精雕细琢，直击软肋！抗体微雕的艺术让抗HER2治疗更上一层楼｜奇点深度( 二 )
FcγRs家族有三兄弟 ， 分别为FcγRI (CD64) ，FcγRII (CD32) 和 FcγRIII (CD16)[8,9] 。 其中 ， 和ADCC关系最为密切的是激活型受体CD16A（CD16的亚型）以及抑制型受体CD32B（CD32的亚型） 。 也就是说 ， 抗体与CD16A的亲和力越高 ， ADCC效应越强；与CD32B亲和力越强 ， ADCC效应越弱 。
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在FcγRs家族中 ， 和ADCC关系最为密切的是激活型受体CD16A（CD16的亚型）以及抑制型受体CD32B（CD32的亚型）
后续研究发现 ， CD16A第158位氨基酸上 ， 缬氨酸（V）或苯丙氨酸（F）的遗传多态性会极大影响其对IgG1的亲和力 。 研究显示 ， CD16A-V158等位基因比CD16A-F158等位基因具有更高的IgG1结合亲和力 。 在体外ADCC分析中 ，CD16A-V158等位基因型也显示了更强的ADCC活性[10] 。
不同基因型对抗体亲和力的差异最终也转化成为治疗效果的差异 ， 研究显示 ， CD16A-V158等位基因纯合患者接受曲妥珠单抗治疗的无进展生存期优于其他基因型患者[11,12] 。
那么 ， 有幸具有CD16A-V158纯合子的人有多少呢？研究显示 ， CD16A-V158纯合子占全世界人口的10％~20％[13,14] 。 也就是说 ， 对于绝大部分接受曲妥珠单抗的患者来说 ， 抗体引发的ADCC效应仍然有很大的提升空间 。
摆在科学家面前的问题是 ， 能不能通过改造抗体的Fc段 ， 从而提升抗体的ADCC效应呢？
抗体微雕的艺术
生命的进化给予我们人类极其精妙而宏伟的免疫系统 。
每天 ， 我们人体都会产生大约10亿个B细胞 ， 而每个B细胞都会产生一种独特的抗体 。 所有的抗体都隶属五种免疫球蛋白 ， 它们分别为IgG ，IgA ，IgM ，IgD ， 和 IgE， 在人体血清的免疫球蛋白中 ， 60%为IgG 。 而FDA批准的单抗药物几乎全部都属于IgG[15] 。
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单抗药物间接机制示意图
IgG免疫球蛋白呈独特的Y型 ， 上端的Fab段负责结合抗原 ， 下端的Fc段则负责和其他免疫效应细胞结合 。 近年来 ， 通过工程化改造Fc段实现抗体治疗效果的跃升 ， 成为抗体药物研发的一股强劲的力量 。
各种不同路径的工程化改造可以通过精准微调抗体Fc段数个氨基酸或其修饰方式 ， 实现诸如半衰期优化、ADCC效应提升等一系列抗体性能提升 ， 堪称是一门抗体微雕的艺术 。
以糖基化改造为例 ， 我们知道 ， 人类 IgG 有两个位于 Asn297 的双触角聚糖 ， 核心由 N- 乙酰氨基葡萄糖和甘露糖组成 ， 外围由岩藻糖 ， 半乳糖等构成 。 在抗体的商业化生产过程中 ， 糖基化是高度不均匀的 ， 糖基的存在和组成在很大程度上会影响Fc的构象 ， 从而进一步影响Fc与FcγR的结合能力 。
有研究表明 ， 去除岩藻糖可以显著增强抗体与CD16A的亲和力、从而提升ADCC 活性 。 因此一大批基于去除岩藻糖的糖基化改造正在不同抗体药物中进行实验 。
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抗体示意图
除了糖基化改造之外 ， 科学家还在用不同的方法去寻找可以改造抗体Fc段性能的氨基酸位点 。
传统的丙氨酸扫描文库技术 ， 利用丙氨酸体积小同时对蛋白质结构影响较小的特性 ， 将其余19种非丙氨酸残基逐一替换成丙氨酸 。 由于将其它关键氨基酸替换成丙氨酸时 ， 会导致蛋白质某些功能的减弱或衰退 ， 因此可以鉴定某个氨基酸残基在蛋白质功能、活性位点、稳定性和形态等方面的作用 。
除了丙氨酸扫描技术之外 ， 科学家也尝试使用计算机算法分析 ， 去预测某些关键氨基酸残基的作用 。
2007年 ， MacroGenics 公司的科学家使用酵母菌展示技术 ， 发现了数个对ADCC效应至关重要的氨基酸残基[16] 。 通过对曲妥珠单抗近似抗体的Fc段引入F243L/R292P/Y300L/L235V/P396L等五个位点突变 ， MacroGenics 公司的科学家研发出了曲妥珠单抗的工程化改造抗体马吉妥昔单抗（margetuximab） 。
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酵母菌展示技术鉴定的重要Fc氨基酸残基位点
进一步研究发现 ， 马吉妥昔单抗与曲妥珠单抗在HER2的结合能力上表现一致[17] ， 表明抗体的Fc段改造并没有影响抗原的结合能力 。
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