人和非臨床種屬的Fc受體表達、功能及種屬間結合的差異

IgG型治療性單抗（mAbs）的可結晶片段（Fc）區域常通過工程改造優化其藥理學和藥代動力學（PK）特性，但也可能對安全性產生影響。

通過增強與激活型Fcγ受體（FcγRs）或補體成分1q（C1q）的結合能力，可實現特定效應功能的增強。Fc工程改造的IgG單抗能增強對靶細胞的抗體依賴性細胞毒性（ADCC）、抗體依賴性細胞吞噬作用（ADCP）、補體依賴性細胞毒性（CDC）或補體依賴性細胞介導的細胞毒性（CDCC）。此外，通過氨基酸取代促進Fc-Fc六聚化和FcγRIIB相互作用，可實現基于受體聚集的激動作用。

除了增強，Fc改造還有很多其它方向：1）Fc段沉默：通過降低FcγR和C1q的結合能力，使Fc結構域（部分）沉默；2）Fc段多聚化：將Fc結構域多聚化，以阻斷FcγRs和新生兒Fc受體（FcRn）；3）調控半衰期：改造Fc結構域以增強或減弱其與FcRn的結合，從而精細調節IgG的半衰期。

由于工程改造策略的復雜性，且經改造的單抗在最常用的藥理毒理學種屬（即食蟹猴和嚙齒類動物）中受體結合親和力發生改變，因此對這類改造單抗進行充分的非臨床藥理學和安全性評估的需求日益增加。

本文介紹了人類與非臨床常見種屬中的FcR表達及功能。

人類FcR表達及功能

人類FcγR的表達及功能

從功能上看，人類FcγR可分為激活型和抑制型受體，它們分別通過細胞內基于免疫受體酪氨酸的激活基序（ITAMs）或抑制基序（ITIMs）傳遞信號，在與結合靶標的IgG抗體交叉結合后影響細胞功能。

人類FcγR的分類與結合特性

激活型受體：人類hFcγRI（CD64）、hFcγRIIA（CD32a）、hFcγRIIC（CD32c）和hFcγRIIIA（CD16a）均為激活型受體。

抑制型受體：FcγRIIB（CD32b）是唯一的抑制型受體。

結合親和力：大多數FcγR與IgG1 Fc的親和力較低，但當多個抗體聚集形成免疫復合物時，可形成強烈的功能性相互作用。這種聚集使FcγR發生交聯，這是觸發下游免疫信號和功能的關鍵。高親和力受體FcγRI屬于例外情況，它可結合單體和非聚集型IgG。

特殊類型：FcγRIIIB（CD16b）較為特殊，它缺乏跨膜和胞質部分，因此無直接信號活性，但可能通過糖基磷脂酰肌醇（GPI）錨定在細胞膜上。由于其在大量中性粒細胞上的高表達、與FcγRIIIA的序列相似性，以及在小鼠和大多數非人靈長類動物（NHP）中不表達的特點，需對其潛在功能進行審慎考量。

人類FcγR的表達分布與動態變化

表達范圍：FcγRs在人類所有免疫細胞亞群和血小板上均有表達。

表達差異：部分細胞僅表達一種受體，因此傾向于以極化方式發揮作用（例如，人類B細胞僅表達抑制型FcγRIIB；大多數人類NK細胞僅表達激活型FcγRIIIA）。另一些細胞則表達多種受體，因此免疫復合物的大小和同種型會導致激活型與抑制型受體信號的動態競爭。例如，人類巨噬細胞和樹突狀細胞以各種組合方式表達激活型和抑制型FcγR。

動態調節：FcγR的表達具有動態性，可被IFN-γ、TNF、IL-4、IL-10或IL-13等細胞因子上調。例如，IFN-γ可強效且差異性地誘導未成熟DCs上激活型FcγRIIa與抑制型FcγRIIb的表達；部分FcγR在與免疫復合物（ICs）相互作用后還會被內化。

IgG的關鍵效應功能

NK細胞上的FcγRIIIA可促進ADCC介導的靶細胞殺傷。

巨噬細胞上的FcγRIIA和FcγRIIIA以及中性粒細胞上的FcγRIIIB可促進ADCP及后續對抗體結合靶標的殺傷。

FcγR（如FcγRIIB）的結合還可通過促進IgG的Fab段與受體的交聯/激動作用，增強靶效應細胞的激活。一個細胞上的FcγRIIB對IgG的“超交聯”可在靶細胞中產生信號（如凋亡或激活）。IgG與FcγRIIB的交聯可抑制B細胞激活。吞噬細胞和肝血竇內皮細胞可通過FcγRIIB參與小免疫復合物的“清除”或內化。

血小板或中性粒細胞上的FcγRIIA可導致可溶性介質的分泌、凝血或中性粒細胞胞外陷阱形成。

FcγRIIIB被認為在清除循環免疫復合物中發揮作用，且不引起中性粒細胞激活。但在某些條件下，hFcγRIIIB可與hFcγRIIA等其他信號分子協同作用，參與免疫復合物介導的中性粒細胞激活。

補體系統的作用

補體系統通過經典途徑、凝集素途徑或替代途徑“補充”體液免疫和細胞免疫功能，包括直接防御病原體、促進炎癥反應和清除免疫復合物。IgG可結合C1q以激活經典補體途徑并驅動CDC，不同IgG亞類的活性存在差異（IgG1和IgG3＞IgG4）。補體激活還會產生C3b以及過敏毒素C3a和C5a，這些分子可通過結合巨噬細胞和中性粒細胞上的C3bR、C3aR和C5aR，使靶細胞被調理吞噬。

非臨床動種屬中的FcγR表達及功能

在非臨床評估中，必須考慮動物與人類在FcγR表達及功能上的差異所帶來的轉化影響。

非人靈長類動物

食蟹猴和恒河猴的FcγRI、FcγRIIIA和FcγRIIA在表達、功能及與人類、食蟹猴和恒河猴IgG1-IgG4的結合模式上，均表現出一定相似性。例如，食蟹猴血小板上表達FcγRIIA，因此通常可在猴子身上評估通過FcγRIIA結合引發的人類血小板激活風險。但二者也存在一些差異，比如：1）獼猴體內不存在FcγRIIC；2）獼猴粒細胞不表達FcγRIIIB，但FcγRII的表達水平高于人類細胞；3）人類IgG1和IgG3與食蟹猴及人類FcγRs的結合能力強于人類IgG2和IgG4，但人類IgG2與食蟹猴FcγRIIB的結合能力高于其與人類FcγRIIB的結合能力；4）人類IgG1和IgG3在人類或食蟹猴外周血單核細胞（PBMCs）中介導的ADCC活性相似且較高，但人類IgG4在食蟹猴PBMCs中的活性略高于在人類PBMCs中的活性；5）盡管未修飾的人類治療性單抗在人類和食蟹猴中的效應功能譜大致相似，但Fc修飾可能導致種屬間效應特性的差異，例如去巖藻糖基化的人類IgG1與食蟹猴FcγRIIIA結合時表現出增強的ADCC活性。

嚙齒類動物

與人類和非人靈長類動物相比，嚙齒類動物的FcγR在表達和功能上存在顯著差異，這增加了小鼠模型使用的復雜性。

關鍵差異包括：小鼠不表達FcγRIIIB，因此其粒細胞（中性粒細胞）缺乏該受體；小鼠NK細胞表達mFcγRIII（更類似于人類hFcγRIIA），而人類NK細胞表達hFcγRIIIA（類似于小鼠FcγRIV）；小鼠巨噬細胞上的FcγRIV是ADCC的關鍵介導者（人類ADCC主要由NK細胞上的FcγRIIIA介導），實際上，小鼠體內單核細胞或巨噬細胞是負責ADCC/ADCP的主要免疫細胞。小鼠血小板不表達FcγR（人類血小板表達FcγRIIA）。

結合強度：人類IgG與小鼠FcγRs的結合強度與其同人源同源受體的結合強度非常相似，相對親和力為IgG3＞IgG1＞IgG4＞IgG2，且FcγRI＞＞FcγRIV＞FcγRIII＞FcγRIIB。

ADCC活性評估局限：小鼠可能低估人類IgG1的ADCC活性。人類IgG1是誘導小鼠效應細胞（通過小鼠FcγRIII）介導NK細胞ADCC作用的最強人源同種型，但不如小鼠IgG2a強效；去巖藻糖基化的人類IgG1與小鼠FcγRIII和FcγRIV結合時，比與人類hFcγRIIIA結合時表現出更強的ADCC活性。

其他功能差異：只要小鼠擁有巨噬細胞，人類IgG1就能在小鼠體內介導ADCP；人類IgG2單抗在小鼠和人類中激活的效應細胞群不同；人類IgG4能強效激活小鼠巨噬細胞（而在人類中更惰性）；小鼠可能表現出IgG驅動的類過敏反應（由血小板活化因子（PAF）和中性粒細胞介導），而這在人類中并不多見。

血小板激活風險評估限制：由于小鼠血小板不表達FcγR，除非使用為此目的構建的轉基因小鼠，否則無法在標準小鼠中評估血小板激活的潛在風險。

補體系統比較：已觀察到小鼠介導的CDC活性較弱，其原因尚不完全明確。

FcRn的表達與功能

FcRn在免疫和非免疫組織中均有表達，對IgG的循環利用和跨細胞轉運至關重要。FcRn是由MHC-I類樣重鏈和β2-微球蛋白輕鏈組成的異二聚體，但該受體不含能進行信號轉導或肽呈遞的結構域，也不與這類結構域相關聯。

對IgG半衰期的影響

FcRn缺陷小鼠的mIgG半衰期從9天縮短至1.4天，減少了6倍以上，而導入人FcRn轉基因可逆轉這一效應，這表明FcRn對IgG半衰期至關重要。

分布與結合機制

分布：FcRn主要存在于內體中，細胞膜上的表達量很少（約10%）。

結合條件：IgG的Fc區域與FcRn的相互作用發生在弱酸性pH環境下（如晚期內體中），由Fc上的關鍵組氨酸介導。在內體的酸性環境中，FcRn與IgG緊密結合，使IgG循環回血液，在生理pH條件下釋放。

關鍵作用細胞與其他功能

半衰期調控細胞：血管內皮細胞和骨髓來源的細胞（如單核細胞）是調控IgG半衰期的關鍵因素。

胎盤轉運：FcRn能在妊娠期間主動將IgG跨胎盤轉運，使母體IgG傳遞給胎兒，“新生兒Fc受體”也因此得名。

肝臟表達：肝臟肝細胞、庫普弗細胞和血竇內皮細胞均已被證實表達FcRn。

種屬間結合差異與影響

結合強度：在整個內體pH梯度范圍內，人類IgG與人類和小鼠FcRn的結合強度均高于小鼠IgG，這對野生型和人FcRn轉基因小鼠的藥理學和PK評估有重要影響。

轉基因小鼠特點：野生型人類IgG在常規小鼠中可被循環利用，但當進行Fc工程改造以延長血漿半衰期時，其與小鼠FcRn的pH依賴性結合會受損，導致半衰期縮短，而人FcRn轉基因小鼠中則無此情況；由于人FcRn不結合小鼠IgG，人FcRn轉基因小鼠體內的小鼠IgG水平非常低。因此，在這類轉基因小鼠模型中評估IgG單抗制劑時，需考慮這一因素——除非在半衰期研究前用靜脈注射免疫球蛋白（IVIG）等混合人IgG處理小鼠，否則不會存在FcRn結合的天然競爭。

種間親和力差異：人類IgG1與食蟹猴FcRn的親和力比與人FcRn高2倍，與小鼠和大鼠FcRn的親和力比與人FcRn高10倍。

FcRn與白蛋白的相互作用

FcRn還可通過與IgG不重疊的獨立結合位點結合并循環利用白蛋白，從而不僅延長IgG的血漿半衰期，也延長白蛋白的血漿半衰期。但二者的化學計量比不同：一個FcRn結合一個白蛋白，而兩個FcRn分子可以“倒置”方式結合一個Fc，使Fab段靠近膜。

人類中Fc效應功能的不良影響

FcγR和補體的過度激活可能給含Fc的治療藥物帶來潛在安全風險。

不必要的FcγR陽性細胞激活會驅動ADCC、ADCP及C1q/CDC介導的靶細胞殺傷，可能導致免疫系統異常激活和細胞因子釋放（包括腫瘤溶解綜合征及其他后遺癥），OKT3、利妥昔單抗、奧濱尤妥珠單抗和阿侖單抗的應用中均觀察到此類現象。

含FcγR的免疫細胞不必要的交聯和激活，可能導致與靶標生物學特性相關的激活依賴性凋亡、邊緣池化、增殖、抑制或內化。

循環中多價可溶性分子的交聯可能導致可溶性免疫復合物形成，引發炎癥反應。

與血小板上的FcγRIIA結合可能促進血小板激活，并可能引發血栓事件，在動物和人類中使用抗CD40L單抗時已觀察到這種情況。

補體激活可產生C3a和C5a（過敏毒素），誘導表達C3aR/C5aR的肥大細胞、嗜堿性粒細胞和內皮細胞異常激活。

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