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发布时间:2020-05-15

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抗体药物发现之路 第十三站 抗体药物的效应功能

单克隆抗体(mAb)技术的出现,使生物技术和制药工业可以按照人类的意愿开发抗体作为药物。截止目前,所有获批的抗体药物都是IgG亚型(在人类中进一步分为四个子类:IgG1IgG2IgG3IgG4)。IgG抗体的结构由两个抗原结合的Fab臂组成,通过铰链区连接Fc片段。这种结构使得抗体可将抗原与体液免疫和细胞免疫链接起来。抗体与C1q的相互作用,级联一系列蛋白水解反应,从而进入体液免疫。


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补体是动物血清中具有类似酶活性的一组蛋白质,具有潜在的免疫活性,激活后能表现出一系列的免疫生物活性,能够协同其它免疫物质直接杀伤靶细胞和加强细胞的免疫功能。IgMIgG与相应抗原结合后,可通过经典途径活化补体。IgAIgG不能激活补体经典途径,但其凝聚形式可通过旁路途径活化补体,继而由补体系统发挥抗体感染功能。

细胞免疫主要是由抗体和Fcγ受体(FcγRs)之间的相互作用引起的。FcγR主要有2类:

1、高亲和力FcγRI,可结合单价抗体;

2、FcγRIIa 、FcγRIIb、FcγRIIc 、FcγRIIIa、FcγRIIIb,亲和力较低。


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抗体可通过与多种细胞表面均有的Fc受体结合,并通过受体细胞发挥各种不同的作用:

1、IgG、IgA等抗体的Fc段与中性粒细胞、巨噬细胞上的Fc受体结合,从而增强吞噬细胞的吞噬作用。

2、表达Fc受体的细胞通过识别抗体的Fc段直接杀伤被抗体包被的靶细胞。抗体的这种作用称为依赖抗体的细胞介导的细胞毒性作用(antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity,ADCC)。

3、IgEFc段可与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的高亲和力受体结合,促使这些细胞合成和释放生物活性物质,引起介导型超敏反应。

虽然许多基于抗体的疗法已经取得了临床和商业上的成功,但抗体药物往往只对一小部分患者有效。因此,许多研究机构十分关注抗体工程化,以实现抗体药物的群体有效性。其中有很多工作是针对抗体的Fc段进行工程化改造,以获得定向进化的抗体药物。

抗体的生物活性大多源自于它们将抗原与募集的免疫细胞或其他相关因子相结合的能力,从而介导一系列效应作用。在筛选抗体药物时,对这种生物活性功能的优化是非常重要的。抗体的效应功能主要包括抗体依赖细胞介导的细胞毒性(ADCC)、抗体依赖细胞介导的吞噬作用(ADCP)和互补依赖的细胞毒性(CDC抗体Fc与自然杀伤细胞、巨噬细胞和其他免疫细胞表面的Fcγ受体相结合,其结合的强度和特异性直接导致ADCCADCP的效应水平。而CDC依赖于Fc域与C1q的互作,引发细胞机制或非细胞机制的细胞毒性作用。Novoprotein的平台化抗体筛选,会考虑到抗体的效应功能进行相应改造。当筛选的抗体药物用于结合免疫细胞表面蛋白时,可以考虑适当降低其效应作用;而当直接作用于病原细胞时,则应增强抗体药物的效应功能。


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调控抗体药物的效应功能水平和类型,有两种主要方式:

1、优化Fc和铰链区的序列;

2、调节Fc糖基化的数量和种类。

  第一种方法主要是对Fc中通常与Fcγ受体和C1q 结合的位点件工程化设计。找到这些结合位点的常用手段是设计不同IgG亚型的嵌合体,这些嵌合体会表现出不同的诱发ADCCCDC作用的能力。另一种方案是直接对Fc相应片段进行规模化的丙氨酸突变,从而确定与不同Fcγ受体或C1q结合的位点。这种方法一方面可以确定一批位点,用于降低FcFcγ受体(FcγRI、FcγRIIa FcγRIIIa)的互作和激活作用;另一方面可以找到一些其他的残基,用于提高FcFcγ受体的亲和力,同时增加ADCC效应。


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Fc中与C1q结合位点进行突变设计,ADCC水平显著改变


另一种调节抗体效应功能的方法是改变糖基化的数量和类型。去除多糖后,Fc与一些低亲和力Fc受体(例如,FcγRIIaFcγRIIIa) 的结合能力被显著下调,ADCC的效应水平显著降低。这也导致了细菌中表达的无糖基化抗体缺乏效应功能。然而,基于结构的设计和高通量筛选平台使我们可以明确,无糖基化的Fc中确有相应位点,能够增强Fc与低亲和力受体(如FcγRIIa)的结合能力,并使之可以达到与高亲和性受体(如FcγRIa)相当的结合水平。即这些位点的改变可以显著上调Fc的效应功能。

改变糖基化的类型也能显著调节效应功能。例如,增加半乳糖残基的数量可以上调CDC水平,但不影响ADCC。减少岩藻糖残基的数量可显著提高FcFcγRIIIa受体的亲和力(可能是由于结合界面的位阻降低),同时提高ADCC水平,但不会改变FcC1q的亲和力。在抗体工程化设计中,这些方法常用来改变抗体药物中的糖基化修饰,以便获得更显著的效应功能。

以上就是本期效应功能的全部内容啦,为了给大家带来最新的研究成果,橙宝可是花费了不少精力,希望可以和大家共同进步~同时隆重推出下期预告:抗体亲和力成熟!

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