Schbio Biotech

治疗性抗体药物开发中IgG亚型简介



 抗体根据重链(H) 恒定区(C) 分子结构的不同可分为IgG(单体)、IgA (单体~四聚体)、IgM (五聚体)、IgD (单体)和IgE(单体) 5 类,其HC区分别为γ、μ、α、ε和δ五种。每类的成员称之为具有同样同种型(isotype)抗体。

Fig.1. 抗体的不同类型


IgG可根据其在血清中的分布丰度进一步分为IgG1(60%)、IgG2(25%)、IgG3(10%)、IgG4(5%) 4种亚型,它们的恒定区序列高度同源,但是各亚型与抗原结合、免疫复合物的形成、补体激活、触发效应细胞、半衰期和胎盘转运特性均具有特异性。4种IgG亚型其恒定区的CH2区不同、铰链区的核心CXXC序列组成不同,重链和轻链之间的二硫键连接方式也不同,见Table.1。在结构与功能效应上IgG1和IgG3与Fc受体的亲和力高于IgG2和IgG4,具有更强的激活抗体依赖的细胞毒性及补体依赖的细胞毒性的能力;IgG2和IgG4亚型具有阻碍或抑制的效应功能。另外,各亚型生物功能也各有侧重,IgG1和IgG3主要结合蛋白质抗原,IgG2结合糖类抗原,IgG4则响应慢性刺激并且具有抗炎的活性。

本文梳理4种IgG抗体亚型的结构、生理活性的区别,进而讨论其在重组抗体药物开中的应用。早期基于IgG1的抗体为研发主流(基于CDC,ADCC等),见Table.2,但近年来随着新适应症的拓展、新作用机制抗体药物的发现,尤其是基于免疫检查点的研究,IgG2IgG4亚型的应用逐渐增多。

Table 2. List of approved monoclonal antibodies for tumor therapy and their isotype/subclass  before 2015


IgG1

IgG1是血浆中含量最多的一种亚型。Brüggemann et al在30年前在分析这几类不同的亚型在CDCcomplement to mediate complement-dependent cytotoxicity)和ADCCantibody-dependent cellular cytotoxicity)方面的潜力时就发现IgG1是肿瘤免疫治疗中最具潜力的亚型,而且由于人IgG1也能够有效结合鼠源Fcγ受体,因而在小鼠体内模型中也能够观察到明显的效果。同时由于这种有效结合,其在体内的血清半衰期时间较久。从工业化角度看,IgG1能够在杂交瘤细胞(CHO)中高表达并可用高效经济的方式进行纯化(Protein-A),同时具有较高的稳定性。


这些特征都决定了IgG1是一种比较理想的可工业化生产(GMP)的抗体。IgG1是现阶段最常被使用的Fc亚型,科学家在此基础上通过Fc工程化策略来优化其功能特性,稳定性和药代动力等特征。FDA在97年批准的第一款用来治疗肿瘤的治疗性抗体药物rituximab(CD20)使用的就是IgG1,在此后,大量的基于IgG1的药物上市。


IgG2


IgG2主要用来中和抗原或阻断受体配体的结合,其CDC和ADCC效应表现非常弱,在早期基于其上市的仅为EGFR抗体。但随着免疫检查点研究的兴起,越来越多的基于IgG2的药物进入临床并上市,见Table.3。IgG2虽然和C1q的结合比较弱,但当抗原或抗体溶度较高时仍旧可以引发CDC效应,同时IgG2是唯一可以结合FcγRIIa (CD32a)的亚型,而且这种结合可以通过单核苷酸多态性(SNP)进行调节,这种多形性可影响IgG2的功能活性。因而FcγRIIa高亲和力变异体(131-His)经髓系细胞介导诱导Anti-CD3-IgG2介导的T细胞活化和增殖。不仅如此,人IgG2 EGFR抗体(panitumumab)能够通过髓系细胞介导ADCC效应。


IgG3


IgG3有一个延长的铰链区域,其核心铰链区有11对二硫键,因此对于蛋白酶切割不稳定。IgG3与FcγRs的结合能力最强,能引发ADCC和ADCP,且CDC效应比IgG1更强。IgG3的半衰期更短,其R435不同于其他IgG分子的H435,影响了其与FcRn的结合考虑到药代动力学需要更频繁的给药,因而很少选择用来开发抗体药物。同时从经济角度来看,IgG3抗体无法用现阶段工业化常用的Protein-A来进行纯化,且易形成多聚体,这无疑会大大增加纯化成本,这进一步抑制了基于此亚型的抗体开发。


IgG4


IgG4分子的铰链区较短,且其与FcγRICD64之外的FcγRs结合较 弱。IgG4分子不能引起CDC和NK细胞介导的ADCC,但是能引起巨噬细胞介导的ADCP。在体内,IgG4分子会经历Fab-arm交换的过程,从而形成半分子以及双特异的功能单价的抗体,这可能解释IgG4在健康人和疾病患者中生物和病理生理学性能这种性状为开发双特异性抗体提供了一种新的思路。但S228P能够稳定IgG4分子,阻止半分子的形成。以免疫检验点抑制剂为例,PD-1/PD-L1通路理论上是以PD-1抗体或者PD-L1抗体阻断该通路,解除对T细胞等的抑制,从而杀死细胞。该作用机制不同于以往抗癌抗体等依赖ADCC活性等杀死细胞的机制,因此PD-1抗体OpdivoKeytruda在设计时采用了ADCC活性弱的IgG4亚型,PD-L1抗体Tecentriq采用了IgG1亚型但采用抗体工程去除了糖基化,亦没有ADCC活性。1.png表三应用IgG2IgG4亚型的已上市抗体药物


由于抗体药物的各种作用机制相互影响,非常复杂,比如理论上ADCC活性也可以和PD-1/PD-L1通路产生协同杀伤癌细胞的作用。选择何种亚型更多的情况是在安全性与有效性之间平衡,这有待于积累更多临床经验并进一步了解其作用机制网络。如辉瑞PD-L1抗体Avelumab就采用强ADCC活性的IgG1亚型,百济神州的PD-1抗体也进行了Fc的抗体工程改造(Fc的改造多数为糖基化修饰的改造)。


分享到:
会员登录
登录
留言
回到顶部