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合結構域（Fabs）結合靶標，而且要通過其Fc區與細胞表面受體FcγRs和FcRn結合，從而產生各種功能結果，包括抗體依賴性細胞毒性（ADCC）、抗體依賴性細胞吞噬作用（ADCP）、補體依賴性細胞毒作用（CDC）和循環半衰期的改變。對Fc區進行工程化改造以實現理想的藥理學和藥代動力學是藥物開發中廣泛采用的策略。

一、增強FcγR結合的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細胞外結構域含有三個免疫球蛋白結構域并且其與Fc的結合力最強，而其它受體細胞外區域僅含有兩個免疫球蛋白結構域，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，它們分別通過細胞內免疫受體酪氨酸基激活基序（ITAM）或免疫受體酪氨酸基礎抑制基序（ITIM）傳遞信號，以影響與靶結合IgG抗體交叉結合后的細胞功能。

FcγRs可以影響抗腫瘤抗體的有效性，特別是通過激活Fc效應功能（如ADCC和ADCP）的抗體。ADCC被認為主要是由NK細胞發揮的效應功能。IgG與FcγRIIIA可以激活NK細胞并刺激釋放含有穿孔蛋白和顆粒酶等分子的裂解顆粒，最終導致目標靶標細胞的裂解。許多臨床上相關的抗癌抗體，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細胞介導的ADCC。ADCP是由吞噬細胞，如巨噬細胞、單核細胞和中性粒細胞介導的，該效應是由抗體與相應的激活性FcγRs相互作用誘發的。

由Fc介導的另一個重要的相互作用是它與補體的第一個成分C1q的結合。一旦有足夠的Fc分子與C1q的6個球狀頭結合，它就會啟動血清中補體蛋白的蛋白分解級聯，導致過敏毒素的釋放，如C3a和C5a，并在目標細胞表面形成膜攻擊復合物，產生補體依賴性細胞毒性。

下表總結了與FcγR和補體結合并激活相關的一些Fc突變。

此外，還有增強FcγRIIB結合的策略來抑制自身反應性B細胞。下表總結了與FcγRI1B結合激活相關的一些Fc突變，最常用的突變是“SELF”和“V12”。多種攜帶Fc變體且FcγRIIB結合增強的單克隆抗體正在臨床試驗中。

二、降低FcγR結合的FC工程化改造

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

氨基酸突變降低效應功能，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是實現高水平沉默的一種非常簡單的方法，因為它消除了聚糖的附著。這大大降低了與所有低親和力FcγRs和C1q的結合，導致ADCC和CDC活性大大降低。

在人類IgG的4個亞型中，IgG4是一個特殊的存在，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結合很弱，因此Fc相關效應功能很弱。在IgG4型抗體開發中，S228P突變可以有效的防止抗體以半抗形式存在，而且目前已經獲批上市的抗體基本上都經過該位點的突變。

下表總結了與FcγR結合減弱或沉默相關的一些Fc突變。

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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的在體內發揮抗腫瘤作用。但是另外一方面，抗體持續的暴露可能會導致相關副作用的產生，而且對于部分免疫調節型抗體，長的半衰期可能導致一些副作用無法控制，如細胞因子風暴等。因此，在藥物開發中要充分考慮半衰期延長的危險與收益的平衡。

延長半衰期的改造主要改變 Fc 與 FcRn 的相互作用。 FcRn 能夠使被內化的 IgG 返回循環細胞表面并重新進入血液循環。這個過程中， FcRn 以一種依賴于 pH 值的方式結合 Fc 的 CH2-CH3 界面。一旦 FcRn ： IgG 復合物循環到細胞外環境，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不被清除。

M252Y/S254T/T256E 的突變在細胞內酸性環境中使 Fc 與 FcRn 的結合能力提高了 11 倍，但幾乎沒有影響兩者在細胞外中性環境中的結合。在猴子體內實驗中 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也降低了 ADCC 效應。一些其它的氨基酸突變，如 M428L/N434S ， T250Q/M428L ， H433K/N434F 等都是通過增強 Fc 與 FcRn 在細胞內酸性環境中的結合，而幾乎不改變兩者在細胞外的結合，從而達到增加半衰期的目的。

下表總結了與 FcRn 增強結合延長半衰期相關的一些 Fc 突變。

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結語

目前，基于 Fc 與相應 FC 受體的結構，已經有多種技術如氨基酸突變和糖基化工程等可以用于改變抗體的效應功能。 Fc 工程化改造可以并且已經為患者提供了臨床益處和價值，一些關鍵 Fc 修飾（如“ LALA ”，“ LS ”，“ YTE ”及其衍生物）得到廣泛使用。但同時，這些突變也帶來了一系列復雜的潛在安全風險的考量因素。我們需要深入了解這些 FC 改造背后的功能和生物學，在它們提供的優勢和帶來的風險之間保持平衡。毫無疑問，新的突變將繼續推動進入臨床，從而不斷改進藥物發現。

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

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