抗體Fc工程化改造策略概覽

引言

治療性單克隆抗體（mAb）不僅僅通過其抗原結(jié)合結(jié)構(gòu)域（Fabs）結(jié)合靶標(biāo)，而且要通過其Fc區(qū)與細(xì)胞表面受體FcγRs和FcRn結(jié)合，從而產(chǎn)生各種功能結(jié)果，包括抗體依賴性細(xì)胞毒性（ADCC）、抗體依賴性細(xì)胞吞噬作用（ADCP）、補(bǔ)體依賴性細(xì)胞毒作用（CDC）和循環(huán)半衰期的改變。對Fc區(qū)進(jìn)行工程化改造以實(shí)現(xiàn)理想的藥理學(xué)和藥代動(dòng)力學(xué)是藥物開發(fā)中廣泛采用的策略。

一、增強(qiáng)FcγR結(jié)合的FC工程化改造

人類含有6種不同的FcγR: hFcγRI，hFcγRIIA，hFcγRIIB， hFcγRIIC，hFcγRIIIA 和 hFcγRIIIB，這些受體與Fc有不同的親和力。其中hFcγRI細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域含有三個(gè)免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域并且其與Fc的結(jié)合力最強(qiáng)，而其它受體細(xì)胞外區(qū)域僅含有兩個(gè)免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域，它們與Fc的親和力從較低到中等。

從功能上講，人FcγRs可分為激活受體和抑制受體，它們分別通過細(xì)胞內(nèi)免疫受體酪氨酸基激活基序（ITAM）或免疫受體酪氨酸基礎(chǔ)抑制基序（ITIM）傳遞信號，以影響與靶結(jié)合IgG抗體交叉結(jié)合后的細(xì)胞功能。

FcγRs可以影響抗腫瘤抗體的有效性，特別是通過激活Fc效應(yīng)功能（如ADCC和ADCP）的抗體。ADCC被認(rèn)為主要是由NK細(xì)胞發(fā)揮的效應(yīng)功能。IgG與FcγRIIIA可以激活NK細(xì)胞并刺激釋放含有穿孔蛋白和顆粒酶等分子的裂解顆粒，最終導(dǎo)致目標(biāo)靶標(biāo)細(xì)胞的裂解。許多臨床上相關(guān)的抗癌抗體，如利妥昔單抗、赫賽汀和西妥昔單抗已被證明可以在體外激起NK細(xì)胞介導(dǎo)的ADCC。ADCP是由吞噬細(xì)胞，如巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞介導(dǎo)的，該效應(yīng)是由抗體與相應(yīng)的激活性FcγRs相互作用誘發(fā)的。

由Fc介導(dǎo)的另一個(gè)重要的相互作用是它與補(bǔ)體的第一個(gè)成分C1q的結(jié)合。一旦有足夠的Fc分子與C1q的6個(gè)球狀頭結(jié)合，它就會(huì)啟動(dòng)血清中補(bǔ)體蛋白的蛋白分解級聯(lián)，導(dǎo)致過敏毒素的釋放，如C3a和C5a，并在目標(biāo)細(xì)胞表面形成膜攻擊復(fù)合物，產(chǎn)生補(bǔ)體依賴性細(xì)胞毒性。

下表總結(jié)了與FcγR和補(bǔ)體結(jié)合并激活相關(guān)的一些Fc突變。

此外，還有增強(qiáng)FcγRIIB結(jié)合的策略來抑制自身反應(yīng)性B細(xì)胞。下表總結(jié)了與FcγRI1B結(jié)合激活相關(guān)的一些Fc突變，最常用的突變是“SELF”和“V12”。多種攜帶Fc變體且FcγRIIB結(jié)合增強(qiáng)的單克隆抗體正在臨床試驗(yàn)中。

二、降低FcγR結(jié)合的FC工程化改造

上面主要介紹的是通過工程化方法增強(qiáng)抗體Fc的相關(guān)效應(yīng)，如ADCC和CDC等。但是，當(dāng)治療目標(biāo)是阻斷免疫細(xì)胞的功能而不產(chǎn)生與效應(yīng)細(xì)胞或補(bǔ)體激活相關(guān)的促炎作用時(shí)，需要通過各種方法減弱甚至消除Fc的相關(guān)效應(yīng)。目前主要有三種方式減弱或者消除Fc的效應(yīng)：1）氨基酸工程化改造Fc（與增強(qiáng)型改造相反，其主要減弱對相關(guān)受體的結(jié)合）；2）糖基化改造；3）IgG4型抗體改造。

氨基酸突變降低效應(yīng)功能，目前主要的一些氨基酸突變包括L234A/L235A（IgG1）, L234F/L235E/P331S(IgG1), G236R/L328R(IgG1), E233P/L234V/L235A/ G236del（IgG1/ IgG2）, L234A/L235A/P329G(IgG1)等。

糖工程的氨基酸置換如N297A、N297Q和N297G是實(shí)現(xiàn)高水平沉默的一種非常簡單的方法，因?yàn)樗司厶堑母街＿@大大降低了與所有低親和力FcγRs和C1q的結(jié)合，導(dǎo)致ADCC和CDC活性大大降低。

在人類IgG的4個(gè)亞型中，IgG4是一個(gè)特殊的存在，其在血液中可以以半抗的形勢存在，并且可以與其它IgG4抗體交換從而形成雙抗。另外，其與FcRs 和C1q結(jié)合很弱，因此Fc相關(guān)效應(yīng)功能很弱。在IgG4型抗體開發(fā)中，S228P突變可以有效的防止抗體以半抗形式存在，而且目前已經(jīng)獲批上市的抗體基本上都經(jīng)過該位點(diǎn)的突變。

下表總結(jié)了與FcγR結(jié)合減弱或沉默相關(guān)的一些Fc突變。

-04-
三、延長半衰期的Fc工程化改造

在腫瘤治療中，抗體半衰期的延長可以降低病人給藥的頻率，而且較長的半衰期可以使得抗體持續(xù)的在體內(nèi)發(fā)揮抗腫瘤作用。但是另外一方面，抗體持續(xù)的暴露可能會(huì)導(dǎo)致相關(guān)副作用的產(chǎn)生，而且對于部分免疫調(diào)節(jié)型抗體，長的半衰期可能導(dǎo)致一些副作用無法控制，如細(xì)胞因子風(fēng)暴等。因此，在藥物開發(fā)中要充分考慮半衰期延長的危險(xiǎn)與收益的平衡。

延長半衰期的改造主要改變 Fc 與 FcRn 的相互作用。 FcRn 能夠使被內(nèi)化的 IgG 返回循環(huán)細(xì)胞表面并重新進(jìn)入血液循環(huán)。這個(gè)過程中， FcRn 以一種依賴于 pH 值的方式結(jié)合 Fc 的 CH2-CH3 界面。一旦 FcRn ： IgG 復(fù)合物循環(huán)到細(xì)胞外環(huán)境，中性 pH 值允許 IgG 重新釋放到血液中，從而使得抗體得到保護(hù)不被清除。

M252Y/S254T/T256E 的突變在細(xì)胞內(nèi)酸性環(huán)境中使 Fc 與 FcRn 的結(jié)合能力提高了 11 倍，但幾乎沒有影響兩者在細(xì)胞外中性環(huán)境中的結(jié)合。在猴子體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中 M252Y/S254T/T256E 突變抗體的半衰期延長了 4 倍。但是，其在延長半衰期的同時(shí)也降低了 ADCC 效應(yīng)。一些其它的氨基酸突變，如 M428L/N434S ， T250Q/M428L ， H433K/N434F 等都是通過增強(qiáng) Fc 與 FcRn 在細(xì)胞內(nèi)酸性環(huán)境中的結(jié)合，而幾乎不改變兩者在細(xì)胞外的結(jié)合，從而達(dá)到增加半衰期的目的。

下表總結(jié)了與 FcRn 增強(qiáng)結(jié)合延長半衰期相關(guān)的一些 Fc 突變。

-05-

結(jié)語

目前，基于 Fc 與相應(yīng) FC 受體的結(jié)構(gòu)，已經(jīng)有多種技術(shù)如氨基酸突變和糖基化工程等可以用于改變抗體的效應(yīng)功能。 Fc 工程化改造可以并且已經(jīng)為患者提供了臨床益處和價(jià)值，一些關(guān)鍵 Fc 修飾（如“ LALA ”，“ LS ”，“ YTE ”及其衍生物）得到廣泛使用。但同時(shí)，這些突變也帶來了一系列復(fù)雜的潛在安全風(fēng)險(xiǎn)的考量因素。我們需要深入了解這些 FC 改造背后的功能和生物學(xué)，在它們提供的優(yōu)勢和帶來的風(fēng)險(xiǎn)之間保持平衡。毫無疑問，新的突變將繼續(xù)推動(dòng)進(jìn)入臨床，從而不斷改進(jìn)藥物發(fā)現(xiàn)。

參考資料：

1.Impact of antibody Fc engineering on translational pharmacology, and safety: insights from industry case studies. MAbs.2025 Dec;17(1):2505092

公眾號已建立“小藥說藥專業(yè)交流群”微信行業(yè)交流群以及讀者交流群，掃描下方小編二維碼加入，入行業(yè)群請主動(dòng)告知姓名、工作單位和職務(wù)。