《Drugs》：Developmental Progress and Future Potential for Inhaled Biologics in the Treatment of Respiratory Diseases
研究人员指出，用于肺部疾病治疗的吸入型生物制剂拥有悠久的研究历史，尽管存在大量适用于蛋白质、多肽或核酸类药物治疗的疾病类型与作用靶点，最终进入商业化开发阶段的产品却十分有限。本文结合当前及过往的临床与临床前研究，对这些机遇进行了系统性回顾，同时梳理了成功与终止的研发项目，为未来发展提供关键经验借鉴。虽然将这类相对脆弱的分子成功递送至肺部需要克服物理、生物与技术层面的多重障碍，但研发未达预期往往还受商业与临床因素的共同影响。本综述全面呈现了吸入型生物制剂的现状，随着该领域的持续进步，研究人员预期吸入给药途径将凭借其在肺部局部疾病治疗中独特的药代动力学优势实现快速拓展。
1 引言
研究人员认为，反思吸入型生物制剂科学与技术领域的既往成败与技术进展，是明确其治疗肺部局部疾病未来潜力的核心路径。目前已针对广泛的肺部疾病识别出众多候选生物制剂（本文定义为蛋白质、多肽或核酸），这些研发实践显著提升了研究人员对分子开发障碍的认知，涵盖理化、生理、药理及商业挑战等多个维度。吸入型生物制剂属于复杂治疗模式，由于活性药物成分（API）存在复杂的分子局限性，必须谨慎整合处方设计、工艺处理、雾化、肺部沉积及后续在肺环境中的分布/释放环节。研发可行性的核心在于确保生物制剂在生产、储存及递送全流程中保持稳定，辅料符合吸入给药要求，且目标剂量能够高效递送至呼吸道病灶部位并实现沉积。正如后文临床项目所示，仅将生物制剂递送至肺部并不等同于研发成功，还需综合考虑疾病复杂性与商业因素。基于此，研究人员系统梳理了适用于吸入型生物制剂治疗的肺部疾病类型及其潜在靶点，并对处于临床研究阶段的生物制剂进行了最新盘点，涵盖进行中的试验、终止项目及已获批疗法，通过回顾性分析明确吸入型生物制剂特有的关键挑战，包括稳定性、免疫原性、处方-装置整合、生产制造、剂量需求、肺部生理屏障及药代动力学评价，同时探讨克服这些障碍以实现临床转化的策略。
1.1 方法
研究人员于2024年10月1日至2025年8月15日开展了全面的文献检索，覆盖生物制剂治疗肺部疾病的临床与临床前研究。检索数据库包括PubMed、Web of Science、Semantic Scholar、Google Scholar、ClinicalTrials.gov、FDA Drugs@FDA、EMA数据库，同时参考企业官网与新闻资讯获取试验更新。经标题与摘要初筛后，对全文进行复筛以确定纳入资格。纳入标准涵盖I期至IV期临床试验、同行评审文献、监管机构报告及企业披露信息；排除非英文文献、仅含摘要的研究及2000年以前的研究（Pulmozyme?等里程碑疗法除外）。本研究未进行正式偏倚风险评估，将美国食品药品监督管理局（FDA）说明书与注册试验视为高质量证据，临床试验采用CONSORT注册信息进行质量评价。
2 临床阶段的吸入型生物制剂
吸入型生物制剂的成功开发受多重因素影响。截至2025年，共有5款用于呼吸疾病治疗的生物制剂获批直接气道给药：2款获美国FDA批准，1款获日本PMDA批准，1款获中国NMPA批准，1款获印度CDSCO批准。目前还有大量处于不同开发阶段的在研蛋白，包括重组蛋白、非重组蛋白及抗体片段。递送装置方面，多数候选制剂为雾化溶液剂型，其余采用干粉吸入剂（DPI）系统。
2.1 临床成功案例
2.1.1 多姆酶α（Pulmozyme?）
多姆酶α是重组人脱氧核糖核酸酶I，是美国批准用于治疗囊性纤维化（CF）的吸入型生物制剂成功范例。CF是由CF跨膜传导调节因子基因突变导致的遗传性疾病，气道内黏稠黏液积聚引发慢性感染、炎症及肺功能进行性下降。重组人脱氧核糖核酸酶I通过酶解黏液中的细胞外DNA降低黏度，改善气道清除能力。Pulmozyme?处方不含防腐剂，每2.5 mg多姆酶α配伍8.77 mg氯化钠与0.15 mg二水氯化钙，pH值为6.3。钙离子对维持酶构象稳定及酶活性至关重要，氯化钠则用于维持离子强度与等渗性，适配气道上皮生理环境。临床研究中患者每日一次经eRapid?雾化系统或PARI LC?喷射雾化器给药2.5 mg。振动网式雾化可缩短给药时间，一项覆盖美国26个城市的多中心随机开放标签临床研究显示，三种不同递送装置（DeVilbiss Pulmo-Aide压缩机联合Marquest Acorn II雾化器、Pari LC Jet Plus雾化器联合Inhaler Boy压缩机、Hudson T-Up drafter雾化器）的肺功能改善效果相当。患者第1秒用力呼气容积平均从13.2%提升至14.1%，用力肺活量从10.9%提升至11.8%。因此推荐大多数CF患者每日一次使用推荐喷射雾化器/压缩机系统或eRapidTM雾化系统给药2.5 mg。
2.1.2 沙格司亭（Sargmalin?）
沙格司亭是重组人粒细胞巨噬细胞集落刺激因子，在日本获批用于自身免疫性肺泡蛋白沉积症治疗。该病是一种罕见肺部疾病，以肺泡表面活性物质积聚与粒细胞巨噬细胞集落刺激因子自身抗体产生为特征，可导致血氧水平下降、进行性肺纤维化甚至呼吸衰竭。沙格司亭通过与肺泡巨噬细胞结合，促进其成熟与活化，从而清除过量表面活性物质。Sargmalin?（原称Leukine?）由Partner Therapeutics与Nobelpharma共同开发，每剂含264 μg沙格司亭、42 mg甘露醇、10.5 mg蔗糖与1.27 mg氨丁三醇，pH值约为7.1–7.7。甘露醇与蔗糖是冻干蛋白稳定的关键辅料：蔗糖作为主要分子稳定剂，通过替代水分子形成保护性无定形玻璃态基质，在冷冻、干燥及储存过程中维持蛋白天然构象；甘露醇主要作为结晶填充剂，保障冻干饼的物理完整性，确保给药前复溶性能一致。Sargmalin?需用4 mL无菌生理盐水复溶，125 μg/次，每日两次经雾化器给药，连续7天后停药7天，总疗程24周。临床数据显示其可降低肺泡-动脉氧分压差，整体改善氧合与肺功能，减少既往标准治疗全肺灌洗的需求。
2.1.3 Ad5-nCoV-IH（Convidecia AirTM）
Ad5-nCoV-IH是康希诺生物开发的吸入用新型冠状病毒（COVID-19）疫苗，为编码严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）刺突（S）蛋白的重组5型腺病毒载体疫苗。SARS-CoV-2是包膜正链单链RNA病毒，通过S蛋白与宿主细胞血管紧张素转换酶2结合入侵人上皮细胞。该疫苗经雾化器口腔吸入后沉积于呼吸道，腺病毒载体将编码S蛋白的DNA递送至宿主细胞，诱导T细胞应答及免疫球蛋白A与免疫球蛋白G（IgG）产生。Convidecia AirTM处方为0.1 mL剂量，含约1.0×1010病毒颗粒/mL，pH值7.0–8.0，辅料包括甘露醇、蔗糖、氯化钠、氯化镁、聚山梨酯80、甘油、N-(2-羟乙基)哌嗪-N'-(2-乙磺酸)（HEPES）与水。甘露醇与蔗糖保障病毒载体在生产与储存过程中的稳定性，氯化镁维持缓冲液离子强度与病毒颗粒结构稳定，氯化钠与甘油调节渗透压与张力至生理范围，聚山梨酯80防止给药过程中蛋白聚集及吸附于容器或装置表面，pKa为7.55的HEPES缓冲液用于维持储存与雾化给药期间的生理pH值，保障病毒载体稳定。临床试验证实其作为成人基础免疫后加强针具有良好的安全性与免疫原性。
2.1.4 胰岛素
吸入型胰岛素产品Exubera?与Afrezza?集中体现了吸入型生物制剂在处方、监管与商业化层面的关键挑战与经验。两款产品均采用干粉胰岛素配伍稳定辅料，保障室温下蛋白稳定性，并获得适宜深肺递送的可吸入粒径（设计用于全身吸收）。Afrezza?的Technosphere技术（胰岛素吸附于富马酰二酮哌嗪微粒）及其小型呼吸驱动吸入器，相比Exubera bulky的吸入器与毫克级泡罩系统，提升了给药均一性与患者便利性。监管层面存在显著障碍，开发者需证明降糖效果与注射剂相当，并解决肺部安全性顾虑。两款产品均显示长期使用后肺功能轻度下降及罕见肺部风险，因此禁用于吸烟者或有肺部疾病人群，并要求严格的肺功能监测。FDA对Afrezza?施加了风险管控措施（如黑框警告支气管痉挛风险）及上市后长期风险监测——尽管未确立因果关系，但吸入胰岛素试验中出现的少数肺癌病例引发了安全性关注。商业化方面，Exubera?上市约一年即撤市，原因包括成本高、给药复杂、装置不便，以及肺功能检测要求降低了患者与医生接受度。Afrezza?的推广也受限但仍维持在市销售。这些项目的经验为后续吸入疗法（如单克隆抗体[mAbs]）提供了重要启示：需具备稳健的处方（保障蛋白完整性与高效肺递送）、严格的肺部安全性与免疫原性评价，以及明确的临床优势以支撑吸入给药的价值。
2.2 临床在研吸入型生物制剂
2.2.1 融合蛋白
DAS181（Fludase?）是Ansun Biopharma开发的吸入型重组唾液酸酶融合蛋白（46 kDa），包含催化唾液酸酶结构域与人双调蛋白来源的肝素结合锚定结构域。唾液酸酶结构域通过去除气道上皮的唾液酸，阻断流感病毒与副流感病毒与宿主细胞结合，抑制病毒入侵与复制。DAS181可制备为干粉或雾化溶液剂型，液体处方含10 mg DAS181、组氨酸、海藻糖、柠檬酸与水，干粉处方含20 mg DAS181，装入胶囊后经Cyclohaler吸入。多项临床试验评估了这些剂型，基于研究结果设计了为期3天的短期暴露II期试验。一项针对流感的II期试验（NCT01037205）对比了吸入DAS181-F02单剂、多剂与安慰剂在294例实验室确诊流感（H1N1、H5N1或H274Y）患者中的效果，患者每日给予10 mg剂量连续3天、单剂10 mg或安慰剂，未观察到严重治疗相关不良事件，多剂组较安慰剂显著降低病毒载量，单剂组给药第1天即显示病毒载量显著下降。第二项II期试验（NCT01644877）对免疫功能严重低下患者亚组给予4.5 mg DAS181-F02每日一次连续10天，经Aeroneb Solo雾化器给药，药代动力学分析显示全身暴露极低，表明DAS181主要滞留于肺部。Chemaly等证实DAS181-F02作为干粉在储存与雾化过程中酶活性保持稳定，临床显示出疗效改善趋势。Ansun Biopharma目前正在开展III期试验，评估DAS181在免疫功能低下合并下呼吸道副流感病毒感染与重症COVID-19患者中的疗效。
HH-120是一种可吸入的IgM样血管紧张素转换酶2融合蛋白（约1000 kDa），目前处于临床评估阶段，作为抗SARS-CoV-2的宿主导向治疗策略。其设计为可溶性诱饵受体，通过竞争性结合病毒刺突蛋白中和病毒，阻止宿主细胞入侵。临床前模型证实其有效性，药代动力学分析显示HH-120主要滞留于肺部、鼻腔与气管，且临床前耐受性良好。华辉健康开展的I期临床试验显示，各剂量组耐受性均良好，未报告剂量限制性毒性，支持其进一步临床开发。
2.2.2 抗体片段
VR942是含CDP7766的干粉处方，CDP7766为高亲和力抗IL-13单克隆抗体片段，通过特异性结合IL-13中和细胞因子，下调哮喘炎症与发病机制。VR942处方含CDP-7766、L-亮氨酸、海藻糖、氯化钠与磷酸钠，采用喷雾干燥工艺制备。I期试验（NCT02473939）中，健康成人及轻度哮喘患者经Vectura DPI给药，单次剂量0.5、1、5、10或20 mg，或多剂0.5、10或20 mg连续10天，治疗相关不良事件多为轻中度，无严重不良事件或死亡发生。
CSJ117（又称ecleralimab）是针对胸腺基质淋巴生成素（TSLP）的吸入型抗体片段（Fab），TSLP是哮喘发病的关键细胞因子。Ecleralimab通过结合并中和可溶性TSLP，阻断其与免疫细胞上TSLP受体复合物相互作用。该Fab制备为具有核壳结构的PulmoSol?粉末。I期试验（NCT03138811）中28例患者接受4 mg CSJ117或安慰剂治疗12周，结果显示其安全性良好，可有效降低轻度特应性哮喘成人的迟发哮喘反应与痰嗜酸性粒细胞计数，显著减轻气道炎症。第一项II期试验（NCT04882124）评估了其在慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者中的药效学与安全性，38例患者接受4或8 mg每日一次治疗12周，但因样本量较小未能得出明确结论。第二项II期临床试验（NCT04410523）聚焦重度未控制哮喘患者重复给药的疗效与安全性，患者接受0.5、1、2、4或8 mg CSJ117每日一次治疗12周，药物安全性与耐受性良好，不良事件发生率与安慰剂组无显著差异，但诺华出于战略决策目前已无进一步开发计划。
2.2.3 细胞因子/干扰素（IFNs）
SNG001是重组干扰素（IFN）-β1a的吸入制剂，属于抗病毒治疗。直接将IFN-β1a递送至肺部旨在增强肺部先天抗病毒应答，限制病毒复制。SNG001处方为水溶液，含IFN-β1a、枸橼酸钠二水合物、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠二水合物、DL-蛋氨酸与水。III期SPRINTER试验（NCT04732949）评估了其在需 supplemental oxygen的住院COVID-19成人患者（n=623）中的疗效与安全性，尽管II期研究取得成功，但该试验未达到主要或次要终点，原因是患者异质性及安慰剂组恢复速度快于预期，降低了研究的效力与统计学显著性，不过基线呼吸功能受损的患者进展为重症或死亡的风险显著降低。
2.2.4 抑制蛋白
Kamada-AAT for Inhalation是Kamada公司开发的重组人AAT吸入制剂。II期试验（NCT02001688）显示吸入AAT安全性良好、耐受性佳，可在上皮衬液达到治疗浓度并降低中性粒细胞弹性酶活性。患者每日一次或两次经雾化给药80 mg，疗程12周。目前正在进行III期试验（NCT04204252），评估每日吸入AAT在重度AATD成人患者中的长期疗效，主要终点为肺功能保护与疾病进展延缓。
2.2.5 阿替普酶（Activase?）
阿替普酶是重组组织型纤溶酶原激活剂，FDA批准用于静脉注射治疗急性缺血性卒中、急性心肌梗死与肺栓塞，同时也被超说明书用于儿童急性塑型支气管炎的吸入治疗。II期试验（NCT02315898）中，8例儿童患者经雾化器给予5 mg（1 mg/mL溶液）重组组织型纤溶酶原激活剂，每6小时一次，持续约72小时，显示出疗效证据。
2.3 终止的在研吸入型生物制剂
多项吸入溶液型候选制剂的临床项目终止，包括Alpha-1 HC（α1-蛋白酶抑制剂）、ALX-0171（抗呼吸道合胞病毒[RSV]纳米抗体）与PRX-110（修饰型α1-抗胰蛋白酶[AAT]），凸显了除临床前疗效外，稳健临床试验设计、战略适应症选择及支持稳定性与高效雾化的处方策略的重要性。
Alpha-1 HC的IIa期临床试验（NCT01684410）评估了其在成人CF患者中的安全性与耐受性，受试者每日一次经AKITA2雾化器给予100 mg或200 mg，疗程3周，结果显示剂量依赖性升高痰AAT水平，总体安全性良好，但3周短期治疗未显示肺功能显著改善。AAT的设计目的是预防进一步肺损伤而非逆转已有损伤，因此需要更大样本量与更长治疗周期以证实临床获益。
两项IIb期试验（NCT03418571与NCT02979431）评估了新型吸入抗病毒生物制剂ALX-0171在因RSV下呼吸道感染住院的婴幼儿与儿童（28天至2岁以下）中的效果，该药为靶向RSV融合蛋白的三价纳米抗体（42 kDa）。患者每日一次给予3.0、6.0或9.0 mg/kg，疗程3天，结果显示鼻拭子RSV病毒载量加速下降，但未对症状或恢复时间产生有意义的差异，后续开发被终止。多数患者入院时已出现症状3天，肺部炎症已充分建立，而多数抗病毒药物在炎症发生前给药效果最佳，若更早给药可能观察到更好疗效。
AIR DNase（alidornase alfa，PRX-110）的I期临床试验（NCT02605590）显示其在健康成年男性中安全性良好，II期试验（NCT02722122）在曾使用Pulmozyme?的CF患者中，每日一次给予2.5 mg alidornase alfa连续4周，患者完成全部治疗，肺功能较基线平均绝对升高4.1±2.5分，但未显示出优于Pulmozyme?的临床结局，缺乏进一步开发的临床差异化优势。
ALX-009是结合次硫氰酸盐（OSCN-）与牛乳铁蛋白的吸入抗菌疗法，对多重耐药革兰阴性病原体铜绿假单胞菌与洋葱伯克霍尔德菌有效，但I期试验（ALX-009-CL-038/NCT02598999）因处方复杂性导致的财务问题提前终止。OSCN-为高度反应性离子，半衰期约1小时，无法在储存期间保持稳定，需现场配制。
AZD1402（又称PRS-060/elarekibep）是Pieris Pharmaceuticals与阿斯利康开发的吸入型生物制剂，为一种源自人脂质运载蛋白的工程化蛋白，靶向IL-4受体α（IL-4Rα），IL-4Rα是参与炎症的IL-4与IL-13细胞因子信号通路的关键组分。I期随机双盲安慰剂对照试验（NCT03384290）显示其在健康男性志愿者中耐受性良好，药代动力学呈剂量比例性暴露，吸入给药全身吸收极低，实现靶向可控的肺部递送。后续IIa期试验（NCT04643158）在哮喘患者中评估了吸入皮质类固醇联用的疗效与安全性，药物仍滞留于肺部并限制全身吸收，但尽管前期结果积极，该项目因非临床毒理学研究发现被终止。虽未在人体临床试验中观察到相关发现，但引发了疗法长期安全性的顾虑，阿斯利康因此终止进一步开发。
这些挫折凸显了将前景良好的临床前数据转化为吸入型生物制剂临床有意义结局时面临的诸多问题，说明即便早期安全性与药代动力学数据良好，试验设计不足、给药时机欠佳及临床差异化有限等因素仍可能导致项目失败。多项试验中药理机制合理，但疾病病理复杂性、患者群体异质性及在作用部位达到充足药物暴露的难度限制了治疗获益的证实。此外，处方不稳定、装置依赖的递送效率及吸入型生物制剂的生产成本等实际障碍进一步增加了开发难度。综上，成功的临床转化不仅需要临床前疗效，还需关注试验设计、患者选择、给药策略与处方策略，以保障吸入型生物制剂实现商业化所需的均一性、效力与临床差异化。
3 吸入型生物制剂处方开发的挑战
尽管吸入型生物制剂的后期失败常由临床或商业因素驱动，但早期开发需聚焦于通过保障分子稳定性与有效肺部递送来最大化成功概率。生物治疗制剂固有脆弱性，在生产、储存及雾化过程中可能暴露于严苛条件，使得吸入递送尤为困难。因此，成功开发的关键障碍覆盖多个领域，包括生产制造、理化与生物稳定性、免疫原性、处方设计及装置兼容性。本节聚焦稳定性与免疫原性，同时强调直接影响这些风险的处方与装置相关考量。
3.1 稳定性
生物制剂通常依赖复杂三维结构实现与生物靶点的特异性相互作用，与小分子不同，生物制剂更易受破坏，在生产、货架期及给药过程中更易发生三维结构改变。蛋白质类生物制剂可通过物理或化学途径降解，且两类途径常相互关联：物理不稳定性包括蛋白质高级结构改变，如去折叠、聚集、变性、表面吸附与界面应力；化学降解包括脱酰胺、氧化、水解、共价聚集及与辅料的相互作用。高级结构改变常导致蛋白质生物活性的不可逆丧失。
喷雾干燥等干粉生产工艺可能因加工过程中的热应力与界面应力导致蛋白不稳定。例如Tao等报道喷雾干燥的Fab分子（Fab-1与Fab-2）形成不溶性聚集物，重链CDR-1构象动态性增加暴露了原本埋藏的Phe侧链，通过疏水相互作用加速聚集。Sécher等报道雾化过程中产生的IgG聚集体可在C57BL/6小鼠吸入后诱发肺部免疫毒性事件。
稳定性挑战不仅限于蛋白质，还延伸至核酸类治疗制剂。主要障碍是信使RNA（mRNA）疫苗产品需在全货架期内维持超低温储存条件（如Comirnaty?需-90至-60°C储存12–18个月），成本高且在临床场景中难以实施。mRNA-脂质纳米颗粒（LNP）疫苗的物理稳定性主要受聚集、融合及包封mRNA泄漏影响，冷冻-解冻循环会放大这些效应，合适的冻干/低温保护剂可减少冷冻诱导的不稳定性。此外，可电离脂质氧化与水解产生的化学杂质会抑制mRNA翻译，Hashiba等通过修饰可电离脂质胺结构，证明N-甲基哌啶头基可在4°C维持mRNA-LNPs活性，因杂质水平降低。
肺部给药后，生物制剂还面临肺微环境的额外稳定性挑战。与黏蛋白及肺黏膜其他带电或疏水域的相互作用可诱导聚集或核酸载体的过早释放。表面修饰策略（如使用聚乙二醇组分或多层聚合物颗粒）可通过排斥黏蛋白组分增强黏膜稳定性。
3.2 免疫原性
蛋白治疗制剂固有存在免疫原性风险，主要通过诱发适应性免疫应答产生抗药物抗体，可能削弱治疗效果并触发超敏反应。核酸类治疗制剂则可同时触发先天与适应性免疫通路，包括细胞因子释放、T细胞活化及复杂抗体应答，且吸入型生物制剂的免疫原性特征受独特肺微环境影响。
既往研究表明，生物制剂肺部给药的免疫原性普遍高于皮下给药。例如糖尿病患者从皮下转为肺部给药后抗药物抗体形成增加，非人灵长类研究也观察到类似现象，肺广泛的肺泡表面积及肺衬液中丰富的免疫细胞（尤其是肺泡巨噬细胞）增加了免疫原性风险。
吸入型生物制剂的免疫原性受处方与递送相关因素影响，包括剂量、给药频率、沉积部位及聚集体的存在与特征。亚微米聚集体（100–1000 nm）被认为可增加免疫原性潜力，但也有研究提示聚集体的化学与物理修饰、构象变化及杂质含量对免疫原性的影响可能与粒径相当甚至更大。例如Schellekens提出，免疫应答受活性药物成分本身特征（包括结构、杂质、处方、聚集体）及患者特异性因素的影响，大于给药途径的影响。
多项研究探讨了雾化诱导聚集对免疫应答的影响。Mahri等研究了含不同水平聚集体的喷雾干燥rhod-mAb处方的免疫原性，发现小鼠肺部给药后的免疫应答高于皮下给药，肺泡巨噬细胞是肺部主要免疫细胞，但不同处方的聚集体含量差异未显著改变免疫学结局。Sécher等研究了雾化形成的聚集体对免疫系统的影响，发现雾化生成的蛋白（IgG）聚集体呈剂量依赖性激活单核细胞来源树突状细胞并减少免疫细胞，该效应在气道局部给药时高于全身给药，且通过在处方中添加聚山梨酯改善IgG稳定性后可消除该效应。
免疫原性考量是吸入核酸类治疗制剂的核心。首个吸入mRNA-LNP系统MRT5005在CF患者中雾化给药总体耐受性良好，仅1例在治疗后1个月内报告肺部急性加重，但多人出现给药后数小时的发热反应，该反应未被大鼠与非人灵长类临床前毒理学研究预测，反应为轻中度并在1–2天内消退。目前尚不清楚发热反应由mRNA还是脂质引起，既往使用基因治疗LNP系统的CF患者研究中也观察到类似的非预期反应。
从处方角度看，吸入mRNA-LNPs的免疫原性主要受核酸载体与递送载体的理化性质影响。免疫与非免疫细胞均可通过模式识别受体识别核酸，已知未修饰或含杂质的mRNA也可通过Toll样受体激活先天免疫系统。同时，脂质组成（尤其是可电离脂质化学结构、聚乙二醇-脂质含量、大小与化学性质、氮磷摩尔比、粒径及表面性质）可独立影响免疫激活，因此在评估新脂质（尤其拟用于气道沉积的脂质）时需格外谨慎。例如阳离子脂质可触发Toll样受体2与Toll样受体4，甚至空的脂质纳米颗粒也可诱导IL-1β释放。内体摄取与破坏是核酸递送至细胞质的关键，但内体破坏也是一种危险信号，促进细胞因子释放。此外，抗聚乙二醇抗体可加速吞噬介导的LNP清除，影响治疗效果甚至触发过敏反应。将阳离子脂质替换为可电离脂质可降低免疫原性风险，使用可生物降解的可电离脂质可促进形成更小的可修复内体孔径，在实现更高RNA表达的同时最小化炎症。这些认知为降低吸入核酸类治疗制剂免疫原性的理性处方设计提供了指导。
3.3 处方考量
处方开发与生产工艺选择受关键质量属性支配，包括分子稳定性、雾化特性、剂量与固态性质。辅料（包括非还原糖、糖醇、聚合物、氨基酸、表面活性剂与缓冲盐）通常通过玻璃化、氢键与界面应力作用稳定生物制剂。乳糖、葡萄糖、麦芽糖与麦芽糊精可有效抑制干燥循环中的蛋白去折叠，但其还原性限制了在蛋白与核酸中的应用，因此非还原糖与糖醇（如海藻糖、蔗糖、甘露醇）、聚合物、氨基酸、表面活性剂与缓冲盐被广泛使用。辅料选择依据活性药物成分、工艺方法与递送装置确定。较高的玻璃化转变温度（Tg）通常与干粉更好的物理稳定性相关，但过度干燥或吸湿会对蛋白完整性与雾化性能产生负面影响。此外，优先选择相变过程中pH变化最小的缓冲盐。非离子表面活性剂如聚山梨酯20/80可减轻界面聚集，但会降低处方最终Tg，损害物理稳定性。综上，处方开发需仔细优化辅料组成、固体含量、雾化性能、残留水分与储存条件。
3.4 装置与生产考量
液体雾化处方常用于早期开发与临床研究的初步概念验证，或在原料药有限时使用，若开发符合目标产品特征，后续可转换为固体剂型。从生产角度看，雾化液体制剂通常受颗粒工程要求限制较少，DPI则需额外加工步骤以生产可呼吸的稳定颗粒。干粉吸入剂的开发兴趣日益增加，主要驱动力是改善固态稳定性、提高递送剂量，最重要的是提升患者依从性。生物制剂干粉通常通过喷雾干燥、喷雾冷冻干燥、冻干与气流粉碎等方法开发，但气流粉碎与喷雾干燥等传统技术可能因高机械剪切与气-液界面应力损害生物制剂稳定性。为缓解这些问题，新兴技术如薄膜冷冻干燥采用更大液滴与更低剪切力，利用超快速冷冻过程（100–1000 K/s）最小化冰晶生长与生物分子聚集。此外，Pulmosphere?、PulmoSol?与Technosphere?等专用平台也广泛用于吸入型生物制剂。
除生产外，装置选择对处方性能与生物制剂稳定性至关重要。雾化器根据装置结构（如喷射式、超声式及表面声波等新一代系统）可对生物制剂施加不同程度的剪切、热与气-液界面应力。传统雾化器通常使生物制剂暴露于高机械剪切力、热量与气-液界面应力，可能触发蛋白不可逆变性或聚集，或导致纳米颗粒载体货物丢失与尺寸破坏。新一代系统（如振动网式或表面声波雾化器）提供更温和的雾化过程以维持载体完整性。相比之下，DPI避免了给药过程中的液相相关应力，但引入了可雾化粉末工程、吸湿性、固态稳定性及高效粉末分散与肺沉积相关的其他挑战。此外，吸气能力与吸入技术等人为因素仍至关重要，因为沉积效率取决于患者分散粉末的吸气努力。
3.5 吸入型生物制剂递送的生理与疾病屏障
调控吸入型生物制剂递送的生理与疾病相关屏障已在文献中得到充分证实。本节简要概述影响肺部递送性能的主要屏障。生物制剂的大分子特性使其特别易受酶与免疫介导的降解影响，常导致肺沉积、吸收与治疗 efficacy降低。区域肺沉积受物理与解剖因素影响，包括气道几何形状、呼吸模式、疾病状态与空气动力学粒径。最佳肺沉积通常可实现于空气动力学粒径1–5 μm范围内的颗粒，但密度、形状与湿度可显著影响沉积效率。
到达肺部后，黏液相关屏障主导吸入型生物制剂沉积后的命运。致密黏稠的黏液网络限制生物制剂扩散，协调的纤毛转运在24小时内将大部分沉积物质快速清除至胃肠道。与肺表面活性物质的相互作用可使吸入型生物制剂不稳定或增强免疫识别，但表面活性剂模拟策略可能改善生物制剂递送。富含酶的肺环境（尤其在疾病状态下）加速吸入型生物制剂的分解。免疫监视（尤其是巨噬细胞介导的吞噬作用）是肺泡区域颗粒清除的主要决定因素。
4 治疗肺部疾病的吸入型生物制剂的药代动力学考量
4.1 全身递送与局部递送
评估不同类型生物制剂药代动力学的模型与考量因其给药途径而异。注射全身给药可采用一室模型监测患者暴露，但可能无法代表作用部位的暴露。由于生物制剂吸收较差，多采用静脉注射、皮下注射或肌内注射。研究人员对局部肺部递送的生物制剂采用多室模型研究药物处置，部分研究采用三室或四室模型，包含肺上皮细胞室与巨噬细胞池室。需注意模型选择高度依赖于局部滞留时间，而滞留时间由气道清除的限速步骤决定，该限速步骤因分子类别差异很大，需逐案研究。本文以各类生物制剂中的活性成分为例，重点阐述吸入型单克隆抗体的药代动力学。
4.1.1 吸收
由于肺组织的复杂性与多样性，该途径的吸收具有高度部位特异性，不同区域的生理/解剖屏障与可用吸收表面积存在差异。根据靶向递送部位（全身或局部），这些区域的适宜性随分子的理化性质而变化。上气道是最大屏障，上皮厚度约50 μm，向下至小支气管与细支气管（约10 μm）及肺终末区域肺泡，厚度可低至0.1 μm。Patton收集的研究发现，随着肽/蛋白的分子量（MW）增加，肺泡上皮的吸收速率与程度均下降。大分子吸收的精确机制尚未完全阐明，部分观点认为过程受扩散限制，分子通过内皮细胞紧密连接或内吞囊泡通过；也有观点认为较大的免疫球蛋白存在受体介导的转运机制，允许穿过黏膜屏障，因此瓶颈在于结合位点的可及性。普遍认为单克隆抗体经呼吸道吸收低且慢，部分科学家将其归因于三级与四级蛋白结构对细胞外蛋白酶降解的易感性较低，因此在作用部位的滞留时间更长。此外，肺泡巨噬细胞被认为是吸收的主要屏障。这些因素共同作用，加上可向作用部位递送更大载药量的能力，可能有助于较大分子量分子在作用部位维持更高水平并延长滞留时间。
4.1.2 分布
生物制剂的分布规律与其影响吸收的性质（分子量、电荷与疏水性）相似。单克隆抗体因体积大，表观分布容积通常很低，进入体循环后分布容积接近血浆容积3–5 L或0.04–0.07 L/kg。无论大小，这些药物分子需穿过或介于血管内皮细胞与组织之间，由于单克隆抗体的亲脂性链通常藏于结构内部，一般认为其不易穿过内皮细胞，而是经对流（内皮细胞间扩散）通过。这与稳态分布容积略增至5–10 L的观察一致，表明有一定程度的中央室逃逸。Jagdale等的研究对比了系统给药的单克隆抗体（曲妥珠单抗）与若干较小分子量片段，证实完整单克隆抗体可到达肺组织，而较小的片段（约50 kDa）可到达内皮细胞表面并在支气管肺泡灌洗液中检出。
4.1.3 代谢
肝脏代谢小分子的所有细胞色素P450酶均存在于肺组织中，但水平远低于肝脏，且生物制剂通常不被此类酶代谢。相反，大多数蛋白类生物制剂主要在肺上皮细胞经受多种蛋白酶与肽酶的水解，如前所述屏障部分。虽然下呼吸道的这些酶暴露低于皮下或肌内注射，但较小的肽在吸收前仍易受降解，可使用蛋白酶抑制剂进行保护。这些分子的分解速率与程度似乎主要取决于分子量与蛋白折叠程度，肽的水解速率最快，较大蛋白（6–50 kDa）抗性更强。更大的蛋白类生物制剂（如单克隆抗体）主要在网状内皮系统中被吞噬后经蛋白水解代谢，或结合FcRn后被再循环，这也是其常观察到较长半衰期的部分原因。
4.1.4 消除/肾清除
上气道衬有纤毛柱状细胞或产黏液杯状细胞，共同构成黏液纤毛梯。沉积在这些传导气道的 macromolecules 受上述清除机制调控。该区域的物质滞留半衰期约1.5小时。到达呼吸区域的颗粒可被肺泡巨噬细胞吞噬（通常在1–3 μm范围内）。小于40 kDa的 macromolecules 被巨噬细胞快速清除，大于40 kDa的分子则如前述缓慢内吞。吞噬后，巨噬细胞沿上皮表面向黏液纤毛梯移动，或通过气管支气管淋巴清除。
4.2 药代动力学/药效学与靶点介导的药物处置
小分子的传统药代动力学/药效学建模聚焦于暴露及其与药效学效应的关系。虽然药代动力学与暴露数据可为靶向治疗性能与安全性指标追踪提供有用信息，但生物制剂通常表现出靶点介导的药物处置，其疗效受复杂生物过程调控。
4.3 监管考量
FDA认识到生物制剂传统药代动力学评估的挑战，小分子未见的其他因素（如蛋白折叠、变性、二聚化）可能影响疗效，因此采取了更机制性的首次人体给药指南制定方法，鼓励在早期就开展可指导开发决策的 informative 模型沟通。
目前尚无针对吸入型生物制剂的正式指南，但可参考吸入小分子药物与生物制剂整体的指南要求。产品开发方面，与拟吸入的小分子类似，生物制剂也需满足化学、生产与控制的严格标准。指南因最终剂型而异，但吸入产品的质量检验通常包括关键质量属性：效价、递送剂量、空气动力学粒径分布、细颗粒分数（FPF），以确保适当剂量的药物持续递送至相应的呼吸组织。此外，根据剂型与递送装置（pMDIs、DPIs、雾化器或软雾装置），需考虑与该装置及剂型组合相关的额外性能检测。药物-装置组合需评估潜在的浸出物与提取物，对于生物制剂，另有额外指南确保产品在储存期间不因包装不相容而损害稳定性与质量。此外，由于其复杂结构与潜在易损性，稳定性是开发吸入型生物制剂的关键考量，稳定性评估主要遵循ICH Q5C指南，确保维持分子构象与生物活性。关于方案与数据报告的更多信息，可参考FDA相关指南。最后，生物制剂的免疫原性是另一项顾虑，无论源于天然母体分子还是部分降解或聚集的生物分子。FDA已发布指南，要求建立适当的检测方法评估免疫原性及颗粒物/聚集体的限度。但在考虑生物制剂雾化时，因雾化过程可能导致生物药物降解或聚集，产生了额外的顾虑。科学家已开始开发体外检测方法评估雾化后聚集情况，并认识到肺组织内潜在的免疫原性，需在开发中开展研究。尽管科学家仍处于理解吸入型生物制剂复杂药代动力学的早期阶段，但重要的后续步骤包括创建更灵敏的分析方法，追踪活性成分在被修饰及/或在体内不同房室间移动的过程。
5 机遇：适合生物制剂治疗的呼吸系统疾病靶点
本节回顾适合采用吸入型生物制剂治疗的潜在生物靶点。表格总结了所有给药途径下，用于呼吸与肺部疾病状态、已获批或处于临床开发的生物制剂疗法。
5.1 哮喘
尽管标准治疗包括高剂量吸入皮质类固醇联合长效支气管扩张剂，仍有约5–10%的哮喘患者控制不佳，持续出现显著症状。对哮喘潜在机制的深入理解推动了生物制剂疗法的开发，现已被常规考虑用于重度未控制哮喘患者。这些生物制剂通常采用全身给药并已通过该途径显示疗效，此处讨论是为了凸显哮喘中已确立的生物制剂机制与治疗靶点。
目前可用的哮喘生物制剂主要靶向2型炎症介质，包括IgE及细胞因子IL-4、IL-5、IL-13与TSLP。已上市的注射生物制剂包括奥马珠单抗、美泊利单抗、瑞利珠单抗、贝那利珠单抗、度普利尤单抗与tezepelumab。奥马珠单抗是结合IgE的单克隆抗体，可减少哮喘急性发作。美泊利单抗、瑞利珠单抗与贝那利珠单抗靶向IL-5受体，有效减少嗜酸性粒细胞炎症。度普利尤单抗通过靶向IL-4Rα抑制IL-4与IL-13信号，改善肺功能并减少哮喘发作。Tezepelumab是一种新型单克隆抗体，靶向参与启动哮喘炎症的上皮细胞因子TSLP。在上述已获批哮喘生物制剂中，奥马珠单抗、度普利尤单抗与tezepelumab可影响气道平滑肌收缩力与气道高反应性，该效应通过作用于气道平滑肌上的受体及影响嗜酸性粒细胞与炎症细胞实现，从而减少炎症级联，凸显了通过吸入将生物制剂直接递送至肺组织的潜在获益。
部分注射哮喘生物制剂在临床试验期间因临床疗效不足或安全性问题终止开发。例如，皮下注射的tralokinumab尽管安全性特征与安慰剂相当，但仅显示轻微的生理学改善，未带来有意义的临床获益，未能改善哮喘相关生活质量，也未降低急性发作频率。同样，静脉输注靶向IL-17A的另一单克隆抗体secukin
