作者简介：杨志敏，国家食品药品监督管理总局药品审评中心，主任药师，从事药品临床审评工作。编者按：本文从药物研发和评价的角度，对目前国际倡导的临床试验富集设计进行阐述。同时对在中国现有的法规环境下，新药研发中应如何合理地运用富集设计进行了探讨，以期为相关研发人员提供参考。
1 临床试验富集设计的背景和定义
近年来公布的研究数据显示，约有50%的大规模Ⅲ期临床试验因为有效性原因失败。因此，随着全球新药研发风险的不断增加以及临床试验成本的不断提高，一方面，寻求合理缩短临床研发周期和降低临床试验成本的有效方法成为工业界日益强烈的需求；另一方面，随着医学领域对个体化治疗认识的逐渐深入，研究者和评价机构从实践中也不断发现，并非所有的同一疾病的整体患者人群都可能从某个新药获益，往往具有一些特异性指征的亚组人群获益显著，其他人群则获益很小，临床试验中常常因为不获益人群占整体人群比例过大而稀释了整体获益，使得整体有效性不显著。为此，学术界和监管部门也希望寻找科学合理的研究方法，能及早发现具有可能获益的特征因素的优势人群，针对这些具有特异性的患者人群开展研究，尽快获得有效性数据，同时使得获益可能性较少的患者避免暴露在不必要的安全性风险之中。
美国FDA率先于2012年底发布了《富集设计的指导原则》征求意见稿。该指导原则将“富集设计”定义为：在随机对照临床试验中，通过前瞻性利用患者特征( 包括人口统计学特征、病理生理学特征、组织学、遗传学特征等)来确定试验的入组人群，从而使目标药物的有效性相对于未选择人群在该特定人群中更容易显现。富集也可特指在广泛人群入组的试验中，用于主要分析的亚组。由此可见，所谓“富集”，在临床试验设计中并不是一个新的概念。对于一个特定的临床试验，需要设定特定的入组标准，以确保入组的人群具有相同的意向治疗疾病，并符合临床试验方案中设计的入组人群的各项要求，所有这些设定目标人群的手段都是一种“富集”。
对于在临床试验中一些不同于常规的富集设计的引入，能够使药物在特定人群中有效性更容易显现，在相对小的样本量情况下临床试验成功的概率提高，从而在一定程度上降低临床风险和成本。此外，富集设计可以带给患者个性化治疗，避免了无效暴露。
2 富集设计的分类
富集设计根据富集的方法和目的不同可分为3类。
2．1 同质化富集设计
通过减少入组患者异质性的富集设计。该设计应用非常广泛，主要是通过减少和药物无关的不确定因素(减少异质性，降低变异度)来增加临床试验检验的把握度从而提高检测到有效性的概率。普遍认可的减少异质性的策略包括：①严格定义入组标准，保证入组人群具有药物意向治疗的疾病；对研究者进行培训，确保研究者遵守临床试验设计方案中设定的入组标准。② 鉴别并选择有可能遵从治疗的患者以减少药物暴露的差异。但是，随机化后经鉴别安排依从性不良的患者退出研究通常是不被接受的，因为治疗依从性本身与研究药物的安全或有效性相关联。③随机化前设立安慰剂诱导期，安排病情自发性改善或对安慰剂反应大的患者退出研究。④ 仅入选基线指标稳定(例如，血压测量结果，踏步机运动测试，肺功能试验，或者患者报告结果(PRO)测量指标)的患者，减少患者本身的不确定因素。⑤ 将服用药理活性与研究药物相似或者与研究药物发生相互作用药物的患者排除。⑥排除很可能无法耐受药物治疗的患者以及排除可能因非医学原因失访的患者等。
在某些情况下减少异质性的方法还包括在临床试验中排除由于伴随疾病而导致的过早死亡或提前退出试验的患者以及排除大多数接受伴随治疗的患者。但是这些方法可能导致临床试验获得的信息过于有限，从而对于在临床实践中广泛人群用药提供的指导意义降低。因此，在选择减少异质性方法时应对这些因素进行充分考虑。
2.2 预后型富集设计
通过识别和选择高危患者从而达到富集目的。在目前的临床试验中，已经采用了很多预后指标来识别更有可能适合试验的患者，这些指征包括实验室指标、临床指标、病史、基因或蛋白检测。选择符合特定指标的患者入组，可以更容易和稳定地观察到药品的治疗作用。识别高危患者在预防或降低风险的试验中尤其重要，因为在这样的试验中，没有相关指征的人群可能在几年中都很少或不发生症状，如果入组这样的人群会降低对药品有效性的把握度，甚至无法显示药品的有效性。例如在一些用于延缓多种疾病进展的药物研究中，包括阿尔茨海默病、帕金森症、类风湿性关节炎、多发性硬化症及其他病症，在该类适应症的试验中入组病程进展更快的患者将有利于研究药物疗效的显现。
预后型富集策略并不会进一步减少相对风险(例如，治疗有效率或者症状改善率)，但是将会增加绝对有效量，从而在一般情况下允许在较小的样本量中进行研究。在药物的初步结果研究中选择高危患者进行研究，在研究取得成功后再推广到低危患者中进行更大规模的研究，这是此类研究的常用策略。
2.3 预测型富集设计
通过选择更有可能对治疗反应人群达到疗效的富集设计。在接受治疗的患者中选择对药物治疗更有可能有效的患者，这是预测型富集设计的基本思想。预测型设计可根据患者生理学的某一特征或者与研究药物作用机制某一方面相关的疾病特征选择患者，或者根据经验选择患者(例如，此类患者此前经同类药物治疗有效)，从而获得更高的效应量(绝对效应和相对效应)，使临床研究在更小范围人群中进行。在一项临床试验中鉴别治疗有效的人群(即整体人群的一个子集，其疗效超过了平均治疗效应)并对该人群进行研究，具有以下两大优点：提高研究效率或可行性，并改善患者子集人群相比于整体人群的效益-风险关系。在目前的临床研究中，已有许多方法用于鉴别特定治疗干预更有可能产生效应的患者，包括：① 在正性肌力药物临床研究中，由于收缩或舒张功能障碍可导致充血性心力衰竭(CHF)，因此推测治疗可能对收缩功能障碍人群更为有效。② 高肾素状态预测β受体阻断剂、血管紧张素转化酶抑制剂以及血管紧张素受体拮抗剂可产生更为明显的抗高血压效应。在这些类型药物的临床研究中，研究药物对高肾素高血压人群的治疗效应比普通高血压人群更为显著。③某些迹象表明，抗菌药物对抗菌药物敏感患者的疗效最佳。因此在临床研究中，虽然在通常情况下患者在确定微生物敏感性之前已经完成了随机化，但是之后仅在抗菌药物敏感患者中完成治疗有效性分析，使药物的有效性更容易显现。④治疗无效者人群，或者对另一种药物无法耐受者，可随机化后予以新药或原药。由于与研究药物相比，预期该人群对原药治疗效应不佳或不耐受性更高，因此该研究比较也发挥了富集作用。但是当有效性过高或者不耐受性过低时，不可采用预测型富集设计。⑤蛋白组学标记物，例如提示曲妥珠单抗治疗可能有效的乳腺癌HER2/neu标记物、肿瘤表皮生长因子受体(EGFR)标记物、或者与药物作用机制有关的基因标记物，都可用于潜在治疗有效者的鉴别，这是当前肿瘤研究中迅速得到普及的一种富集策略。
3 富集设计的考虑要点
3．1 富集设计的总体考虑
富集研究同样需考虑既定的对照研究原则、控制偏性因素(随机与盲法)及研究中的I类错误。在富集设计的总体考虑中，需要关注以下2个重点。
3.1.1选择患者人群的筛选策略主要应该由其所用方法的灵敏度与特异度来决定
某些预后型富集策略及预测型富集策略严重依赖于选择富集人群时所采用的筛选标准，因此尽可能掌握富集所用筛选指标的准确性以及所用测量指标的准确度(灵敏度、特异度)是至关重要的。如果选择标准无法准确对患者进行区分，那么富集策略所产生的效应将会下降；如果分类方法宽容度过高(缺乏特异度)，那么富集与非富集人群治疗效应的预期差异性将会缩小，不利于富集策略目标的达成；如果分类方法过于严苛(缺少灵敏度)，那么将无法对可从研究药物治疗中获益的患者进行研究，而且将会出现难以找到研究受试者的情况。在非劣性研究中采用不准确的分类方法还将导致研究结果向无差异性偏倚。
3.1.2富集设计中富集指标和富集时间的选择
对于何时确定某种分类指标可以有效富集及何时开始富集，主要取决于药物开发阶段确定何时应采用富集策略以及富集策略对药物的成功开发和上市许可的重要性。
当预先没有可靠信息定义治疗有效者子集的情况下，可利用在富集因素分布范围宽泛的患者中完成的初期探索性研究结果，作为后续富集研究设计中患者的富集指标。
如果到开发后期才要求用分类方法富集患者，可以在III期临床试验中对各分类方法进行评估，但是必须事先给出控制研究的I类错误的方法。在确证性研究中所采用的富集指标应该尽量在基线时测量，对于按照有或不具有某一特征进行分类的患者，在两组患者亚组均入选研究的情况下应根据预测指标进行随机分层。
如果只有在随机化后才能获知分类方法，但分类指标仍是某种基线特征，只要治疗组中各标记物所定义的患者亚组的样本量足够大(能够使重要的预后基线因素保持均衡)，那么在未分层情况下依然能够保持随机化。
3.2 富集试验中的I类错误
在富集试验中，另外一个重要的考虑要点是对试验中I类错误的控制。即便在研究中同时对具有或不具有富集特征的患者进行研究，对于主要研究终点的结论仍然由被富集的亚组结果所决定。在某些入组具有或不具有富集特征患者的富集设计中，仅对富集亚组的分析或者对总体人群的分析均可能出现I类错误增大。确定适当的样本量，以便在检验不同的研究假设提供合理的把握度同时可有效控制I类错误，是在实际设计中必须考虑的一个重要问题。
3.3 适应性富集设计的应用
虽然富集指标通常应在研究启动之前明确，但是某些适应性研究设计方案可通过对研究期间的预测标记物进行鉴别，从而允许在临床试验后期可以对患者入选标准或研究样本量进行调整。目前虽然在研究开始后调整样本量的富集研究设计的实践经验有限，但是有一些适应性设计策略可能在如下情况具有一定的适用性：①在同时入组标记指标阳性和阴性患者的研究中，通过研究中期考察结果，证实标记物阴性人群在早期终点(例如，影像学检查结果或PD生物标记物或肿瘤有效率)或晚期终点(例如，无进展生存期)的治疗效果远低于标记物阳性组，从而可以减少甚至完全终止进一步招募标记物阴性患者。② 中期分析结果提示对研究入选标准进行调整，以便入选对治疗效应更好的患者；在这种情况下，如果最终分析将所有随机化患者考虑在内，则一般不需要调整α水平。③在有些研究中对样本量进行预先设定可能会有困难，一方面是因为此类设计策略一般在标记物阳性率及预测性不确定情况下采用，另外一方面是由于在研究中本身拟调整样本量或入选标准。④适应性富集设计策略可通过检测和比较研究中不同分类方法的效果来获取一种分类方法更为精确的指标，对不同分类方法的研究既可以在III期临床研究中进行，也可以在探索性研究中进行。
需要指出的是：任何富集策略在研究设计中的应用都必须在研究方案和研究报告中加以明确说明，并且对其原理、具体富集策略做法及其对研究结果解释的影响进行充分详尽的说明。此类描述对于选择招募高风险患者(预后型富集)及治疗可能有效者(预测型富集)的临床试验具有重要意义，对于定义研究结果所适用的患者人群至关重要。& r- O6 q; M0 v- [
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4 富集设计的应用在监管层面的考虑
虽然在研究中是否使用富集设计是由研发者最终决定的，但从药物监管部门的角度出发，在确定使用富集设计合理与否时，通常会考虑下面一些关键问题。
4.1 所设计的富集试验能否用于确定适合用药的特定患者人群
基于非富集设计的常规研究而获得批准的药物缺乏靶向性，在治疗人群中可能包括很多对药物无效甚至有害患者。在非选择患者中的观察到的有效程度可能远小于在采用富集设计的临床试验中所观察到的平均疗效。
当能够在治疗前通过预测标记物(病理生理学或基因组学特征等)对更可能产生疗效的患者进行定义时，可直接采用这些富集指标确定患者人群。
在有些情况下，由于富集因素是在治疗开始后才知道，因此在试验设计时无法用富集方法筛选患者，但是在这种情况下可用富集设计识别用于有效性分析的亚组。对于特定疾病，只要富集设计能够使药物原本在非富集设计的研究中无法或不能显现效果在应用富集设计后，药物的效果可以显示，那么该策略就会带来很大的益处。因此采用富集设计证明有效的药物即使对于目标人群的准确识别不能完全如人所愿，也应该被批准，同时在药品的说明书标签中对相应的应用限制和注意事项描述。
4.2 研究药物是否可用于除研究人群之外的更广泛人群
总体而言，美国FDA批准基于主要或仅在富集人群中进行研究的药物的上市许可，并且确保在药品的标签中不扩大治疗人群或富集因素预测性。但是在非富集患者亚组中获得数据同样是必须考虑的内容，确定申请许可前后应需提供多少有关标记物阴性人群的信息，应对多种风险-效益评估结果加以考虑。在药物上市批准后，还可能要求研究者针对非富集人群进行上市后承诺或研究，以便更好的定义全部适应症人群。
4.3 说明书和标签
使用富集设计批准的药品其相应的信息应该在标签中反映，尤其是适应症、用法用量以及临床研究章节的相关内容。比如在采用预后型富集策略获批的药物，在标签信息中的临床研究部分，要对富集方法予以说明，在适应症部分明确定义适应人群。对于通过预测型富集策略批准的药物，其适应症由策略本身确定。
5 富集设计在中国新药临床开发中的应用考量
如何提高药物研发的效率，尽早识别可能的获益人群，尽快开发出能满足中国患者临床需求的新药是我国研发和评价相关部门共同关注的问题。因此，对富集设计的考虑和接受也是我国评价机构不可回避的关键问题。
近些年创新药物研发活跃，尤其是在抗肿瘤、糖尿病、免疫性疾病和心血管等领域，抗肿瘤创新药占有最大比例，富集设计策略被较多应用在这些药物的研发中。无论是预后性富集还是预测性富集的涉及都不乏案例，其中一些临床试验已获得了足以用于评价中国患者安全有效性的数据，并以此批准药品在我国的上市或增加在特定人群中的使用。
5.1 预后型富集设计在DPP-4酶抑制剂研发中的应用
DPP-4酶抑制剂是当前研发热点之一。该类药物通过减少体内活性GLP-1(glucagon-like peptide-1，胰高血糖素样肽-1)和其他肠降血糖素的失活而增加血糖依赖性胰岛素的生物合成和分泌，从而改善机体对血糖的控制。临床可用于2型糖尿病患者的血糖控制。由于糖尿病是高发的终身性疾病，需要长期用药，因此，长期安全性是此类药物研发过程中需要关注的内容。另一方面，糖尿病患者多属于代谢综合征，常伴随高血压、血脂异常等其他相关疾病，大血管病变又易导致心脑血管事件，并可能由此引起严重的后果甚至死亡。按常规设计的大规模Ⅲ期临床试验的样本量往往不足以评价在试验中出现的严重心血管事件或死亡案例与药物的相关性，即无法评价此类严重后果是由于疾病进展所致还是由于药物所致。因此，考虑此类药物的特点，当已完成的研究数据表明，所估计的心血管风险增加的双侧95%置信区间的上限介于1.3～1.8之间，总体风险获益分析支持该产品上市时，监管部门还额外要求开展一项上市后的以心血管结局为终点的大规模研究，以最终证明所估计风险比的双侧95%置信区间的上限低于1.3。
由于这类研究是以事件结局为临床试验主要终点，样本量设计的考虑主要基于发生事件的数量。长期研究数据表明，2型糖尿病患者发生心血管风险的几率较高，其中80%死于心血管事件，短期研究资料显示，2型糖尿病患者每年新发心血管死亡和各类非致死的严重心血管事件发生率为0.67%，在具有高风险心血管危险因素的患者，其发生率可升高至2.8%，为普通2型糖尿病患者的4倍。因此，在研究设计时，需要考虑在研究过程中尽可能多地富集具有心血管事件高风险的2型糖尿病患者，才能以相对更短的时间和更少的样本去评价两组之间的差异。采用富集设计策略后，入选患者具有年龄均相对偏大(50岁以上)、患病时间偏长，并存在经确认的冠状动脉、脑血管或外周动脉疾病等高危因素，需要大约14000例满足全部入选标准的患者，预计将平均持续4年，可获得足以进行评价的事件数量发生。反之，如果选择非高危人群开展研究，将需要超过50000例，预计超过10年的研究，显然具有不可操作性。
同样，在抗骨质疏松药物的III期临床试验中，其主要临床终点是骨折的发生率，常常也需要富集具有骨折发生高风险的患者，才能需要相对更小的样本量得出结论。
需要提醒注意的是，由于预后型富集研究入选的患者均为高风险人群，因此对研究者的研究资质、研究能力、紧急情况下急救处理能力、受试者的风险控制能力以及多学科的合作能力也提出了较高的要求。
5．2 预测型富集设计在抗肿瘤药物研发中的应用近年来，由于基础医学的研究进展，已经鉴定出多个与疗效预测相关的生物标志物，由此也促进了药物开发中基于生物标志物筛选人群的富集设计的应用，并有多个成功产品上市。小分子化合物以克唑替尼为代表，大分子以曲妥珠单抗为代表。
克唑替尼(crizotinib，Xalkori)是美国辉瑞公司研发的一种选择性小分子酪氨酸激酶抑制剂，针对间变性淋巴瘤激酶(ALK) 及肝细胞生长因子(HGFR，c-Met)受体酪氨酸激酶。该产品于2005年开始启动临床前研究，2006年开始首次人体临床试验，2007年研究者在非小细胞肺癌(NSCLC)中鉴定出的ALK与EML4的融合基因，证实该基因为肿瘤的驱动因子。基于此，辉瑞公司调整了研发策略，采用富集设计方法，仅选择ALK阳性的NSCLC患者中开展研究并基于来自两项单臂试验的有效性数据在美国获准上市。从首次人体试验开始至获准上市仅耗时5年，研发周期大大缩短，中国也在美国批准后1.5年获准上市，采用了类似的设计思路。
该产品在美国依据2项单臂试验(Ⅰ期A8081001和Ⅱ期A8081005)获得上市批准。在8081001，入组149例ALK阳性NSCLC患者开展研究，主要终点为研究安全性、药代动力学特征和客观缓解率(ORR)，研究结果表明，整体ORR为61.5%，其中22例一线治疗患者的ORR为82%，远高于5%～12%的历史数据，和同期患者中一线治疗ORR16%，二线治疗ORR10%和单药EGFR-TKIORR6%相比，显著提高。事实上，ALK与EML4的基因融合这一基因突变在NSCLC患者中的发生率约为3%～5%，经6项中国地区的研究数据(1087例患者)结果表明，发生率范围为3%～11.6%，因此，此亚组属于NSCLC患者中的少数人群。换言之，如果采用全体NSCLC患者进行研究，同样149例，其中属于ALK 阳性NSCLC患者按基因突变发生率最高限11.6% 计算，约为17例，即使19例全部为一线NSCLC 患者，按最高ORR82%计算，即为14例，而其他非突变人群按历史数据一线最好ORR30%计算，即为40例，即整体有效患者为54例，结果整体ORR为36%，远低于经过富集设计研究获得的整体ORR61.5%和一线治疗患者的ORR为82%。虽然较历史数据好，但由于单臂设计本身对研究结果可靠性分析的局限，很难得到加速批准的许可(详见表1)。
表1 A8081001 研究结果(n=149)
A8081005也是同样情况，这个研究也是获得中国批准上市的关键研究之一。该研究为单臂、开放的国际多中心研究，入选受试者为至少接受过1次化疗方案治疗的ALK阳性NSCLC患者，总计入组1033患者，其中包括234例中国患者。主要研究终点为ORR和安全性。研究结果表明，中国大陆患者ORR为44%，非中国患者为51%。如果入选的患者为ALK阳性和阴性均有的全体NSCLC患者，按照上述方法进行推论，其中非中国患者按文献报告ALK与EML4的基因融合发生率高限为5%，中国患者发生率高限为11.6%计算，则非中国患者的ORR为12.5%，中国患者的ORR为14%，与既往二线化疗ORR9%～12%的历史数据基本一致(详见表2)。
表2 A8081005 研究结果(n=1033)
如果未采用富集设计，上述2个单臂研究的结果基本无法显示克唑替尼用于NSCLC患者的获益，不可能获得中国及其他国家的批准。因此，上述案例充分显示了富集设计在药物研发中的重要作用。
盐酸埃克替尼片是我国自主研发并成功上市的小分子酪氨酸激酶抑制剂，该产品是在罗氏公司2004年获得FDA批准上市的厄洛替尼(特罗凯®)基础上进行结构改造得到的，是一种表皮生长因子受体(EGFR)酪氨酸激酶抑制剂。针对同样靶点的上市产品还有阿斯利康公司生产的吉非替尼(易瑞莎®)。盐酸埃克替尼的临床研究从2005年底开始，至2010年底结束，2011年上市，历时5年，也是一个以较短时间研发上市的成功案例。
支持盐酸埃克替尼注册上市的关键Ⅲ期临床试验是与吉非替尼“头对头”比较的研究，入选人群为既往接受过1个或2个化疗(其中至少1个以铂类药物为基础)的局部晚期或转移且不宜接受根治手术或放疗的非小细胞肺癌IIIB/IV期患者，结果证实两组的无进展生存期(PFS)无显著性差异。
在制定临床研究计划和方案时，对研究受试人群的选择也经过了讨论。选择具有某种分子特征的富集设计还是非选择性人群? 因为在该研究开始时尚未有明确结论肯定EGFR突变是获益优势人群，故最终决定未根据分子特征筛选人群，但对所有患者均收集生物样本进行EGFR相关的检测，进行有效性亚组分析。该研究共入组396例患者，在101例(26%)的患者进行了EGFR基因检测。结果证实在EGFR基因突变者的疗效显著优于野生型。这同样属于一种有效的预测性富集设计策略，有利于新药疗效的验证。当然，目前已经在多个药物证实EGFR-TKI仅对EGFR突变人群疗效显著，而对EGFR野生型患者疗效差于化疗。如果在当初盐酸埃克替尼Ⅲ期研究设计时，选择EGFR突变的富集人群有可能在更小的样本量更短的时间内证实其疗效。
6 结语
创新药研发具有高风险、高投入、研发周期长等特征，缩短临床研发周期和降低临床试验成本是制药界始终追求的目标，也是管理部门关注的方向。
采用灵活的研究设计策略是提高药物研发效率，减少失败风险的手段。富集设计是目前较多被采用的一种可行方法。因此，在新药研发过程中，从临床前研究开始，早期确定具有特征性的、影响疾病治疗和转归的因素，在早期临床研发阶段探索和研究对于富集人群的治疗作用，将有利于及早确认药物的疗效，减少无效人群的暴露，起到事半功倍的效果。但另一方面，由于富集设计的样本量相对较少，对于安全性暴露可能不足，需要加强上市后安全性监测和风险控制。同时，也需要关注非富集人群的数据，避免药物滥用或者保障患者的治疗权益。
对于国内自主研发的，在国外已有基础上研制的me-too或me-better药物，应充分借鉴国外已有研究成果，通过对新药特征的分析和国外研究数据的分析，尽可能找到富集因素，从而尽早在最可能获益的人群开展研究，提高研发成功率。
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