关于生物制药中宿主细胞蛋白质杂质的考量
生物治疗性蛋白质的生产是一个复杂的过程，需要对生产过程进行高水平的控制，以确保一致的产物质量，从产物纯度来讲，尤其如此，特别是宿主细胞蛋白（HCP）的始终如一地去除。尽管治疗性重组蛋白的生产历史已有约40年，但随着生物仿制药的出现，一些新的厂商开始进入该市场。生物仿制药可能使用与原研药不同的宿主细胞系以及不同的纯化工艺，所以生物仿制药中的HCP杂质可能也与原研药中所含的有所不同。
除了一般指南所指出的，产品应与实际一样“纯”外，还应该回顾其历史，这样，进入生物制药这个领域的人员才能知道行业之前所经历的，以及为什么尽可能降低HCP杂质如此重要。原文中所描述的几个案例，显示了宿主细胞蛋白质杂质对患者安全性或产品稳定性所产生的显著负面影响。总体来说，生物药通常是高度纯化的产品，具有出色的安全特性。但是，厂商总会因为受到成本的压力，而加快产品的开发，并通过减少纯化工艺中的步骤数，降低生产成本。此外，压力还来自提高HCP检测效率以降低质量检测的成本。
将HCP杂质降低至极低水平，不仅与患者安全有关，还关系到项目的时间线，甚至在某些情况下，关系到公司的存亡。所以，在早期临床开发阶段，有效地降低HCP非常重要，且需使用适当的稳健、灵敏的方法进行产品纯度的检测，以指导工艺开发。
临床产品中宿主细胞蛋白质杂质总结（M.Vanderlaan, et al., 2018）
原文中案例指出了HCP影响产品质量和患者安全的两种途径。首先，HCP可能是直接的活性物质，即HCP可能在患者体内具有直接的生物学活性，例如触发Toll-样受体介导的反应，或具有化学诱导剂或酶活性。酶可直接降解产品（蛋白水解）或赋形剂。如果存在产品的宿主同源物，HCP可增强治疗药物的生物学活性，而如果存在产物抑制剂，则会导致部分产品的“灭活”。
其次，HCP可能具有免疫原性，引发针对特定HCP杂质的抗体，或作为佐剂，增强针对治疗性蛋白质的免疫反应。尽管这些免疫反应有可能是良性的，但对患者没有好处，还可能带来风险。免疫原性风险会随着治疗药物的重复给药而增加，而且，同一患者有可能接受以相似宿主生产的不同生物治疗药物，药物间可能会有共同的HCP杂质。在某些人生长激素（hGH）案例中，抗HCP抗体会导致注射位点反应。
在某些抗药物抗体（anti-drug antibodies，ADA）案例中，会出现生物分布、药代动力学的变化以及生物活性的损失，如hGH中ECP（e.Coli 蛋白）。在生物治疗药物为替代性凝血因子（如VIII因子或IX因子）的案例中，理论上ADA可通过患者存活所需的特定蛋白质，妨碍治疗，尽管多个研究都没有在使用重组VIII因子或IX因子进行治疗的血友病患者中发现抗HCP免疫反应的临床后果。
产品的宿主细胞同源物作为杂质的情况，可能带来另一种免疫原性风险。在密切相关的蛋白质中，可能某一个会含有部分非-自我-表位，可通过“表位扩散”（epitope spreading）现象，导致交叉反应抗体。在免疫反应早期，抗体只识别外来性的蛋白质异构体。但随着重复暴露和免疫反应的成熟，可能出现与两种蛋白质有交叉反应的抗体。
在某些情况下，可以预测最有可能与产物共纯化的HCP，因为在大多数情况下，宿主细胞基因组已知，所以有可能确定宿主是否有可编码与产品相似或者可与产品反应的分子的基因。但如果宿主细胞经高度工程改造，可表达经翻译后修饰处理的蛋白质，则必须开发可表明这些外源性蛋白质被清除的分析方法。有时候，除了广谱的HCP分析外，还会在控制系统中，要求有针对特定HCP的监测。这种特定的分析可以是特异性的免疫分析，或是基于LC-MS/MS的分析。
对可导致非特异性的“搭便车”杂质共纯化的弱反应的预测非常有挑战性。但是，多个观察显示，Protein A纯化的产品池中的HCP水平是抗体-依赖性的，说明单克隆抗体在纯化过程中“携带”HCP杂质的能力会有差别。针对PLBL2和IgG之间相互作用的表面等离子体共振研究显示，这些反应通常处于可逆的平衡。在此案例中，多数中间体池中，高浓度的抗体会促进共纯化。这可以预测，随着细胞培养产量的增加（即意味着更高的产物滴度和更高的细胞密度，相应地，更高的HCP密度），终产物中HCP杂质的类型可能会变化。
原文覆盖了已报到的HCP杂质的案例，但有可能还有其它在生物药开发中遇到的案例没有被公开的文献所报导。所以，无法评估在开发过程中遇到的HCP杂质的总体情况。从降低HCP杂质风险的立足点看，单克隆抗体作为治疗药物有两方面的优势。首先，它们可以很容易地在CHO细胞中高滴度地表达，其次，Protein A是一种高亲和的填料，可显著地清除HCP。但是，Sisodiya的文章显示，Protein A层析后的HCP水平具有mAb-依赖性。所以，一个通用的平台化纯化步骤不会一致地降低不同mAb的HCP水平。如本文中的案例所讨论的，MCP-1、PLBL2和TGF-b1都已在经Protein A纯化的产品中发现。
为什么HCP免疫分析检测到的杂质没有用在这些案例研究中？对于鞭毛蛋白，极低水平既已足够触发Toll-样受体，其远低于抗-HCP免疫分析的灵敏度。同样需要记住的是，不管设计的多好，免疫分析不能保证检测到所有潜在的HCP。HCP免疫分析最好是作为潜在HCP杂质的“抽样”。用HCP免疫宿主（绵羊、山羊和兔子），不太可能形成针对高度保守的细胞外蛋白质的抗体。仓鼠PA和人tPA可能与山羊血清PA具有高度的同源性，所以无免疫原性。但这并不意味着针对这种杂质的特异性免疫分析不能进行，只是不太可能对广泛的HCP形成免疫反应。尽管是对总HCP群体的不完整的抽样，免疫分析还是为纯化策略的整体优化提供了高度有效的指南。
控制系统中的其它检测，如凝胶电泳、肽谱和毛细管电泳，也可检测HCP，但它们通常不会在针对痕量杂质检测而优化的条件下进行。这些方法需要产物过载，才能足够灵敏地检测痕量的蛋白质杂质。大多数情况下，这些方法上样运行，是为了证实产品质量属性，而非杂质。此外，大多数CHOP为糖蛋白，在凝胶中会形成扩散的条带，而不是锐利的条带，使检测变得复杂。
痕量HCP杂质的LC-MS/MS分析方法最近的发展，使这种技术可应用于最终的药品。LC-MS/MS结合灵敏的银染SDS-PAG凝胶电泳、免疫印迹以及肽谱，可应于构建支持产物纯度的完整数据体。如果发现了一种HCP，可进行风险评估，确定其是否造成了不可接受的风险。通常，相比特定的HCP，该风险评估将更多地取决于患者群体、给药的途径以及总剂量。
值得注意的是，免疫分析提供了一种方便、快速、经济的检测方法，用于确定所进行的整体纯化工艺的一致性。因为有数千种HCP，任何层析步骤没有一致地进行，都可能导致最终获得的生物药中不一致的HCP水平。HCP本身可能没有危险，但如果导致水平剧增的步骤对于其它清除也是关键的，如病毒清除，则HCP免疫分析可作为一种有用的指示性分析。
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参考原文：M.Vanderlaan, J.Zhu-Shimoni, S.Lin, et al., Experience with Host Cell Protein Impurities in Biopharmaceuticals. Biotechnol. Prog., 2018, Vol. 00, No.00, DOI 10.1002/btpr.2640.
V.N.Sisodiya, J.Lequieu, M.Rodriguez, et al., Studying host cell protein interactions with monoclonal antibodies using a high throughout protein A chromagraphy. Biotechnol J. 2012; 7:1233-1241.
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