Fc region為何如此重要？

前  言

目前，全-球范圍內(nèi)已超過100多種抗體類藥物獲批上市，腫瘤、自身免疫性疾病、炎癥等疾病治療領(lǐng)域已取得了令人矚目的進(jìn)展?？贵w在臨床治療、體外診斷、科學(xué)研究等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

1 抗體結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制

抗體的結(jié)構(gòu)呈Y字形，分為兩部分區(qū)域：Fab臂和Fc尾。Fab臂識別腫瘤細(xì)胞或腫瘤微環(huán)境（TME）中非腫瘤細(xì)胞中的游離分子或細(xì)胞表面受體。Fc尾與效應(yīng)細(xì)胞結(jié)合后引起細(xì)胞殺傷作用。

抗體及FC結(jié)構(gòu)圖（來自參考文獻(xiàn)）

Fab臂決定抗體的特異性。Fc尾與抗體依賴的細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性作用（ADCC）、抗體依賴性細(xì)胞介導(dǎo)的吞噬作用（ADCP）以及補(bǔ)體依賴的細(xì)胞毒性作用（CDC）及藥物半衰期都密切相關(guān)。Fab臂和Fc尾共同決定抗體藥的療效和安全性，因此開發(fā)抗體藥物既要考慮Fab臂的表位、特異性和親和力，也要充分思考Fc尾的生物學(xué)活性、理化性質(zhì)與目的效應(yīng)功能的關(guān)聯(lián)，從而將抗體藥的療效與安全性最-大化。

2 如何增強(qiáng)抗體藥物ADCC活性

ADCC是抗體藥殺傷腫瘤細(xì)胞或病原微生物的重要機(jī)制之一，已知NK細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等參與ADCC作用。部分研究表明Fc尾與FcγRIIIA的高親和力有益于抗體藥的療效。

增強(qiáng)ADCC活性的開發(fā)策略主要有：

1. 改造抗體Fc尾序列，提高抗體與FcγRs的親和力。如抗體Fc尾改造Gly236Ala、 Ser239Asp、Ala330Leu和Ile332Glu (GASDALIE)，可以將抗體與FcγRIIIA的親和力提高20倍，而對抗體與FcγRIIB的親和力影響極小。

2. 調(diào)整抗體Fc的糖基化修飾。如抗體平分型GlcNAc糖基化修飾可顯著提高ADCC活性，核心巖藻糖和唾液酸的缺失也可提高抗體的ADCC活性。CHO細(xì)胞穩(wěn)定表達(dá)外源GnTIII可協(xié)助抗體進(jìn)行平分型GlcNAc糖基化，或敲除CHO細(xì)胞的FUT-8基因（或發(fā)酵時添加糖苷酶抑制劑kifunensine），都可作為提升抗體ADCC活性的方式。

3. 雙特異/多特異抗體也是加強(qiáng)抗體藥ADCC活性的重要方式。

未來聯(lián)合治療將為增強(qiáng)ADCC提供更多的可能。如激活CD40，降低或阻斷Fc與FcγRIIB的結(jié)合（FcγRIIB抑制ADCC生物活性）；或上調(diào)效應(yīng)細(xì)胞上的Fc受體表達(dá)水平。另外，通過改造FcγRIIIA (Ser197Pro)來降低ADAM17對其清除，從而提高免疫細(xì)胞表面FcγRIIIA的豐度，iPSC來源的低清除FcγRIIIA的NK細(xì)胞為聯(lián)合治療提供另一個思路。

3 如何提高抗體藥物半衰期

提高抗體藥的半衰期，降低清除效率，可擴(kuò)大治療窗口期、降低給藥頻率，從而提高藥物的療效。

目前主要有3種方式可提高抗體藥半衰期：
1. 增強(qiáng)抗體Fc尾與FcRn的親和力。通過改造Fc尾，提高pH5.8親和力，而基本不改變pH7.4親和力，改造后的抗體藥半衰期得到有效提高。在眾多的改造方案中，DHS (L309D/Q311H/N434S)活性展現(xiàn)出了較大的優(yōu)勢，不僅提高半衰期，并保持了FcγRs結(jié)合能力以及ADCC活性。

2. 開發(fā)結(jié)合抗原pH依賴的抗體。TMDD（靶點(diǎn)介導(dǎo)的藥物處置模型）消除快，半衰期短，導(dǎo)致血漿/血清抗體濃度低。開發(fā)pH敏感抗體成為克服TMDD消除快的可能。在這個模型下，抗體與抗原結(jié)合后內(nèi)化至細(xì)胞的核內(nèi)體中，pH6的酸性環(huán)境下抗體與抗原解離，抗體被FcRn轉(zhuǎn)運(yùn)回血漿，抗原則被細(xì)胞降解。

3. 降低抗體的等電點(diǎn)。研究表明負(fù)載陽離子分子比負(fù)載陰離子分子更易被細(xì)胞攝取、吞噬。所以在抗體優(yōu)化的過程中，降低抗體的等電點(diǎn)是一個有價值方式。

臨床/上市ADCC增強(qiáng)藥物（部分）

4 Fc受體在抗體藥物改造中的作用

如上所述，FcR在抗體藥物改造中具有重要作用。FcR是一類能夠和抗體Fc片段特異結(jié)合的細(xì)胞表面蛋白，結(jié)合不同類型抗體進(jìn)而誘發(fā)免疫反應(yīng)?？贵w的Fc片段和宿主的免疫細(xì)胞表面的FcR結(jié)合，激活免疫細(xì)胞后通過ADCP、ADCC等機(jī)制，清除病原微生物或殺傷腫瘤細(xì)胞。

人體內(nèi)有兩類IgG的Fc受體（FcγR），一類為激活受體，包含 FcγRI (CD64)、FcγRIIA (CD32a)、FcγRIIC(CD32c)、FcγRIIIA (CD16a)和FcγRIIIB (CD16b)；一類為抑制受體，F(xiàn)cγRIIB (CD32b)是唯-一發(fā)現(xiàn)的Fc抑制受體。

為了保證臨床療效和安全性，抗體藥需在臨床前進(jìn)行全面的評估。除親和力和抗原特異性外，還包括ADCC、ADCP及CDC 等效應(yīng)功能。FcγRs在ADCC、ADCP等效應(yīng)功能上起到了關(guān)鍵作用，如FcγRIIIA (CD16a)激活NK介導(dǎo)的ADCC，F(xiàn)cγRIIA (CD32a) 和FcγRIIIA（CD16a）激活巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的ADCP。

當(dāng)然，根據(jù)藥物作用機(jī)理的不同，部分抗體藥需要將ADCC/ADCP/CDC等活性降低或消除，今天不展開描述。

義翹神州Fc受體蛋白驗(yàn)證數(shù)據(jù)

義翹神州作為國內(nèi)生物試劑的企業(yè)，提供FcR 精品蛋白，全面支持抗體藥物開發(fā)。

人源FcγRIIIA / CD16a (V176)重組蛋白：10389-H08H1  

HPLC和SDS-PAGE檢測結(jié)果：蛋白純度>95%

Purity: >95% as determined by SDS-PAGE & HPLC

ELISA檢測結(jié)果：EC50 is 150-450 ng/mL.

Immobilized Human FcγRIIIA / CD16a (V176) recombinant protein (Cat. 10389-H08H1) at 2 μg/mL can bind Human IgG1 (Cat. 10702-HNAC), the EC50 is 150-450 ng/mL.  

BLI檢測結(jié)果：親和力常數(shù)為0.83 μM

Loaded Human FcγRIIIA / CD16a (V176) recombinant protein (Cat. 10389-H08H1) on His1K Biosensor, can bind Bevacizumab (IgG1) with an affinity constant of 0.83 μM as determined in a BLI assay (ForteBio Octet Red384).  

SPR檢測結(jié)果：親和力常數(shù)為0.31 μM

Captured Human FcγRIIIA / CD16a (V176) recombinant protein (Cat. 10389-H08H1) on Anti-His Chip can bind Bevacizumab (IgG1) with an affinity constant of 0.31 μM as determined in an SPR assay (Biacore T200).

【參考資料】

1. Narvekar, et al. ADCC enhancement: A conundrum or a boon to mAb therapy? Biologicals : journal of the International Association of Biological Standardization 79, 10-18(2022).

2. Musolino, et al. Role of Fcγ receptors in HER2-targeted breast cancer therapy. Journal for immunotherapy of cancer 10, e003171 (2022).

3. Gillis, et al. Contribution of Human FcgammaRs to Disease with Evidence from Human Polymorphisms and Transgenic Animal Studies. Frontiers in immunology 5, 254 (2014).

4. Haraya, Tachibana and Igawa. Improvement of pharmacokinetic properties of therapeutic antibodies by antibody engineering. Drug metabolism and pharmacokinetics 34, 25-41 (2019).

5. Lee, et al. An engineered human Fc domain that behaves like a pH-toggle switch for ultra-long circulation persistence. Nature communications 10, 5031 (2019).

6. Dixon, Wu, and Walcheck. Engineering Anti-Tumor Monoclonal Antibodies and Fc Receptors to Enhance ADCC by Human NK Cells. Cancers 13 (2021).