Ibalizumab-UIYK

距离抗体药物的成功研发，我们还有多远？ 1995年，美国好莱坞推出一部引人入胜的灾难影片——《恐怖地带》（Outbreak）。影片中，一只携带埃博拉病毒的猴子被非法引入美国，由此引发了一场严重的疫情。这种变异后的埃博拉病毒具有极高的死亡率，且可通过空气传播，导致疫情迅速蔓延，甚至美国政府都秘密计划对疫情暴发的小镇进行轰炸以遏制病毒。在危机时刻，一位生物学家主角挺身而出，他成功找到了病毒的原宿主猴子，并利用其制备了抗病毒血清。这一举措立即产生了显著效果，小镇人民因此得以获救。此后，类似的情节在众多灾难影片中反复出现，为观众们留下了难以磨灭的印象：在病毒危机即将毁灭人类之际，智慧勇敢的主角总能找到解决问题的关键，历经重重考验后找到病毒宿主或康复病人，从他们的血液中提取出对抗病毒的宝贵成分，进而制成能够挽救人类生命的灵丹妙药。 然而，尽管电影《Outbreak》中的情节令人热血沸腾，但现实生活中的情况却截然不同。每当全球爆发重大疫情时，我们往往束手无策，如SARS、禽流感、寨卡病毒以及最近的武汉新型肺炎等。观众们不禁产生疑问：为何我们无法像电影中那样，迅速找到病毒宿主或康复病人，从而利用其血液制备出特效药物呢？难道电影中的情节都是虚构的吗？ ▲ 免疫系统的科学基础 要解答这个问题，我们首先需要深入了解电影中所依托的科学原理，即免疫系统和抗体。 免疫系统可大致分为细胞免疫和体液免疫两部分。它们协同作战，共同抵御入侵的病原体。T细胞负责细胞免疫，通过其表面的抗原识别受体找到并杀死病原体。而B细胞负责体液免疫，它们能制造出一种名为抗体的蛋白质分子，精准地识别并标记病原体，进而通知其他免疫细胞进行清除。 值得一提的是，体液免疫是身体对抗病原体的主要防线，而B细胞还具备记忆功能，能在再次接触病原体时迅速、有效地产生大量抗体。更为神奇的是，体液免疫甚至可以通过接受外部抗体来实现被动免疫，例如婴儿通过母乳获得抗体来预防胃肠道微生物感染，成年人也可以通过注射获得外来抗体来对抗疾病。正因如此，抗体药物在近年来取得了显著的进展，已成为全球销售额最大的药物类别之一。 ▲ 现实中的抗体药物应用 在这样的科学背景下，我们不难理解好莱坞电影中出现的利用血液制备特效药物的情节。然而，在现实生活中，尽管我们经常能在疫情爆发时找到体内含有抗体的康复者，但遗憾的是，我们却无法像电影中那样将他们的血液制成特效药物来救治大量感染者。实际上，无论是针对突发病毒还是已知病毒，我们制造抗体药物的速度都相对较慢。尽管我们对某些病毒已经有所了解，并成功研制出一些抗体药物，如FDA于1998年批准的用于治疗呼吸道合胞体病毒的药物Synagis，以及FDA于2018年批准的治疗艾滋病毒的药物Trogarzo，但严格来说，人类至今仍未开发出能够大量杀死病人体内病毒的抗体药物。 ▲ 研发面临的生物技术挑战 制造抗体药物远非电影中那般轻松。必须克服排斥反应、确保高效性以及实现大规模生产等重重难题。首先，直接使用猴子血清制药，如同电影中的情节，显然是不可行的。因为血清中充斥着大量异种物质，直接注入病人体内将被免疫系统视为外来入侵，引发过激反应。此外，作为药物使用的抗体必须高效且剂量充足。治愈病人通常需要数百毫克的抗体药物，而康复病人血清中的特异性抗体含量通常较低，这意味着为了挽救一个病人，可能需要耗费他/她的全部血液，这显然是不切实际的。 ▲ 临床试验的复杂性 与治疗其他疾病的药物相比，传染病毒药物的临床试验面临更多挑战。通常，药物的研发工作都在发达国家进行，然而病毒疫情却常在欠发达地区爆发。疫情发生后，病人受到严格的流动限制。这导致科研人员必须冒着生命危险，与政府部门沟通并获得许可，同时克服交通障碍，前往医疗条件普遍较差的地区展开试验。 ▲ 经济因素对研发的影响及解决方案 近年来，抗体药物领域取得了显著进展，但这些药物普遍存在一个共同问题——价格高昂。以PD1抗体药物为例，这种药物在美国的市场价格极高，一个疗程的费用高达13万美元。即便是在国内生产后，价格有所下调，但年治疗费用仍需约18.72万人民币，这对于不发达地区的居民来说，无疑是沉重的负担。此外，在疫情暴发的情况下，医药公司销售价格昂贵的药物还会损害其公众形象。这些经济因素，再加上之前提到的临床试验挑战，使得许多制药公司对研发此类药物缺乏热情。 当然，阻碍病毒抗体药物研发的因素远不止这些。技术层面的挑战、临床试验的复杂性以及盈利模式的困境等都是需要克服的难题。然而，随着近几年生物技术的突破性进展，技术层面的难题已逐渐得到解决。而要解决临床试验和盈利模式的问题，则离不开政府的支持和引导。 在新的非盈利组织框架下开发这类药物可能是一个可行的解决方案。与传统盈利模式不同，这种模式更注重药物的公益性和社会效益。对于中国来说，这种新的模式可能具有独特的优势。在各国国体国情对比中，中国政府在医药研发方面的支持和投入力度无疑是最为突出的。因此，中国可能是这类药物研发的最佳选择之一。

免疫球蛋白G（IgG）是人体血清中含量最丰富的抗体类型，约占血清免疫球蛋白总量的70%–85%，在适应性免疫应答中扮演着核心角色。IgG分子呈典型的Y形结构，由两条相同的重链（Heavy Chain）和两条相同的轻链（Light Chain）通过二硫键连接而成。重链和轻链的近氨基端的序列高度可变，称作可变区(V区，VH和 VL)；其余序列在遗传上较为稳定，称作恒定区(C区，CH和CL)。IgG抗体的重链恒定区可分为CH1、CH2和CH3三个结构域。其结构可进一步划分为抗原结合区域（Fab）和可结晶区域（Fc）：Fab区域负责特异性识别和结合抗原；而Fc区域则介导多种免疫效应功能，在Fc区域中存在一个高度保守的糖基化位点——Asn297，包括甘露糖、N-乙酰葡萄糖胺、半乳糖、唾液酸和岩藻糖等糖基。 图1 IgG抗体的结构 IgG可进一步分为四个亚型：IgG1、IgG2、IgG3和IgG4，它们除了恒定区的CH2区不同，其它的恒定区序列高度同源。铰链区域在 Fab 末端与 Fc之间形成了一个灵活的连接体，这会影响 Fab 区域相对于 Fc 区域以及彼此之间的可能构象。各亚型在铰链区结构上也存在显著差异，包括二硫键的数量与位置：IgG1和IgG4含有2个铰链区二硫键，IgG2有4个，而IgG3则多达11个。此外，轻链与重链的连接位置也因亚型而异：IgG1连接于重链第5位半胱氨酸，而IgG2、IgG3和IgG4则连接于第3位。这些结构差异进一步影响了各亚类的糖基化模式、柔韧性及与受体的亲和力，从而导致它们在效应功能上的强弱不同。 表1 IgG亚型的结构和功能差异 IgG抗体的四个亚型在免疫应答中表现出不同的特性。IgG1类抗体主要在对可溶性蛋白质抗原和膜蛋白抗原的应答中诱导产生，同时也可伴随较低水平的其他亚类抗体，尤其是IgG3和IgG4。针对细菌荚膜多糖抗原的免疫应答则主要诱发IgG2类抗体的生成。在效应功能方面，IgG3是一种强效的促炎抗体，能有效激活下游免疫效应机制，但其半衰期较短，这可能有助于防止过度的炎症反应。IgG4类抗体通常在非感染性、长期或反复暴露于抗原的情况下占主导地位，例如在慢性过敏或某些自身免疫环境中。 抗体的效应功能是其最重要的生物学活性，目的在于灭活或清除传染源及其产物，IgG类抗体具有两种主要的效应功能：补体激活和Fcγ受体（FcγR） 介导的调理和杀伤作用。特别值得注意的是，Fc区域中高度保守的糖基化位点Asn297引起的糖链结构对抗体与各类FcγR及补体蛋白C1q的结合具有决定性影响，进而调控如抗体依赖性细胞毒性（ADCC）、抗体依赖性细胞吞噬作用（ADCP）和补体依赖性细胞毒性（CDC）等重要免疫效应机制。 图2 IgG与Fc效应分子的相互作用 补体激活始于 C1q 的结合，在 CH2 区域中对于 C1q 结合起重要作用的残基包括 L235、D270、K322、P329 和 P331。在 IgG2 中，C1q 结合力的减弱似乎主要是由残基 A235（在其他亚类中为亮氨酸）引起的，而在 IgG4 中，P331在一定程度上是导致 C1q 结合减弱或缺失的原因。有研究表明，IgG3 的较长铰链使得 C1q 结合位点更加可及，从而导致补体激活更加有效。由于IgG2和 IgG4的铰链区比较短，仅有 12 个氨基酸残基，C1q 与 IgG2和IgG4 的结合可能会受到 Fab 区域对潜在结合位点的遮蔽作用的影响。综上所述IgG1 和 IgG3 能够有效触发这种经典的补体途径，但 IgG2 和 IgG4 的作用效率则要低得多。 图3 IgG不同亚型重链恒定区序列 图4 IgG不同亚型的结构 Fc区域与FcγR结合从而介导多种免疫反应，不同IgG亚型与不同的FcγR结合能力不同。FcγRI能与除 IgG2 以外的所有人类 IgG 亚类结合，IgG1和IgG3 与 FcγRI的结合能力高于IgG4 与 FcγRI的结合能力。在 IgG2 相同位置的 IgG1 的下铰链区域发生突变，特别是 E233P、L235A 和 G236突变，会破坏其结合能力；P331S 和 L234F 被认为是导致其与 IgG3 相比结合能力降低的原因。FcγRIIb/IIc与所有IgG亚型的结合能力都较弱，通常偏好为 IgG3=IgG1=IgG4> IgG2。 FcγRIII 通常与 IgG1 和 IgG3 结合，不与 IgG2 和 IgG4 结合，其中 IgG3 的结合效果优于 IgG1。因此 IgG1 和 IgG3 结合FcγR的能力强于IgG2 和 IgG4。 新生儿Fc受体（FcRn）能与IgG的Fc区域结合，进而保护IgG免受降解，延长其在体内的半衰期。FcRn在生理 pH 值（7.4）下不会与其配体结合。只有在内吞小泡的酸性环境中（pH < 6.5），即 IgG 中暴露的组氨酸残基被质子化的情况下，才会发生与 FcRn 的结合。IgG 的 Fc 尾部（CH2-CH3 接口）内的组氨酸残基与 β2-微球蛋白（β2M）和 FcRn α 链的残基高亲和力结合至关重要。H435 位于该界面的核心位置，而含有 R435 的 IgG3 类型抗体与 FcRn 的亲和力降低，这解释了它们的半衰期缩短以及在胎盘中的转运量减少。 目前市场上已有的治疗性抗体大多基于IgG框架构建，其中IgG1因具有较强的效应功能而成为主流选择，部分药物采用IgG2或IgG4亚型。IgG3虽然显示出更强的补体激活能力和细胞毒性，但由于其半衰期较短、存在较多异型多态性及潜在免疫原性，目前尚未被直接用于治疗性抗体开发。在实际药物设计过程中，根据治疗目标和机制的不同，需合理选择或改造IgG亚型： 1. 需要强效应功能的场景（如抗癌、抗感染药物） IgG1因其对FcγR和C1q的高亲和力，能有效介导ADCC、ADCP和CDC，成为该场景的首选。IgG3虽然效应功能更强，但因药代动力学性能较差，通常作为次要选项。此外，还可通过Fc区域点突变进一步增强其效应功能，例如S239D/I332E（DE）、G236A/S239D/I332E（GASDIE）等突变可增强与FcγR的结合；E345R/E430G等突变则能促进六聚体形成，显著增强补体激活能力。 2. 需要弱效应功能的场景（如抗炎、信号阻断类抗体） IgG2抗体亚型的效应功能相对较弱，这一特性使其成为治疗某些自身免疫病和感染性疾病的理想选择。IgG4与FcγR结合能力很弱，几乎不激活补体，非常适合用于需避免Fc介导的副作用（如非特异性细胞杀伤）的阻断型抗体。为彻底消除Fc区域的功能，还可引入L234A/L235A（LALA）、P329G（LALAPG）等突变降低与FcγR和C1q的结合，或通过N297A/Q去除糖基化，完全消除效应功能。 3. 需要延长半衰期的场景 所有IgG亚型均可通过FcRn结合区工程化改造以延长其血清半衰期。常见策略包括引入M252Y/S254T/T256E（YTE）或M428L/N434S（LS）等点突变，增强其pH依赖性结合能力，从而减少溶酶体降解、增加循环时间。 此外，IgG4还具有Fab臂交换（Fab-arm exchange, FAE）的能力，可在体内重组为功能上的单价双特异性抗体，为设计天然结构的双抗提供了独特途径。由于其较低的效应功能，IgG4被视为“非炎症性”亚型，更适合用于某些治疗场景。目前，基于IgG4框架的双特异性抗体已成为药物研发的热点。 表2 临床研究阶段和已上市的基于IgG4亚型的治疗性抗体 药物名称 适应症 靶点 研发状态 IPH-2101 多发性骨髓瘤 KIR2D受体 临床Ⅱ期 Inotuzumab ozogamicin 急性淋巴细胞白血病 CD22 批准上市 Reslizumab 哮喘 IL-5 批准上市 Lebrikizumab 哮喘 IL-13 批准上市 Ixekizumab 斑块状银屑病 IL-17 批准上市 GS-5745 胃癌或胃食管结腺癌 MMP9 临床Ⅱ/Ⅲ期 Tralokinumab 哮喘 IL-13 批准上市 Dupilumab 哮喘，特异反应性皮炎 IL-4α受体 批准上市 Ibalizumab 艾滋病 CD4 批准上市 PRO-140, PA14 艾滋病 CCR5 临床Ⅱ期 LY2951742 习惯性的或复发性丛集性头痛 CGRP 批准上市 综上所述，IgG亚型的选择与工程化改造是实现治疗抗体功能精准调控的关键策略。随着对抗体结构与功能关系理解的深入和蛋白质工程技术的发展，更多具有增强功能、延长半衰期、低免疫原性及双特异结合能力的抗体药物将被开发，广泛应用于肿瘤、自身免疫病、感染性疾病等多个治疗领域。 参考文献 吕若芸, 陈忱，魏敬双. "治疗性抗体药物开发中IgG亚型选择." 中国生物工程杂志 36.7(2016):8. Vidarsson, Gestur , G. Dekkers , and T. Rispens . "IgG Subclasses and Allotypes: From Structure to Effector Functions." Frontiers in Immunology 5(2014):520. Damelang，Timon , et al. "Impact of structural modifications of IgG antibodies on effector functions." Frontiers in Immunology 14.000(2023) :25. Natalia I. Majewska，Max L. Tejada，Michael J. Betenbaugh，Nitin Agarwal. "N-Glycosylation of IgG and IgG-Like Recombinant Therapeutic Proteins: Why Is It Important and How Can We Control It ?." Annual review of chemical and biomolecular engineering 11.1(2020). 关于领康时代 领康时代重点打造国内外领先的生物制品CDMO技术服务平台，旨在为生物制品创新企业提供基于两大平台（哺乳动物细胞表达平台和微生物表达平台）的成药性评估、高质量的早期药理毒理研究样品生产、生产工艺开发、临床申报支持服务、临床样品生产和商业化生产的CDMO服务。 领康时代郑重承诺公司将始终坚持： 质量为先：严格执行国际GMP标准 创新驱动：持续加大研发投入 客户至上：不断提升服务质量 我们诚挚期待与各界合作伙伴携手并进，共同推动生物医药产业高质量发展，为患者提供更多优质的治疗选择。 联系领康 电话 | 131 2081 8528 邮箱 | CDMO@lktime.cn 官网 | www.lktime.cn 官方微信公众号 业务咨询微信