可以来自Dose/AUC，Cprotein则指的是稳态蛋白浓度。人体CLprotein数据则可以引自文献。先通过不同种属动物的CLprotein、Cprotein、给药剂量vg获得各种属的GEF。再通过动物体重和GEF进行线性回归，得到GEF和体重W的相关方程，将人体体重代入即可获得人体GEF。人体Ksyn计算所用CLprotein、Cprotein通过文献或动物数据推测而来。
其中，GEF和体重之间的回归用logW、W−0.25还是直接基于vg/kg折算需要注意一下。第一三共的Peng Zhou博士认为AAV基因治疗产品FIH起始剂量计算需根据免疫反应和人体基因转导效率选择合适路径。比如设计的载体本身在人体基因转导效率很高，那么体重越大细胞代谢速率越低的结论就不适用于这类产品，直接基于犬或者非人灵长类体重进行直接剂量转换即可。如果不存在人体高转导，且不存在预存AAV抗体和/或抗AAV T细胞反应，那么AS- W−0.25路径更为合适。反之，如果存在抗AAV T细胞反应，则AS-logW可能更匹配。
当然，如果使用相同AAV血清型载体，已有的临床经验和剂量选择也可以作为参考依据，用于自有产品的临床起始剂量设定。
2.5CAR-T产品FIH起始剂量计算
自从十多年前首个CAR-T产品进入临床，陆陆续续已有数百个CAR-T产品临床试验在推进，但对于CAR-T产品的起始剂量选择，一直没有标准路径可循。主要原因有两点，一是非临床数据的临床转化效果一般，二是CAR-T产品属于活的药物，进入体内后会扩增，当与肿瘤抗原结合后，胞内结构域中的共刺激因子会激活T细胞，导致体内细胞增殖10-1000倍，且暴露量存在个体差异。这就导致基于非临床数据评估此类产品人体给药的药效与安全性极为复杂。FDA推荐的方法有两个，一是借助其它CAR-T产品的临床研究，二是基于产品的临床前研究数据。
首先需要进行大量的临床文献检索，对前期可参考的同类CAR-T产品的临床研究信息进行汇总。最好参考相同、相似适应症和靶点表达类似的CAR-T。比如血液瘤和实体瘤可能剂量会出现比较大的差异，毕竟CAR-T分布到实体瘤里面的量会少于血液瘤，效靶比降低，加之实体瘤微环境的影响，可能会使实体瘤需要更高的剂量。不过，目前还没有实体瘤CAR-T产品上市。现有数据显示，大部分CAR-T产品的临床起始剂量是相似的，比较多见的是1百万CAR-T/kg。
基于临床前数据进行CAR-T起始剂量计算虽然不多见，也不是完全没有。比如基于体表面积进行动物和人体剂量换算，但这种路径忽略了动物和人体内CAR-T扩增差异带来的风险。另外一种方法是，找一个靶点类似、临床安全性和有效性数据可获得的对照CAR-T产品。比较新开发的CAR-T与对照CAR-T之间的体内药效数据，获得一个活性因子。然后用这个活性因子，结合对照CAR-T的临床有效性、安全性数据，设定新开发CAR-T的剂量。这种方法对临床前体内药效模型的要求特别高。还有通过体外CAR-T扩增和肿瘤杀伤的关系，建立PK/PD模型，预测临床剂量。不过，这种计算方法还需要更多验证。
TCR-T细胞治疗FIH起始剂量计算也可以参考类似原则。
2.6干细胞FIH起始剂量计算
干细胞产品具有多重作用机制，如分化为骨、软骨、脂肪组织、免疫调节、向炎症部位迁移等。对于这类产品，非临床研究中难以定量评估靶向毒性，导致人体有效剂量估算困难，而且细胞药物的药代动力学（PK）和药效动力学（PD）特征较难评估，从小型动物外推至人体也更为困难，因此非临床研究仅作为临床起始剂量估算的一般性参考。
FIH试验起始剂量可结合合适的安全系数与非临床研究NOAEL设定，也可参考具有相似作用机制的同类产品在其他临床研究中使用的剂量。此外，干细胞产品如间充质干细胞（MSC）静脉给药的非临床研究中已报道肺细胞栓塞，推测可能与给药细胞数量、体积及给药速度等物理因素相关，因此全身给药的MSC来源产品还需考虑脱靶毒性。FIH试验的最大剂量应在非临床研究证实安全的剂量范围内。
2.7溶瘤病毒FIH起始剂量计算
溶瘤病毒具有在癌细胞内选择性复制并裂解癌细胞的特性。
溶瘤病毒的非临床药效评估常采用荷瘤动物，安全性评估则多采用正常动物（无瘤动物）。解读非临床安全性评估结果时，需考虑无瘤动物与癌症患者在病毒复制、生物分布及持续性方面的差异。值得注意的是，给予溶瘤病毒的无瘤动物可能无法达到足够的暴露量以开展可靠的安全性评估，因此在体外研究中证实病毒对肿瘤细胞的选择性及对正常细胞的非侵袭至关重要。
药效评估方面，对于静脉给药，可参考异种移植动物模型非临床研究中按体重计算的有效剂量设定起始剂量。对于瘤内给药，可参考按肿瘤体积计算的病毒感染滴度设定起始剂量。鉴于载体理论上具有剂量非依赖性药效特征，起始剂量可结合非临床研究的NOAEL与耐受性确定安全边际后制定。
尽管在正常动物中评估安全性存在局限性，但当证实病毒对肿瘤细胞的选择性及对正常细胞的非侵袭后，健康组织的毒性风险预期较低。因此，从癌症患者的风险-获益平衡角度，FIH试验的最大剂量可在密切监测安全性的前提下谨慎递增，接受超过非临床研究真实安全水平的剂量。
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