IgG 亚型结构、生理活性等汇总整理

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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H链C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。

Table1 IgG各亚型的结构和功能差异

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，IgG2、IgG4亚型的应用逐渐增多。

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

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CDC和ADCC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)经髓系细胞介导后可诱导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。但IgG3的半衰期更短，其R435不同于其他IgG分子的H435，这影响了其与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分子的铰链区较短，且其与FcγRI（CD64）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Opdivo、Keytruda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。

表三应用IgG2、IgG4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。

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