J. Med. Chem.綜述：提升抗體選擇性的九大策略！

治療性抗體已成為現(xiàn)代疾病治療，尤其是腫瘤和自身免疫疾病治療的重要組成部分。相較于小分子藥物，抗體藥物具有更高的靶標(biāo)特異性、更長(zhǎng)的半衰期和更廣泛的靶標(biāo)可及性。隨著人工智能和生成模型的快速發(fā)展，抗體的從頭設(shè)計(jì)與優(yōu)化進(jìn)入了一個(gè)新階段。

11月13日，Mariam Fouad在J. Med. Chem.上發(fā)表綜述，系統(tǒng)總結(jié)了近年來在治療性抗體設(shè)計(jì)中提升選擇性的關(guān)鍵策略，涵蓋結(jié)構(gòu)工程、微環(huán)境響應(yīng)設(shè)計(jì)、抗體-藥物偶聯(lián)物以及多種臨床抗體的作用機(jī)制，旨在為抗體藥物的研發(fā)提供理論支持與實(shí)踐指導(dǎo)。

靶點(diǎn)識(shí)別與結(jié)構(gòu)工程策略

抗體選擇性的核心在于精準(zhǔn)識(shí)別疾病特異性靶點(diǎn)。這包括識(shí)別突變蛋白、過度表達(dá)的亞型或僅在病變細(xì)胞中出現(xiàn)的構(gòu)象表位。例如，p53-R175H突變體和EGFRvIII缺失突變體在腫瘤細(xì)胞中特異性表達(dá)，成為抗體設(shè)計(jì)的理想靶點(diǎn)。

此外，隱蔽表位或構(gòu)象依賴性表位，如在錯(cuò)誤折疊或翻譯后修飾蛋白中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，也為抗體選擇性提供了獨(dú)特機(jī)會(huì)。

糖基化作為抗體和受體蛋白關(guān)鍵的翻譯后修飾，對(duì)其功能具有深遠(yuǎn)影響。EGFR具有多個(gè)天然糖基化位點(diǎn)，維持其膜外結(jié)構(gòu)域的正確構(gòu)象。

研究人員通過糖基化特異性抗體，如靶向腫瘤相關(guān)糖型的抗體，實(shí)現(xiàn)了對(duì)腫瘤細(xì)胞表面蛋白的高選擇性識(shí)別。以西妥昔單抗為例，其Fab區(qū)含有唾液酸化N-糖鏈，通過糖工程技術(shù)改造其N-糖鏈結(jié)構(gòu)，可增強(qiáng)其與FcγRIIIa的親和力，提升抗體依賴性細(xì)胞毒性（ADCC）能力。

通過糖工程技術(shù)改造西妥昔單抗Fab區(qū)N-糖鏈結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)靶點(diǎn)親和力 （圖源：Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2018, 115 (47), 12023– 12027.）

針對(duì)特定受體異構(gòu)體或構(gòu)象狀態(tài)的抗體設(shè)計(jì)，是提高選擇性的另一重要策略。EGFRvIII是EGFR的腫瘤特異性缺失突變體，在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中常與EGFR擴(kuò)增共表達(dá)。

抗體-藥物偶聯(lián)物瑪汀-迪妥昔珠單抗(depatuxizumab mafodotin)通過其單抗806識(shí)別EGFRvIII特有的半胱氨酸富集區(qū)，實(shí)現(xiàn)對(duì)突變型EGFR的高選擇性殺傷。

此外，抗體還可通過選擇性識(shí)別受體的非活性或活性構(gòu)象實(shí)現(xiàn)功能調(diào)控，如西妥昔單抗和帕尼單抗偏好結(jié)合EGFR的非活性構(gòu)象，阻斷其二聚化與信號(hào)傳導(dǎo)。

計(jì)算設(shè)計(jì)與微環(huán)境響應(yīng)策略

近年來，人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)在抗體設(shè)計(jì)中發(fā)揮了重要作用。基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、Transformer架構(gòu)的深度學(xué)習(xí)模型能夠準(zhǔn)確建模抗原-抗體相互作用的復(fù)雜結(jié)構(gòu)特征。

RESP框架通過自編碼器與貝葉斯神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)抗體序列與親和力之間的關(guān)系，并結(jié)合模擬退火算法進(jìn)行虛擬突變篩選，顯著提升了阿特珠單抗對(duì)PD-L1的結(jié)合親和力。

RFdiffusion和ProteinMPNN等工具實(shí)現(xiàn)了抗體可變區(qū)的從頭設(shè)計(jì)，其生成的結(jié)構(gòu)經(jīng)冷凍電鏡驗(yàn)證具有接近原子級(jí)別的精度，展現(xiàn)出在受體拮抗、信號(hào)調(diào)控和病毒表位靶向等方面的應(yīng)用前景。

為提高腫瘤選擇性并降低系統(tǒng)性毒性，條件活性抗體應(yīng)運(yùn)而生。這類抗體在腫瘤微環(huán)境的特定生理?xiàng)l件下被激活，如低pH、高蛋白酶活性等。Probody是一類典型的前體型抗體，其活性被掩蔽肽段抑制，直至被腫瘤相關(guān)蛋白酶切割才恢復(fù)結(jié)合能力。

抗體設(shè)計(jì)中的選擇性提升策略

另一類策略是設(shè)計(jì)pH依賴性抗體，如靶向VISTA的SNS-101，其在酸性環(huán)境中結(jié)合增強(qiáng)，而在中性pH下結(jié)合減弱，從而避免對(duì)循環(huán)中髓系細(xì)胞的非特異性激活。這些策略共同構(gòu)成了圖中所展示的九大選擇性提升途徑的核心內(nèi)容。

臨床抗體的結(jié)構(gòu)機(jī)制與多樣性

抗CD20抗體是治療B細(xì)胞相關(guān)疾病的重要藥物。利妥昔單抗（Rituximab）、奧法木單抗（Ofatumumab）和奧濱尤妥珠單抗（Obinutuzumab）雖然靶向同一抗原，但其結(jié)合表位、結(jié)構(gòu)與機(jī)制存在顯著差異。

利妥昔單抗結(jié)合CD20大胞外環(huán)中的構(gòu)象表位，促進(jìn)CD20簇集并激活補(bǔ)體系統(tǒng)；奧法木單抗則結(jié)合更靠近膜的表位，增強(qiáng)補(bǔ)體依賴性細(xì)胞毒性；奧濱尤妥珠單抗則以傾斜角度結(jié)合，不誘導(dǎo)脂筏聚集，主要依靠ADCC和直接細(xì)胞死亡發(fā)揮作用。

三種抗CD20單抗的結(jié)合表位、結(jié)構(gòu)與機(jī)制存在顯著差異

免疫檢查點(diǎn)抑制劑如PD-1/PD-L1抗體則展示了另一種選擇性機(jī)制。納武利尤單抗（Nivolumab）和帕博利珠單抗（Pembrolizumab）雖然均靶向PD-1，但其結(jié)合表位與機(jī)制不同。

納武利尤單抗主要結(jié)合PD-1的N端環(huán)區(qū)，通過空間位阻阻斷PD-L1結(jié)合；帕博利珠單抗則靶向C'D環(huán)區(qū)，通過競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合實(shí)現(xiàn)抑制。這些結(jié)構(gòu)差異直接影響其生物學(xué)效應(yīng)和治療特征。

納武利尤單抗和帕博利珠單抗的結(jié)合表位

雙特異性抗體通過同時(shí)識(shí)別兩個(gè)不同抗原，增強(qiáng)治療的精準(zhǔn)性與效力。例如，貝林妥歐單抗通過連接CD3與CD19，引導(dǎo)T細(xì)胞殺傷白血病細(xì)胞；埃普科利單抗（CD3×CD20）用于彌漫大B細(xì)胞淋巴瘤；阿米萬他單抗則同時(shí)靶向EGFR與MET，用于非小細(xì)胞肺癌治療。

抗體-藥物偶聯(lián)物（ADC）通過將抗體與細(xì)胞毒性藥物通過可裂解連接子結(jié)合，實(shí)現(xiàn)腫瘤特異性藥物遞送。根據(jù)其載荷與連接子化學(xué)特性的不同，ADC可分為八類。

表. 不同種類的ADC的結(jié)構(gòu)及鏈接鏈組成

吉妥珠單抗奧佐米星靶向CD33，用于急性髓系白血病；曲妥珠單抗德魯替康靶向HER2，用于乳腺癌治療；薩托珠單抗戈維替康靶向TROP-2，用于三陰性乳腺癌和尿路上皮癌。這些ADC在設(shè)計(jì)上注重連接子在腫瘤微環(huán)境中的穩(wěn)定性與可控釋放，以實(shí)現(xiàn)最佳的治療指數(shù)。

結(jié)論與展望

治療性抗體的選擇性設(shè)計(jì)已成為提高其療效與安全性的核心策略。從表位選擇、糖基化工程、構(gòu)象特異性識(shí)別，到AI輔助設(shè)計(jì)、微環(huán)境響應(yīng)機(jī)制及多種抗體形式（如雙特異性抗體、ADC等）的不斷創(chuàng)新，均展現(xiàn)出抗體藥物在精準(zhǔn)醫(yī)療中的巨大潛力。

未來，隨著結(jié)構(gòu)生物學(xué)、計(jì)算設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的進(jìn)一步融合，治療性抗體將在更廣泛的疾病領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更高水平的個(gè)性化治療。

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