引言

抗體工程是涵蓋了多種開發(fā)、生產(chǎn)策略以及修飾技術的抗體改造技術，旨在改善單克隆抗體（mAbs）的生物學特性。在抗體藥物的開發(fā)領域，通常在抗體發(fā)現(xiàn)、篩選和選定之后進行抗體工程改造，以滿足治療性抗體藥物的關鍵特性，如低免疫原性、高親和力和抗原結(jié)合能力以及高穩(wěn)定性（圖 1）。

因此，抗體工程改造的主要手段和目標如下：

1.        對單抗進行嵌合改造、人源化改造或骨架區(qū)轉(zhuǎn)換，以降低免疫原性

2.        體外親和力成熟或生成二價抗體來優(yōu)化性能

3.        通過Fc工程改造或Fc沉默來延長半衰期、減少或優(yōu)化效應功能

4.        改造成雙特異性或多特異性抗體，實現(xiàn)靶向多個受體

5.        生成抗體片段，如單鏈可變片段（scFvs）或抗原結(jié)合片段（Fab）片段，來簡化生產(chǎn)或提高生物活性

6.        偶聯(lián)化學有效載荷，生成抗體-藥物偶聯(lián)物（ADCs）

7.    用生物素、辣根過氧化物酶（HRP）或熒光團標記抗體，用于開發(fā)檢測方法

圖 1. 抗體治療藥物開發(fā)的階段

抗體治療藥物的工程改造方法

抗體工程技術的發(fā)展，使得研究人員可以對基本抗體分子進行改造，衍生出包括scFv、Fab、人源化、嵌合化抗體，或雙特異性抗體等抗體結(jié)構(gòu)形式。以下將討論一些常見的抗體工程改造方法。

嵌合化與人源化

源自小鼠的抗體在患者體內(nèi)會誘發(fā)免疫反應，產(chǎn)生人抗鼠抗體（HAMA）。HAMA會快速識別和清除注射的治療性單抗，極大限制其治療潛力。因此，抗體工程改造的一個重點方向便是開發(fā)嵌合抗體和人源化抗體，以降低其免疫原性。嵌合抗體的工程改造，是把小鼠的恒定區(qū)替換為人的恒定區(qū)，同時保留鼠源可變區(qū)，保證其與抗原相互作用并結(jié)合（圖 2）。人源化抗體的工程改造則是通過互補決定區(qū)（CDR）替換，即將鼠源抗體的CDR植入人源抗體的框架區(qū)和恒定區(qū)。全人源抗體則是從分離的人外周血單個核細胞（PBMC）或轉(zhuǎn)基因小鼠模型中篩選出來的完全采用人源的抗體序列。這些經(jīng)過工程改造的抗體引發(fā)免疫原性反應的風險較低，從而提高了它們的治療潛力。

抗體片段與雙特異性抗體

在某些應用場景中，將抗體轉(zhuǎn)化為其最小結(jié)合片段相較于全長抗體具有更多優(yōu)勢。片段抗體較小的尺寸使其能夠穿透組織，觸及抗原被深埋的表位，且通常更易于大規(guī)模生產(chǎn)?；谶@種技術，可將任何抗體改造成各種片段形式（圖 2）。目前研究人員已經(jīng)構(gòu)建了多種治療用途的片段化抗體，例如：

1.        Fv片段—僅由重鏈或輕鏈的可變區(qū)組成

2.        VHH或納米抗體—僅由重鏈的抗原結(jié)合片段組成

3.        Fab片段—由重鏈的可變區(qū)、第一個恒定區(qū)以及輕鏈組成

4.        ScFv—由重鏈和輕鏈的可變區(qū)通過連接子而非Fc區(qū)連接而成

5.        雙抗或雙特異性片段—由兩個不同的抗原結(jié)合結(jié)構(gòu)域組成，具有雙重特異性

圖 2. 工程改造的抗體及抗體片段的類型

體外親和力成熟

體外親和力成熟是一種在體外提升抗體與抗原結(jié)合親合力的技術，與體內(nèi)體細胞超突變類似，它也會引入序列多樣性，從而產(chǎn)生一個突變體文庫。諸如噬菌體、酵母或核糖體的展示技術，已被廣泛用于高親和力抗體的篩選。由于CDR替換可能會導致親和力下降，所以親和力成熟有時可能會與抗體人源化相結(jié)合。通過表面等離子體共振（SPR）進行的熱力學分析可以進一步對候選抗體進行分析，以篩選出高親和力抗體。

Fc段工程改造

抗體的Fc區(qū)具有介導激活免疫系統(tǒng)效應功能的作用。補體依賴的細胞毒性（CDC）、抗體依賴的細胞毒性（ADCC）、以及抗體依賴的細胞吞噬作用（ADCP）均是通過受體與 Fc 片段結(jié)合而被激活，并誘導腫瘤細胞毒性和細胞死亡。

對Fc區(qū)進行工程改造可以增強治療性抗體的效應功能。例如，提高Fc區(qū)與其同源 Fc 受體的結(jié)合能力，可以增強抗體的治療效果。相反，F(xiàn)c區(qū)工程改造也可以抑制該效應功能，適合某些希望阻斷Fc受體活性的應用場景。

偶聯(lián)與標記

可以對抗體序列進行工程化改造，使其更易于偶聯(lián)。藥物/抗體比率（DAR）是ADCs的一個重要屬性，它會影響藥物療效以及藥代動力學特性。通過對抗體序列的改造可以引導位點特異性二硫鍵偶聯(lián)，從而實現(xiàn)ADCs的同質(zhì)性和藥物化學計量的均一性。例如，可以在特定位點引入半胱氨酸、將半胱氨酸替換為絲氨酸、以及將新型氨基酸引入抗體分子中。

標記抗體是將諸如生物素、辣根過氧化物酶（HRP）或者熒光基團之類的標記物通過帶電氨基酸、酪氨酸殘基、糖類或者巰基與抗體相連接的技術。作為一種重要的研究工具，它被廣泛用于各種免疫測定方法，如WB、流式細胞術和ELISA中抗原的檢測。

蛋白從頭測序技術推動抗體工程發(fā)展

抗體工程的出現(xiàn)，極大拓展了基于抗體的治療方法的應用范圍。改造后的抗體形式多變，往往更加復雜。蛋白從頭測序技術，可以不依賴細胞或DNA，直接測得抗體蛋白的全長100%精準氨基酸序列，從而實現(xiàn)對抗體更加深入的分析，以確保工程改造抗體的可重復性、特異性和親和力。

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參考資料

[1]https://www.rapidnovor.com/novel-therapeutics-antibody-engineering/