隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展和完善，抗體藥物已經(jīng)成為增長最快的治療藥物，在生物技術(shù)制藥領(lǐng)域占有重要地位?？贵w，也叫免疫球蛋白(Ig)，是一種能特異性結(jié)合抗原的糖蛋白，人體內(nèi)表達(dá)的Ig主要有5種：IgM、IgA、IgD、IgG和IgE，其中IgG含量最多。
而IgG又有四個亞類，其特點(diǎn)見表1，抗多糖類抗原的活性主要取決IgG1和IgG2，而抗蛋白質(zhì)和抗病毒抗體有IgG1、IgG3、IgG4參與。其中IgG1在人體內(nèi)表達(dá)最多，另外IgG1在人類血清的半衰期最久，長達(dá)21天。
IgG1呈Y字形結(jié)構(gòu)，見圖1，包含兩條相同的重鏈(約55kDa)和兩條相同的輕鏈(約25kDa)組成，這四條多肽鏈通過疏水作用結(jié)合在一起，并由二硫鏈連接。其中重鏈由VH、CH1、鉸鏈區(qū)、CH2和CH3組成，輕鏈由VL和CL組成。另外，抗體的N端糖基化修飾發(fā)生在抗體CH2區(qū)的天冬酰胺Asn297位上，分別由N-GlcNAc、甘露糖、巖藻糖和半乳糖構(gòu)成。
從抗體作用機(jī)制來講，抗體由抗原結(jié)合部位(Fab)和可結(jié)晶部位(Fc)構(gòu)成。Fab段可以與特定的抗原結(jié)合，由此決定抗體的特異性和親和力；Fc段可以與免疫細(xì)胞表面表達(dá)的Fc受體(FcγRI，F(xiàn)cγRII，F(xiàn)cγRIII)、血液中的補(bǔ)體(C1q)和FcRn結(jié)合，從而激活免疫效應(yīng)清除外來物等。
抗體的結(jié)構(gòu)決定其作用機(jī)制，其Fab段可以識別游離分子(VEGF、TNF等)靶點(diǎn)和細(xì)胞表面的受體(CD20、CD19等)，決定抗體對外來入侵物如癌細(xì)胞等的特異性識別；而Fc段決定抗體的效應(yīng)功能，包括抗體依賴的細(xì)胞**作用(Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC)和補(bǔ)體依賴的細(xì)胞**作用(Complement-dependent cytotoxicity，CDC)，ADCC和CDC作用機(jī)制。
ADCC
當(dāng)抗體通過抗原結(jié)合部位結(jié)合腫瘤細(xì)胞表面抗原以及Fc部位結(jié)合免疫效應(yīng)細(xì)胞表面Fc受體時，免疫效應(yīng)細(xì)胞得到激活，殺死腫瘤細(xì)胞，這個過程稱為ADCC。Fc受體主要有三種：FcγRI (CD64)、FcγRII (CD32)、FcγRIII (CD16)，其中后兩種又可分為：FcγRIIa、FcγRIIb、FcγRIIc、FcγRIIIa、FcγRIIIb。不同的免疫細(xì)胞表達(dá)特定的Fc受體，如中性粒細(xì)胞通常表達(dá)FcγRI、FcγRII、FcγRIIIb，而NK細(xì)胞只表達(dá)FcγRIIIa。FcγRIIIa通常認(rèn)為是引起ADCC的關(guān)鍵受體，所以雖然NK細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞都可以產(chǎn)生ADCC作用，但是NK細(xì)胞被認(rèn)為是最重要的細(xì)胞種群。
很多臨床研究都證明ADCC作用是腫瘤抗體發(fā)揮效用的主要方式，如trastuzumab和alemtuzumab?？贵w介導(dǎo)的ADCC強(qiáng)弱和許多因素有關(guān)，如抗體與抗原的親和力、抗體與Fc段受體的親和力、免疫效應(yīng)細(xì)胞的特性等。一般情況下，對抗原或Fc受體親和力高的抗體介導(dǎo)的ADCC作用越強(qiáng)。對抗體進(jìn)行改造，提高其對Fc受體的親和力是提高ADCC作用的直接、快速和有效的一個途徑。如何增強(qiáng)ADCC活性已經(jīng)成為下一代抗體治療的主要課題之一。
很多研究都表明，對抗體Fc段的糖基化及氨基酸序列改造可以提高ADCC活性。Stavenhagen的研究團(tuán)隊?wèi)?yīng)用酵母呈現(xiàn)系統(tǒng)篩選了大量的Fc突變體，發(fā)現(xiàn)了一個擁有5個突變(F243L，R292P，Y300L，V305I和P396L)的突變體對FcγRIIIa的親和力提高了10倍，同時也具有更強(qiáng)的ADCC活性。在抗體的糖基化修飾中，巖藻糖被認(rèn)為是影響ADCC活性最重要的糖，去巖藻糖化可以顯著提高抗體與FcγRIIIa的親和力及ADCC活性(高達(dá)100倍)。如圖3，Tsuguo Kubota團(tuán)隊通過基因手段將CHO細(xì)胞的FUT8基因敲除，用這種細(xì)胞生產(chǎn)的抗體不含巖藻糖殘基，具有很強(qiáng)的ADCC活性，且細(xì)胞的生長及蛋白表達(dá)不受影響。
CDC
補(bǔ)體是存在于人或脊椎動物血清與組織液中的一組不耐熱的，經(jīng)活化后具有酶活性的蛋白質(zhì)，包括30余種可溶性蛋白和膜結(jié)合蛋白。CDC指的是補(bǔ)體參與的細(xì)胞**作用，即補(bǔ)體(C1-C9)通過特異性抗體與細(xì)胞膜表面相應(yīng)抗原結(jié)合，形成復(fù)合物而激活補(bǔ)體經(jīng)典途徑形成攻膜復(fù)合物對靶細(xì)胞發(fā)揮裂解效應(yīng)。
CDC作用是由抗體與補(bǔ)體C1q的首先結(jié)合引起的，接著C2-C9就被激活形成攻膜復(fù)合物對靶細(xì)胞發(fā)揮裂解效應(yīng)。很多抗腫瘤抗體都可以引起CDC作用，如抗CD20、CD52、CEA等抗體。
學(xué)者對于如何提高CDC活性已有很多研究。Idusogie EE等利用丙氨酸掃描突變技術(shù)研究了抗CD20抗體rituximab的CDC功能，找到CH2結(jié)構(gòu)域中與C1q結(jié)合的位點(diǎn)Asp270、Lys322、Pro329和Pro331，經(jīng)改造后可以增加與C1q的結(jié)合和CDC活性。除對CH2結(jié)構(gòu)域的氨基酸進(jìn)行改造外，鉸鏈區(qū)的氨基酸調(diào)整也可以明顯增加C1q的結(jié)合和CDC活性。
在上面的表1中可以看到，IgG3的經(jīng)典途徑激活補(bǔ)體活性最高。如圖4，Tsuguo Kubota團(tuán)隊通過基因突變將替換IgG1和IgG3的重鏈恒定區(qū)序列構(gòu)建IgG1/IgG3混合抗體，令人感到意外的是，這種抗體表現(xiàn)很強(qiáng)的C1q的結(jié)合和CDC活性。在體外實驗中，抗CD20的IgG1/IgG3混合抗體的CDC活性是野生型rituximab的幾十倍。
值得一提的是，如果對某一抗體通過去巖藻糖化提高其ADCC活性，而通過調(diào)整重鏈恒定區(qū)序列提高CDC活性，可以在即不影響ADCC活性又不影響CDC活性的情況下獲得活性更強(qiáng)的抗體。
參考來源：
1.《抗體理論與技術(shù)》；
2.《抗體藥物研究與應(yīng)用》；
3.Improving effector functions of antibodies for cancer treatment: Enhancing ADCCand CDC；
4.Engineered therapeutic antibodies with improved effector functions。
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