德國默克：什么是變構抗體？

蛋白質變構是指蛋白質分子在遠離其活性中心的位點（變構位點）結合某些小分子（變構效應劑）后，引起蛋白質構象發生改變，進而影響其活性中心的活性或功能的現象。雖然傳統作為變構調節劑的是小分子，多肽藥物最近也開始嶄露頭角，但抗體可能會具備獨特的優勢。

抗體在結構和作用機制上與小分子藥物存在顯著差異。因此，需要創造一套新的詞匯來描述通過結合變構位點/表位發揮作用的抗體及其引發的效應。來自德國默克的Léxane Fournier團隊對變構抗體給出了新的定義。根據定義，變構位點/表位是與配體結合位點在空間結構上不同的蛋白質區域。值得注意的是，由于抗體是大分子，如果抗體結合在距離配體結合殘基非常近的位置，并且由于其體積較大而阻礙了配體結合，這種情況不應被視為變構。此外，即使抗體結合的殘基處于非活性構象，只要這些殘基屬于配體結合位點，也不應被視為變構。此外，變構是所有蛋白質的固有屬性，不僅包括受體或酶，也包括可被抗體靶向的蛋白質配體。

Léxane Fournier團隊提出以下定義：變構抗體是指結合在靶點上不與配體結合位點重疊或因空間位阻而重疊的位點/表位上的抗體（binds to the target on a site/epitope that does not overlap or sterically overlap with the ligand binding site），這種結合隨后會影響靶點的結構動態，最終調節其結合和/或活性。負變構抗體調節劑（NAAM）是指穩定并促進不利于配體、受體或共受體結合和/或活性（信號傳導）的構象的抗體。正變構抗體調節劑（PAAM）是指穩定并促進有利于配體、受體或共受體結合和/或活性（信號傳導）的構象的抗體。抗體介導的變構效應是指抗體結合到變構位點/表位后對靶蛋白產生的影響，這些影響包括：調節靶蛋白處于活性/非活性構象、激活/抑制靶蛋白的活性、增強/抑制靶蛋白與配體、受體或共受體（包括二聚化）的結合、靶蛋白的內化，甚至靶蛋白的解離。

變構抗體的探索為藥物發現開辟了新的前沿。通過靶向變構位點，這些抗體為調節蛋白質功能提供了一種創新機制，推動了多種疾病治療手段的進步。

目前已上市的治療性抗體很多，正是基于這些抗體的開發經驗，改變了我們對免疫學和腫瘤學領域變構機制的理解，如下圖所示。

第一個獲批的抗體是1986年推出的muromonab-CD3（OKT3），靶向TCR上的CD3的ε亞單位。TCR是一個蛋白復合體，能夠識別抗原，在T細胞激活過程中發揮核心作用。CD3并不參與TCR介導的抗原識別，而是參與信號轉導。muromonab-CD3并不與新發現的CD3的抑制性配體競爭。相反，晶體學研究揭示了muromonab-CD3與CD3的構象表位結合，通過交聯和隨后的抗體-受體復合物內化，以變構方式阻止抗原識別（上圖A）。通過內化選擇性地移除TCR，抑制T細胞的活性，從而減少機體對移植器官的排斥反應，用于預防和治療腎移植、心移植和肝移植后的急性排斥反應。

在muromonab-CD3獲批用于預防器官排斥反應十年后，抗體開始被批準用于腫瘤學應用。HER2是一種跨膜受體酪氨酸激酶，在腫瘤細胞常見過度表達，促進生長和增殖。盡管尚未發現HER2的配體，但基于其與其他同家族受體的相似性，通常推斷其細胞外結合位點位于I和III結構域之間的區域。已經開發出針對HER2的抗體，包括曲妥珠單抗和帕妥珠單抗。結構數據揭示了曲妥珠單抗與IV結構域結合，而帕妥珠單抗則靶向二聚化界面（II結構域）。細胞學實驗可以觀察到，針對HER2的抗體對HER2的二聚化和隨后的信號傳導產生抑制作用，并促進抗體-受體復合物的內化（上圖B）。這些抑制性抗體可以被認定為變構抗體，因為它們對HER2作用屬于非配體競爭性抑制。

變構抗體不僅涉及單抗，雙抗也有變構調節作用。比如常見的T細胞連接器（TCE），同時結合T細胞上TCR的CD3部分和腫瘤細胞上的腫瘤相關抗原（TAA）。TCE將T細胞重定向到腫瘤細胞。臨床前模型顯示，這些雙抗作為條件性激動劑發揮作用，T細胞的激活依賴于同時結合CD3和TAA。T細胞通過一種獨立于TCR抗原結合域的機制被激活，依賴于與CD3的結合，CD3是TCR的一個變構位點（上圖C）。這種雙抗形式不會導致受體的內化，但可以介導激活信號。比如epcoritamab（Epkinly），靶向T細胞上的CD3和B細胞上的CD20，已獲批用于治療B細胞惡性腫瘤。

十年一輪回，又過了一個十年后，屬于抗體藥物偶聯物（ADC）的時代到來了。ADC是一類新型的抗體治療藥物，攜帶細胞毒性有效載荷，靶向快速內化的膜結合蛋白，使得細胞毒性藥物能夠在細胞內釋放，最終導致表達目標靶點的細胞被清除。基于曲妥珠單抗的HER2靶向ADC通過變構機制發揮作用。如前文所述，曲妥珠單抗結合HER2的變構位點，促進抗體-受體復合物的內化。眾所周知，基于曲妥珠單抗的ADC（如Enhertu）已經獲批上市，用于治療某些表達HER2的腫瘤。

除了全長抗體，納米抗體的開發也已經有所突破。一種基于駱駝抗體的小型可變域（VHH，即重鏈抗體的可變重域）的也獲得了批準。首個基于VHH的治療藥物卡普拉珠單抗（Cablivi）靶向血管性血友病因子（vWF），一種促進血小板黏附的血液糖蛋白。獲得性血栓性血小板減少性紫癜與vWF相關，會導致血栓形成。結構研究表明，卡普拉珠單抗通過結合與血小板受體糖蛋白Ib不同的位點，穩定了vWF的非活性構象，從而阻止危及生命的血栓形成（上圖E）。

最后看一款抗病毒領域的抗體。由嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（SARS-CoV-2）引起的2019冠狀病毒病（COVID-19）大流行至今印象深刻，也促使人們開發針對病毒衣殼刺突蛋白（S蛋白）的多種抗體。以索托維單抗（Xevudy）為例，該抗體靶向受體結合域，但不與受體（ACE2）結合位點重疊（上圖F），但這種結合破壞了附著后S蛋白的構象變化，從而影響病毒的侵入，中和感染。大量的計算工作，特別是分子動力學研究，揭示了索托維單抗通過結合已知的變構位點，在S蛋白內誘導變構。此外，索托維單抗結合的表位對突變不敏感，有助于中和其他SARS-CoV-2刺突蛋白突變體。

這么一回顧其實很容易發現，抗體治療藥物的主要里程碑與靶向變構位點有關。抗體的變構調節劑作用其實已經存在了很多年，只不過近期才被單獨拎出來，明確歸類和定義。