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增强ADCC效应的三种工艺
抗体通过Fab的CDR区识别抗原,通过其Fc段和FcγR结合发挥效应功能,如抗体依赖的细胞毒作用(antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity,ADCC),抗体依赖的细胞胞吞作用(antibody-dependent cellular phagocytosis,ADCP),补体依赖的细胞毒性作用(complement-dependent cytotoxicity,CDC),以及和FcRn结合,延长抗体半衰期等。

抗体Fc段介导的效应功能(文献2)
三种增强ADCC效应的工艺
在常见的四种IgG亚型中,IgG1和IgG3可以诱导强的ADCC效应,但是IgG1比IgG3有更长的半衰期和更稳定的结构,所以ADCC效应抗体通常选择IgG1亚型(文献1)。
要发挥ADCC效应,抗体需要和Fc受体(FcγR)结合。抗体通常通过铰链区及CH2区域和FcγR结合。CH2结构域的Asn-N297链接糖基化修饰,及修饰的糖型成分(如乙酰葡糖胺,甘露糖,岩藻糖和唾液酸等)决定CH2结构的稳定性及结合特性。因而ADCC效应抗体,Fc段糖修饰是主要的工程工艺。
工艺1:Fc糖基化改造
IgG和FcγR的结合一般是低亲和力的,为了增强ADCC的功能,需要增加二者结合的亲和力。从FcγR在免疫细胞分布来看,NK细胞作为ADCC的主要效应细胞,主要表达FcγRIIIa。

Fcγ受体免疫细胞分布(文献3)

增强ADCC糖基化工程策略是增加和FcγRIIIa的结合,方法是去除核心的岩藻糖,增加IgG1 Fc与 FcγRIIIa Asn162结合。

IgGFc和FcγRIII结合(文献4)

当然去除Fucose也有一些问题,比如减少了FcγRIIIa可结合的IgG Fc构象多样性,抑制了糖和糖的直接结合。但是去除核心岩藻糖是增强ADCC普遍使用的策略。
小范围内,半乳糖苷化可以调节Fc和FcγRIIIa的结合,但是在没有去除岩藻糖的情况下,结果变异比较大,从完全没有增强效应到有很好的增强效应,原因是半乳糖与FcγRIIIa不同N糖结合。Fc段的唾液酸化对ADCC的影响是最小的。
方法2:定点突变
高分辨率结构分析,可以解析IgG Fc和FcγR结合的氨基酸位点,可以有针对性的进行点突变,现在发现的主要位点有,下铰链的Leu234–Ser239和CH2结构域的Asp265–Glu269,  Asn297–Thr299。所以在这些区域,或者临近区域的突变,提高亲和力。目前S298A/E333A/K334A 和S239D/I332E已经被证实可以增强ADCC。
P247I/A339Q被用于第三代CD20抗体ocaratuzumab,被证实有很好的效果。

IgGFc和FcγRIIIa的结合位点(文献5)

结构分析显示,Fc和FcγR结合是不对称的,Fc段突变造成的不对称性,可以最大程度增加和FcγR的亲和力。Fc突变形成的异二聚体,可以提高CH2结构的稳定性,以及和FcγR的亲和力。
工艺3:Fc段多聚体
和糖型改造,点突变相比,增加IgG1的Fc段数量(一个抗体带多个Fc段)显得更加的直接。一个IgG1带有多个Fc段,结合多个FcγRIIIa,增强ADCC作用。

增加Fc段数量(文献6)

增加亲和力及杀伤活性(文献6)

总结

抗体介导的细胞毒效应(ADCC)是抗体药物杀伤肿瘤细胞非常重要的手段之一。而抗体和FcγR的天然亲和力比较弱,工程化改造增强亲和力成为常用手段。
NK细胞是ADCC的主要效应细胞,其表达FcγRIIIa受体,因而核心策略是增加IgG1抗体Fc段和FcγRIIIa受体亲和力。目前去岩藻糖化使用最为广泛;点突变也在多个药物被使用;多聚化目前主要是Momenta的SIFbody在使用。
参考文献
1. Brezski, R.J.; Georgiou, G. Immunoglobulin isotype knowledge and application to Fc engineering. Curr. Opin. Immunol. 2016, 40, 62–69.

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3. Stylianos Bournazos, et al, Signaling by Antibodies: Recent Progress,Annu. Rev. Immunol. 2017. 35:285–311

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5. Caaveiro, J.M.M.; Kiyoshi, M.; Tsumoto, K. Structural analysis of Fc/Fc R complexes: A blueprint for antibody design. Immunol. Rev. 2015, 268, 201–221.

6. Wang, Q.; Chen, Y.; Pelletier, M.; Cvitkovic, R.; Bonnell, J.; Chang, C.-Y.; Koksal, A.C.; O’Connor, E.; Gao, X.; Yu, X.-Q.; et al. Enhancement of antibody functions through Fc multiplications. mAbs 2017, 9, 393–403.
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